Способ исследования взаимодействия поверхностных акустических волн с дефектами кристалла Советский патент 1992 года по МПК G01N23/20 

Изобретение касается исследований поверхности твердого тела посредством дифракции рентгеновских лучей и может быть использовано при создании и контроле акустоэлектронных приборов, использующих поверхностные акустические волны.

Существует способ определения локальных амплитуд поверхностных акустических волн путем лазерной интерферометрии изменений поверхности кристалла.

Способ позволяет определить область распространения волн и их амплитуду, но не дает ответа об изменениях их фазового фронта и причинах этих изменений.

Наиболее близким к изобретению является способ стробоскопической рентгеновской топографии с использованием синхротронного излучения, согласно которому для получения рентгеновской топо- граммы на поверхность кристалла под брэгговским углом к какой-либо системе кристаллических плоскостей направляется широкий пучок синхротронного излучения. По своей природе этот пучок уже является сколлимированным и имеет пульсирующую временную структуру. Если частота поверхностной ультразвуковой волны равна или кратна частоте пульсации синхронного излучения, то имеет место эффект стробоскопии, при котором фронт последующих волн

О

о

00

во время очередных вспышек синхронного излучения оказывается точно в месте предыдущих, а бегущие волны выглядят остановившимися.

Недостатки способа - необходимость иметь источник синхротронного излучения; невозможность исследования устройств с поверхностными акустическими волнами, частота возбуждения волн которых не является равной или кратной частоте пульсации синхротронного излучения, изменить которую нельзя; необходимость создания электронной системы, в которой частота ультразвука в генераторе, возбуждающем поверхностные волны в кристалле, задается равной или кратной частоте синхротронного излучения.

Цель изобретения -упрощение способа исследования и расширение области его применения для устройств с любыми частотами ультразвуковых волн.

Цель достигается путем замены пучка рентгеновского синхротронного излучения пучком обычного рентгеновского излучения, уширенного и коллимированного моно- хроматором с асимметричным отражением, и получения рентгеновской топограммы от поверхности кристалла, на которой возбуждены стоячие поверхностные акустические волны, возникающие из-за взаимодействия возбужденных в кристалле двух систем встречных бегущих волн одинаковой частоты. О взаимодействии дефектов с поверхностными акустическими волнами судят по изменению распределения стоячих волн вблизи конкретных дефектов. Использование широкого пучка рентгеновского излуче- ния с малой угловой расходимостью является условием получения качественных топограмм и исключает необходимость сканирования образца и фотопластинки, а также во много раз уменьшает время получения топограмм по сравнению с методом сканирования. Возбуждение дополнительнойсистемывстречныхпервоначальным поверхностных акустических волн необходимо для возникновения стоячих волн, распределение которых отражает фронт -и изменения фронта для бегущих волн. Одинаковое значение частоты для встречных волн обеспечивает сохранение постоянства периода и в значительной степени постоянства амплитуды возникающих стоячих волн.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая суть способа; на фиг. 2 и 3 - примеры рентгеновских топограмм со стоячими поверхностными акустическими волнами на кристаллах ниобата, лития и кварца соответственно.

Способ осуществляется следующим образом.

Рентгеновское излучение от источника 1 направляют на монохроматор 2 с сильно

асимметричным отражением, в результате которого пучок коллимируется и уширяется. Дифрагированным пучком 3 под брэггов- ским углом освещают исследуемую поверхность 4 кристалла 5. Диафрагированный от

0 поверхности 4 рентгеновский пучок 6 регистрируется в виде топограммы поверхности кристалла на фотопластинке 7, которая устанавливается перпендикулярно пучку. На поверхности 4 располагаются встречно5 штыревые преобразователи 8 и 9, один из которых при обычной работе устройства является возбуждающим, а другой - принимающим бегущие поверхностные волны. При осуществлении способа электрический сиг0 нал от генератора 10 подается одновременно на оба встречно-штыревые преобразователи 8 и 9, которые начинают работать как устройства, возбуждающие в кристалле встречные поверхностные аку5 стические волны. Их суперпозиция приводит к возникновению на поверхности 4 стоячих акустических волн, которые регистрируются на топограмме одновременно с дефектами поверхности кристалла. Поля

0 стоячих волн соответствуют картине мгновенного распределения бегущих волн, с той лишь разницей, что период стоячих волн в два раза меньше. Анализируя поля стоячих волн около конкретных дефектов, можно

5 сделать вывод о наличии или отсутствии взаимодействия волн с дефектами поверхности и изменениях в фазовом фронте.

