Способ рентгеновской топографии кристаллов Советский патент 1990 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к рентгено- топографическим исследованиям несовершенств кристаллов и может быть использовано для исследований структурных искажений почти совершенных кристаллов.

Целью изобретения является повышение информативности исследований за счет одновременного применения эффектов маятникового решения и аномального поглощения (эффекта Бормана)-.

На фиг. 1 представлены волновые векторы в кристалле в двухполевом приближении; на фиг. 2 - картины дифракции рентгеновских волн, при падении первичной волны в середину поверхности входа; на фиг. 3 и 4 - то же, при перемещении вправо от поверхности входа; фиг. 5 и 6 - то же(при падении волны на левый и правый края от середины входной поверхности, соответственно; на фиг. 7 схема положения волновых векторов вне клиновидного кристалла, утончение которого перпендикулярно поверхности входа; на фиг. 8 - схема хода лучей в толстом кристалле; на фиг. 9 схема распределения интенсивности от рас- стояния линии падения первичной волны до боковой поверхности призмы;

СЛ

О 1C

00

на фиг. 10 - клиновидный кристалл с отражающими плоскостями, перпендикулярными основанию клина.

В отличие от известных методов Бормана, которые работают лишь для толстых кристаллов и маятникового решения, работающего для тонких клиновидных кристаллов с утончением вдоль вектора обратной решетки, в предлагаемом способе дифракции на толстом ьфине с утончением перпендикулярно вектору обратной решетки параллельно нормали к входной поверхности клина одновременно работают оба метода: с нижнего торца клина получается бор- мановское прохождение, а с краев вблизи верхнего торца - маятниковые решения.

Для осуществления способа были изготовлены клиновидные образцы из кристаллов кремния (фиг.1). Отражающие плоскости (110) перпендикулярны

h

15628044

лос преломленных А и отраженных Л волн равны

hi sinQn Л- Гт .... |А,Аг|

где 90 и 0), углы наклонов левой

и боковой поверхностей и

,-t

д°

04А

.

10

15

20 К

соответственно. При одинаковых накл нах боковые поверхности ku и Л равны Этот способ позволяет получить маят никовые полосы от достаточно толсты клиновидных кристаллов, от которых можно получить и эффект Бормана.

Когда в толстых кристаллах (фиг. первичная волна падает ближе к боко вой поверхности, из верхней части кристалла в направлении отражения в ходят BOj/iHbi с волновыми векторами

VM

и

волны с - тг образуют маятниковые по

лосы, а от основания в результате эффекта Бормана выходят волны второ го поля К и К hl. На фиг. 9 приведена схема распределения интенсивоснованию призмы (входной поверхности 25 ности в зависимости от расстояния ABCD и линии AD, к примеру ) благодаря кпиновидности образца пути

С ВОЛНОВЫМИ u

ft

ft V,

К

векторами

hi Vii Уменьшаются Дается вне крдсталда; справа - К и - К„. и Кп„. При падении

К СИ 02.

Их ход продол/rl«.J I Л

|К

KV«

30

слева

nr, i-jicud - ( и 1 02. при падении Первичной волны на середину входной поверхности АВСД, вне кристалла одновременно получаются все четыре волны, попарное наложение которых приводит к образованию маятниковых полос справа и слева (фиг. 2-6). На фиг. 2-5 приведены картины маятниковых полос, показывающие закономерность изменения их местоположения в зависимости от Смещения падающего пучка. Закономерность заключается в следующем: чем более смещение первичного пучка к краю поверхности падения (основание клина) вправо или влево, тем более смещаются маятниковые полосы. |, ..,, Чтобы найти волновые векторы Kh) Kh , необходимо через точки распространения А , и А/г. (фиг 7) провести нормали А( к поверхности

- через те же точ- .. При пересе35

40

45

OJ.D, а для К

01

I rtЈj

и

50

ки нормали , и чении этих нормалей со сферами (сфера падения) и CjC. (сфера отражения) находим точки Р0, , Р02 , Р, и Рил соединением которых с точками

линии падения первичной волны до бо ковой поверхности призмы, показанно на (фиг.8). Размеры призмы составля ют в направлении плоскости (110) 12 20 мм, в перпендикулярном ей направ лении - 4-5 мм. При х 0,875 мм J исчезает, т.е. отраженные волны не выходят с боковой стороны, с уменьшением - характеристика Ja возраста вплоть до падения первичного пучка на боковую поверхность. При этом час пучка отражается от этой поверхност и возникает пучок J, другая часть входит в кристалл, где и происходит отражение Лауэ и формирование пучка J . В случае параллелепипедального кристалла маятниковые полосы получа ся только от его узкой приповерхнос ной области. Для наблюдения аномал ного проходящего пучка и маятниковы полос одновременно кристаллу необходимо придать вид, показанный на фиг. Следы отражающих плоскостей показан штриховкой.

