Способ контроля упругих деформаций монокристаллических пластин

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСИЖ, включающий измерение интегральной интенсивности отражений дифрагированных по Лауэ рентгеновских лучей, отличающийс.я тем, что, с целью повышения информативности и экспрессности способа, интегральную интенсивность измеряют для косонесимметричных отражений при вращении монокристаллической пластины вокруг оси, направленной вдоль нормали к отражающим плоскостям, определяют зависимость интенсивности от угла поворота и по полученным значениям рассчитывают поля упругих смещений и деформаций МОнокристаллической пластины.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(s)15 01 N 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3633892/24-25 (22) 1?.08.83 (46) 23.06.85. Бюл. 11 23 (72) С.Н.Воронков, С.К.Максимов и Ф.Н.Чуховский (71) Московский институт электронной техники (53) 621.388 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 779866, кл. G 01 N 23/207, 1978.

2. Даценко Л.И. и др. Изучение слабой локационной кривизны атомных плоскостей кристалла с помощью Лауэдифракции рентгеновских лучей.

УФ)Е, 1976, 21, В 5, с. 825-828 (прототип), 3. Лехницкий С.Г. Теория упругос11 и ти анизотропного тела. M., Наука

1977, с. 91.

4. Chukhovskii F.N., Petrashen P.V . .А general dinamical theory of the х-гау, Lave diffract1on from à homogeneously band crystal. - "Acta

Cryst", 1977, А 33, У 2, р. 311-319.

„„Я0„„1163227 А (54)(57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСТИН, включающий измерение интегральной интенсивности отражений дифрагированных по Лауэ рентгеновских лучей, о т л и ч а ю щ и и с. я тем, что, с целью повышения информативности и экспрессности способа, интегральную интенсивность измеряют для косонесимметричных отражений при вращении монокристаллической пластины вокруг оси, направленной вдоль нормали к отражающим плоскостям, определяют зависимость интенсивности от угла поворота и по полученным значениям рассчитывают поля упругих смещений и деформаций монокристаллической пластины

11б3227

Изобретение относится к рентгеновской технике, а именно к контролю упругого деформированного состояния монокристаллических пластин, подвергнутых каким-либо механическим воздействиям, с помощью дифракции рентгеновских лучей.

Известны методы измерения кривизны монокристаллических пластин по разнице углов отражения в двух точ- 10 к ах кристалла (1 7.

Недостатками указанных методов являются плохая локальность, использование сложной рентгеновской техники (трехкристального спектрометра) для достижения высокой точности, большое время измерений.

Известны также методы определения кривизнь1 монокристаллических пластин иэ измерений интегральной ин- 20 тенсивности дифрагированных рентгеновских лучей, при этом достигается высокая точность и локальность измерений (2 j. !

30

Недостатки этих методов — применение прецизионных механических устройств, требующее выполнения ряда продолжительных и. трудоемких операций.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля упругих деформаций монокристаллических пластин, включающий измерение интегральной интенсивности отражений дифрагированных по Лауэ рентгеновских лу- 35 чей (3 g.

Недостаток всех известных методик — малая информативность, так как значениями кривизны, полученны ми в результате измерений, невозможно полно описать упруго деформированное состояние кристалла. Даже в случае изгиба одним механическим моментом пластина приобретает седлообразную форму, т.е. кривизна может менять знак в зависимости от выбранного направления ее измерения. Использование в качестве единственной характеристики деформированного состояния кривизны предполагает нали- 50 чие определенной простейшей формы изгиба монокристаллической пластины, что встречается только в специальным образом кристаллографически сориентированных образцах при. 55 действии на них механическими усилиями определенного типа. Поэтому применение известных методик к исследованию упруго деформированного состояния кристаллов имеет существенные ограничения, Целью изобретения является повышение информативности и экспрессности способа контроля упругих деформаций монокристаллических пластин произвольной кристаллической ориентации при сохранении высокой точности и локальности измерений.

Указанная цель достигается тем, что при способе контроля упругих деформаций монокристаллических пластин, включающем измерение интеграль-. ной интенсивности отражений дифрагированных по Лауэ рентгеновских лучей, интегральную интенсивность измеряют для косонесимметричных отражений при вращении монокристаллической пластины вокруг оси, направленной вдоль нормали к отражающим плоскостям, определяют зависимость интенсивности от угла поворота и по полученным значениям рассчитывают поля упругих смещений и деформаций монокристаллической пластины.

На фиг.i представлена схема общего случая упругой деформации монокристаллической пластины, кристаллографическая ориентация которой задана углами V и между следами отражающей кристаллографической плоскости на гранях пластины и ее ребрами, на фиг. 2 - схема измерений.

На пластину действуют изгибающие и крутящий моменты И1, M и Н, которые создают определенное поле упругих смещений й(х,у,z) (4 ).

Исследуемую монокристаллическую пластину облучают рентгеновским излучением от точечного фокуса F. Коллиматор К1 ограничивает размеры и угловую расходимость рентгеновских лучей в одном направлении. Кристалл юстировкой на гониометрической приставке вводится в отражающее положение. Отражающие плоскости выбираются таким образом, чтобы выполнялось условие дифракции по Лауэ. Все отраженные рентгеновские лучи проходят через коллиматор К, который служит для уменьшения уровня фона и выделения отраженного пучка рентгеновских лучей, и попадают на детектор рентгеновского излучения ° Показания детектора пропорциональны интегральной интенсивности отраженных.рентгеновских лучей.

