Рентгенографический способ исследования структурного совершенства монокристаллов (его варианты) Советский патент 1985 года по МПК G01N23/20 

Фиг.1 2, Рентгенографический способ исследования структурного совершенства монокристаллов, по которому лентообразный пучок рентгеновского излучения направляют на неподвижный исследуемый монокристалл и регистрирую за ним секционную дифракционную картину, отличающийся тем, что, с целью расширения информативности исследования, лентообразный 1 20 пучок одновременно направляют на ориентированный идентично исследуемому контрольный монокристалл, толщина которого отлична от толщины исследуемого монокристалла, и дополнительную информацию о структурном совершенстве исследуемого монокристал-. ла получают по величинам сдвига и разности ширины линий, дифрагированных исследуемым и контрольным монокристаллами.

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.

Изобретение относится к рентгено графической диагностике несовершенс кристаллов и предназначено для иссл дования 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 за исследуемым монокристаллом, по которой судят о его структу ном совертёнстве при движении монокристалла и рентгеновской пленки. С помощью этого способа, в зависимости от плотности дефектов, получают картину распределения несовершенств в кристалле М. Однако этот способ не показывает общую величину отклонения от идеаль ной структуры. Наиболее близким техническим решением к изобретению является спо соб исследования структурного совер шенства монокристаллов, заключающийся в том, что лентообразный пучо рентгеновского излучения направляют на неподвижный исследуемый монокристалл и регистрируют за ним секционную дифракционную картину 2. Недостатком известного способа является то, что он не позволяет определить когда в зависимости от степени совершенства кристалла кине матическое рассеяние в нем переходи в динамическое, когда возникает эф фект Бормана и как он зависит от :степени совершенства кристалла. Цель изобретения - расширение информативности исследования. Поставленная цель достигаете гам, что согласно рентгенографическому способу исследования структурного совершенства монокристаллов, заключающемуся в том, что лентообразный пучок рентгеновского излучения направляют на неподвижный исследуемый монокристалл и регистрируют яа 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 монокристалла. 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 монокристалла получают по величинам сдвига и разности ширины линий, дифрагированных исследуемым и контрольным монокристаллами. На фиг. 1 и 2 показаны два случая падения излучения на ступенчатый монокристалл; на фиг. 3 и 4 - ход лучей при кинематическом (мозаичный монокристалл) и динамическом (совер шенный монокристалл) рассеяниях; на фиг. 5-12 - дифракция лучей в ступенчатых мозаичных и совершенны монокристаллах.

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 лентообразного пздающего пучка на ступенчатый кристалл в двух случйях: первичный пучок падает с гладкой стороны монокристалла (фиг.1 первичный пучок падает со ступенчатой стороны монокристалла (фиг. 2).

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

;первичный пучок падает со- ступенчато стороны.

Поперечные сечения пучков, дифрагированных 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 относительно друга. Кроме того, возникает эффект Бормана и имеет место динамическое рассеяние. В мозаичных монокристаллах эти части не сдвинуты друг относительно друга, но они отличаются 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 /дифрагированные на участках монокристалла разной толщины, по ширине iодинаковы, но сдвинуты друг относительно друга; когда в монокристалле происходит кинематическое рассеяние (мозаичный монокристалл), части пучков, дифрагированные на згчастках монокристалла разной толцины, по

ширине отличаются, но не сдвинуты друг относительно друга.

Следовательно, по величине сдвига и разности ширины линий, дифрагированных на разных ступеньках монокристалла, можно судить о степени его совершенства.

Обозначим ширину линий рефлексов, дифрагированных в тонких и толстых частях монокристалла при динамическо рассеянии, через Лд и Лл , а при кинематическом рассеянии - через , и U, . Тогда с помощью фиг. 3 и 4 для идеально мозаичного и-идеально совершенного монокристаллов найдем следующие соотношения:

,4 )5i«Qi (О

4(-Л( й.0 .(2

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

2(ez-c,bi-Yiei

(3)

UQ 0 . (4)

В выражениях (1) - (4) Bj - толщина .тонкого участка монокристалла; 1 - толщина толстого участка моно-. кристалла; 9 - угол Вульфа-Брзгга. : В случае мозаичных монокристаллов с разностью 2( 2 С« )Sin6- u|j можн оценить, насколько отличается исследуемь монокристалл от идеально моза: ичного, а в случае совершенных монокристаллов с разностью Ля - UQ можно оценить, насколько отличается исследуемый монокристалл от идеально совершенного.

В качестве пробной была ступенчатая система (фиг. t), которая изготовлялась из монокристаллов кремния и кварца. 6 толстой и 62 тонкой частей монокристалла были равными, соответственно 4 и 2 мм для кварца и для кремния. Использовалось излучение Мд If j .

Лентообразный рентгеновский пучок направляли под углом Вульфа-Брэгга к отражающим плоскостям (110) и (1120) соответственно для кремния и кварца.. 51 .На полученной дифракционной картине для монокристалла кремния й,„ исследуемый монокристалл несовершенный (отсуствует эффект Бормана, происходит кинематическое рассеяние). На дифракционной картине для монокристалла кварца АС - Aq, и получен сдвиг дифракционных линий, т.е. иссле дуемый монокристалл совершенный (происходит динамическое рассеяние). Изобретение дает возможность иссле довать характер взаимодействия дифрагированных волн в кристалле в зависимости от степени совершенства кристалла и решить обратную задачу - оценить среднее совершенство кристалла с помощью дифракционной картины, полученной вне кристалла. Величина смещения двух частей дифракционной линии друг относительно друга определяет направление потоков дифрагированных волн внутри кристалла и, тем саным, определяется степень совершенства кристалла. Возможен и дру1ой вариант осуществления способа. СтупенчатЬй монокрис20талл может состоять из двух совершенно одинаковых монокристаллов, отличающихся друг от друга только толщинами. 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 отраже ния. Так образуется ступень. Второй вариант сложнее из-за 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.

Фиг.З

I/

Фиг.5

Фиг.б

Фиг. 9

Фиг. Ю

М

Фиг. 71

Фиг. 72