Способ визуализации дефектов структуры в кристаллических объектах Советский патент 1992 года по МПК G01N21/19 

Изобретение относится к экспериментальным методам исследования дефектов структуры в прозрачных кристаллических материалах и может быть использовано в полупроводниковом материаловедении, микроэлектронике и лазерной технике.

Известен способ визуализации дефектов структуры, заключающийся в химическом травлении поверхности кристаллов и

последующем наблюдении дефектов структуры в отраженном свете.

Недостатками являются разрушение кристаллического материала при травлении, односторонность получаемой информации, поскольку видимыми после травления становятся лишь те дефекты, которые вызывают заметное изменение скорости травления поверхности в травителе

определенного состава, неопределенность связи между составом травителя и типом выявляемых дефектов структуры порождает неоднозначность полученных результатов.

Известен также способ визуализации дефектов структуры, основанный на использовании жидких кристаллов.

Однако этот способ применим только для высокоомных кристаллов, имеющих оптически совершенную поверхность. Он также не позволяет наблюдать дефекты структуры при различных температурах. Кроме того, способ неприменим к объектам, на поверхность которых нанесено защитное покрытие.

Наиболее близким к предлагаемому способу является метод светящейся точки, относящийся к теневым методам. Метод позволяет обнаруживать в кристаллах лишь блоки мозаичности, следы скольжения и другие дефекты, которые характеризуются скачком показателя преломления. ,

Недостатки известного способа состоят в том, что он применим для контроля только прозрачных материалов; при его использовании необходимы объекты в виде плоскопараллельного диска, реализующая способ установка обладает большими размерами. К тому же этот способ не чувствителен к дефектам структуры, порождающим остаточные напряжения.

Целью изобретения является расширение класса визуализируемых дефектов структуры и неоднородностей.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему регистрацию фазовой структуры объекта, на поверхности кристаллического объекта создают геометрический рельеф, затем производят оптиче- скую полировку двух параллельных поверхностей объекта, просвечивают объект расходящимся когерентным линейно поляризованным светом и фотографируют изображение фазовой структуры, возникшее при пропускании света через объект и при отражении от его поверхностей, после чего между кристаллическим объектом и фотопластинкой последовательно помещают компенсатор и круговой анализатор, а между источником света и объектом помещают четвертьволновую пластинку, изменяют оптическую разность хода и фотографируют совмещение изображения объекта с его фазовой структурой при достижении компенсации двулучепреломления в каждой исследуемой области объекта, затем убирают компенсатор, круговой анализатор и четвертьволновую пластинку, поворачивают объект вокруг оси, лежащей в плоскости поверхности объекта до возникновения интерференционных полос равной толщины, затем в отраженном свете фотографируют совмещение изображения фазовой структуры объекта и интерференционной картины, поеле этого на полированную поверхность объекта наносят токопроводящую оптически прозрачную пленку, нагревают объект до появления локальных изменений в интерференционной картине, фотографируют

0 ее и по полученным изображениям судят о наличии дефектов в кристаллическом объекте.

На чертеже показана блок-схема устройства для визуализации дефектов струк5 туры.

Устройство содержит расположенные последовательно газовый лазер 1, объектив 2, четвертьволновые пластинки 3 и 3 , держатель 4 кристаллического объекта, кри0 сталлический объект 5, компенсатор б, анализатор 7, а также фотопластинки 8 и 81. Пучок когерентного линейно поляризованного света от лазера 1, пройдя через объектив 2, становится расходящимся, в результате дальнейшего прохождения пучка

5 через объект 5 и отражения от его поверхностей образуется изображение фазовой структуры объекта, которое фотографируют в проходящем и отраженном-свете на фотопластинки 8 и 81 соответственно. Затем

0 между объектом и фотопластинкой в проходящем луче последовательно помещают компенсатор 6, а также четвертьволновую пластинку 3 и анализатор 7, которые образуют круговой анализатор, а между источни5 ком света и объектом помещают четвертьволновую пластинку 3, превращаю- щуюсветв циркулярно поляризованный, изменяют оптическую разность хода, вносимую компенсатором, и фотографиру0 ют совмещение изображения объекта с его фазовой структурой при достижении компенсации двулучепреломления в каждой исследуемой области объекта, затем убирают четвертьволновую пластинку 3, компенса5 тор 6 и круговой анализатор 7, поворачивают объект вокруг оси, лежащей в плоскости его поверхности, до возникновения в отраженном свете интерференционных полос равной толщиной. После этого фотографи0 руют совмещенное изображение фазовой структуры объекта и интерференционной картины, на полированную поверхность объекта наносят токопроводящую оптически прозрачную пленку, нагревают объект

5 до появления локальных изменений в интерференционной картине, фотографируют ее и по полученным изображениям судят о наличии дефекта в кристаллическом объекте.

