1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 12, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 12, стр. 7-17

Измерение теплофизических характеристик тонкопленочных металлических фильтров экстремального ультрафиолетового излучения

А. Я. Лопатин a, *, В. И. Лучин a, Н. Н. Салащенко a, Н. Н. Цыбин a, Н. И. Чхало a

a Институт физики микроструктур РАН
603087 Нижний Новгород, Россия

* E-mail: lopatin@ipm.sci-nnov.ru

Поступила в редакцию 22.12.2022
После доработки 19.02.2023
Принята к публикации 19.02.2023

Аннотация

Знание излучательной способности и теплопроводности тонких металлических пленок, используемых совместно с многослойными зеркалами для спектральной селекции излучения в экстремальном ультрафиолетовом и “мягком” рентгеновском диапазонах длин волн, необходимо, чтобы правильно рассчитать нагрев пленочных элементов в условиях высоких тепловых нагрузок. Нагрев связан с поглощением в пленке значительной доли падающего излучения, а понятие высокой тепловой нагрузки в некоторой степени условно, поскольку даже при уровне поглощенной интенсивности порядка 1 Вт/см2 помещенная в вакуум свободновисящая пленка может нагреваться на несколько сотен градусов. В первом приближении для оценки коэффициента теплопроводности можно было бы использовать табличные значения для массивных образцов соответствующих металлов или же воспользоваться известным соотношением Видемана–Франца, связывающим теплопроводность с удельным электросопротивлением образца: последнее проще измерить. Однако анализ литературных данных указывает на значительные погрешности, возможные при использовании любого из данных подходов. Поэтому в настоящей работе нами были выполнены непосредственные измерения теплопроводности на основе обработки полученного методом инфракрасной пирометрии распределения температур по пленочному образцу, смонтированному на подогреваемой рамке, либо же разогреваемому протекающим электрическим током. Теплофизические характеристики (теплопроводность и излучательная способность) были определены для образцов пленочных абсорбционных фильтров на основе Mo, Al и Be толщиной 0.1–0.6 мкм, а также для пленок из меди – металла, массивные образцы которого обладают высокими показателями тепло- и электропроводности. Как и следовало ожидать, обнаружены значительные отличия тепло- и электрофизических свойств материала пленок от свойств тех же металлов в монолитных образцах.

Ключевые слова: коэффициент теплопроводности, излучательная способность, магнетронное напыление, тонкопленочный металлический фильтр, экстремальное ультрафиолетовое излучение, соотношение Видемана–Франца, пирометрия, токовый нагрев, тепловые нагрузки, температурный коэффициент сопротивления.

Список литературы

  1. Brouns D. // Adv. Opt. Technol. 2017. V. 6. Iss. 3–4. P. 221. https://www.doi.org/10.1515/aot-2017-0023

  2. Van de Kerkhof M., Jasper H., Levasier L., Peeters R., van Es R., Bosker J.-W., Zdravkov A., Lenderink E., Evangelista F., Broman P., Bilski B., Last T. // Proc. SPIE. 2017. V. 10143. P. 101430D. https://www.doi.org/10.1117/12.2258025

  3. Барышева М.М., Зуев С.Ю., Лопатин А.Я., Лучин В.И., Пестов А.Е., Салащенко Н.Н., Цыбин Н.Н., Чхало Н.И. // Журнал технической физики. 2020. Т. 90. Вып. 11. С. 1806. https://www.doi.org/10.21883/JTF.2020.11.49966.150-20

  4. Салащенко Н.Н., Чхало Н.И. Состояние дел и перспективы развития рентгеновской литографии // Труды школы молодых ученых “Современная рентгеновская оптика – 2022”. 19–22 сентября 2022, Нижний Новгород. С. 72. http://modern.xray-optics.ru

  5. Smith H.I. // J. Vac. Sci. Technol. B. 1996. V. 14. № 6. P. 4318. https://www.doi.org/10.1116/1.589044

  6. Okada M., Kishiro T., Yanagihara K., Ataka M., Anazawa N., Matsui S. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2010. V. 28. № 4. P. 740. https://www.doi.org/10.1116/1.3449270

  7. Hädrich M., Siefke T., Banash M., Zeitner U.D. // Photonics Views. 2022. V. 19. Iss. 5. P. 28. https://www.doi.org/10.1002/phvs.202200036

  8. Hust J.G., Lankford A.B. Thermal conductivity of aluminum, copper, iron, and tungsten for temperatures from 1 K to the melting point. National Bureau of Standards, Boulder, CO (USA). Chemical Engineering Science Div. 1984.

