Рентгеноинтерферометрический способ определения искажений атомной решетки монокристалла

 

, SU„„111750

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

COUNI

РЕСПУБЛИН

g G0I К 2320

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРстВенный Комитет сссР

r1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИй (21) 35955 15/!8-25 (22) 25.05.83 (46) 07.10.84. Бюл. 937 (72) П.А. Безирганян и В.Г.Асланян (71) Ордена Трудового Красного Знамени ереванский государственный университет (53) 548.73 (088.8) (56) 1. Bonse U.,Hart М.Three — Wave

Method for the Measurement of the

Length of the Wave-Train of Х вЂ” ray

Radiation. Appl. Phys. Zetters, 1965, 6,155.

2. Григорян А.М., Аладжаджян Г.М.

Иэображение .маятниковых полос плоских рентгеновских волн на плоском дефекте. "Молодой научный работник", 1980, М 2/32, 141-144 (прототип). (54)(57) РЕНТГЕНОИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСКАЖЕНИЙ АТОМНОЙ .РЕШЕТКИ МОНОКРИСТАЛЛА,заключающийся в том, что ленточный пучок рентгеновского монохроматического излучения направляют на двухблочный интерферометр, второй блок которого клиновидный, отличающийся тем, что,с целью повышения информативности исследований совершенства кристаллов при изучении поворотов атомных плоскостей, в качестве клиновидного блока используют блок из "толстого" монокристалла с p t ? 1, где р — линейный коэффициент поглощения; толщина кристалла, и ориентируют монокристалл так, что направление изме. нения толщины клина перпендикулярно или параллельно плоскости дифракции.

ll!7503 2

Изобретение относится к рентгеноинтерферометрическим исследованиям совершенства кристаллов.

Известны рентгеноинтерферометрические способы исследования совершенства кристаллов, заключающиеся в том, что пучок рентгеновских лучей направляют на трехкристальный интерферометр, за интерферометром получают муаровую картину, с помощью которой оценивают повороты атомных плоскостей и изменения расстояний между ними Я

Однако в этих способах недостаточ.но детально исследованы теоретичеc 15 кие Основы Возникновения муаровых картин в рентгеноинтерферометрических системах, не исследованы связи между внутрикристальными и внекристальными муаровыми картинами и не,0 выяснено, какие повороты определяются.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является рентгеноиптерферометрический способ определения искажений атомной решетки монокристалла, заключающийся в том, что ленточный пучок рентгеновского монохроматического излучения направляют на двухблочный интерферометр, 30 второй блок которого тонкий и клиновидный. За интерферометром получают интерференционную картину, содержащую V — образные маятниковые полосы и линии смещения, с помощью которых оценивают структурные несовершенства кристаллов f2).

Однако с помощью известного способа можно определить повороты атомных плоскостей только вокруг оси, 40 перпендикулярной к плоскости выхода и вектору обратной решетки, и то не с большой точностью, как это можно делать с помощью муаровых картин, Цель изобретения — повышение 45 информативности исследований совершенства кристаллов при изучении повс ротов атомных плоскостей, Поставленная цель достигается тем, что согласно рентгеноинтерферометри- 50 ческому способу определения искажения атомной решетки монокристалла, заключающемуся в том, что ленточный пучок рентгеновского монохроматичес.— кого излучения направляют на двух- 55 блочный интерферометр, второй блок которого клиновидный, в качестве клиновидного блока используют блок из

"толстого" монокристалла с р t ) I,ãäå

f0 — линейный коэффициент поглощения;

t - толщина кристалла), и ориентируют монокристалл так, что направление изменения толщины клина перпендикулярно или параллельно плоскости дифракции °

На фиг. l показан вектор обратной решетки Н, направленный по оси

Х в выбраннои системе координат; на фиг. 2 — схема образования муаровых картин в двухкристальном интерферометре, возникающих из-за различия .межплоскостных расстояний; на фиг.3 . схема образования муаровых картин, возникающих из-за поворота атомных плоскостей вокруг оси ОУ,"на фиг.4 схема образования муаровых картой, возникающих из-за поворота атомных плоскостей вокруг оси 0Z на фиг. 5 и 6 — схема образования муаровых картин в двухкристальном интерферометре, второй блок которого клинообразный.

