Устройство для исследования совершенства структуры монокристаллических слоев

 

Изобретение относится к аппаратуре для неразрушающего анализа тонких приповерхностных слоев монокристалла . Цель - повьшение точности исследования совершенства структуры монокристаллических слоев при низких значениях детектируе1 1х сигналов за счет обеспечения динамической стабильности интенсивности возбуждающего рентгеновского пучка. В вакуумной камере образца между входным окном и кристаллом-анализатором вне оптической оси, проходящей между.кристалломмонохроматором и кристаллом-анализатором , размещены последовательно отклоняющая система и второй детектор электронов. Блок регистрации и управления подключен к второму детектору электронов и гониометру второго кристалла-монохроматора. Излучение, возбужденное рентгеновским пучком в материале входного окна вакуумной камеры , отклоняется электростатической системой и регистрируется детектором. Блок регистрации и управления вырабатывает сигнал, пропорциональный интенсивности /шзлучения, регистрируемого детектором, и управляет угловым положением гониометра второго кристалла-монохроматора. 3 ил. с в (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1396023 А 2 (51)4 G 01 N 23/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTÎPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61 ) 1226210 (21) 3984694/31-25 (22) 04.11,85 (46) 15.05.88. Бюл. Р 18 (72) А.Г.Денисов, И.А.Зельцер, А.Г.Коряков и P.С.Саничкина (53) 621.386(088,8)i (56) Авторское свидетельство СССР

У 1226210, кл. G 01 N 23/20, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ COBEP1iEHCTBA СТРУКТУРЫ Ю11ОКРИСТАЛПИЧЕСКИХ СЛОЕВ (57) Изобретение относится к аппаратуре для неразрушающего анализа ТоНких приповерхностных слоев монокрис-, талла. Цель - повьппение точности исследования совершенства структуры монокристаллических слоев при низких значениях детектируежх сигналов за счет обеспечения динамической стабильности интенсивности возбуждающего рентгеновского пучка. В вакуумной камере образца мекду входным окном и кристаллом-анализатором вне оптической оси, проходящей между. кристалломмонохроматором и. кристаллом-анализатором, размещены последовательно отклоняющая система и второй детектор электронов. Блок регистрации и управления подключен к второму детектору электронов и гониометру второго кристалла-монохроматора. Излучение, возбужденное рентгеновским пучком в материале входного окна вакуумной камеры, отклоняется электростатической системой и регистрируется детектором.

Блок регистрации и управления вырабатывает сигнал, пропорциональный интенсивности излучения, регистрируемого детектором, и управляет угловым положением гониометра второго кристалла-монохроматора. 3 ил.

1396023

Изобретение относится к аппаратуре для неразрушающего анализа тонких приповерхностных слоев кристаллов, в частности нарушенных слоев кристал5 лов после технологической обработки кристаллов.

Белью изобретения является повышение точности исследований при низких значения детектируемых сигналов, 10

На фиг. 1 приведена рентгенооптическая схема устройства; на фиг, 2— конструкция и функциональная схема устройства; на фиг. 3 — функциональная схема регистрации:<и управления., В состав предлагаемого устройства входят (фиг. 1-3) устройство 1 формирования рентгеновского пучка, измерительное устройство 7„ загрузочно-шпюэовое устройство 3.

Устройство 1 формирования рентгеновского пучка содержит источник 4

20 речтгеновского излучения, коллиматорные щелевые диафрагмы 5 и 6, кристаллы-монохроматоры 7 и 8, установ- 25 денные на держателях кристаллов-гониометров 9 и 10 позволяющие производить грубую и плавную установку держаследующей фиксацией в заданных полсжениях, à -.àêæå прои" âîäèòü возвратно-поступательные и наклонные пере" мещения держателя кристалла.

Кроме того, устройство 1 формирсвания рентгеновского пучка содержит детекторы 11 и 12 рентгеновского излучения, щелевые диаграммы 13 и 14, 35 снабженные соответственно устройствами 15 и 16, возвратно-поступательных

40 перемещений относительно входных поверхностей указанных детекторов 11 и

12 соответственно, В свою очередь детекторы 11 и 12 снабжены устройствами: 17 и 18 независимого поворота отн:осительно осей поворота соответственно О„ и О, совпадающими с осями поворотов кристаплов 7 и 8, О,, и О . Источник 4, коллиматорная щелевая диафрагма 5, ограничивающая пучок от указанного источника, гониометр 9 первого кристалла-монохроматора 7 установлен на

50 прямолинейной направляющей 19 с осью

Н, и Н, а гониометр 10 второго кристапла-монохроматора 8, коллиматорная щепевая диафрагма 6, ограничивающая пучок, дифрагированный кристаллом 8, установлены на прямолинейной направтеля кристалла, соответственно в ши:— роком и узком угловых интервалах с по 30 ляющей 20 с осью Нэ и Н, выставленной параллельно направляющей 19.

