Узел регистрации вторичной эмиссии Советский патент 1992 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано в аппаратуре для анализа тонких припоперхнсстных слоев монокристаллов методом решстрации вторичной эмиссии.

Известно устройство для исследования совершенства структуры монокристаллических слоев, содержащее источник излучения, кристаллмонохроматор. детектор дифрагированного излучения и блок регистрации вторичной эмиссии, выполненный в сиде газонаполненной камеры, в которой размещены держатель образца, электроды и привод перемещения держателя относительно электродов, а участок стенки камеры

выполнен из материала, прозрачного для рентгеновского излучения.

Недостатками данного устройства являются узкая область применения, связанная с жестким закреплением образца относительно плоскости дифракции, фиксированное относительно камеры положение электродов, невозможность проводить исследования на малых углах (0,5 - 5°). образованных падающим и дифрагированным пучками с поверхностью кристалла.

Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является узел регистрации вторичной эмиссии, содержащий газонаполненную камеру с установленV|

g

О

Ј о

ным в ней с возможностью попорота вокруг оси, образованной пересечением плоскости подающего и дифрагированного пучка с плоскостью образца, держателем образца, электрод, закрепленный на держателе образца и обращенный к образцу участок стенки камеры, выполненный из материала, прозрачного для электромагнитного излучения, что позволяет расширить функциональные оозможности узла.

Недостатком указанного узла является невозможность измерения yrnoosix зависимостей выхода вторичной эмиссии в случае многоволновой дифракции и, как следствие. низкая производительность исследования структурного совершенства поверхности кристалла. Другим недостатком являются ограниченные возможности узла из-за невозможности исследования структуры объема приповерхностного слоя монокри- сгаллического образца.

Цель изобретения - расширение возможностей исследования устройства и по-- вышение его производительности.

Установка держателя образца с воз- мвжностью поворота в плоскости, параллельной его поверхности, позволяет выводить в отражающее положение при повороте образца одновременно две и более системы кристаллографических плоскостей с различными миллеровскими индексами (hi.ki, li). Взаимодействие падающего и отраженных пучкоп приводит к образованию в кристалле объемной столчей рентгеновской волны, возбужденной в результате сложной суперпозиции электромагнитных полей падающего и отрзжеж ых пучкоп. Набор угло- пмх зависимостей фотозмиссии, возбужден мои отой стоячей полной при различных углах поворота кристаллодерхзте- ля, дает ЕОЗМОКПОГТЬ одновременно о оя.мом объеме прч оссрхностногослоя кри- С с п;а получать пнфорг .с-цию о расположении STOMOO Б кристаллографических плоскостях, находящихся под различными углами к поверхности образца. При этом осуществляется возможность решать целый класс задач, связанных со структурой при- пос-ерхностных слоев монокристаллов. Кроме тоге, угловые зависимости фотоэмиссии при ммогоьслноиой дифракции несут ценную физическую информацию о распределении волнового поля в кристалле. Выполнение участка корпуса камеры из рентгенопрозрачного материала обеспечивает возможность регистрации дифрагированного излучения от всех кристаллографических плоскостей, выведенных в отражающее положение в пределах телесного углз, рапного 360°.

Таким обрчзом, все указанные существенные признаки обеспечивают возможность измерении выхода электронов в условиях многоволновой дифракции, при

этом исследования осуществляются в процессе однократной съемки, что особенно актуально при измерении неустойчивых быстрораспадающихся объектов.

На чертеже представлен узел регистра0 ции вторичной эмиссии, общий вид.

Узел содержит кронштейн 1, в котором на осях 2 закреплена с возможностью поворота вокруг этих осей газонаполненная камера 3 с герметично закрепленной на ней

5 стенкой 4 (в данном случае - цилиндрической). Во внутреннем обьеме, образованном стенкой 4, установлен держатель 5 образца 6 с возможностью наклона относительно плоскости падающего пучка при по0 мощи котировочного винта 7. Держателю 5 сообщается при помощи винта 0 поступательное помещение, а при помощи рукоятки 9 вращательное движение относительно оси, перпендикулярной отражающим кри5 сталлографическим плоскостям. В камере 3 установлена с возможностью вращения вок-. руг оси вращения держателя 5 шайба 10 с закрепленным на ней нитиевым электродом 11. Для подачи газа на камере 3 установлен

0 штуцер 12.