Изготовлен и опробован клиновидн образец с размерами ,2 мм, 0,0 12 MM. o-23 ° 40 f, картины мая никовых полос от которого приведены на фиг. 2-6.

-цл, соединением которых с О и Н обратной ре цетки определяем.,, волновые векторы К01, К 02, К},, и Кцг вне кристалла. Периоды маятниковых по55

Формула изобретени

Способ рентгеновской топографии кристаллов, при котором пучок рентh

....

де 90 и 0), ,-t

д°

и боковой поверхностей и

04А

.

0 К

соответственно. При одинаковых наклонах боковые поверхности ku и Л равны. Этот способ позволяет получить маятниковые полосы от достаточно толстых клиновидных кристаллов, от которых можно получить и эффект Бормана.

Когда в толстых кристаллах (фиг.В) первичная волна падает ближе к боковой поверхности, из верхней части кристалла в направлении отражения выходят BOj/iHbi с волновыми векторами

VM

и

волны с - тг образуют маятниковые полосы, а от основания в результате эффекта Бормана выходят волны второго поля К и К hl. На фиг. 9 приведена схема распределения интенсив5 ности в зависимости от расстояния

0

5

0

5

0

линии падения первичной волны до боковой поверхности призмы, показанной на (фиг.8). Размеры призмы составляют в направлении плоскости (110) 12 - 20 мм, в перпендикулярном ей направлении - 4-5 мм. При х 0,875 мм J исчезает, т.е. отраженные волны не выходят с боковой стороны, с уменьшением - характеристика Ja возрастает вплоть до падения первичного пучка на боковую поверхность. При этом часть пучка отражается от этой поверхности и возникает пучок J, другая часть входит в кристалл, где и происходит отражение Лауэ и формирование пучка J . В случае параллелепипедального кристалла маятниковые полосы получаются только от его узкой приповерхностной области. Для наблюдения аномального проходящего пучка и маятниковых полос одновременно кристаллу необходимо придать вид, показанный на фиг.10. Следы отражающих плоскостей показаны штриховкой.

Изготовлен и опробован клиновидный образец с размерами ,2 мм, 0,0 12 MM. o-23 ° 40 f, картины маятниковых полос от которого приведены на фиг. 2-6.

55

Формула изобретения

Способ рентгеновской топографии кристаллов, при котором пучок рентгеновского излучения направляют на клиновидный кристалл, регистрируют дифракционную картину и по распределнию интенсивности судят о совершенстве кристалла, отличающий- с я тем, что, с целью повышения информативности исследования, пучок рентгеновских лучей направляют на входную торцовую поверхность толстого клиновидного монокристалла, направление утончения которого вы

бирают плоскости дифракции перпендикулярно векгпру обратной решетки отражающих плоскостей кристалла, одновременно получают топогрдммы от лучей, дифрагировавших через боковую и нижнюю торцовую поверхности кристалла с участием соответственно маятникового и бормановского эффектов, и по одновременно полученным топо- граммам судят об объемных и поверхностных несовершенствах кристалла.

Изобретение относится к рентгенотопографическим исследованиям несовершенств кристаллов и может быть использовано для исследований структурных искажений почти совершенных кристаллов. Целью изобретения является повышение информативности за счет одновременного наблюдения эффектов маятникового решения и аномального прохождения. Это достигается приданием исследуемому кристаллу клиновидной формы, при которой направление утончения клина выбирается в плоскости дифракции перпендикулярно вектору обратной решетки отражающих плоскостей кристалла. При этом одновременно можно получить топограммы от лучей, дифрагировавших через боковую и нижнюю торцовую поверхность кристалла с участием соответственно маятникового и бормановского эффектов. 10 ил.

Фиг.2 Фиг.З ФигМ Фиг.5 Фиг.б

Фиг Л

A ft87S d-fWI5im Ai Ф1Н.9

Фиг.Ю