JPH08201596A - Neutron reflector - Google Patents
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- JPH08201596A JPH08201596A JP7012246A JP1224695A JPH08201596A JP H08201596 A JPH08201596 A JP H08201596A JP 7012246 A JP7012246 A JP 7012246A JP 1224695 A JP1224695 A JP 1224695A JP H08201596 A JPH08201596 A JP H08201596A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、中性子スーパーミラーや中
性子モノクロメーター等の中性子を反射する多層膜で構
成される中性子反射鏡において、反射率が高い中性子反
射鏡を得ることを目的とする。
【構成】 本発明は、窒化チタンと、窒化ニッケルとを
基板上に交互に成膜した。
(57) [Summary] [Object] An object of the present invention is to obtain a neutron reflecting mirror having a high reflectance in a neutron reflecting mirror composed of a multilayer film that reflects neutrons such as a neutron supermirror and a neutron monochromator. To aim. According to the present invention, titanium nitride and nickel nitride are alternately formed on a substrate.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、広い波長域において中
性子を反射する中性子スーパーミラーや、特定波長の中
性子のみを反射する中性子モノクロメーター等の中性子
反射鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neutron reflecting mirror such as a neutron supermirror that reflects neutrons in a wide wavelength range and a neutron monochromator that reflects only neutrons of a specific wavelength.
【0002】[0002]
【従来の技術】中性子の波動的性質(λ=0.1〜1n
m)を利用した光学素子としては、中性子に対し、高屈
折率物質(例えば、Mn、Ti、V、Si)と低屈折率
物質(例えば、Ni、Fe)を用い、これらの交互層か
らなる非等厚多層膜が基板上に形成された中性子スーパ
ーミラーや、高屈折率物質と低屈折率物質との交互層か
らなる等厚多層膜が基板上に形成された中性子モノクロ
メーター等の中性子反射鏡が知られている。これらの中
性子反射鏡は、中性子回折装置や中性子導管に使用され
ている。2. Description of the Prior Art Wave dynamic properties of neutrons (λ = 0.1 to 1n)
As an optical element using m), a high-refractive index material (for example, Mn, Ti, V, Si) and a low-refractive index material (for example, Ni, Fe) are used for neutrons, and they are composed of alternating layers. Neutron reflection in neutron supermirrors with non-uniform thickness multilayer film formed on the substrate, and neutron monochromator with uniform thickness multilayer film consisting of alternating layers of high refractive index material and low refractive index material The mirror is known. These neutron reflectors are used in neutron diffractometers and neutron conduits.
【0003】特に、中性子導管における中性子反射鏡
は、過去にはニッケル(Ni)の薄膜を形成して反射鏡
が製作していたが、現在においては屈折率の異なる2種
類の物質を用い、これらの非等厚交互層からなる中性子
スーパーミラーへと変わってきている。ところで、従来
の中性子スーパーミラーの一例として、高屈折率物質と
してチタン(Ti)、低屈折率物質としてニッケル(N
i)を用い、これらの物質を交互に合計254層成膜し
て得られた非等厚多層膜である中性子スーパーミラーを
図3に示した。そして、その中性子スーパーミラーの反
射率を図4で示した。この図4における中性子の入射条
件は、成膜された多層膜から0.01radの角度で入
射させたときである。In particular, a neutron reflecting mirror in a neutron conduit was manufactured by forming a thin film of nickel (Ni) in the past, but nowadays, two kinds of materials having different refractive indexes are used. Has changed to a neutron supermirror consisting of non-uniform thickness alternating layers. By the way, as an example of a conventional neutron supermirror, titanium (Ti) is used as a high refractive index material and nickel (N) is used as a low refractive index material.
FIG. 3 shows a neutron supermirror that is a non-uniform thickness multilayer film obtained by alternately depositing a total of 254 layers of these substances using i). And the reflectance of the neutron supermirror is shown in FIG. The incident condition of neutrons in FIG. 4 is when incident from the formed multilayer film at an angle of 0.01 rad.
