Устройство для исследования совершенства структуры монокристаллических слоев Советский патент 1988 года по МПК G01N23/20 

САЭ СО

сп о

1чЭ

СО

Изобретение относится к аппаратуре для неразрушающего анализа тонких приповерхностных слоев монокристалла. Цель - повьшение точности исследования совершенства структуры монокристаллических слоев при низких значениях детектируе1 1х сигналов за счет обеспечения динамической стабильности интенсивности возбуждающего рентгеновского пучка. В вакуумной камере образца между входным окном и кристаллом-анализатором вне оптической оси, проходящей между.кристаллом- монохроматором и кристаллом-анализатором, размещены последовательно отклоняющая система и второй детектор электронов. Блок регистрации и управления подключен к второму детектору электронов и гониометру второго кристалла-монохроматора. Излучение, возбужденное рентгеновским пучком в материале входного окна вакуумной камеры, отклоняется электростатической системой и регистрируется детектором. Блок регистрации и управления вырабатывает сигнал, пропорциональный интенсивности /шзлучения, регистрируемого детектором, и управляет угловым положением гониометра второго кристалла-монохроматора. 3 ил. с в (Л

N

Изобретение относится к аппаратуре для нераэрутающего анализа тонких приповерхностных слоев кристаллов, в частности нарушенных слоев кристсШ- лов после технологической обработки кристаллов.

Целью изобретения является повышение точности исследований при низких значения детектируе№1 х сигналов,

На фиг. 1 приведена рентгеноопти- ческая схема устройства; на фиг, 2 - ;конструки(ия И функционапьная схема устройства; на 4иг. 3 - функциональная схема регистрации ш управления.

В состав предлагаемого устройства входят (фиг, 1-3) устройство 1 формирования рентгеновского пучка, измерительное устройство 2,, загрузочно-шпю зовое устройство 3.

Устройство 1 формирования рентгеновского пучка содержит источник 4 рентгеновского излучения, коллима торные щелевые диафрагмы 5 и 6, крис таплы-монохроматоры 7 и 8, установ- ленные на держателях кристаллов-гониметров 9 и 10, позволяющие производить грубую и плавную установку держтеля кристалла, соответственно в ши:- роком и узком угловых интервалах с п следующей фиксацией в заданных положениях, а также производить возвратно-поступательные и наклонные пере мещения держателя кристалла.

Кроме того, устройство 1 формиро- вания рентгеновского пучка содержит детекторы 11 и 12 рентгеновского излучения, щелевые диаграммы 13 и 14, снабженные соответственно устройствами 15 и 16, возвратно-поступательных перемещений относительно входных поверхностей указанных детекторов 11 и 12 соответственно.

В свою очередь детекторы 11 и 12 снабжены устройствами: 17 и 18 неза- висимого поворота относительно осей поворота соответственно О,, и 0, , совпадающими с осями поворотов кристаллов 7 и 8, 0-, и Oj. Источник 4, коллиматорная щелевая диафрагма 5, ограничивающая пучок от указанного источника, гониометр 9 первого крис- талла-монохроматора 7 установлен на прямолинейной направляющей 19 с осью Н и Н, а гониометр 10 второго кристалл а- мо но хромат ор а 8, коллиматорная щелевая диафрагма 6, ограничивающая :пучок, дифрагированный кристаллом 8, установлены на прямолинейной направ

д

г

0

ляющей 20 с, осью Hj и Н., выставленной параллельно направляющей 19.

Для перемещения источника 4 кол- лиматорных щелевых диафрагм 5 и 6 параллельно или перпендикулярно осям соответствующих направляюищх служат устройства 21-23 перемещений соответственно для перемещения гониометров 9 и 10 вдоль направляюпдих 9 и 20 служат устройства 24 и 25 перемещений.

Устройство 1 благодаря устройству 26 перемещения может перемещаться в направлении, перпендикулярном направлению распространения рентгеновского пучка.

Измерительное устройство 2 представляет собой вакуумную камеру 27, в центре которой расположен кристалл- анализатор 28, установленный ка.держателе гониометра 29, Держатель гониометра 29 кинематически жестко связан с установочной платформой 30, на которой установлен анализатор 31 энергий электронов с детектором 32 электронов. Анализатор 31 энергий электронов размещен относительно кристалла-анализатора 28 в направлении, близком к нормальному к поверхности кристалла-анализатора 28. Причем оптическая ось анализатора 31 проходит через центр вращения кристалла-анализатора 28. В направлении распространения дифрагированного рентгеновского излучения расположен детектор 33 рентгеновского излучения, закрепленный на установочной платформе 30, Детектор 33 располагается так, чтобы перекрывать сектор, минимальное значение которого составляет около 40 град,

Кроме того, устройство содержит входное 34 и вьтодное 35 окна для рентгеновского излучения. Окна выполнены плоскими, диаметром не более 20 мм.

