Способ контроля упругих деформаций монокристаллических пластин Советский патент 1985 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к рентгено кой технике, а именно к контролю уп ругого деформированного состояния м нокристаллических пластин, подвергн тых каким-либо механическим воздействиям, с помощью дифракции рентгеновских лучей. Известны методы измерения кривиз ны монокристаллических пластин по разнице углов отражения в двух точках кристалла D ilНедостатками указанных методов являются плохая локальность, исполь зование сложной рентгеновской техни ки (трехкристального спектрометра) для достижения высокой точности, большое время измерений. Известны, также методы определения кривизны монокристаллических пластин из измерений интегральной и тенсивности дифрагированных рентгеновских лучей, при этом достигается высокая точность и локальность измерений 1.2. Недостатки этих методов - применение прецизионных механических уст ройств, требующее выполнения ряда продолжительных и трудоемких операций . Наиболее близким к изобретению является способ контроля упругих деформаций монокристаллических плас тин, включающий измерение интеграль ной интенсивности отражений дифраги рованных по Лауэ рентгеновских лучей з J. Недостаток всех известных методик - малая информативность, так как значениями кривизны, полученными в результате измерений, невозмож но полно описать упруго деформирова ное состояние кристалла. Даже в слу чае изгиба одним механическим момен том пластина приобретает седлообраз ную форму, т.е. кривизна может менять знак в зависимости от выбранного направления ее измерения. Использование в качестве единственной характеристики деформированного состояния кривизны предполагает нали чие определенной простейшей формы изгиба монокристаллической пластины, что встречается только в специальным образом кристаллографически сориентированных образцах при. . действии на них механическими усилиями определенного типа. Поэтому применение известных методик к исследованию упруго деформированного состояния кристаллов имеет существенные ограничения. Целью изобретения является повышение информативности и экспрессности способа контроля упругих деформаций монокристаллических пластин произвольной кристаллической ориентации при сохранении высокой точности и локальности измерений. Указанная цель достигается тем, что при способе контроля упругих деформаций монокристаллических пластин, включающем измерение интеграль-ной интенсивности отражений дифрагированных по Лауэ рентгеновских лучей, интегральную интенсивность измеряют для косонесимметричных отражений при вращен ии монокристаллической пластины вокруг оси, направленной вдоль нормали к отражающим плоскостям, определяют зависимость интенсивности от угла поворота и по полученным значениям-рассчитьюают поля упругих смещений и деформаций монокристаллической пластины. На фиг. представлена схема общего случая упругой деформации монокристаллической пластины, кристаллографическая ориентация которой задана углами V и Ч между следами отражающей кристаллографической плоскости на гранях пластины и ее ребрами; на фиг. 2 - схема измерений. -На пластину действуют изгибающие и крутящий моменты М, М и Н, которые создают определенное поле упругих смещений iTCx.y.z) 4. Исследуемую монокристаллическую пластину облучают рентгеновским излучением от точечного фокуса F. Коллиматор К ограничивает размеры и угловую расходимость рентгеновских лучей в одном направлении. Кристалл юстировкой на гониометрической приставке вводится в отражающее положение. Отражающие плоскости выбираются таким образом, чтобы вьтолнялось условие дифракции по Лауэ. Все отраженные рентгеновские лучи проходят через коллиматор К которьй служит для уменьшения уровня фона и выделения отраженного пучка рентгеновских лучей, и попадают на детектор рентгеновского излучения.Показания детектора пропорциональны интегральной интенсивности отраженных рентгеновских лучей. Монокристаллическую пластину пово рачивают вдоль оси, направленной по нормали к отражающим плоскостям. При этом кристалл не выходит из отражающего положения, но наклоняется относительно плоскости рассеяния, что приводит к изменению интенсивности дифрагированных, рентгеновских лучей Значения интегральной интенсивности измеряются на различных углах наклона при вращении пластины. Пусть К - номер измерения, тогда р} - ин-тегральная ингенсивность, . угол наклона, при котором проводилось ее измерение. Каждому значению о6,соответствует определенное значение коэф фициента эффективной деформации В, который характеризует влияние упругой деформации кристалла на дифрак цию рентгеновских лучей. Значение Вц рассчитывается по известным форму ,лам 4 и определяется зависимость 6,Ы). Значения крутящего и изгибаю щих моментом находятся решением системы из трех линейных относительно г Н уравнений, которые получаются после применения метода наимень ших квадратов: M,,S 2 HS2g S,; М,5е,М22б2 5бГ5бо .; А где 5,.; 1 ГоТп-Ь Л. h. (m,m ,,jcos2ol +m.gsmti ciis e n..o(.jt(«.a.jcos2V-f a. sin2VJ ; m. «.gcos - Si n ,,«..,.(«.-o, m. o,.«sV-SinV «..c,..(o,..«,|,, 6 6 i 1,2,6 ; где A - длина экстинкции-, - угол Брэгга-, d - межплоскостное расстояние; у , Y - направляющие косинусы углов падения и отражения-, о(; - коэффициенты деформации или константы податливости, которые задаются кристаллографической ориентацией пластины-, k - номер измерения; оС. - угол наклона; Вц - коэффициент эффективной деформации ;-го измерения , fcj, - толщина пластины. По найденным моментам рассчитывается поле упругих смещений исследуемой монокристаплической пластины и (x,y,z) . Пример. Кристаллографическая ориентация пластины кремния такова, что Ц 4,, 4 5,07. По значениям углов в соответствии с З определяются коэффициенты деформа ции ч-;. Пластина прогнута из-за различной обработки ее поверхностей. Для измерений используется 6-поляризованное излучение M(jkj. Пластина устанавливается в отражающее положение и измеряется интегральная интенсивность отражения (220. Для определения зависимости В Cotk ) зуется вращение пластины вдоль норМали к плоскостям llOj в диапазоне углов от -60 до +60. Шаг по углу d 0,4°, т.е. проводится 300 Измерений интегральной интенсивности. Поворот с заданным шагом и считывание интенсивности осуществляются автоматически. По полученным значениям вычисляется зависимость 8)((о1ц). Машинный расчет по формуле Cl ) дает следующие значения крутящего и изгибающих моментов: И 0,08 Н, -1,668 Н-, М2 -1,58 Н Сна единицу длины ). Отсюда определяются компоненты поля смещений: и, (1 ,09z-+1,8yz-21 ,х2)мм{ uj (8,,,99х2)мм; iiz- (,,70х 10Л6у -2,99ху)мм. Из приведенных соотнощений видно , что пластина имеет сложную форму и ее кривизна неодинакова по различным направлениям, т.е. измеренного по методу 23 (3 явно недостаточно для описания упруго дефорированного состояния кристаллической пластины. Определим радиусы кривизны пластины:«3 6,76 м; RX 47,71 м. Измерения, проведенные в частном лучае при d О по методу , дают R.j 46,85 м.

