Рентгенографический способ исследования структурного совершенства монокристаллов (его варианты)

 

1. Рентгенографический способ исследования совершенства монокристаллов , по которому лентообразный пучок рентгеновского излучения направляют на неподвижный исследуемый монокристалл и регистрируют за ним секцион- v ную дифракционную картину, о г л ич ающий ся тем, что, с целью расширения информативности исследования , в качестве исследуемого монокристалла используют ступенчатый моно- : кристалл и получают дополнительную информацию о структурном совершенстве щ монокристалла по величинам сдвига и разности ширины линий, дифрагированных участками различной толщины иссле дуемого монокристалла.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1И

5 01 М 23/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3643773/24-25 (22) 23.09.83 (46) 07.01.85. Бюл. Р 1 (72) П.А.Безирганян, Е.Г.Заргарян и В.Г.Асланян (71) Ордена Трудового Красного Знамени ереванский государственный университет (53) 548.73(088.8) (56) 1. Русаков А.А. Рентгенография металлов. М., "Атомиздат", 1977, с. 277-279.

2. Рентгенотехника. Справочник.

Книга 2. Под ред. В.В.Клюева. M., "Машиностроение", 1980, с. 119 (прототип). (54) РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНОГО СОВЕРШЕНСТВА

МОНОКРИСТАЛЛОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ) ° (57) 1. Рентгенографический способ исследования совершенства монокристал: лов, по которому лентообразный пучок рентгеновского излучения направляют на неподвижный исследуемый монокристалл и регистрируют за ним секционную дифракционную картину, о r л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения информативности исследования, в качестве исследуемого монокрис. талла используют ступенчатый монокристалл и получают дополнительную информацию о структурном совершенстве Я монокристалла по величинам сдвига и разности ширины линий, дифрагирован" ных участками различной толщины иссле дуемого монокристалла.

2. Рентгенографический способ исследования структурного совершенства монокристаллов, по которому лентообраэный пучок рентгеновского излучения направляют на неподвижный исследуемый монокристалл и регистрируют за ним секционную дифракционную кар- тину, отличающийся тем, что, с целью расширения информативности исследования, лентообразный

1133520 пучок одновременно направляют на ориентированный идентично исследуемому контрольный монокристалл, толщина которого отлична от толщины исследуемого монокристалла, и дополнительную информацию о структурном совершенствеисследуемого монокристал-; ла получают по величинам сдвига и разностиширины линий,дифрагированныхиссле.дуемыми контрольныммонокристаллами.

Изобретение относится к рентгенографической диагностике несовершенств кристаллов и предназначено для исследования структурного совершенства (степени мозаичности) монокристаллов.

Известен способ исследования структурного совершенства монокристаллов методами рентгеновской топографии, заключающийся в том, что пучок рентгеновского излучения направляют на исследуемый монокристалл и регистрируют дифракционную картину эа исследуемым монокристаллом, по которой судят о его структур ном совершенстве при движении монокристалла и рентгеновской пленки.

С помощью этого способа, в зависимости от плотности дефектов, получают картину распределения несовершенств в кристалле (1).

Однако этот способ не показывает общую величину отклонения от идеальной структуры.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ исследования структурного совершенства монокристаллов, заключающийся в том, что лентообразный пучок рентгеновского излучения направляют на неподвижный исследуемый монокристалл и регистрируют за ним секционную дифракционную картину .j2) °

Недостатком известного способа является то, что.он не позволяет определить, когда в зависимости от степени совершенства кристалла кинематическое рассеяние в нем переходит в динамическое, когда возникает эф ."фект Бормана и как он зависит от степени совершенства кристалла.

Цель изобретения — расширение информативности исследования.

Поставленная цель достигается гем, что согласно рентгенографическому способу исследования структурного совершенства монокристаллов, заключающемуся в том, что лентообразный . пучок рентгеновского излучения направляют на неподвижный исследуемый

10 монокристалл и регистрируют за ним секционную дифракционную картину, в качестве исследуемого монокристалла используют ступенчатый монокрис-талл и получают дополнительную информацию о структурном совершенстве монокристалла по величинам сдвига и разности ширины линий, дифрагированных участками различной толщины исследуемого монокрнсталла.

Согласно второму варианту лентообразный пучок одновременно направляют на ориентированный идентично исследуемому контрольный монокристалл,, толщина которого отлична от толщины исследуемого монокристалла, и дополнительную информацию о структурном совершенстве исследуемого монокрис талла получают по величинам сдвига и разности ширины линий, дифрагиро30 ванных исследуемым и контрольным монокристаллами.

На фиг. 1 и 2 показаны два случая падения излучения на ступенчатый д монокристалл; на фиг. 3 и 4 — ход лучей при кинематическом (мозаичный монокристалл) и динамическом (совер шенный монокристалл) рассеяниях; на фиг. S-12 — дифракцня лучей в 10 ступенчатых мозаичных и совершенньц монокристаллах.

3 1133

Для осуществления способа можно изготовить параллелепипеидальный ступенчатый монокристалл (фиг. 1).

Для объяснения предлагаемого способа рассмотрим дифракцию рентгеновских лучей в мозаичных и совершенных ступенчатых кристаллах. Исследуем дифракцию лентообраэного падающего пучка на ступенчатый кристалл в двух случаях: первичный пучок падает с 1п гладкой стороны монокристалла (фиг.1), первичный пучок падает со ступенча- той стороны монокристалла (фиг. 2).