【0004】この図4では、縦軸は反射率を、横軸は中
性子の波長を表す。また、細線で示した曲線は、上記中
性子スーパーミラーにおける理論上の反射率の曲線であ
り、太線で示した曲線は実際に製作して得られた中性子
スーパーミラーが示した反射率の実測値を示す曲線であ
る。この図4が示すように、実際に製作した中性子スー
パーミラーの反射率は、その高い反射率を有する波長帯
域(以下、高反射波長域とする)の中間部で反射率の低
下が生じる。In FIG. 4, the vertical axis represents reflectance and the horizontal axis represents neutron wavelength. Further, the curve shown by a thin line is a theoretical reflectance curve in the neutron supermirror, and the curve shown by a thick line is the actually measured value of the reflectance shown by the neutron supermirror obtained by actual fabrication. It is a curve shown. As shown in FIG. 4, the reflectance of the neutron supermirror actually manufactured has a lower reflectance in the middle portion of the wavelength band having a high reflectance (hereinafter, referred to as a high reflection wavelength range).
【0005】ところで、この中性子スーパーミラーを利
用した製品として中性子導管というものがある。これは
ある中性子源から各種実験機器等へ中性子をほぼ損失な
く導くためのものである。これは平板状のガラス基板上
に中性子スーパーミラーを内側にして、それぞれ4枚を
張り合わせて四角柱状にしたもので、中性子源から取り
出された中性子は、中性子導管内側のスーパーミラーに
より全反射を繰り返しながら、所定の機器へと導かれ
る。よって、完成時の中性子導管の全長は通常30m以
上にも達する。そのため、中性子導管作製には多くの平
板状のガラス基板に形成された中性子スーパーミラーが
必要となる。By the way, there is a neutron conduit as a product using this neutron supermirror. This is for guiding neutrons from a certain neutron source to various experimental equipments with almost no loss. This is a quadrangular prism made by bonding four neutron supermirrors inside on a flat glass substrate. The neutrons extracted from the neutron source repeat total reflection by the supermirror inside the neutron conduit. While being guided to a predetermined device. Therefore, the total length of the completed neutron conduit is usually 30 m or more. For this reason, neutron supermirrors formed on many flat glass substrates are necessary for producing neutron conduits.
【0006】よって、中性子導管の低損失化のため、中
性子導管に用いる中性子スーパーミラーに対して、反射
率が高く、高反射波長帯域の中間部で反射率の低下がな
いことが必要となる。よって、高反射波長帯域の中間部
で反射率の低下がなくすことは、中性子導管に使用する
中性子スーパーミラーの作製のために急務であった。と
ころで、ある波長の中性子のみを反射する中性子モノク
ロメーターというものがあるが、これは、中性子スーパ
ーミラーと同様に高屈折率物質と低屈折率物質を交互に
成膜し、各膜厚は同じものである。この中性子モノクロ
メーターも、理論上、成膜した膜数を増加することによ
って、反射率は向上するが、実際に製作された中性子モ
ノクロメーターは、ある膜数以上成膜しても、反射率が
向上しない。現在では、高い反射率を有する中性子モノ
クロメーターが要求されており、その必要性が高まって
いる。Therefore, in order to reduce the loss of the neutron conduit, it is necessary for the neutron supermirror used for the neutron conduit to have a high reflectivity and no decrease in the reflectivity in the middle part of the high reflection wavelength band. Therefore, it is an urgent task to eliminate the decrease in reflectance in the middle part of the high reflection wavelength band in order to fabricate a neutron supermirror used for a neutron conduit. By the way, there is a neutron monochromator that reflects only neutrons of a certain wavelength, but this is similar to the neutron supermirror, in which high-refractive index materials and low-refractive index materials are alternately deposited, and each film thickness is the same. Is. This neutron monochromator also theoretically improves the reflectance by increasing the number of deposited films, but the actually manufactured neutron monochromator has a reflectance of more than a certain number of films. Does not improve. At present, there is a demand for a neutron monochromator having a high reflectance, and the need for it is increasing.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来の中性子スーパー
ミラーは、高反射波長帯域の中間部で反射率が著しく低
下するという問題点があった。また、従来の中性子モノ
クロメーターは、先にも説明した通り、多層膜層数を増
加してもある膜層数で反射率がの向上が見られなくな
る。これらの反射させる中性子の波長が短くなるほど、
それが顕著になり、十分な反射率を求めることができな
いという問題点があった。The conventional neutron supermirror has a problem that the reflectivity is remarkably lowered in the middle portion of the high reflection wavelength band. Further, in the conventional neutron monochromator, as described above, even if the number of multi-layer film layers is increased, the reflectance is not improved at a certain number of film layers. The shorter the wavelength of these reflected neutrons,
This becomes remarkable, and there is a problem that a sufficient reflectance cannot be obtained.