Узел регистрации вторичной эмиссии работает следующим образом.

Исследования проводили на монокристаллах кремния с использованием моно5 хроматизированного СиК излучения. Образец 6 вырезали таким образом, чтобы кристаллографические плоскости (111) были расположены параллельно его поверхности. Поворачивал камеру 3 вокруг осей 2,

0 выводили образец 6 с положение, удовлетворяющее условиям дифракции длл системы плоскостей (11) Затем, поисрачисая держателе 5 при помощи рукоятш-9 в плоскости, параллельной его поверхности, вы5 водили с с;;-л:-:г1гщее положение систему плоскостей (220). одновременно сохраняя брэгговское условие дифракции для системы плоскостей (111). Регистрацию дифраги- рованного излучения от обоих систем

0 плоскостей осуществляли рэзмешо чыми ш соотс .тгстсующпх местах детегтср ..1. О.а- нируя вблизи отражающего положения держателя 5 с образцом G как в плоскости, перпендикулярной поверхности образца 6

5 (вокругосей2), ток и :i плоскости, параллельной его поверхности (рукояткой 9), получали набор значений фотоэмиссии в зависимости от углового положения обргзцз 6. Регистрация вторичной эмиссии осуществляется о камере 3 наполненной смесью газов, состоящей из гелия и 10% метана. Вторичное излучение ионизирует газ, иены которого регистрируются золотым нитиевым электродом 11 диаметром 50 мк. находящимся под напряжением + 1000 В. Для предствра- щения перекрытия нитью падающего или дифрагированного излучения последняя может поворачиваться при помощи шайбы 10. Стенка 4 камеры 3 выполнена из металлизированного лавсана, а держатель 5 раз- мещен таким образом, что образец 6 находится в объеме, ограниченном стенкой 4. что позволяет одновременно регистрировать дифрагированное излучение от различ- ных систем кристаллографических плоскостей во всем диапазоне телесного угла (0 - 180°), что особенно актуально при исследованиях на малых углах, т.е. при скользящей дифракции рентгеновских лучей.

Математическая обработка угловых зависимостей фотоэмиссии, возбужденной стоячей рентгеновской волной, дает исчерпывающую информацию о структуре припо- верхиостного слоя кристалла.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства заключаются в следующем: расширяются возможности узла благодаря исследованиям в широкой угловом диапазоне, повышается про- изводительность исследования за счет возможности одновременного измерения физических характеристик кристалла по

различным кристаллографическим направлениям, появляется возможность исследования объемного состояния кристалла. Дополнительным пруимуществом устройства является устранение необходимости прецизионной юстировки, присущей многократным съемкам, что повышает точность и достоверность исследования. Формула изобретени я Узел регистрации вторичной эмиссии, содержащее газонаполненную камеру с электродом, полую втулку, установленную на корпусе камеры, держатель образца, размещенный в камере и соединенный с втулкой, средство поворота держаетля образца вокруг оси, лежащей в плоскости образца и проходящей через ось втулки, и держатель электрода, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей исследования и повышения его производительности, средство поворота держателя образца выполнено в виде двух соосно закрепленных на противоположных сторонах корпуса пальцах, размещенных в плечах П-образно- го кронштейна с возможностью поворота вокруг их оси, держатель образца снабжей механизмом вращения образца вокруг оси втулки, а держатель электрода размещен на корпусе камеры с возможностью поворота вокруг оси втулки, причем участок корпуса камеры, ограниченный плоскостью держателя образце, выполнен из рентгенопроэ- рачного материала.

11

8

Изобретение относится к области технической Физики и может быть использовано в аппараг/ре для анализа тонких приповер- хностных слоев монокристаллов методом регистрации вторичной эмиссии. Целью изобретения является расширение возможностей исследования и повышение его про- изводительности. Узел регистрации вторичной эмиссии выполнен в виде газонаполненной камеры, внутри которой размещены нитиевый электрод и держатель образца. Последний установлен с возможностью поворота вокруг оси. образованной пересечением плоскости падающего и дифрагированного пучков с плоскостью образца, а также с возможностью дополнительного поворота в плоскости образца. Участок стенки камеры изготовлен из материала, прозрачного для рентгеновского излучения, при этом образец, закрепленный на держателе образца, размещен в объеме, ограниченном этим участком. 1 ил. Ё