Для перемещения источника 4 коллиматорных щелевых диафрагм 5 и 6 параллельно или перпендикулярно осям соответствующих направляющих служат устройства 21-23 перемещений соответственно для перемещения гониометров

9 и 10 вдоль направляющих 19 и 20 служат устройства 24 и 25 перемещений.

Устройство 1 благодаря устройству

26 перемещения может перемещаться в направлении, перпендикулярном направлении распространения рентгеновского пучка.

Измерительное устройство 2 представляет собой вакуумную камеру 27, в центре которой расположен кристалланализатор 28, установленный на.держателе гониометра 29, Держатель гониометра 29 кинематически жестко связан с установочной платформой 30, на которой установлен анализатор 31 энергий электронов с детектором 32 электронов. Анализатор 31 энергий электронов размещен относительно кристалла-анализатора 28 в направлении, близком к нормальному к поверхности кристалла-анализатора 28, Причем оптическая ось анализатора 31 проходит через центр вращения кристалла-анализатора 28. В направлении распространения дифрагированного рентгеновского излучения расположен детектор 33 рентгеновского излучения, закрепленный на установочной платформе 30, Детектор

33 располагается так, чтобы перекрывать сектор, минимальное значение которого составляет около 40 град.

Кроме того, устройство содержит входное 34 и выходное 35 окна для рентгеновского излучения. Окна выполнены плоскими, диаметром не более

20 мм.

Для управления гониометром 29 камера 27 снабжена вводом 36 перемещений, а для . настройки спектрометра предусмотрен детектор 37 рентгеновского излучения со щелевой диафрагмой

38, которая благодаря устройству 39 перемещения, может смещаться вдоль входной поверхности детектора 37.

Окна 34 и 35, ось вращения кристалла-анализатора 28 и детектор 37 лежат на одной прямой К, н К,.

Гониометр 29 позволяет доподдительно по сравнению с гоьиометрами

9 и 10 производить очень тонкие перуемый электрон дает один сигнал, количество таких сигналов в единицу времени (скоро ст ь счета) соответ струе". интенсивности потока детектируемых частиц).

Последовательность электрических сигналов, образующихся на выходе детектора 45 поступает на вход усилителя-дискриминатора 53, который осуществляет их усилие и амплитудную дискриминацию, лри этом значение верхнего и нижнего порога дискриминации формируется формирователем 52 порогов.

Далее импульсы с выхода усилителядискриминатора 53 поступают на вход счетчика 50, который совместно с таймером 51 преобразует последовательность поступающих импульсов в двоичный код, пропорциональный скорости счета и через интерфейс 48 выдает этот код на ЭВМ 47, которая через интерфейс 48 осуществляет управление и обмен информацией с устройствами блока 46. Управляощие сигналы и информационные коды, поступающие от ЭВМ

47 через интерфейс 48 в устройство

49 управления, преобразуются в нем в напряжения, необходимые для управления гониометром 10, на котором установлен кристалл-монохроматор 8.

ЭВМ 47 сравнивает текущее значение интенсивности рентгеновского от— ражения от кристалла-монохроматора 8 (I> ) со значением интенсивности от1 ражения лри точном брэгговском положении кристалла-монохроматора 8 (Ig ), (лри О значение интенсивности рентБ геновского отражения достигает своего максимального значения) и по результатам сравнения выдает информационный код через :интерфейс 48 на устройство 49 управления, которое преобразует его в напряжения, подаваемые на гониометр 10, Гониометр, в свою очередь, в соответствии со значениями подаваемых на

20 него управляющих напряжений поворачивает кристалл-монохроматор 8 по часовой стрелке на угол q, После этого весь цикл измерений интенсивности отраженного кристаллом-монохроматором

При этом, если интенсивность рентгеновского отражения от кристалла-монохроматора 8 Ig,, I g, то управляющие

Б гониометром 1О напряжения устройством

49 выдаваться йе будут и кристалл-монохроматор 8 остается неподвижным. з 1 Çî6023

4 ремещения кристалла в более узком интервале углов. Управление гониометром 29 осуществляется с помощью устройства 36 ввода перемещений за пре5 делами: вакуумного объема камеры 27 без нарушения вакуумных условий в указанной камере, средства откачки (не показаны) рассчитаны на поддержание давления в камере 27 не хуже

10 мм рт. ст.