Предлагаемый способ визуализации дефектов структуры в кристаллических объектах основывается на следующих физических явлениях. .При травлении или окислении на поверхности кристаллического объекта образуется геометрический микрорельеф. Микрорельеф связан с выходом на данную поверхность дефектов структуры, которые своими упругими полями влияют на скорость травления (растворения). При оптическойполировкеповерхностикристаллического объекта геометрический рельеф покрывается нарушенным слоем с иным показателем преломления. Поскольку толщина нарушенного слоя является функцией координат, то кристаллический объект является объектом фазовым. Дефекты структуры кристаллических объектов зачастую обуславливают остаточные напряжения II рода, величину которых можно определить предлагаемым способом с помощью компенсатора. Клиновидность нару- шенного слоя, возникшая вследствие наличия остаточных напряжений I рода, приводит к появлению интерференционных полос равной толщины, что позволяет визуализировать указанные остаточные напряжения. Известно влияние электрического состояния поверхности на физические свойства кристаллов полярных классов. Известно также, что остаточные напряжения различного рода зачастую обуславливают, согласно принципу суперпозиции симметрии Кюри, локальное понижение симметрии. Последнее приводит к появлению качественно новых свойств у изначально ку- .бических кристаллов. При этом такие параметры как коэффициент термического линейного расширения, теплоемкость, пъе- зооптические коэффициенты и другие обнаруживают существенную зависимость от электрического состояния кристалла.

Предлагаемый способ применим к монокристаллам, имеющим поверхности в виде естественных сколов. При этом отпадает необходимость обработки поверхности. В тонких объектах фазовая структура возникает за счет локальных изменений показателя преломления или за счет наличия локальных областей оптической активности.

По сравнению с известным предлагаемый способ визуализации дефектов структуры в кристаллических объектах позволяет визуализировать поле остаточных напряжений, создаваемых дефектами структуры, и выявляет не только дефекты структуры, но и делает заключение о типе дефектов структуры. Устройство, реализующее данный способ, имеет размеры в 3-5 раз меньшие, чем

устройство, реализующее известный способ. Кроме того, предлагаемый способ позволяет получить информацию о разнообразных дефектах и микронеодно- родностях структуры, формирующих не

только оптические, но и механические, тепловые и диэлектрические свойства кристаллических объектов, исследовать динамику необратимых изменений в кристаллических объектах при интенсивных внешних воздей0 ствиях, например, эффект линзы, возникающий при пропускании интенсивного лазерного излучения через объект, а также объекты, обладающие большим светорассеянием, из-за которого известные способы к

5 ним не применимы.

Формула изобретения Способ визуализации дефектов структуры в кристаллических объектах, включающий просвечивание и регистрацию фазовой

0 структуры объекта, отличающийся тем, что, с целью расширения класса визуализируемых дефектов структуры и неоднородно- стей, на поверхности кристаллического объекта создают геометрический рельеф,

5 затем производят оптическую полировку двух параллельных поверхностей объекта, отличных от поверхности с геометрическим рельефом, просвечивают объект расходящимся когерентным линейно поляризован0 ным светом и фотографируют на фотопластинку изображение фазовой структуры, возникающее при пропускании света через объект и при отражении от его поверхностей, после чего между объектом и фото5 пластинкой последовательно помещают компенсатор и круговой анализатор, а между источником света и объектом помещают четвертьволновую пластинку, изменяют оптическую разность хода и фотографируют

0 картину совмещения изображения объекта с его фазовой структурой при достижении компенсации двулучепреломления в каждой исследуемой области объекта, затем убирают компенсатор, круговой анализатор и чет5 вертьволновую пластинку, поворачивают объект вокруг оси, лежащей в плоскости поверхности образца до возникновения интерференционных полос равной толщины, затем в отраженном свете фотографируют

0 картину совмещения изображения фазовой структуры объекта и интерференционной картины, после этого на полированную поверхность объекта наносят токопроводя- щую оптически прозрачную пленку,

5 нагревают объект до появления локальных изменений в интерференционной картине, фотографируют ее и по полученным изображениям судят о наличии дефектов в кристаллическом объекте,

Изобретение относится к экспериментальным методам исследования дефектов структуры в прозрачных кристаллических материалах и может быть использовано в квантовой электронике, оптоэлектронике и лазерной технике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем визуализации различных дефектов структуры и неоднородностей, создающих поле остаточных напряжений в прозрачных объектах. На поверхности кристаллического объекта создают геометрический рельеф одним из известных методов, затем производят оптическую полировку одной или двух параллельных поверхностей объекта и фотографируют изображение фазовой структуры, возникающее при пропускании через объект или при отражении от его поверхностей расходящегося когерентного линейно поляризованного света, после чего между кристаллическим объектом и фотопластинкой последовательно помещают компенсатор и круговой анализатор, а между лазером и объектом помещают четверть волновую пластинку и, плавно увеличивая создаваемую компенсатором оптическую разность хода, фотографируют совмещение изображения объекта в поляризованном свете с его фазовой структурой при достижении компенсации двупреломления в каждой из выбранных областей объекта. 1 ил. (Л С vi ю Ј VI ел