1163227

ЭО

М 56 +мг 56г+ н566 560 >

ЪЛ

S,,= Ев„Л„.„, г

A 1,ll;sin в-(Ill„„+Ill. соз2о +в. s

+4 S(oI - . )eos2W+a. В1n2Vj

40 М 13 И 13)

16

m. =a»»Б м-m»ч (». »» ° (a. -a. 1»»anal

11 ч5 И l2

I„=cI cos 9-sInWp- -а. i{< " I»s 4 j

12 1$ L11 1É (11 j2) )>

1=1,г,6

i6 i6 гдеЛ

3о Ув

Î1 °

Ионокристаллическую пластину поворачивают вдоль оси, направленной по нормали к отражающим плоскостям. При этом кристалл не выходит из отражаю" щего положения, но наклоняется от- 5 носительно плоскости рассеяния, что приводит к изменению интенсивности дифрагированных: рентгеновских лучей.

Значения интегральной интенсивности измеряются на различных углах на- 10 клона при вращении пластины. Пусть

K — номер измерения, тогда P „ — ин« тегральная интенсивность, о - угол наклона, при котором проводилось ее измерение. Каждому значению о соот- 15 ветатвует определенное значение коэф-. фициента эффективной деформации 8 который характеризует влияние упругой деформации кристалла на дифракцию рентгеновских лучей. Значение 20

5 рассчитывается по известным форму,лам 14) и определяется зависимость 8„(„). Значения крутящего и изгибающих моментом находятся решением системы иэ трех линейных относительно

М„, Мг, H уравнений, которые получа" ются после применения метода наименьших квадратов:

М 5 +Мг51 ÍÍ55l,-З.ю, 1 11

М а МЛг н гв 2o

+9 =5 (1) длина экстинкции; угол Брэгга; межплоскостное расстояние;

50 направляющие косинусы углов падения и отражения; коэффициенты деформации или константы податливости, которые задаются кристаллографической ориентацией плас55 тины; номер измерения ; угол наклона;

8 — коэффициент эффективной дек формации k-го измерения, — толщина пластины, о

По найденным моментам рассчитывается поле упругих смещений иссле- . дуемой монокристаллической пластины о(х,у,z)

Пример. Кристаллографическая ориентация пластины кремния такова, что У = 4,78, P 5,07 . По значениям углов в соответствии с (3) определяются коэффициенты деформации ч;„. Пластина прогнута из-эа различной обработки ее поверхностей.

Для измерений используется Ь-поляризованное излучение М К,1. Ппастииа устанавливается в отражающее положение и измеряется интегральная интенсивность отражения (2201. Для определения зависимости Ь„ (eL„ ) используется вращение пластины вдоль нормали к плоскостям {110 в диапазоне углов от -60 до +60 . Шаг по углу

eL 00,4, т.е. проводится 300 измерений интегральной интенсивности, Поворот с заданным шагом и считывание интенсивности осуществляются автоматически. По полученным значениям вычисляется зависимость В„(сС„1, Машинный расчет по формуле (1 ) дает следующие значения крутящего и изгибающих моментов: Н 0,05 Н; М, = -1,668 Н; Мг= -1,58 Н (на единицу длины ).

Отсюда определяются компоненты поля смещений:

u„ = (1,09z +1,48уz-21,4xz)мм, u> = (8,58z -20,92yz+2,99хл)мм; о (4,99z +10,70x +10,46у -2,99ху)мм.

Иэ приведенных соотношений видно, что пластина имеет сложную форму и ее кривизна неодинакова по различным направлениям, т.е. измеренного по методу (2 J R явно недостаточно для описания упруго деформированного состояния кристаллической пластины.

Определим радиусы кривизны пластины:

1 a 2 1 3 2

Ф

Ру ахи Rx 35 г

R = 46,76 м; Rх= 47,71 м.

Измерения, проведенные в частном случае при g = 0 по методу P2), дают

Ry 46,85 м.

)163227

Составитель Т. Владимирова

Редактор И. Николайчук Техред N. Надь Корректор О.Луговая

Заказ 4098/43 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 о

Предлагаемый способ контроля упругих деформаций монокристаллических пластин позволяет повысить экспрессность и информативность определения упруго деформированного состояния, что позволяет применить его к исследованию монокристаллических пластин произвольной кристаллографической ориентации, подвергнутых 10 механическим воздействиям. Такие исследования открывают новые возможности.для изучения деформаций в полупроводниковых схемах, имеющих сложные геометрию легированияи формуиэгиба. t5

Подробное описание полей упругих смещений, вызванных известными механическими моментами, позволяет также исследовать анизотропные упругие свойства кристаллов.

Подборное описание упруго деформи рованного состояния кристалла дает возможность получить точную информацию о дифракции рентгеновских лучей на рентгеновских линзах, что представляет значительный интерес для рентгеновской кристаллооптики.