Рентгеновский спектрометр Советский патент 1985 года по МПК G01N23/207 

Изобретение относится к рентгенографии и может быть использовано при создании новой рентгеновской аппара туры для анализа реальной структуры кристаллов и монокристаллических 5 пленок.

В современной рентгенографии кристаллов используются различные дифрактометрические методы.

Для повьпиения точности измерений О и чувствительности к деформации решетки обычно используют трехкристальные спектрометры - приборы, в которых монохроматизация излучения и его коллимация осуществляются с по- 15 ощью специальных кристаллов.

В настоящее время созданы трехкристальные спектрометры различных конструкций.

Известна рентгенооптическая схема 20 овьева или схема с совмещенными осями вращения, содержащая источник ентгеновского излучения, исследуемый кристалл, кристалл-монохроматор, елевой коллиматор и механизм, с 25 помощью которого источник излучения и коллиматор линейно смещаются на определенное расстояние, при этом кристалл-монохроматор также линейно смещается на определенное расстояние,зо а оси вращения кристалла-монохроматора и исследуемого кристалла пространственно совмещены ll.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является рентгеновский спектрометр, содержащий расположенные на общем основании источник излучения, коллиматор, кристалл-монохрома- тор и кристалл-анализатор, держатель исследуемого кристалла и детектор, вьтолненные с возможностью вращения относительно оси главного гониометра и детектор излучения 21.

Недостатком известных устройств является невозможность применения рентгенооптических схем при исследовании дифракции в некомпланарной геометрии, когда векторы падающей 50 волны KQ, дифрагированной волны К„ и обратной решетки Н не лежат в одной плоскости,,что сужает область применения рентгенооптическик методов анализа реальной структуры кристаллов. 55

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей спектрометра.

Поставленная цель достигается тем : что рентгеновский спектрометр, содержащий расположенные на общем основании источник излучения, коллиматор, кристалл-монохромато) и кристаланализатор, держатель исследуемого кристалла и детектор излучения, выполненные с возможностью вращения относительно оси главного гониометра, снабжен механизмом одновременного поворота источника излучения, крис-. талла-монохроматора и коллиматора относительно держателя исследуемого кристалла вокруг общей оси, лежащей в горизонтальной плоскости, и детектором зеркального отражения, причем детектор зеркального отражения и общая ось расположены на равном расстоянии от оси главного гониометра, а держатель исследуемого кристалла снабжен механизмом линейного смещения вдоль оси главного гониометра.

На фиг.1 представлен предлагаемый спектрометр, общий вид; на фиг.2 то же, продольный разрез; на фиг.3 то же, поперечньш разрез.

Рентгеновский спектрометр содержит источник 1 излучения, представляющий собой рентгеновскую отпаянную трубку БСВ-22, БСВ-24 с системой настрой ки и механизмом поворота трубки относительно оси вращения 0 крис талла-монохроматора 2 с гониометрической головкой.

Выходная щель 3 коллиматора излучения установлена на механизме 4 одновременного наклона источника 1 излучения и кристалла-монохроматора 2 относительно оси вращения 0. Главныйгониометр 5 установлен на некотором (заданном) расстоянии от оси 0 механизма 4.

На осях вращения гониометра Oj и 04 установлен исследуемьй кристалл 6 и детектор 7 излучения с кристалланализатором 8. На расстоянии, равном расстоянию между осями вращения 0 и Qj, от 0 установлена входная щель 9, за которой расположён детектор 10. Все узлы спектрометра, содержащие механизм наклона источника излучения, главный гониометр 5, входную щель 9 и детектор 10, установлены на общем основании 11.

Спектрометр работает следующим образом.

Кристалл 6 в виде плоскопараллельной пластины устанавливается в держа3теле гониометра 5 таким оибразом что его нормаль к поверхности .парал лельна оси вращения главного гониометра 5, а источник 1 излучения вме те с кристалл-монохррматором 2 и вы ходной щелью 3 коллиматора поворачи ваются в вертикальной плоскости относительно оси гониометра 5. Положе ния оси 0 и входной щели 9 выбираю такими, чтобы расстояние 9 Oj и OjO были бы равными с точностью 1 мм. Поскольку углы падения.при зеркальном отражении составляют малые значения OitjiQitpilO рад-, где Ч, угол падения излучения на поверхность кристалла; бцр - критический угол зеркального отражения, то смещение кристалла в новое положение не превьщюет нескольких сантиметров. Например, при расстоянии 9 0 400 мм и 0кр 3-10 рад (10 угло вых минут) значение 2003 рад 0,6 мм. Таким образом, перемещая линейно кристалл вдоль его нормали к поверхно сти, всегда можно найти такое положение, когда зеркально отраженный луч будет проходить через щель 9 и регистрироваться детектором 10. 21л Далее, не меняя юстировки кристалла, поворотом его вокруг оси 0 можно удовлетворить условию дифракции на системе плоскостей (h, k, t) с вектором обратной решетки Hj,, перпендикулярных поверхности. В зависимости от задач исследования можно регистрировать как интегральные, так и дифференциальные кривые отражения рентгеновских ЛУ7 чей при ri const. Для этой цели изменяют угол дифракции относительно :угла Брэгга ci V -0, где оС. - откло,нение угла падения от угла Брэгга; V - угол падения относительно атомных плоскостей; 9д - брэгговский угол. Второй круг задач связан с регистрацией кривых зеркального отражения (fj,) при заданном угле брэгговской дифракции ( ОС const) . Предложенный спектрометр позволяет реализовать метод анализа реальной структуры ультратонких кристаллических слоев и пленок (10-1000 А) и применим для исследования широкого класса кристаллов и решения различных технологических задач 6 процессе про изводства полупроводниковых приборов, например диффузионных смол, эпитаксиапьных пленок.

Фи1.д

РЕНТГЕНОВСКИЙ СПЕКТРОМЕТР, содержащий расположенные на общем основании источник излучения, коллиматор, кристалл-монохроматор и кристалл-анализатор, держатель исследуемого кристалла и детектор излучения, вьшолненные с возможностью вращения относительно оси главного гониометра, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей спектрометра, он снабжен механизмом одновременного поворота источника излучения, кристалла-мойохроматора и коллиматора относительно держателя исследуемого кристалла вокруг общей оси, лежащей в горизонтальной плоскости, и детектором зеркального отражения, причем детектор зеркального отражения и общая ось расположены на равном расстоянии от оси главного гониометра, а держатель исследуемого кристалла снабжен механизмом линейного смещения вдоль оси главного гониометра, 4 СО