Theoretical and experimental analysis of the effect of magnetron sputtering conditions on the interface composition of beryllium-based multilayer structures

Abstract

В работе представлена теоретическая оценка влияния различных факторов на величину перемешивания слоев, и как следствие, на протяженность переходных областей, в многослойных зеркалах (МРЗ) на основе бериллия, осажденных методом магнетронного распыления. Были изучены МРЗ Si-подл.[Mo/Be]110 без/с барьерными слоями B4C/Si, синтезированные методом магнетронного напыления.. Моделирование процесса синтеза многослойных зеркал проведено с использованием программных пакетов SRIM и TRIM. Использование пакета TRIM позволило рассмотреть сложные мишени из композиционных материалов. Проведено экспериментальное исследование указанных МРЗ методом фотоэлектронной спектроскопии. Показано хорошая корреляция теоретических и экспериментальных данных. Установлено, что: • зона перемешивания Мо-на-Ве(Si) формируется за счет сильного проникновения атомов Мо в подложку Ве(Si), обусловленного как баллистическими столкновениями, так и минимизацией поверхностной энергии, тогда как перемешивание при осаждении Be(Si)-на-Mo обусловлено только баллистическими столкновениями, а перемешанный слой имеет небольшую протяженность, ввиду малой глубины проникновения в молибден; • нанесение прослойки кремния на слой молибдена препятствует проникновению атомов бериллия в слой молибдена и, следственно, формированию дебериллида молибдена на переходной области Be-on-Mo. • Нанесение барьерного слоя карбида бора на слой молибдена препятствует проникновению атомов бериллия в слой молибдена. • Нанесение барьерного слоя на слой бериллия не является эффективно действующим, поскольку практически не препятствует перемешиванию слоев.

This paper presents a theoretical assessment of the influence of various factors on the amount of layer mixing and, as a consequence, on the length of transition regions in beryllium-based multilayer mirrors (MLMs) deposited by magnetron sputtering. MLMs of Si-sub[Mo/Be]110 without/with B4C/Si barrier layers, synthesized by magnetron sputtering, were studied. The simulation of the synthesis of multilayer mirrors was carried out using the SRIM and TRIM software packages. The use of the TRIM package made it possible to consider complex targets made of composite materials. An experimental study of these MLMs was carried out by photoelectron spectroscopy. A good correlation between theoretical and experimental data is shown. Determined that: • the Mo-on-Be(Si) mixing zone is formed due to the strong penetration of Mo atoms into the Be(Si) substrate due to both ballistic collisions and surface energy minimization while the mixing during Be(Si)-on-Mo deposition is due to only by ballistic collisions, and the mixed layer has a small extent, due to the small depth of penetration into molybdenum; • deposition of a silicon layer on the molybdenum layer prevents the penetration of beryllium atoms into the molybdenum layer and the formation of molybdenum deberyllide on the Be-on-Mo transition region. • Applying a barrier layer of boron carbide to the molybdenum layer prevents the penetration of beryllium atoms into the molybdenum layer. • Deposition of a barrier layer on a beryllium layer is not effective, since it practically does not prevent mixing of the layers.