Когда межплоскостные расстояния отражающих плоскостей первого dg u второго 0 кристаллов отличаются (df — d2 6 d ф О), отражающие плоскости второго кристалла повернуты вокруг всех трех осей ОХ, 0У.и OZ под углами соответственно Е, Е ч и Е соответственно относительно плоскостей первого кристалла.

Разность фаз, возникающая из-за разности межплоскостных расстояний и поворотов, определяется выражением (дН г ) = (AHg + AН +ЬН +

5, + g Н z ) r где П Н вЂ” общее изменение вектора обратной решетки ; Н 1 — изменение вектора обратной решетки изза отличия межплоскостных расстоя3

9 ний; g Н, лН и 6܄— изменения векторов обратной решетки иэ-за поворотов атомных плоскостей вокруг осей ОХ, ОУ и ОЕ соответственно

r — единичный вектор.

Нетрудно убедиться в том, что

3 Н> равняется нулю. Вращение атомO ных плоскостей вокруг оси ОХ (вокруг вектора обратной решетки) не меняет ни величины, ни направления вектора обратной решетки. При малых поворотах (повороты в пределах угловой области отражения) векторы Н

Ь Й и 6Н можно представить в следующем вйде (фиг. l ):

3 ь",у ьнд ; ьн =l ьМ 2 6HZ=I dH

".л * где x, у и У вЂ” единичные векторы п направлениям осей OX, OY u OZ соответственно.

Следовательно, величину вектора

I 6 Н можно представить уравнением

1ьН)= 1ьН 1"1ьМ 1ьН,1 . (г)

+ 1 1 3g

lnH) =1Н, -1н2 = 2 1 2 где Н и Н вЂ” векторы

1 2 обратных решеток первого и второго кристаллов соответственно. (<">(=lH,! у il6Hq lH

При выводе последних считают, что углы Е и Е малы. Плоскости стационарных интенсивностей определяются выражением

20 (gН г ) = const, . (4) IlI7503 4

1 (Ф 3l = - = (7) о )ьнgl н„ „

Плоскости муарового распределения энергии, вызванного поворотами вок"руг оси ÎY, параллельны поверхностй выхода второго кристалЛа (плоскость

XOY фиг. I и 3) у в) когда существует только повоfp рот вокруг оси OZ, тогда для периода муаровых плоскостей внутри второго кристалла получаем

3„=

IaH I )на„ (8) 1 25

3= (5)

)ьН)

Рассмотрим частные случаи: а) когда в кристалле нет поворотов, но межплоскостные расстояния первого и второго кристаллов отличаются d< — <12 = ddgO, d) — й2 тогда для периода Sg З5

2 муарового распределения энергии во втором кристалле, вызванного различием межплоскостных расстояний атом1 ных плоскостей первого и второго

40 кристаллов, выражение имеет вид

«d,д2 ьчд) a„-Зг

-е

Сргласно. условию (ЬН r ) const

45 плоскости стационарных интенсивностей перпендикулярны к вектору обратной решетки (фиг. 1 и 2), т.е. муаровые плоскости параллельны отражающим плоскостям; б) когда существует поворот только вокруг оси ОУ, S

И й1 +iaH l

I тогда из вйражений. (3) и (5) для пе- SS риодов муаровых плоскостей, возникающих из-за поворота атомных плоскостей вокруг оси OY, находятi откуда,для периода муаровых картин находят ьН = ЬН ) = О; ЬН) = ЬЙ !

nЙ„1g о; ьн 1ьн - о, В этом случае муаровые плоскости внутри второго кристалла перпендикулярны к Отражающим плоскостям (фиг.l и 4).

Муаровые плоскости вне кристалла можно регистрировать (наблюдать), если плоскости муаровых распределений внутри второго кристалла непараллельны (пересекают) поверхности выхода этого кристалла (. наблюдаются только те картины, которые получаются на выходной поверхности второго кристалла). Поэтому картины, вызвайные поворотом вокруг оси OY нельзя наблюдать обычными методами.

