Рентгеноинтерферометрический способ определения искажений атомной решетки монокристалла Советский патент 1984 года по МПК G01N23/20 

VI

ел

о

00

&НУ

Фмг./

11

Изобретение относится к рентгеноинтерферометрическим исследованиям совершенства кристаллов.

Известны рентгеноинтерферометри ческие 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 плос:костей и изменения расстояний межд ними ij .

; Однако в этих способах недостаточно детально исследованы теоретические основы возникновения муаровых картин в рентгеноинтерфероиетрических системах, не нсследовакы связи между внутрикристальными и внекристальрыми муаровыми картинами и не выяснено, какие повороты определяются.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является рентгеноинТерферометрический способ определения искажений атомной решетки монокристалла, заключающийся в том, что ленточный пучок рентгеновского монохроматичесвюго излучения направляют на двухблочный интерферометр, второй блок которого тонкий и клиновидный. За интерферометром получают интерференционную картину, содержащую V - образные маятниковые полосы и линии смещения, с помощью которых оденивают структурные несовершенства, кристаллов .2j .

Однако с помощью известного способа можно определить повороты атомных плоскостей только вокруг оси, перпендикулярной к плоскости выхода и вектору обратной рещетки, и то не с большой точностью, как это можно делать с помощью муаровых картин. . Цель изобретения - повьппение информативности исследований совершенства кристаллов при изучении повсфотов атомныл: -плоскостей.

Поставленная цель достигается тем что согласно рентгеноиитерферометрическому способу определения искажения атомной решетки монокристалла, заключающемуся в том, что ленточный пучок рентгеновского монохроматичесгкого излучения направляют на двухблочный интерферометр, второй блок которого клиновидный, в качестве клиноввднрго блока используют блок из

7503 2

толстого монокристалла с m t I,где |U - линейный коэффициент поглощения; t толщина кристалла) и ориентируют монокристалл так, что направление г

5 изменения толщины клина перпендикулярно или параллельно плоскости дифракции.

На фиг, 1 показан вектор обратной решетки и Н. , направленный по оси

0 X в выбранной системе координат; на фиг. 2 - схема образования муаровых картин, в двухкристальном интерферометре, возникающих из-за различия -межплоскостных расстояний; на фиг.3 15 схема образования муаровых картин, возникающих из-за, поворота атомных плоскостей вокруг оси OY; на фиг,4 схема образования муаровых картой, возникающих из-за поворота атомных

20 плоскостей вокруг оси OZ; на фиг. 5 и 6 - схема образрэания муаровых картин в двухкристальном интерферометре, второй блок которого клинообразньп. Когда межплоскостные расстояния

5 отражающих плоскостей первого d и второго ё кристаллов отличаются ( dj- dn u d 7 0) , отражающие плоскости второго кристалла повернуты вокруг всех трех осей ОХ, ОУ.и OZ под

0 углами соответственно Ejj , Ей и Е соответственно относительно плоскостей .первого кристалла.

Разность фаз, возникающая из-за 5 разности межплоскостных расстояний и поворотов, определяется выражени ем

( ul ) ( AlTj + лНх +U нн + -. 0 i+uHj;) г, где йН - общее изменение вектора обратной решетки J uHj - изменение вектора обратной решетки изза отличия межплоскостных расстоя- - л

НИИ; д Н)( , дНц и uh - изменения 5 векторов обратной решетки из-за поворотов атомных плоскостей вокруг осей ОХ, OY и OZ соответственно ; г - единичный вектор. Нетрудно убедиться в том, что 0 jbH равняется нулю. Вращение атомHbix плоскостей вокруг оси ОХ (вокруг вектора обратной решетки) не меняет ни величины, ни направления вектора обратной решетки. При малых по- 5 воротах (повороты в пределах угловой

.

области отражения) векторы д Н. , Л Нц и йН„ можно представить в следующем виде (фиг,1):

31117503

/ ли.,лНу 1лИу|2).

где X, у и 2 - единичные векторы по направлениям осей ОХ, OY и OZ соответственно.

Следовательно, величину вектора I 4 Н I можно представить уравнением

(2)

ц 1и,ин2|44 тт.

°-, о, d2 где Н и Н,7 - векторы

обратных решеток первого и второго кристаллов соответственно.