Пример. Для исследования взаимодействия поверхностных акустических волн

0 с дефектами кристалла был использован двухкристальный топографический рентгеновский спектрометр с источником излучения мощностью до 1 кВт. В качестве монохроматора использовался кристалл Ge

5 (211), от которого получали асимметричное отражение (311). Дифрагированное от образца излучение фиксировалось на фотопластинках для ядерных исследований Р-50. Экспозиция при получении топограмм со0 ставляла 15-20 мин. Образцами являлись линии задержки сигнала на основе срезов кристаллов ниобата лития и кварца с частотами возбуждения поверхностной акустической волны 46 и 30,5 МГц соответственно.

5 Для кристалла ниобата лития угол скольжения рентгеновского пучка относительно поверхности кристалла составлял при угле Брэгга -35°, соответствующего рефлексу 03.0. Для кварцевого образца угол скольжения был порядка 4-5 , рефлекс типа 03.0,

угол БрэггаКЛ0. Использование дифракционных отражений, отвечающих небольшим углам скольжения рентгеновского пучка, позволило освещать пучком практически всю поверхность образцов без применения ска- нирования.

В качестве генератора синусоидального электрического сигнала, возбуждающего посредством встречно-штыревых преобразователей поверхностные акустические волны в кристалле, использовался высокочастотный генератор Г4-143.

На топограмме поверхности кристалла ниобата лития наблюдалось изображение стоячей рентгеновской волны и изображе- ние сильного дефекта - двойной царапины. Вблизи этого дефекта происходило искажение фронта волн и наблюдалось смещение направления распространения волн. На топографии поверхности кварцевого образца наблюдались изображения концов дислокаций при их выходе на поверхность. При прохождении волнами дефектов этого типа заметных изменений в фазовом фронте волн не наблюдалось.

Формула изобретения Способ исследования взаимодействия поверхностных акустических волн с дефектами кристалла, включающий облучение поверхности кристалла широким пучком рентгеновского излучения с малой угловой расходимостью под углом дифракции к выбранной системе кристаллографических плоскостей, возбуждение в кристалле в выбранном направлении системы бегущих поверхностных акустических волн, получение рентгеновской топограммы поверхности кристалла и анализ изменений фронта поверхностных акустических волн при встрече их с дефектами, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и расширения диапазона используемых частот, в кристалле дополнительно возбуждают систему поверхностных акустических бегущих волн, когерентную и встречную первой, а о взаимодействии волн с дефектами судят по наблюдаемому на топограмме распределению стоячих поверхностей волн, возникающему при взаимодействии двух систем встречных бегущих волн и дефектов.

Изобретение относится к области исследований поверхности твердого тела посредством дифракции рентгеновских лучей и может быть использовано при создании и кон- троле акустоэлектронных приборов, использующих поверхностные акустические волны. Целью изобретения является упрощение способа исследования и расширение области его применения для устройств с любыми частотами ультразвуковых волн. Эта цель достигается путем формирования уширенного и коллимированного пучка рентгеновского излучения, направления его на поверхность кристалла под брэггов- ским углом и получения рентгеновской то- пограммы от поверхности, на которой возбуждены стоячие поверхностные акустические волны, возникающие из-за взаимодействия возбужденных в кристалле двух систем встречных бегущих волн одинаковой частоты. О взаимодействии дефектов с поверхностными акустическими волнами судят по изменению распределения стоячих волн вблизи конкретных дефектов. 3 ил. (Л С

Щиг.1

&.

Фиг.2

т