С развитием мощных источников синхротронного излучения (СИ) и лазеров на сво-бодных электронах остро встала проблема прецизионных рентгенооптических элементов стойких к большим (~ кВт) радиационным и тепловым нагрузкам. В настоящее время в качестве материала подложек рассматриваться монокристаллический кремний (mc-Si) [1] при охлаждении жидким азотом. Однако такой метод охлаждения из-за кипения жидкого азота при контакте с охлаждаемой деталью приводит к заметной вибрации, что ухудшает параметры пучка рентгеновского излучения. Альтернативные материалы, в том числе, SiC и ме-таллы (медь, алюминий, бериллий) по своим теплофизическим или рентгенооптическим характеристикам сильно уступают mc-Si [2]. Лучшими характеристиками обладает только монокристаллический алмаз, однако, существуют сложности изготовления с образцов с большими размерами.
В работе предлагается использование алмазокарбидокремниевого композита (АКК) «Скелетон» [3] с переходом к водяному охлаждению. Структура материала сформирована алмазными зернами, связанными в единый композит карбидокремниевой матрицей. Материал уступает по своим физико-механическим и теплофизическим свойствам монокристаллическому алмазу, однако, позволяет формировать заготовку практически произвольных размеров и формы (“net-shape” технология), например, развитую тыльную сторону для повышения теплоотдачи при жидкостном охлаждении. На поверхности образца из АКК «Скелетон» было сформировано технологическое покрытие из поликристаллического Si (pc-Si).
Исследованы теплоемкость (С), теплопроводность (λ) и ТКЛР (α) образца в сравне-нии с mc-Si. Значение ТКЛР оказалось на уровне mc-Si и составило α=4.2*10-6 1/К, а величины λ=1,2 Дж/(К*г) и С=6.5 Вт/(см*К) значительно превосходят mc-Si. На основе полученных констант проведен расчет термоиндуцированной деформации образца под воздействием рентгеновского (E=20 кэВ) излучения мощностью P=200 Вт при водяном охлаждении. Расчет показал почти втрое меньшую деформацию в сравнении с mc-Si. Разработана методика ионной полировки pc-Si, которая позволила получить шероховатость - σ2х2~0,15 нм, что удовлетворяет требованиям рентгеновской оптики. Таким образом, показана перспективность применения АКК «Скелетон» с pc-Si покрытием в качестве подложек рентгеновских зеркал для мощных источников СИ (3+ и 4го поколения) и лазеров на свободных электронах при водяном охлаждении.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 21-72-30029 и с использованием оборудования ЦКП “Физика и технологии микро- и наноструктур” при ИФМ РАН.
Литература
1. A.R. Belure, A.K. Biswas, D. Raghunathan et al. // Mater. Today: Proc. 26, 2260 (2020).
2. Н.И. Чхало, М.В. Зорина, И.В. Малышев et al. // ЖТФ. 89(11), 1686 (2019).
3. C. Катаев, В. Сидоров, С. Гордеев // Электроника: НТБ. 3, 60 (2011).