Введение к работе
Актуальность темы. Последние два десятилетия принесли ряд >лыиих достижении в рентгеновской оптике наноыэтрового іапазона длин волн электромагнитного излучения (0,1 * Юнм), :о является закономерным следствием значительного возрастания ггерёса к изучению таких научних дисциплин как физика плазмы, ізика твердого тела, астрофизика и др. Это, во-первых, зязано с тем, что оолыиенство резонансных частот излучения и эглощения атомов изучаемых веществ (в основном электронные алгочки К, L, М), находятся в этом рентгеновском диапазоне. >-вторых, максимум излучательной способности плазмы, злящейся объектом исследования при разработке управляемого їрмоядерного синтеза и используемая как активная среда для жерйции излучения рентгеноь-ких Лазеров, лежит в упомянутом ипазоне.
Значительные успехи в области микроэлектронной технологии іелали возможными производство искусственных структур с (кронными и суб'микронными размерами, в частности, создание >вых рентгенооптических элементов, такие как зонные пластины >енеля, дифракционные решетки, кодирующие маски и др., яорне в мягком рентгеновском диапазоне заменяют классические шзн, призмы, отражательные зеркала и т.д.
Новые пути для применения и совершенствования этих юментов открывались разработкой и' реализацией -новых ыощгых :точников рентгеновского излучения: синхротронов с различными гектральными и временными характеристиками;' развитием зердотельной технологии и химии фоторезистов; а также ззрзботкой высокоразрешающих и чувствительных детекторов.
Уже сейчас зонные пластинки нашли практические применения
исследованиях лазерного термоядерного синтеза плазмы, в
:трономии , в монохроматорах, в спектрометрах, в измерениях
асстояний, в получении изображений нейтронов, в интерфе-
зметрах,, в системах юстировки, а также в разных типах
микроскопических- систем
Однако, несмотря на некоторые доститения в этой области,
. остаются нерешенными ряд проблем, преодоление коїорых'является первоочередным для дальнейшего развития и совершенствования элементов рентгеновской оптики и позволит расширить области их использования связанне с приемом, передачей, обработкой и хранением информации, а также г . целях развития .микроэлектронной промышленности и а локальном химическом анализе. Это, во-первых, проблемы связанные с малой
эффективностью и светосилой, а также ограниченностью разрешающей способности реально существующих рентгенооптических элементов. Тг< напрпмео, в оптических схемах рентгеновского микрозонда . требуются оптические
. элементы, которые позволили бы получить довольно большой поток
рентгеновских квантов, падающих на поверхность исследуемого
образца Слримерно 10 - 10 фотонов на квадрать микрометра), в
сочетании с соотношением сигнал /шум по меньшей мере порядка
несколько единиц.
' Проблема эффективности рентгеновских зоннкч пластинок с це-лыо применения их в вышеупомянутой, а также и в других
схемах, «может быть решена созданием фазовых структур,
позволяющих уменьшить энергетическ э потери, в оптическом
элементе и шумовые (недифрагированные) потоки в плоскостях
..наблюдения.
С другой стороны, несмотря на постоянное расшрение возможностей технологии изготовления вышеупомянутых элементов, ряд параметров тргбуюших улучшения, в том числе эффективность и разрешающая способность, останутся лимитированными по фундаментальным причинам. Поэтому возникает необходимость поиска и совершенствования -новых путгТ управления рентгеновским излучением, а также . новых видов рентгенооптических элементов и, систем.
Одйо из ' решений этой проблемы - : применение синтезированных трехмерных рентгенооптических фокусирующих
*. элементов - брэгг- Френелевских линз на основе многослойных зеркал (ШШ. В этих искусственных структурах гіринцип строени
*'*' .: 2 * .
трехмерных зон Френеля сочетается со свойствами брэгговского отражения от ' многослойных зеркал, работающих в мягком зентгеновск^м и далеком ультрафиолетовом диапазоне.
[руть и основные задачи работы . Целью настоящей работы являлось: исследование возможностей создания эффективных, зисокоразреш.' іщих рентгеноопти'^ских элементов для оптической гкеиа рентгеновского никрозонда. В соответствии с поставленной іех.ю основно задачи работы состояли в:
исследовании эффективности Фазовых зонных пластин Френеля, «готовленных из кремния, с обеспечением экспериментальных /словий и методик для их испытания в мягком ' рентгеновском із лучении;
в исследовании хграктеристик брэгг-Френелевских многослойных пинз, с обеспечением экспериментальных-условий и методик для их тестирования в рентгеновском излучении обычного и синхротронного источников.
Научная новизьа
- Впервые экспериментально исследованы свооодновисящие Пазовые зонные пластинки Френеля на осно э кремния. Для кольцевых и линейных фазовых зонных пластин получено рекордное значение абсолютной эффективности дифракций мягкого рентгеновского излучения в первый порядок .дифракции: примерно 2*5..
- Впервые предложен и экспериментально -реализован нокый зпосоо теухмерной фокусировки рентгеновского из-лучення с томощью дифракционного аналога двухзеркзльной схемы микроскопа Киркпатрика - Баеза с использованием брэгг - Френелевскйх многослойных линз. Проведены его испытания на длине волны Л ~ 1,5 8 характеристического излучения рентгеновской трубки и зинхротронного рентгеновского излучения,
- Впервые испытаны БФМЛ в качестве фокусирующего элемента в оптической схеме рентгеновского микрозонда с линейным Юкальным пятном.' При энергии фотонов 5-14 КэВ испытанно
макета сканирующего флюоресцентного рентгеновского м>..:роскопа впервые позволило достичь разрешения порядка 3 мкм.
Практическая ценность работы
- Фазовые ЗП Френеля из S1 обладают высокой -эффектов
ностью (~ 25) в диапазоне длин волн 0.7 + 1.2 нм и ногут Оыть
'использованы в качестве конденсорних лиьо в оптических схемах
локального химического анализа, рентгеновской микроскопии, в
рентгеновской литографии и в других областях.
- Рентгеновский микрозонд на основе БФМЛ может быть
использован для анализа материалов и структур е
микроэлектронике, геологии, бИОЛОі ИИ.
Положения, выносимые на защиту , - Результаты экспериментальных испытаний свободновисящш (трафаретных), фазовых ЗП из кремі "г:. Результаты измерений и> абсолютной эффективности.
Результаты экспериментального испытания фэкусирующе( системы построенной по схеме Киркпатрика-Ваеза ,.а основе БФМЛ.
Результаты испытания БФМЛ,- использованных в качестве Фокусирующего элемента в макете флюоресцеьгного рентгеновскогс микрозонда с линейным фокальным пя* .ом. Результаты измеренш пространственного разрешения микрозонда.
Апробация работы. Изложенные в диссертационной работ* материалы'докладывались на:
Всесоюзной конференции "Динамическое рассеяни* рентгеновских лучей в . кристаллах с динамическими і статическими искажениями" (Ереван, 1988); II Европейски конференции "Прогресс . в исследованиях рентгеновской синхротронного излучения" (Рим, Италия, 1989);^ международно! конференции "Синхротронное излучение -J0" (Москва, 1990) международной ' конференции "ХЫ-90" (Лондон, 1990) международной конференции "Монохроматори и оптика высокоп качества для синхротронного излучения в области мягкоп рентгеновского излучения"(BESSY, Берлин,' Германия); а такк
на научччх. семінарах Института проблем технологии микроэлектроники PAF
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения,
трех глав, заключения и списка цитируемой литературы (110
наименований), изложена на 126 страницах текста включающих
Ц2 рисунков и 6 таблиц.