,,-,,le,. (3) При выводе последних считают, чт углы Еу и Е малы. Плоскости стационарных интенсивностей определяют ся выражением (А Н г ) const. откуда,дпя периода муаровых картин находят 5 -1- . (5) Рассмотрим частные случаи: а) когда в кристалле нет поворотов, но межплоскостные расстояния п вого и второго кристаллов отличаются d, - d , JAHtjl IUH 0; 1йн1 luiTjl тогда для периода o муарового распределения энергии во втором кристалле, вызванного различием межплоскостных расстояний атом ных плоскостей первого и второго кристаллов, выражение имеет вид 1- г IbTTjid -aa . Согласно, условию ( дН г ) const плоскости стационарных интенсивностей перпендикулярны к вектору обрат ной решетки (фиг. 1 и 2) , т.е. муаровые плоскости параллельны отражаю щим плоскостям; б) когда существует поворот толь ко вокруг оси OY, IbHjl -1 ьнг| - О, тогда из выражений (3) и (5) для пе риодов муаровых плоскостей, возника щих из-за поворота атомных плоскост вокруг оси OY, находя-р .IKie,

Плоскости муарового распределения энергии, вызванного поворотами оси OY, параллельны поверхности выхода второго кристалла (плоскость

фиг. 1 и 3)

XOY

в) когда существует только поворот вокруг оси OZ, тогда для периода муаровых плоскостей внутри второго кристалла получаем

.

(8)

1н,1, В этом случае муаровые плоскости внутри второго кристалла перпендикулярны к Отражающим плоскостям (фиг.1 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, вызванные поворотом вокруг оси OY, нельзя наблюдать обычными методами. Таким образом, наблюдая муаровые картины, можно определить только разности межплоскостных расстояний и повороты 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 Ь муарового распределения внутри кристалла lUHjlHIuHyl i(H Как видно из последнего, из-за поворотов El iu вокруг оси OY период cJn , Одлако плоскости с периоом 6, не перпендикуля1 ны к поверхности выхода и расстояние; между муаовыми полосами на выходной поверхости равно

iidi,H

а,ЗгГ 1 t.J

период Sj дилатационных муаровых картин вне кристалла (на поверх ности выходи второго кристалла не за висит от поворотов вокруг оси OY . Аналогично можно убедиться и в то что период ротационных муаровых карjTHH, вызванных поворотами вокруг оси OZ, 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 направления муаровых плоскостей, вызванньж различием межгшоскостнык расстояний (d; dg) и поворотами вокруг оси OZ (вокруг оси, перпендикулярной к поверхности выхода и к вектору обратной решетки), вне кристалла не меняются ни период,ни направления муаровых полос. Следовательно 5 обычные схемы ,двухкристальных интерферометров не дают возможность наблюдать (регистрировать) муары, вызванные по воротами оси OY. Если Б двухкристальном интерферо метре атомные плоскости повернуты вокруг оси OY, плоскости муарового распределения интенсивности параллел ны поверхности.выхода второго кристалл-а при условии, что кристаллы плоскопараллельные пластины и отражения симметричны по Лауэ, Такое муаровое распределение невозможно наблкдать. Однако если второй кристалл сделать клинообразным (фиг, 5 и 6), 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 отражшснцим плоскостям, а в случае.

показанном на фиг. 6, перпендикулярны к отражающим плоскостям. Связь периодов муаровых полос вне кристалла о и с периодами муаровых плоскостей Оц внутри кристалла (фиг.5)

. J .

выражается формулой м, C05(8-ci) где Q - угол Вульфа-Брэгга; Ot - угол клина, а в случае, показанном на фиг. 6, она примет слуДУЮ1ДИЙ вид: Sj,--8y-A 5in 0 + clg4. . .(10) Как видно из выражений (9) и(10), с увеличением угла Вульфа-Брэгга период параллельного муара уменьшается, а перпендикулярного муара 8 ц увеличивается. С уменьшением угла периода увеличиваются:5 клина оба несколько, быстрее чем (и . В можно убедиться для малых сС , переписав выражения в следующем виде: 8J|-4co5ect(y,)8y, д л S;-( 2 (12) Пpeдлaгae sыe. 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 своих 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 рентгенографических исследованиях несовершенств полупроводниковых кристаллов. Внедрение его в производство увеличивает выход и -надежность полупроводниковых приборов.