Для управления гониометром 29 камера 27 снабжена вводом 36 перемещений, а для . настройки спектрометра предусмотрен детектор 37 рентгеновского излучения со щелевой диафрагмой 38, которая благодаря устройству 39 перемещения, может смещаться вдоль входной поверхности детектора 37.

Окна 34 и 35, ось вращения кристалла-анализатора 28 и детектор 37 лежат на одной прямой К, и Кj.

Гониометр 29 позволяет доттолни- тельно по сравнению с гониометрами 9 и 10 производить очень тонкие перемещения кристалла в более узком интервале углов. Управление гониометром 29 осуществляется с помощью устройства 36 ввода перемещений за пре- делани : вакуумного объема камеры 27 без нарушения вакуумных условий в указанной камере, средства откачки (не показаны) рассчитаны на поддержание давления в камере 27 не хуже

л

10 мм рт.ст.

Загрузочно-шлюзовое устройство 3 содержит шлюзовую камеру 40, загру- зочно-передаюищй манипулятор 41 , уст ройство перемещения указанного манипулятора 42, высоковакуумный затвор 43. Кроме этого, устройство содержит отклоняюпо ю систему 44, детектор 45 электронов и блок 46 регистрации и управления, ЭВМ 47 (фиг. 3).

Блок 46 регистрации и управления содержит интерфейс 48, устройство 49 управления гониометром 10 для преобразования последовательности импульсов, поступающих на вход блока, в дво-25 ° Управляющие сигналы и инфор30

35

ичный код, пропорциональный средней скорости счета импульсов, служат счетчик 50, таймер 51, формирователь 52 порогов, усилитель-дискриминатор 53. Для питания составных частей бло ка 46 регистрации и управления, а также отклоняющей системы 44 служит блок 54 питания.

Цикл динамической стабилизации углового положения второго кристалла- монрхроматора 8 заключается в следую- щем. . ,

При выходе второго кристалла-моно- хроматора 8 из отражающего положения, т.е. при развороте его относительно угла Брэгга бмг угол i, уменьшает- .ся значение интенсивности дифрагированного этим кристаллом рентгеновско- , го пучка 1л,по сравнению со значением .этой интенсивности точном брэг- говском положении кристалла-монохррма- тора 8. Соответственно пропорцио,наль- но уменьшается интенсивность потока электронов, эмиттированных входным окном вакуумной камеры 27 под действием проходящего через него рентгеновского пучка, отраженного от кристалла-моно- хроматора 8. Этот поток электронов с помощью отклоняющей систеь 44 отклоняется от направления распространения

40

50

мационные коды, поступающие от ЭВМ 47 через интерфейс 48 в устройство 49 управления, преобразуются в нем в напряжения, необходимые для управления гониометром 10, на котором установлен кристалл-монохроматор 8.

ЭВМ 47 сравнивает текущее значение интенсивности рентгеновского отражения от кристалла-монохроматора 8 (l,) со значением интенсивности отражения при точном брэгговском положении кристалла-монохроматора 8 (lg} (при 6g значение интенсивности рентгеновского отражения достигает своего максимального значения) и по результатам сравнения вьщает информационный код через ;(интерфейс 48 на устройство 49 управления, которое пре образует его в напряжения, подаваеьые ;на гониометр 10.

Гониометр, в свою очередь, в соответствии со значениями подаваемых на

него управляющих напряжений поворачивает кристалл-монохроматор 8 по часовой стрелке на угол (, После этого весь цикл измерений интенсивности отраженного кристаллом-монохроматором 8 рентгеновского пучка повторяется. При этом, если интенсивность рентге- новского отражения от кристалла-монодифрагированного кристаллом 8. рентгего хроматора 8 , то управляющие

гониометром 10 напряжения устройством

новского пучка и преобразуется в детекторе 45 в последовательность электрических сигналов. (Каждый детекти49 выдаваться не будут и кристалп-мо- нохроматор 8 остается неподвижным.

руемый электрон дает один сигнал, количество таких сигналов в единицу времени (скорость счета) соответствует интенсивности потока детектируемьих частиц).