При лентообразном падающем пучке 15 поперечное сечение пучков, дифрагированных в ступенчатых мозаичных и со,вершенных монокристаллах, будет иметь вид, показанный на фиг. 5-12, где обозначены . ступенчатый моно- 2О кристалл 1, первичный пучок 2, поперечное сечение 3 дифрагированного пучка, когда первичный пучок падает с гладкой стороны, поперечное сечение 4 дифрагировайного пучка, когда первичный пучок падает со- ступенчатой стороны.

Поперечные сечения пучков, дифрагироваиных в мозаичных и совершенных монокристаллах, существенно отличаются друг от друга. В совершенных монокристаллах части пучков, дифрагированных в тонких и толстых участках одного и того же совершенного монокристалла,.сдвинуты друг относи- 35 тельно друга. Кроме того, возникает эффект Бормана и имеет место динамическое рассеяние. В мозаичных монокристаллах эти части не сдвинуты друг относительно друга, но они от- 40 личаются по ширине: часть, дифрагированная на тонком участке.монокристалла, уже, чем часть, дифрагированная на толстом участке. Между тем в случае совершенного монокристалла ширина этих частей одинакова.

Таким образом, можно сделать вывод, что когда в монокристалле происходит динамическое рассеяние (со-.. вершенный монокристалл), части пучка,ЗО

:дифрагированные на участках монокристалла разной толщины, по ширине ,одинаковы, но сдвинуты друг относительно друга; когда в монокрйсталле происходит кииематическое рассеяние SS

1 (мозаичный монокристалл), части пучков, дифрагированные на участках монокристалла разной толщины, о

520 4 ширине отличаются, но не сдвинуты друг относительно друга.

Следовательно, по величине сдвига и разности ширины линий, дифрагированных на разных ступеньках моно-. кристалла, можно судить о степени

его совершенства.

Обозначим ширину линий рефлексов, . дифрагированных в тонких и толстых частях монокристалла при динамическом рассеянии, через b, и h, а при с1 2 кинематическом рассеянии — через Ь и и Ь„. Тогда с помощью фиг. 3 и 4 для идеально мозаичного и. идеально совершенного монокристаллов найдем следующие соотношения: Ьк м,Ьч=2Иг ) 6 (2)

Ь -hg Ь, ° О.

До сих пор исследовали случаи идеально мозаичного и идеально совершенного минокристаллов, однако реальные монокристаллы отличаются как от идеально мозаичных, так и от идеально совершенных монокристаллов.

Для реальных монокристаллов выражения (1) и (2) примут вид (3) (4)

В выражениях (1) — (4) — толщина тонкого участка монокристалла;

31 — толщина толстого участка моно-. кристалла; 0 — угол Вульфа-Брэгга.

В случае мозаичных монокристаллов с разностью 2((2 — 6 ) 5 п 8 — Ь |, можно оценить, насколько отличается исследуемый монокристалл от идеально мозаичного, а в случае совершенных монокристаллов с разностью h — И

И ъ можно оценить, насколько отличается исследуемый монокристалл от идеально совершенного.

В качестве пробной была ступенча« тая система (фиг. 1), которая иэготовлялась из монокристаллов кремния и кварца. Толщины 8< "толстой" и

"тонкой" частей монокристалла были равными, соответственно 4 и 2 мм для кварца и для кремния. Использовалось излучение М К„.

Лентообразный рентгеновский пучок направляли под углом Вульфа-Брэгга к . отражающим плоскостям (110) и (1120) соответственно для кремния и кварца.

1133520

На полученной дифракционной картине для монокристалла кремния „„ исследуемый монокристалл несовершенный (отсуствует эффект Бормана, происходит кинематическое рассеяние).

На дифракционной(картине для монокристалла кварца Ь = -Ь, и получен сдвиг дифракционных линий, т.е. иссле.дуемый монокристалл совершенный (происходит динамическое рассеяние). 10

Изобретение дает возможность исследовать характер взаимодействия дифра гированных волн в кристалле в зависимости от степени совершенства кристалла и решить обратную задачу — оце— 15 нить среднее совершенство кристалла с помощью дифракционной картины, полученной вне кристалла . Величина смещения двух частей дифракционной линии друг относительно друга опреде- 20 ляет направление потоков дифрагированных волн внутри кристалла и, тем самым, определяется степень совершенства кристалла.

Возможен и другой вариант осущест- 25 вления способа. Ступенчато монокристалл может состоять из двух совершен- . но одинаковых монокристаллов, отличающихся друг от друга только толщинами.

II cr

Один из монокристаллов (тонкий или

"толстый") берется как контрольный, а другой — как исследуемый. Сначала контрольный монокристалл юстируют (приводится в положение отражения), а затем на нем устанавливают исследуемый монокристалл, который вращением гониометра, установленного сверху, также приводится в положение отражения. Так образуется ступень.

Второй вариант сложнее из-эа трудностей с юстировкой исследуемого монокристалла, но в этом случае нет необходимости делать исследуемый монокристалл ступенчатым и, кроме того, можно в качестве контрольного использовать монокристалл с известной степенью совершенства.

Предлагаемый способ в обоих вариантах его осуществления позволяет повысить информативность рентгенографического исследования структурного совершенства монокристаллов.

1133520

Фиг. 10

Составитель К. Кононов

Редактор А. Шишкина Техред А.Кикемезей Корректор Г. Orap

Заказ 9943/36 Тираж 898 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4