instituto de física aplicada

280 Pages·2008·4.85 MB·Spanish

UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS
Departamento de Óptica

BÚSQUEDA Y CARACTERIZACIÓN DE NUEVOS
MATERIALES Y SU APLICACIÓN EN
RECUBRIMIENTOS ÓPTICOS PARA EL
ULTRAVIOLETA LEJANO Y EXTREMO

MEMORIA PARA OPTAR AL GRADO DE DOCTOR
PRESENTADA POR

Mónica Fernández Perea

Bajo la dirección de los doctores
José Antonio Méndez Morales y Juan Ignacio Larruquert Goicoechea

Madrid, 2009

• ISBN: 978-84-692-0067-4 ©Mónica Fernández Perea, 2008
UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS

BÚSQUEDA Y CARACTERIZACIÓN DE
NUEVOS MATERIALES Y SU APLICACIÓN
EN RECUBRIMIENTOS ÓPTICOS PARA EL
ULTRAVIOLETA LEJANO Y EXTREMO

TESIS DOCTORAL

MÓNICA FERNÁNDEZ PEREA

MADRID, 2008

INSTITUTO DE FÍSICA APLICADA

Grupo de Óptica de Láminas Delgadas

BÚSQUEDA Y CARACTERIZACIÓN DE
NUEVOS MATERIALES Y SU APLICACIÓN
EN RECUBRIMIENTOS ÓPTICOS PARA EL
ULTRAVIOLETA LEJANO Y EXTREMO

Memoria presentada en el Departamento de Óptica de la Facultad de
Ciencias Físicas de la Universidad Complutense de Madrid por

Mónica Fernández Perea

para aspirar al grado de Doctor en Ciencias Físicas

Directores: Dr. José Antonio Méndez Morales
Dr. Juan Ignacio Larruquert Goicoechea

Tutor ponente: Dr. Eusebio Bernabeu Martínez

MADRID, 2008

A José Manuel
A mis padres y a mi hermana

Resumen

El intervalo espectral conocido como ultravioleta lejano y extremo (FUV/EUV),
que comprende longitudes de onda entre 10 y 200 nm, ha permanecido prácticamente
inexplorado debido a la gran absorción que presentan los materiales. Sin embargo, en
la actualidad existe una gran motivación por parte de la comunidad científica para el
desarrollo de instrumentación en este intervalo espectral, cuya eficiencia depende en
gran medida de la de los recubrimientos ópticos. De entre los diversos campos de
aplicación de la instrumentación en el FUV/EUV, cabe destacar la exploración del
universo, la litografía en el EUV, las instalaciones sincrotrón o la física de plasmas.

El conocimiento preciso de las constantes ópticas de los materiales en lámina
delgada es fundamental para que el diseño de los recubrimientos ópticos se pueda
realizar adecuadamente. En el FUV/EUV existen muchos materiales que no han sido
aún caracterizados, mientras que otros lo han sido en condiciones inapropiadas. Por lo
tanto uno de los objetivos de este trabajo fue la búsqueda y caracterización óptica de
materiales adecuados para su uso en recubrimientos ópticos para el FUV/EUV. Los
materiales caracterizados fueron SiC, Sc, Yb, Ce, B y SiO. El SiC es un material
establecido que no se había caracterizado adecuadamente con anterioridad, y los
demás materiales eran candidatos a tener o bien alta reflectancia o relativamente baja
absorción en el FUV/EUV. Los resultados obtenidos han confirmado la idoneidad de
estos materiales como constituyentes de recubrimientos ópticos en el FUV/EUV.

El otro objetivo de esta tesis doctoral fue el diseño, preparación y
caracterización de recubrimientos ópticos para la región del FUV/EUV con longitudes
de onda comprendidas entre 50 y 200 nm. Estos recubrimientos contienen materiales
que fueron estudiados previamente en el Grupo de Óptica de Láminas Delgadas, así
como algunos de los materiales que se han caracterizado en el contexto de esta tesis
doctoral. Se han preparado espejos de banda ancha (bicapas de Al y MgF y
2
multicapas de Al, MgF y SiC), y filtros que funcionan por transmisión (multicapas de
2
Al y MgF ) y por reflexión (multicapas de Al, Yb y SiO). Por último, se han aportado
2
nuevos datos acerca del envejecimiento y las posibles vías para mejorar la eficiencia de
estos recubrimientos.
i

Abstract

The spectral range known as far and extreme ultraviolet (FUV/EUV),
comprising wavelengths from 10 to 200 nm, has remained almost unexplored due to the
high absorption displayed by materials. However, a great motivation from the scientific
community has recently arisen to develop instrumentation for the FUV/EUV. The
efficiency of this instrumentation depends strongly on the efficiency of optical coatings.
Some examples of the diverse fields of application of FUV/EUV instrumentation are the
universe exploration, EUV lithography, synchrotron facilities and plasma physics.

A precise knowledge of the optical constants of thin film materials is
fundamental to properly design optical coatings. In the FUV/EUV there are many
materials that have not been studied yet, while some others were not characterized in
appropriate conditions. Therefore, one of the objectives of this work was the search of
new materials suitable to be used in optical coatings for the FUV/EUV. The
characterized materials were SiC, Sc, Yb, Ce, B and SiO. SiC is an established material
that so far had not been adequately characterized. The rest of the materials were
candidates to have high reflectance or relatively low absorption in the FUV/EUV. The
obtained results have confirmed that these materials are adequate as constituents of
FUV/EUV optical coatings.

Another objective of this work was the design, preparation and characterization
of optical coatings for the spectral range with wavelengths going from 50 to 200 nm.
These coatings include layers of materials that were studied previously by the Grupo de
Óptica de Láminas Delgadas, and also some of the materials that were characterized
during this thesis. Broad band mirrors (Al and MgF bilayers and Al, MgF and SiC
2 2
multilayers) and filters working by transmission (Al and MgF multilayers) and by
2
reflection (Al, Yb and SiO multilayers) were prepared. Finally, new data regarding the
ageing of the coatings and the possible ways to improve their performance were
provided.

iii