Последовательность электрических сигналов, образующихся на выходе детектора 45 поступает на вход усилитеQ ля-дискриминатора 53, который осуществляет их усилие и a плитyднyю дискриминацию, при этом значение верхнего и нижнего порога дискриминации формируется формирователем 52 порогов.

д Далее импульсы с выхода усилителя- дискриминатора 53 поступают на вход счетчика 50, которьй совместно с таймером 51 преобразует последовательность поступающих импульсов в двоичный код, пропорциональный скорости счета и через интерфейс 48 выдает этот код на ЭВМ 47, которая через интерфейс 48 осуществляет управление и обмен информацией с устройствами

0

0

5

0

0

мационные коды, поступающие от ЭВМ 47 через интерфейс 48 в устройство 49 управления, преобразуются в нем в напряжения, необходимые для управления гониометром 10, на котором установлен кристалл-монохроматор 8.

ЭВМ 47 сравнивает текущее значение интенсивности рентгеновского отражения от кристалла-монохроматора 8 (l,) со значением интенсивности отражения при точном брэгговском положении кристалла-монохроматора 8 (lg} (при 6g значение интенсивности рентгеновского отражения достигает своего максимального значения) и по результатам сравнения вьщает информационный код через ;(интерфейс 48 на устройство 49 управления, которое пре образует его в напряжения, подаваеьые ;на гониометр 10.

Гониометр, в свою очередь, в соответствии со значениями подаваемых на

него управляющих напряжений поворачивает кристалл-монохроматор 8 по часовой стрелке на угол (, После этого весь цикл измерений интенсивности отраженного кристаллом-монохроматором 8 рентгеновского пучка повторяется. При этом, если интенсивность рентге- новского отражения от кристалла-моно хроматора 8 , то управляющие

49 выдаваться не будут и кристалп-мо- нохроматор 8 остается неподвижным.

Если 1... Igg , ТО устройство вьщает на гониометр 10 такие управляющие напряжения, с помощью которых кристалл-монохроматор 8 поворачивает- ся против часовой стрелки на угол 2 и затем будет продолжать поворачивать в этом же направлении кристалл-монохроматор 8 каждый раз на угол iV после очередного п-го замера интенсив- JQ ности ДО тех. пор, пока значение этой интенсивности не достигнет значения интенсивности при точном брэг- говском положении кристалла-монохро- матора 8 (ig ), т.е. пока кристалл- монохрсматор не повернется в точное брэгговское положение. При этом точность установки кристаяла-монохромато- тора 8 в брэгговское положение (0g±d) соответствует величине задаваемого шага 1, т.е. л V.

15

20

Таким образом, введение отклоняющей cиcтe ы, второго детектора электронов, блока регистрации и управления и размещение отготоняющей систе- мы, второго детектора электронов последовательно в вак /умной камере вне оптической оси, приходящей между вторым кристаллом-монохроматором и ис- следуем 1м кристаллом, по которой раст пространяется рентгеновский пучок., отраженньй вторым крис паллом-монозпэо- матором, поз.волили при низких значениях детектируемых детектором электронов и детектором дифрагированного и флуоресцентного рентгеновского излучения сигналов, не ослабляя интенсивности рентгеновского пучка, падающего на исследуемьй кристалл, обеспечить динамическую ст абилизацию значения

интенсивности этого пучка за счет динамической стабилизации углового положения второго кристалла-монохромато- ра. При этом одновременно за счет эффективного сбора электронов, эмитти- рованных материалом входного окна вакуумной камеры под действием этого рентгеновского пучка, на втором детекторе, установленном за отклоняющей системой, удается устранить возможность попадания этих электронов на поверхность исследуемого кристалла, и устранить возможность эмиссии вторичных электронов, а также снизить паразитную модуляцию полезного сигнала и, таким образом, повысить точность исследований.

Формула изобретения

Устройство для исследования совершенства структуры МОнорфистаяли- ческих слоев по авт. св. № 1226210, отличающееся тем, что, с . целью повышения точности исследований при низких значениях детектируемых сигналов, устройство снабжено отклоняющей системой и расположенным на ее выходе вторым детектором злектро- нов, а также блоком регистрации и управления, причем отклоняющая система и второй детектор размещены в вакуумной камере вне направления распространения рентгеновского излучения между кристаллом-монохроматором и кристаллом-анализатором, и второй детектор электронов подключен к блоку регистрации и управления, который, в свою очередь, подключен к гониометру второго кристалла-монохроматора.

20 1 i2 « i6m

2S

E±EE

I

K

zz,i

E

4Ш у у

z//

Om 5/rjJ/5

tf tf

/27

h

Фид.З