【0008】よって、本発明の目的は中性子スーパーミ
ラーや中性子モノクロメーター等の中性子を反射する多
層膜で構成される中性子反射鏡において、反射率が高い
中性子反射鏡を得ることを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to obtain a neutron reflecting mirror having a high reflectance in a neutron reflecting mirror composed of a multilayer film for reflecting neutrons such as a neutron supermirror and a neutron monochromator.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】課題を解決するために本
発明は、窒化チタンと、窒化ニッケルとを基板上に交互
に成膜した(請求項1の発明)。更に窒化チタンの組成
比については、チタンが1に対して窒素が0.1以上1
以下とし、また、窒化ニッケルの組成比については、ニ
ッケルが1に対して窒素が0.1以上1以下とした(請
求項2の発明)。In order to solve the problems, according to the present invention, titanium nitride and nickel nitride are alternately formed on a substrate (the invention of claim 1). Regarding the composition ratio of titanium nitride, titanium is 1 and nitrogen is 0.1 or more and 1 or more.
With respect to the composition ratio of nickel nitride, the content of nitrogen is 0.1 to 1 inclusive with respect to 1 of nickel (the invention of claim 2).
【0010】また、本発明では、真空容器内に屈折率の
異なる2種類以上の物質を配置し、前記2種類の以上の
物質を交互に蒸発させ基板上に成膜する中性子反射鏡の
製造方法において、真空容器内を所望の真空度まで排気
する排気工程と、真空容器内に窒素ガスを導入する反応
ガス導入工程と、2種類以上の物質を交互に蒸発する蒸
発工程とを行うこととした(請求項3の発明)。Further, according to the present invention, a method for manufacturing a neutron reflecting mirror in which two or more kinds of substances having different refractive indexes are arranged in a vacuum container and the two or more kinds of substances are alternately evaporated to form a film on a substrate. In the above, an exhaust step of exhausting the inside of the vacuum container to a desired degree of vacuum, a reaction gas introducing step of introducing nitrogen gas into the vacuum container, and an evaporation step of alternately evaporating two or more kinds of substances are to be performed. (Invention of Claim 3).
【0011】以上の手段により、上記問題点を解決出来
ることを見出し本発明にいたった。The inventors have found that the above problems can be solved by the above means, and have reached the present invention.
【0012】[0012]
【作用】中性子反射の原理に基づき、多層膜を構成する
物質が中性子を吸収しない物質であれば、充分な膜数を
積層すれば反射率100%を達成できることを本発明者
らは数値計算により確認している。しかしながら、実際
に製作された中性子スーパーミラーは、高反射波長域の
中間部において中性子の反射率が計算値より低かった。
よって、本発明者らはこの反射率が低くなる原因を追求
していった結果、その原因は形成した多層膜の不完全性
にあるとの結論に至った。理想的な中性子スーパーミラ
ーは、完全平滑な基板上に、完全平滑な界面を持つ多層
膜が形成されたものであり、かつ、理想的な結晶構造を
有した物質から膜が完成されているということが前提に
なっている。このことから不完全性とは、特に非常に微
小な多層膜界面粗さと多層膜中のそれぞれの層の中に存
在する欠陥が中性子スーパーミラーの反射率を低下させ
ている原因と考え、よって、本発明者らは透過電子顕微
鏡によって多層膜の断面観察を行った。Based on the principle of neutron reflection, the inventors of the present invention have numerically calculated that the reflectance of 100% can be achieved by stacking a sufficient number of films if the substance forming the multilayer film does not absorb neutrons. I'm confirming. However, the neutron supermirror actually manufactured had a neutron reflectance lower than the calculated value in the middle part of the high reflection wavelength region.
Therefore, as a result of pursuing the cause of the low reflectance, the present inventors have concluded that the cause is the incompleteness of the formed multilayer film. An ideal neutron supermirror is one in which a multilayer film with a perfectly smooth interface is formed on a perfectly smooth substrate, and the film is completed from a substance with an ideal crystal structure. Is assumed. From this, the imperfections are considered to be the cause of the very small multi-layer interface roughness and the defects present in each layer in the multi-layer film decreasing the reflectance of the neutron supermirror. The present inventors observed the cross section of the multilayer film by a transmission electron microscope.
【0013】従来の中性子スーパーミラーをサンプルと
し、その多層膜の断面観察を行った結果、本発明者ら
は、以下の事を見出した。界面粗さの増大の主な原因
の一つは、金属膜が無数の多結晶粒から構成されてい
る。 の現象によって、積層する層数が増えるにつ
れて界面粗さは増加すること。であった。また、チタン
膜やニッケル膜は、成膜される過程で結晶粒が構成さ
れ、これら結晶粒が成長して行く。この様にして結晶粒
が構成され、個々の結晶粒が大きくなってゆくと、これ
ら結晶粒は必ずしも膜厚方向には成長して行かないな
ど、個々の結晶粒の成長方向の違いなどから、膜の表面
に微小な凹凸が発生してしまう。これが界面粗さとして
あらわれる。そして、その粗さを有したまま何層にも積
層されることによって、多層膜界面粗さが増加してしま
うのである。As a result of observing the cross section of the multilayer film of the conventional neutron supermirror as a sample, the present inventors have found the following. One of the main causes of the increase in the interface roughness is that the metal film is composed of innumerable polycrystalline grains. Due to the phenomenon, the interface roughness increases as the number of laminated layers increases. Met. Further, in the titanium film or the nickel film, crystal grains are formed during the film formation process, and these crystal grains grow. When the crystal grains are formed in this way, and the individual crystal grains grow larger, these crystal grains do not necessarily grow in the film thickness direction. Micro unevenness occurs on the surface of the film. This appears as interface roughness. Then, the multi-layer interface roughness is increased by stacking multiple layers while maintaining the roughness.
【0014】よって以上のことから、中性子を反射する
波長帯域中で反射率が低下する現象が上記考察に基づい
て発生すると結論され、その改善策として、本発明者ら
はTi膜とNi膜の結晶粒の成長を抑えれば、高反射波
長帯域の中間部での反射率の低下を改善できると考える
に至った。本発明者らは、膜中の結晶粒の微細化を行う
ために、バルクにおいて金属は結晶化し易く、窒化物は
結晶化しにくいという性質を薄膜物質にも利用できると
考え、Ti膜とNi膜を窒化させることで結晶粒成長の
抑制を試みた。Therefore, from the above, it is concluded that the phenomenon that the reflectance decreases in the wavelength band that reflects neutrons occurs based on the above consideration, and as a remedy for this, the present inventors have succeeded in improving the Ti film and the Ni film. We have come to think that suppressing the growth of crystal grains can improve the decrease in reflectance in the middle part of the high reflection wavelength band. The inventors of the present invention believe that the properties of a metal in a bulk being easily crystallized and a nitride being hard to be crystallized can be utilized for a thin film substance in order to refine the crystal grains in the film, and therefore, the Ti film and the Ni film can be used. We tried to suppress the crystal grain growth by nitriding.
【0015】実際に、Tiの窒化物とNiの窒化物とを
成膜して中性子スーパーミラーを製造し、中性子スーパ
ーミラーの反射率を測定をしたところ、予想を越える改
善が得られた。現在の時点では、金属膜が窒化しながら
成長する過程は、ほとんどわかっていない。しかしなが
ら、本発明の結果からしても、窒化しながら成長する島
状構造は金属膜のそれより非常に小さくなり、結果とし
て粗さの小さな層が形成されるためと本発明者は考察し
た。よって、Ti膜とNi膜を窒化すると、Ti膜とN
i膜の初期形成過程が異なり、界面粗さが抑えられた多
層膜が積層し、より理想に近い中性子スーパーミラーが
できたと考えられる。Actually, when a nitride of Ti and a nitride of Ni were formed into a film to manufacture a neutron supermirror, and the reflectance of the neutron supermirror was measured, an unexpected improvement was obtained. At present, little is known about the process of nitriding and growing a metal film. However, even from the results of the present invention, the present inventor has considered that the island-like structure that grows while being nitrided is much smaller than that of the metal film, and as a result, a layer having a small roughness is formed. Therefore, if the Ti film and the Ni film are nitrided,
It is considered that the initial formation process of the i film was different, and the multilayer film in which the interface roughness was suppressed was laminated, and a more ideal neutron supermirror was formed.
【0016】以上のことは、特定の波長の中性子のみを
反射する中性子モノクロメーターにとっても、飽和反射
率を上げるのに有効なことは自明である。また、本発明
者は、Tiの窒化物やNiの窒化物を成膜する際に、反
応性物理成膜法を用いて成膜した。これらは特に、反応
性真空蒸着法、反応性スパッタ法、反応性イオンプレー
ティング法がある。これらの方法は、TiやNiの物質
(純物質であろうが、窒化物質であろうが構わない。)
を抵抗加熱や電子ビーム、プラズマによって溶融・蒸発
させるか、または、スパッタリング法により、蒸発させ
る。そして、蒸発したTiやNiを窒素ガス中に飛ばし
て、窒素ガスと反応させながら窒化Ti膜や窒化Ni膜
を成膜する方法である。本発明は、この方法を用いて、
中性子スーパーミラー用の窒化チタン膜と窒化ニッケル
膜とを成膜し、所望の膜数になるまで、繰り返し窒化チ
タンと窒化ニッケルを成膜した。It is obvious that the above is effective for increasing the saturation reflectance even for a neutron monochromator which reflects only neutrons of a specific wavelength. Further, the present inventor, when forming a Ti nitride film or a Ni nitride film, uses a reactive physical film formation method. These include, among others, the reactive vacuum deposition method, the reactive sputtering method and the reactive ion plating method. In these methods, a Ti or Ni substance (whether it is a pure substance or a nitride substance) is used.
Is melted and vaporized by resistance heating, electron beam, or plasma, or vaporized by a sputtering method. Then, the evaporated Ti or Ni is blown into a nitrogen gas, and a Ti nitride film or a Ni nitride film is formed while reacting with the nitrogen gas. The present invention uses this method to
A titanium nitride film and a nickel nitride film for a neutron supermirror were formed, and titanium nitride and nickel nitride were repeatedly formed until the desired number of films was obtained.
【0017】以下、実施例により、本発明をより具体的
に説明する。しかしながら、本発明は、これに限られる
ものではない。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the present invention is not limited to this.
【0018】[0018]
【実施例】図1は、本発明の一実施例である中性子スー
パーミラーの概略断面図である。基板1にフロートガラ
スを用い、多層膜2には高屈折率物質として窒化チタン
(TiNx )、低屈折率物質として窒化ニッケル(Ni
Ny )を用い、TiNx とNiNy との交互膜を形成し
た。これらの膜厚は、非等厚である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a neutron supermirror which is an embodiment of the present invention. Float glass is used for the substrate 1, titanium nitride (TiN x ) is used as the high refractive index material, and nickel nitride (Ni) is used as the low refractive index material for the multilayer film 2.
Using N y), to form an alternating film of TiN x and NiN y. These film thicknesses are not equal.
【0019】これらTiNx とNiNy の膜構成は、基
板/TiNx /NiNy /・・・/TiNx /NiNy
/空気、である。多層膜の膜厚分布tj は、The film structure of TiN x and NiN y is as follows: substrate / TiN x / NiN y / ... / TiN x / NiN y
/ Air. The thickness distribution tj of the multilayer film is
【0020】[0020]
【数1】 [Equation 1]
【0021】に従って算出した。ちなみに数1の式に示
されたj とは、空気から基板へと膜の順番を数えた場合
の膜の配列の順番である。この数1からわかるように、
TiNx 層の膜厚は、最小の約5nmから最大25nm
の膜厚を形成させており、空気に近い層から、基板に向
かって、順番に膜厚が減少してゆく。It was calculated according to By the way, j shown in the equation (1) is the order of film arrangement when the order of films is counted from air to the substrate. As you can see from this number 1,
The thickness of the TiN x layer is about 5 nm at the minimum and 25 nm at the maximum.
Film thickness is formed, and the film thickness gradually decreases from the layer close to air toward the substrate.
【0022】NiNy 層の膜厚については、最小の約6
nmから最大70nmの膜厚を形成させており、TiN
x と同様に順番に膜厚が減少して行く。これらのTiN
x 膜とNiNy 膜の層総数は、両層併せて254層設け
た。以上の様に設計された中性子スーパーミラーの全反
射の臨界波長は、中性子の入射角が0.01ラジアンの
場合、0.23nmである。ところで、Ni単層膜で製
作された中性子ミラーの全反射の臨界波長は、同条件で
は、0.6nmなので、本実施例の中性子スーパーミラ
ーは、更に短い波長域の中性子を反射することができる
ということがわかる。Regarding the thickness of the NiN y layer, the minimum is about 6
nm to a maximum film thickness of 70 nm.
Similar to x , the film thickness decreases in order. These TiN
The total number of layers of the x film and the NiN y film was 254 in total. The critical wavelength of total reflection of the neutron supermirror designed as described above is 0.23 nm when the incident angle of neutrons is 0.01 radian. By the way, since the critical wavelength of total reflection of a neutron mirror made of a Ni single layer film is 0.6 nm under the same conditions, the neutron supermirror of this example can reflect neutrons in a shorter wavelength range. I understand that.
【0023】また、入射する中性子の波長を0.6nm
とした場合は、本実施例の中性子スーパーミラーの全反
射の臨界角は、0.026ラジアンである。比較例とし
て、Ni単層膜で作成された中性子ミラーの全反射臨界
角は0.01ラジアンとなるので、高角度で中性子を入
射することができるということがわかる。次に本実施例
における中性子スーパーミラーの成膜法について説明す
る。The wavelength of incident neutrons is 0.6 nm.
In that case, the critical angle of total reflection of the neutron supermirror of this example is 0.026 radians. As a comparative example, it can be seen that the neutron mirror made of a Ni single-layer film has a critical angle for total reflection of 0.01 radian, so that neutrons can be incident at a high angle. Next, the method for forming the neutron supermirror in this embodiment will be described.
【0024】最初に、真空蒸着用真空チャンバー内にフ
ロートガラス基板を載置し、また、蒸着物質のTiおよ
びNiを載置する。次に、真空チャンバー内を高真空に
するため、各種真空ポンプを駆動して到達真空度まで気
圧を下げる。十分に到達真空度まで気圧を下げた後は、
成膜真空度になるまで窒素ガス(N2 ガス)を真空チャ
ンバー内に導入する。成膜真空度まで窒素ガスを導入し
た後は、電子銃を駆動して、蒸着物質のTiを溶融・蒸
発させ、所望の膜厚になるまでフロートガラス基板に蒸
着させる。この時に、Tiは、窒素ガスと化合してTi
Nx となり、フロートガラス基板に蒸着される。TiN
x が所望の膜厚まで蒸着されたら、蒸着物質のTiの溶
融を止めて、次に、もう一方の蒸着物質のNiの溶融を
開始する。そして、所望の膜厚になるまで蒸着させる。
この時に、Niは、Tiの蒸着時と同様に、真空チャン
バー内に導入された窒素ガスが化合して、NiNy とな
る。そして、NiNy が所望の膜厚まで蒸着されたら、
Niの溶融を止める。そして、再びTiの溶融を開始す
る。この様に蒸着物質のTiまたはNiの溶融を繰り返
し行うことによって、所望の膜数まで蒸着し、中性子ス
ーパーミラーを製造する。First, a float glass substrate is placed in a vacuum chamber for vacuum vapor deposition, and Ti and Ni as vapor deposition substances are also placed. Next, in order to create a high vacuum in the vacuum chamber, various vacuum pumps are driven to reduce the atmospheric pressure to the ultimate vacuum level. After reducing the atmospheric pressure to the ultimate vacuum level,
Nitrogen gas (N 2 gas) is introduced into the vacuum chamber until the film forming vacuum is reached. After introducing the nitrogen gas to a film forming vacuum degree, the electron gun is driven to melt and evaporate Ti as a vapor deposition material and vapor deposit it on the float glass substrate until a desired film thickness is obtained. At this time, Ti combines with nitrogen gas to form Ti.
It becomes N x and is deposited on the float glass substrate. TiN
When x is deposited to the desired film thickness, the melting of Ti of the evaporation material is stopped, and then the melting of Ni of the other evaporation material is started. Then, vapor deposition is performed until a desired film thickness is obtained.
At this time, Ni becomes NiN y by combining with the nitrogen gas introduced into the vacuum chamber, as in Ti vapor deposition. Then, when NiN y is evaporated to a desired film thickness,
Stop melting Ni. Then, the melting of Ti is started again. By repeatedly melting Ti or Ni as the vapor deposition material in this manner, vapor deposition is performed up to a desired number of films to manufacture a neutron supermirror.
【0025】ところで、本実施例の中性子スーパーミラ
ーを製造する際の成膜条件は、以下のようであった。 到達真空度 3×10-7Torr 成膜真空度 5×10-5Torr(窒素ガス導入) 基板加熱 無加熱(蒸発源からの輻射熱による温度上昇あり) 蒸着材料 金属チタン(Ti)(純度99.9%以上) 金属ニッケル(Ni)(純度99.9%以上) 蒸発源方式 電子衝撃加熱法 上記の成膜条件により、窒素ガスを導入して成膜したT
iNx 層とNiNy 層とは、低級窒化物になっていた。
Ti層とNi層の化学量論比をXPS(X線光電子分光
分析)で評価した結果、TiNx のxの値は0.3から
0.5であり、NiNy のyの値は0.15から0.3
であった。この値の範囲内で十分な反射率が得られた。By the way, the film forming conditions for manufacturing the neutron supermirror of this example were as follows. Ultimate vacuum 3 × 10 -7 Torr Deposition vacuum 5 × 10 -5 Torr (Introduction of nitrogen gas) Substrate heating No heating (temperature rise due to radiant heat from evaporation source) Vapor deposition material Titanium (Ti) (purity 99. 9% or more) Nickel metal (Ni) (purity 99.9% or more) Evaporation source method Electron impact heating method Under the above film forming conditions, nitrogen gas was introduced to form a film T
The iN x layer and the NiN y layer were lower nitrides.
As a result of evaluating the stoichiometric ratio of the Ti layer and the Ni layer by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy analysis), the value of x of TiN x is 0.3 to 0.5, and the value of y of NiN y is 0. 15 to 0.3
Met. A sufficient reflectance was obtained within the range of this value.
【0026】図2は、本実施例の中性子スーパーミラー
の設計値による反射率と本実施例に基づいて成膜した中
性子スーパーミラーの中性子反射率の実測値を示した。
従来の中性子スーパーミラーとの反射率を示している図
4と比較すると、問題となっていた高反射波長帯域の中
間部での反射率の低下が著しく改善されていることがわ
かる。FIG. 2 shows the reflectivity of the neutron supermirror according to the present embodiment, which was designed, and the measured neutron reflectivity of the neutron supermirror formed according to the present embodiment.
Comparing with FIG. 4, which shows the reflectance with the conventional neutron supermirror, it can be seen that the reduction of the reflectance in the middle part of the high reflection wavelength band, which has been a problem, is remarkably improved.
【0027】次に、中性子スーパーミラーに対する中性
子の入射角は、ミラー表面から計って0.01ラジアン
に固定した場合の臨界波長を測定した。この角度で中性
子を入射させると、Ni膜のみで形成された中性子ミラ
ーの場合の臨界波長は、0.6nmとなるが、本実施例
での中性子スーパーミラーは、0.6nmより短い波長
域においても中性子を反射することができ、本実施例で
の中性子スーパーミラーの反射の臨界波長は0.23n
mにもなった。Next, the incident angle of neutrons on the neutron supermirror was measured at a critical wavelength when fixed at 0.01 radian measured from the mirror surface. When neutrons are incident at this angle, the critical wavelength in the case of a neutron mirror formed of only a Ni film is 0.6 nm, but the neutron supermirror in this example has a wavelength range shorter than 0.6 nm. Can also reflect neutrons, and the critical wavelength of reflection of the neutron supermirror in this example is 0.23n.
It became m.
【0028】また、以上のことから、本実施例での中性
子スーパーミラーの反射の臨界角は、Ni単層膜で形成
された中性子ミラーの臨界角の2.6倍であるを有して
いることがわかる。この様に本実施例では、臨界波長よ
り長い波長域において、反射率が低下することがない中
性子スーパーミラーを作成することが出来た。この中性
子スーパーミラーを用いて、中性子導管を製造すれば、
中性子の損失が少ない中性子導管が得られる。From the above, the critical angle of reflection of the neutron supermirror in this example is 2.6 times the critical angle of the neutron mirror formed of the Ni monolayer film. I understand. As described above, in the present example, it was possible to manufacture a neutron supermirror in which the reflectance does not decrease in the wavelength region longer than the critical wavelength. If a neutron conduit is manufactured using this neutron super mirror,
A neutron conduit with low neutron loss is obtained.
【0029】また、TiNx とNiNy とを用いた中性
子モノクロメーターについても、高い飽和反射率を得る
ことが出来、損失の少ないモノクロメーターが得られ
る。また、本実施例では、ハロゲンガス等に比べ、反応
ガスとして毒性の少ない窒素を使用した。よって、中性
子に対して、高屈折率を有する薄膜と、低屈折率を有す
る薄膜と物質において、薄膜と薄膜の界面が平坦な薄膜
を安全に得られることができた。Further, also with respect to the neutron monochromator using TiN x and NiN y , a high saturated reflectance can be obtained, and a monochromator with less loss can be obtained. Further, in this example, nitrogen, which is less toxic than halogen gas, was used as the reaction gas. Therefore, it was possible to safely obtain a thin film having a high refractive index against neutrons and a thin film having a low refractive index and a substance having a flat interface between the thin films.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上より、高屈折率物質として窒化チタ
ン(TiNx )、低屈折率物質として窒化ニッケル(N
iNy )を用いて、高屈折率物質と低屈折率物質とを交
互に成膜してなる非等厚多層膜を有した中性子スーパー
ミラーは、高反射波長帯域の中間部で反射率の低下が無
くなり、臨界波長より長い波長域で十分な反射率を確保
することができた。As described above, titanium nitride (TiN x ) is used as the high refractive index material and nickel nitride (N) is used as the low refractive index material.
A neutron supermirror having a non-uniform thickness multilayer film formed by alternately depositing a high-refractive index material and a low-refractive index material using iN y ) has a lower reflectance in the middle of the high reflection wavelength band. Was eliminated, and sufficient reflectance could be secured in the wavelength region longer than the critical wavelength.
【図1】:実施例での中性子スーパーミラーの断面図[FIG. 1]: Cross-sectional view of a neutron supermirror in an example
【図2】:実施例での中性子スーパーミラーの中性子反
射率特性[FIG. 2]: Neutron reflectance characteristics of the neutron supermirror in the example
【図3】:従来の中性子スーパーミラーの断面図[Fig.3]: Cross section of conventional neutron supermirror
【図4】:従来の中性子スーパーミラーの中性子反射率
特性[Figure 4]: Neutron reflectivity characteristics of conventional neutron supermirror
1 フロートガラス基板 2 254層の窒化チタン(TiNx )/窒化ニッケル
(NiNy )の中性子スーパーミラー 3 254層のチタン(Ti)/ニッケル(Ni)の中
性子スーパーミラー1 Float glass substrate 2 254 layers of titanium nitride (TiN x ) / nickel nitride (NiN y ) neutron supermirror 3 254 layers of titanium (Ti) / nickel (Ni) neutron supermirror
Claims (3)
に交互に成膜したことを特徴とする中性子反射鏡。1. A neutron reflector, wherein titanium nitride and nickel nitride are alternately formed on a substrate.
に対して窒素が0.1以上1以下であり、前記窒化ニッ
ケルの組成比は、ニッケルが1に対して窒素が0.1以
上1以下であることを特徴とする請求項1記載の中性子
反射鏡。2. The titanium nitride has a composition ratio of 1: 1.
2. Nitrogen is 0.1 or more and 1 or less, and the composition ratio of the nickel nitride is such that the nickel is 1 and the nitrogen is 0.1 or more and 1 or less. mirror.
の物質を配置し、前記2種類の以上の物質を交互に蒸発
させ基板上に成膜する中性子反射鏡の製造方法におい
て、 前記真空容器内を所望の真空度まで排気する排気工程
と、 前記真空容器内に窒素ガスを導入する反応ガス導入工程
と、 前記2種類以上の物質を交互に蒸発する蒸発工程とを行
うことを特徴とする中性子反射鏡の製造方法。3. A method for manufacturing a neutron reflecting mirror, wherein two or more kinds of substances having different refractive indexes are arranged in a vacuum container, and the two or more kinds of substances are alternately evaporated to form a film on a substrate. An exhausting step of exhausting the inside of the container to a desired degree of vacuum; a reaction gas introducing step of introducing nitrogen gas into the vacuum container; and an evaporating step of alternately evaporating the two or more kinds of substances. Method for manufacturing neutron reflector.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7012246A JPH08201596A (en) | 1995-01-30 | 1995-01-30 | Neutron reflector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7012246A JPH08201596A (en) | 1995-01-30 | 1995-01-30 | Neutron reflector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08201596A true JPH08201596A (en) | 1996-08-09 |
Family
ID=11800018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7012246A Pending JPH08201596A (en) | 1995-01-30 | 1995-01-30 | Neutron reflector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08201596A (en) |
-
1995
- 1995-01-30 JP JP7012246A patent/JPH08201596A/en active Pending
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