Предлагаемый способ контроля упругих деформаций монокристаллических пластин позволяет повысить экспрессность и информативность определения упруго деформированного состояния, что позволяет применить его к исследованию монокристаллических пластин произвольной кристаллографической ориентации, подвергнутых, механическим воздействиям. Такие исследования открывают новые возможности, для изучения деформаций в полупрово никовых схемах, имеющих сложные геометрию легирования и форму изгиба.

Подробное описание полей упругих смещений, вызванньк известными механическими моментами, позволяет также 5 исследовать анизотропные упругие свойства кристаллов.

Подборное описание упруго деформи рованного состояния кристалла дает возможность получить точную информацию о дифракции рентгеновских лучей на рентгеновских линзах, что представляет значительный интерес для рентгеновской кристаллооптики.

)(

Фиг.2

СПОСОБ КОНТРОЛЯ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСИЖ, включающий измерение интегральной интенсивности отражений дифрагированных по Лауэ рентгеновских лучей, отличающийс.я тем, что, с целью повышения информативности и экспрессности способа, интегральную интенсивность измеряют для косонесимметричных отражений при вращении монокристаллической пластины вокруг оси, направленной вдоль нормали к отражающим плоскостям, определяют зависимость интенсивности от угла поворота и по полученным значениям рассчитывают поля упругих смещений и деформаций МОнокристаллической пластины.