  9. Avery A.D., Mason S.J., Basset D., Wesenberg D., Zink B.L. // Phys. Rev. B. 2015. V. 92. Iss. 21. P. 214410. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.214410

  10. Cheng Z., Liu L., Xu S., Lu M., Wang X. // Sci. Rep. 2015. V. 5. № 1. P. 1. https://www.doi.org/10.1038/srep10718

  11. Zhang X., Xie H., Fujii M., Ago H., Takahashi K., Ikuta T., Abe H., Shimizu T. // Appl. Phys. Let. 2005. V. 86. № 17. P. 171912. https://www.doi.org/10.1063/1.1921350

  12. Völklein F., Reith H., Meier A. // Physica Status Solidi A. 2013. V. 210. Iss. 1. P. 106. https://www.doi.org/10.1002/pssa.201228478

  13. Kim D.J., Kim D.S., Cho S., Kim S.W., Lee S.H., Kim J.C. // Int. J. Thermophys. 2004. V. 25. № 1. P. 281. https://www.doi.org/10.1023/b:ijot.0000022340.65615.22

  14. Bodenschatz N., Liemert A., Schnurr S., Wiedwald U., Ziemann P. // Rev. Sci. Instr. 2013. V. 84. № 8. P. 084904. https://www.doi.org/10.1063/1.4817582

  15. Zhu L.D., Sun F.Y., Zhu J., Tang D.W., Li Y.H., Guo C.H. // Chin. Phys. Lett. 2012. V. 29. № 6. P. 066301. https://www.doi.org/10.1088/0256-307X/29/6/066301

  16. Greppmair A., Stoib B., Saxsena N., Gerstberger C., Müller-Bushbaum P., Stutzmann M., Brandt M.S. // Rev. Sci. Instr. 2017. V. 88. № 4. P. 044903. https://www.doi.org/10.1063/1.4979564

  17. Гусев С.А., Дроздов М.Н., Клюенков Е.Б., Лопатин А.Я., Лучин В.И., Парьев Д.Е., Пестов А.Е., Салащенко Н.Н., Цыбин Н.Н., Чхало Н.И., Шмаенок Л.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2012. № 6. С. 23.

  18. Chkhalo N.I., Drozdov M.N., Gusev S.A., Lopatin A.Ya., Luchin V.I., Salashchenko N.N., Tatarskiy D.A., Tsybin N.N., Zuev S.Yu. // Appl. Opt. 2019. V. 58. № 1. P. 21. https://www.doi.org/10.1364/AO.58.000021

  19. Зуев С.Ю., Лопатин А.Я., Лучин В.И., Салащенко Н.Н., Татарский Д.А., Цыбин Н.Н., Чхало Н.И. // Журнал технической физики. 2022. Т. 92. Вып. 1. С. 92. https://www.doi.org/10.21883/JTF.2022.01.51857.197-21

  20. Chkhalo N.I., Drozdov M.N., Kluenkov E.B., Kuzin S.V., Lopatin A.Ya., Luchin V.I., Salashchenko N.N., Tsybin N.N., Zuev S.Yu. // Appl. Opt. 2016. V. 55. № 17. P. 4683. https://www.doi.org/10.1364/AO.55.004683

  21. Volkov Y.A., Palatnik L.S., Pugachev A.T. // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1976. V. 70. P. 2244.

  22. Boiko B.T., Pugachev A.T., Bratsychin V.M. // Thin Solid Films. 1973. V. 17. Iss. 2. P. 157. https://www.doi.org/10.1016/0040-6090(73)90124-7

  23. Kralik T., Musilova V., Hanzelka P., Frolec J. // Metrologia. 2016. V. 53. № 2. P. 743. https://www.doi.org/10.1088/0026-1394/53/2/743

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал