Способ измерения деформации периодически модулированной поверхности кристаллической структуры

 

Использование: изучение процессов формирования слабых искажений кристаллической структуры поверхностных слоев. Сущность изобретения: измеряют угловую зависимость дифрагированной волны от монокристаллического образца с периодическими нарушениями поверхностного слоя на двухкристальном рентгеновском дифракторе , у которого отношение размера f фокуса источника к расстоянию от источника до образца R отвечает условию f/R меньше лямбда/2а Sin(тета b), где а - период структуры, тета b - точный Брэгговский угол, лямбда - длина волны излучения. Деформацию поверхности определяют по интенсивности полученных сателлитных пиков. 3 ил.

Изобретение относится к области исследования поверхности твердых тел, в частности изучения искажений кристаллической структуры поверхностных слоев твердых тел.

Известен способ измерения деформации кристаллической структуры поверхностного слоя твердых тел, включающий определение углового распределения интенсивности рентгеновской волны, дифрагированной исследуемым кристаллом, помещенным в точное брэгговское положение или отклоненным от него на фиксированный угол α [1] Недостатком данного способа является невысокая чувствительность к величине относительного изменения параметра решетки кристалла.

Известен принимаемый нами за прототип [2] способ измерения деформации кристаллической структуры поверхностного слоя твердых тел, включающий определение угловой зависимости дифрагированной волны многокристальным рентгеновским дифрактометром и определение деформации по интенсивности сателлитных пиков.

Недостатком данного способа является сложность подготовки и юстировки многокристального рентгеновского дифрактометра, в связи с чем измерение угловой зависимости дифрагированной волны превращается в громоздкий и длительный процесс, требующий высокой квалификации оператора, работающего на нем, что в свою очередь влияет на чувствительность метода.

Предлагаемое изобретение позволяет решить задачу упрощения процесса измерений и сокращения времени определения в несколько раз при сохранении высокой чувствительности измерений.

Это достигается тем, что в способе измерения деформации кристаллической структуры поверхностного слоя твердых тел, включающем измерение угловой зависимости дифрагированной волны рентгеновским дифрактометром и определение деформации по интенсивности сателлитных пиков, новым является то, что измерения проводят на двухкристальном дифрактометре с острофокусным источником, причем образец помещают на расстояние от источника, определяемое по формуле f/R<λ/2asinΘ_в, (1) где R расстояние от источника до образца, f размер фокуса источника, а период структуры, Θ_в точный брэгговский угол, λ - длина волны излучения.

Измерение угловой зависимости дифрагированной волны на двухкристальном дифрактометре с острофокусным источником позволяет значительно упростить процесс подготовки прибора к измерениям и сами измерения. В предлагаемом способе не требуется использование монохроматора, который необходим в способе-прототипе и, таким образом, меньшая зависимость измерений от квалификации работающего. Расстояние от источника до образца определяют по формуле, полученной нами эмпирическим путем.

На рисунке 1 приведена схема эксперимента, на рисунках 2 и 3 приведены экспериментальные спектры, полученные в примерах 1 и 2 соответственно.

Пример 1. В качестве объекта исследований была взята подложка кремния КЭФ-5 ориентации 111 с периодической оксидной маской с толщиной оксида 0,5 мкм. Измерения проводились на двухкристальном гониометре УРТ поочередно с двумя рентгеновскими трубками в качестве источника: БСВ-ЗЗ (f=10 мкм) и БСВ-24 (f= 160 мкм) с медными анодами (длина волны ). Расстояние кристалл источник R=1 м. Регистрация дифрагированной интенсивности велась с помощью детектора БДС-6-05 и радиометра БР-1. На фиг.2 приведены экспериментальные кривые отражения в случае БСВ-25 (а) и БСВ-24 (б). Очевидно, что в случае (а) условие (1) выполнялось и сателлитная структура разрешалась. Компьютерная обработка спектров дала величину градиента деформаций под краем полоски оксида g=20±0.8 мкм^-1, максимальная деформация Δd/d = 4,5±0,2·10^-4 Пример 2. В качестве объекта исследований была взята подложка кремния КЭФ-5 ориентации 111 с имплантированными через периодическую маску ионами Ne⁺, энергией 300 кэВ, дозой 7·10¹³ см^-2. Измерения проводились на двухкристальном гониометре ДТС поочередно с двумя рентгеновскими трубками в качестве источника: БСВ-25 (f= 10 мкм) и БСВ-24 (f=160 мкм) с медными анодами (длина волны ). Расстояние кристалл источник R=1 м. Регистрация дифрагированной интенсивности велась с помощью детектора БДС-6-05 и радиометра БР-1. На фиг. 3 приведены экспериментальные кривые отражения в случае БСВ-25 (а) и БСВ-24 (б). Очевидно, что в случае (а) условие (1) выполнялось и сателлитная структура разрешалась. Компьютерная обработка спектров дала величину градиента деформаций под краем маски g=l,7±0,2 мкм^-1, максимальная деформация Δd/d = 3,2±0,15·10^-4.

Формула изобретения

Способ измерения деформации периодически модулированной поверхности кристаллической структуры, включающий измерение угловой зависимости интенсивности дифрагированной волны рентгеновским дифрактометром и определение деформации по интенсивности сателлитных пиков, отличающийся тем, что измерение проводят на двухкристальном дифрактометре, у которого

где R расстояние от источника до образца;
f размер фокуса источника;
a период структуры;
точный Брэгговский угол;
λ - длина волны излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3