Загрузочно-шлюзовое устройство 3 содержит шлюзовую камеру 40, загрузочно-лередающий манипулятор 41, устройство перемещения указанного манипулятора 42, высоковакуумный затвор

43. Кроме этого, устройство содержит отклоняющую систему 44, детектор 45 электронов и блок 46 регистрации и управления, ЭВМ 47 (фиг. 3) .

Блок 46 регистрации и управления содержит интерфейс 48, устройство 49 управления гониометром 10 для преобразования последовательности импульсов, поступающих на вход блока, в дво-2б ичный код, пропорциональный средней скорости счета импульсов, служат счетчик 50, таймер 51, формирователь

52 порогов, усилитель-дискриминатор

53. Для питания составных частей бло- 0 ка 46 регистрации и управления, а также отклоняющей системы 44 служит блок

54 питания.

Цикл динамической стабилизации углового положения второго кристалламонохроматора 8 заключается в следую- З5 щем.

При выходе второго кристалла-монохроматора 8 из отражающего положения, т.е. при развороте его относительно

40 угла Брэгга 8 на угол ц, уменьшает,ся значение интенсивности дифрагиро-. ванного этим кристаллом рентгеновско- . го пучка 1„, по сравнению со значением этой интенсивности 1 при точном брэг-„

45 говском положении кристалла-монохрома-тора 8. Соответственно пропорциональ но уменьшается интенсивность потока электронов, эмиттированных входным окном вакуумной камеры 27 под действием проходящего через него рентгеновского пучка, отраженного от кристалла-ионохроматора 8 ° Этот поток электронов с " 8 рентгеновского пучка повторяется. помощью отклоняющей системы 44 отклоняется от направления распространения дифрагированного кристаллом 8.реитге. ковского пучка и преобразуется в детекторе 45 в последовательность электрических сигналов. (Каждый детекти-

1396023

Если Ха.+q

49 выдает на гониометр 10 такие управляющие напряжения, с помощью которых кристалл-монохроматор 8 поворачивает5 ся против часовой стрелки на угол 2 и з атем будет пр одолжать повор ачи в ать

s этом же направлении кристалл-монохроматор 8 каждый раз на угол Q после очередного п-го замера интенсивности Ig < до тех пор, пока значение

П этой интенсивности не достигнет значения интенсивности при точном брэгговском положении кристалла-монохроматора 8 (I< ), т.е. пока кристаллФ монохроматор не повернется в точное брэгговское положение. При этом точность установки кристалла-монохроматотора 8 в брэгговское положение (В -+a) соответствует величине задаваемого шага, т.е. л =tV.

Таким образом, введение отклоняющей системы, второго детектора электронов, блока регистрации и управле- 2 ния и размещение отклоняющей системы, второго детектора электронов последовательно в вакуумной камере вне . оптической оси, прпходящей между вторым кристаллом-монохроматором и исследуемым кристаллом, по которой рас-, пространяется рентгеновский пучок„ отраженный вторым кристаллом-монохроматором, позволили при низких значениях детектируемых детектором электронов и детектором дифрагированного и флуоресцентного рентгеновского излучения сигналов, не ослабляя интенсивности рентгеновского пучка, падающего на исследуемый кристалл, обеспечить динамическую стабилизацию значения

1 интенсивности этого пучка за счет динамической стабилизации углового положения второго кристалла-монохроматора. При этом одновременно за счет эффективного сбора электронов, эмиттированных материалом входного окна вакуумной камеры под действием этого рентгеновского пучка, на втором детекторе, установленном за отклоняющей системой, удается устранить возможность попадания этих электронов на поверхность исследуемого кристалла, и устранить возможность эмиссии вторичных электронов, а также снизить паразитную модуляцию полезного сигнала и, таким образом, повысить точность исследований.

+оPмулаизобретения

Устройство для исследования совершенства структуры монокристаллических слоев по авт, св. М 1226210, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с . целью повышения точности исследований при низких значениях детектируемых сигналов, устройство снабжено отклоняющей системой и расположенным на ее выходе вторым детектором электронов, а также блоком регистрации и управления, причем отклоняющая система и второй детектор размещены в вакуумной камере вне направления распространения рентгеновского излучения между кристаллом-монохроматором и кристаллом-анализатором, и второй детектор электронов подключен к блоку регистрации и управления, который, в свою очередь, подключен к гониометру второго кристалла-монохроматора.

1 39@0;!З

О а r !

1396023

ФигЗ

Составитель О,Апешко Ожевский

Редактор Ю. Середа Техред М.Дидык Корректор В. Гирняк

Закаэ 2488/44 Тираж 847 Подписное

ВНИИ11И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, .1осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-но.знграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4