Ratchadaporn Supruangnet1*, Christian Morawe2, Jean-Christophe Peffen2, Hideki Nakajima1, Surachet   Rattanasuporn1, Pat Photongkam1, Nichada Jearanaikoon1, Wutthikri Busayaporn1  

1Synchrotron Light Research Institute, Nakhon Ratchasima 30000,Thailand, *Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
2The European Synchrotron, 71 Avenue des Martyrs, Grenoble 38000, France.

         ในปัจจุบันฟิล์มบางหลายชั้นได้นำมาประยุกต์ใช้เป็นอุปกรณ์ทัศนศาสตร์ทั้งในย่านรังสีอัลตราไวโอเลตและในย่านรังสีเอกซ์พลังงานสูงในเทคโนโลยีแสงซินโครตรอนมากขึ้น ยกตัวอย่างเช่น ใช้เป็นตัวคัดเลือกพลังงาน (monochromator), ใช้เป็น analyzer และอุปกรณ์ในการโฟกัสแสง โครงสร้างของฟิล์มบางหลายชั้นจะประกอบไปด้วย bi-layer ของวัสดุสองชนิดที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนต่างกัน โดยความหนาของชั้น bi-layer นี้จะเป็นตัวกำหนดช่วงพลังงานแสงที่ใช้งานโดยอาศัยกฎของแบรกส์ ฟิล์มบางหลายชั้นที่ใช้เป็นอุปกรณ์คัดเลือกพลังงาน สามารถให้ความเข้มแสงสูงกว่าอุปกรณ์คัดเลือกพลังงานจากผลึกเดี่ยวถึง 100 เท่า ซึ่งเหมาะกับเทคนิคที่ต้องการความเข้มแสงสูง ๆ เช่น เทคนิคโทโมกราฟีหรือเทคนิคการกระเจิงรังสีเอกซ์
         การประยุกต์ใช้งานฟิล์มบางหลายชั้นในช่วงรังสีเอกซ์พลังงานสูงส่วนใหญ่จะเป็นฟิล์มของโลหะบนชั้นของโบรอนคาร์ไบด์ (B4C) การเลือกชนิดของโลหะที่มีโครงสร้างเสถียรเมื่ออยู่บนชั้นของ B4C และมีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนแสงในช่วงพลังงานที่ต้องการมากกว่า 80% จึงเป็นปัจจัยสำคัญ การเคลือบฟิล์มบางหลายชั้นด้วยชั้นป้องกัน (cap layer) เป็นการป้องกันการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันระหว่างชั้นฟิล์มโลหะกับออกซิเจนในอากาศ เพื่อให้ฟิล์มบางหลายชั้นมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น
         ในงานวิจัยนี้ได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของชั้นเคลือบป้องกันที่ความหนาตั้งแต่ 1 - 6 nm ของฟิล์ม B4C บนฟิล์มบางหลายชั้นของ Pd/B4C ที่ค่า d-spacing 3 nm ซึ่งประกอบไปด้วยชั้นของ Pd/B4C จำนวน 50 ชั้น ด้วยเทคนิค XPS และ PEEM ที่สถานีทดลอง BL3.2U ณ สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน โดยผลจากเทคนิค XPS (รูปที่ 1) แสดงการเลื่อนตำแหน่งของพีค B1s หลังการทำ Ar+ sputtering จาก 189 eV (B4C) ไปที่ 192 eV (B2O3) แสดงให้เห็นการเปลี่ยนโครงสร้างจากโบไรด์เป็นสารประกอบออกไซด์ที่ระดับลึกจากผิวลงไปประมาณ 10 nm และผลการศึกษาสเปคตรัม B K-edge จากเทคนิค PEEM ที่บริเวณพื้นผิวของฟิล์มบางหลายชั้น (รูปที่ 2) พบว่าบริเวณชั้นเคลือบป้องกันถูกปกคลุมไปด้วยสารประกอบ B2O3
         ผลการศึกษาพบว่าชั้นเคลือบป้องกันของฟิล์ม B4C เปลี่ยนโครงสร้างเป็นโบรอนออกไซด์ (B2O3) จับตัวเป็นผลึกขนาดเล็กบนผิวของฟิล์มบางหลายชั้นและหลุดลอกออกไป (รูปที่ 3) ทำให้โครงสร้างภายในของฟิล์ม Pd/B4C เกิดการแตกหักเสียหาย ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนแสงลดลง

รูปที่ 1 สเปกตรัมจากเทคนิค XPS ของ Pd/B4C multilayer ที่เคลือบด้วยชั้น B4C ที่ความหนา 1.4 nm ก่อนและหลังการทำ Ar+ sputtering

รูปที่ 2 สเปกตรัมการดูดกลืนรังสีเอกซ์ของ B ใน Pd/B4C multilayer ที่เคลือบด้วยชั้น B4C ที่ความหนา 2.4 nm จากเทคนิค PEEM

รูปที่ 3  แสดงภาพถ่ายของฟิล์มบางหลายชั้นที่เคลือบด้วยชั้นเคลือบป้องกันของฟิล์ม B4C หลังเกิดผลึก B2O3 บนผิว

เอกสารอ้างอิง
Ratchadaporn Supruangnet, Christian Morawe, Jean-Christophe Peffen, Hideki Nakajima, Surachet Rattanasuporn, Pat Photongkam, Nichada Jearanaikoon, Wutthikri Busayaporn. Chemical modification of B4C cap layers on Pd/B4C multilayers. Applied Surface Science 367 (2016): 347 -353.