摘要
在极紫外（EUV,5~40nm）波段，由于光子能量已经大于大多数材料的带隙宽度，因而材料都表现出强烈的吸收性能。纳米级多层（ML）技术，通常由两种材料交替周期性叠加组成，利用光学干涉原理实现高效反射。但由于随波长的减小，所有材料的折射率接近于1，所以材料的光学对比度都很低。因此，在较短的波长（尤其是小于12nm）如极紫外波段范围，可以实现光学应用的材料还很少。 光子晶体是以周期性介电函数为特征的一类材料，在晶格的特定方向上产生光子带隙，即电磁波不能在一定波长范围内传播。光子带隙的位置主要由介质的折射率（或介电常数）和光子晶体的晶格参数决定。尽管在掠入射条件下工作相较于正常入射可以实现更高的反射率和带宽，但目前掠入射二维光子晶体还鲜有应用于极紫外领域。 介孔分子筛薄膜材料具有高度有序的孔道，其孔径尺寸可在1.8~10nm调节，可用于催化、吸附和化学传感等领域。此外，由于介孔孔道的周期性排列，介孔分子筛同时也具有优异的光子晶体性能。光子带隙（PBG）的波长通常与结构周期性相当，由于介孔分子筛光子晶体的晶格常数在几纳米到几十纳米之间，光子带隙将位于极紫外波段范围（5~40nm）内。 本文设计并制备了孔道垂直取向的介孔MCM-41二维光子晶体薄膜材料，分别从理论和实验两方面研究了薄膜在极紫外波段的反射特性。具体内容如下： 1.首先以正硅酸乙酯为硅源，十六烷基三甲基溴化铵为模板，ITO导电玻璃为基底，采用电化学辅助自组装（EASA）法制备孔道垂直定向的介孔MCM-41光子晶体薄膜。考察了不同工艺参数（沉积时间、沉积电压、硅源浓度、模硅比等）对薄膜渗透性、均匀性以及孔道定向性和有序性的影响。通过CV、FTIR、SEM、AFM、HRTEM、2D-SAXS等手段对薄膜的渗透性能、表面形貌、孔道有序性和定向性等进行了表征。结果表明，表面均匀光洁和孔道定向性好的垂直取向介孔二氧化硅薄膜材料的制备工艺条件为：当基底面积20×20mm2时，硅源浓度，沉积电压，沉积时间分别为55mM、-1.3V、20~25s范围；基底面积50×50mm2时，硅源浓度，沉积电压，沉积时间分别为55mM和75mM、-1.3V、20~25s范围。 2.采用传输矩阵法（transfer matrix method,TMM）通过Translight软件进行仿真计算上述结构的反射特性。结果表明，当入射角为0°~2°时，在5~11nm波长范围内的反射率大于40%。随着入射角的增加，反射率显著增加。在7°时，5~11nm波段的反射率可以达到93.5%以上，当入射角进一步增加（9°~15°）时，反射率几乎都达到100%（97.6%~99.8%）。此外，研究发现电磁波沿含有表面活性剂的介孔二氧化硅薄膜在圆柱孔内传播时反射率很低。 3.采用同步辐射反射率计测试了制备的薄膜在5~11nm区域的反射率。结果表明，在掠入射角2°，8.5nm处反射率最高可达到80.4%，而且在5~11nm处反射率均稳定维持在75.6%以上，说明该薄膜可以在较宽的低波段范围内保持高反射率。但随着掠入射角的增加，反射率逐渐减小，当掠入射角增加到7°时，8.5nm处的反射率峰值仍保持在50%以上，在7.5~11nm范围内曲线较为平缓，说明在2~7°掠入射角范围内都可以实现高效反射。同时,可观察到表面活性剂脱除前的反射率远低于表面活性剂脱除后。与模拟结果相比，实验反射率明显降低，这是由于模拟中没有考虑虚部的影响，同时薄膜表面被认为完全光滑，而实际制得的薄膜反射率受表面质量影响较大，且随着入射角的增加会引起强吸收和散射从而导致反射率降低。对薄膜反射率特性影响最大的是薄膜的表面光洁程度，薄膜的厚度和均匀程度对薄膜反射率也有一定影响。
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