Таким образом, наблюдая муаровые картины, можно определить только разности межплоскостных расстояний и по- вороты вокруг оси OZ.

В случае комбинированных муаровых картин, т.е. картин, полученных при одновременном существовании двух или трех факторов, вызывающих муаровое распределение энергии, межплоскостные расстояния отличаются и одновременно существует поворот вокруг оси OY.Тогда имеем период 3g муарового распре- 1 деления внутри кристалла

Как видно из последнего, из-за поворотов Е вокруг оси OY период „ c 3, . Однако плоскости с перно. дом 3 не перпендикулярны к поверхности выхода и расстояние. между муаровыми полосами на выходной поверхности равно

11175ОЗ

1 н 1, т,е. период 6 дилатационных муаро вых картин вне кристалла (на поверхности ныходй нторого кристалла не за1О висит от поворотон вокруг оси 07

Аналогично можно убедиться и в том„ что период ротационных муаровых картин, вызванных поноротами вокруг оси

0Z, вне кристалла также не зависит от поворотов вокруг оси OY.

Таким образом, повороты вокруг оси OY (вокруг оси, перпендикулярной к плоскости дифракции и к вектору обратной решетки) внутри кристалла меняют как периоды, так и напранле-

20 ния муаровых плоскостей, вызванных различием межплоскостных расстояний (d< 4 d<) и поворотами нокруг оси 0Z (вокруг оси, перпендикулярной к поверхности выхода и к вектору обрат25 ной решетки), вне кристалла не меняются ни период,ни направления муаровых полос. Следовательно, обычные схемы,двухкристальных интерферометрон не дают всзможность наблюдать (регистриронать) муары, вызванные поворотами оси 07.

Если н днухкристальном интерферо-. метре атомные плоскости повернуты нокруг оси OY плоскости муарового З5 распределения интенсивности параллель ны поверхности. выхода второго кристалла при условии, что кристаллы плоскопараллел:ьные пластины и отражении симметричны по Лауэ.

4О

Такое муаровое распределение невозможно наблюдать. Однако если вто-" рой кристалл сделать клинообразным (фиг. 5 и б), то плоскости одинаковой интенсивности пересекаются с поверхностью выхода и вне кристалла можно обнаружить муаровые полосы. В случае, показанном на фиг,5,(утоньше ние направлено в сторону вектора обратной решетки), полосы параллельны 50

Отражающим плоскостям, а в случае, показанном на фиг. 6, перпендикуляр HM K OTpBEGIOlltHM плОСКОСтям, периодов муаровых полос вне кристалла 3 с периодами муаровых плоскостей hII внутри кристалла (фиг.5) выражается формулой ц С05(8 <)

2 где Я вЂ” угол Вульфа-Брэгга;

К вЂ” угол клина, а в случае, показанном на фиг. б, она примет слудующий вид . (10)

Как видно из выражений (9) и (10), с увеличением угла Вульфа- Брэгга пепи риод параллельного муара уменьша* ется, а перпендикулярного муара 3< увеличивается. С уменьшением угла

Рб клина оба периода унеличинаются: О

Пу rl несколько: быстрее чем ц . В этом и можно убедиться для малых К, переписан ныражения н следующем виде:

1„= (ccl58ct.(0 < 6 п О) 3„, (11)

3, - (ct6a. —

2 ctg<6 f (12)

Предлагаемые. исследования важны не только потому, что они дают возможность обнаружить повороты атомных плоскостей, вокруг оси, перпендикулярной к плоскости дифракции и вектору обратной решетки, но и потому, что они предостерегают исследователей от возможных неоднозначных интерпретаций сноих экспериментальных результатов, так как случайные клинообразности второго кристалла могут привести к появлению как параллельных, так и перпендикулярных муаровых картин.

Предлагаемый способ имеет важное применение в рентгеногра@ических исследованиях несовершенств полупроводниковых кристаллов. Внедрение его в производство увеличивает выход и надежность полупроводниковых приборов.

1117503

Филиал ППП "Патент", r. Укгород, ул. Проектиая, 4

ВНИИПИ

Тираи 822

Заказ 7187/2б

Подписное