Способ визуализации микронеоднородностей в кристаллах Советский патент 1992 года по МПК G01N21/19 

Изобретение относится к экспериментальным методам исследования дефектов структуры и микронеоднородностей в прозрачных кристаллах и может быть использовановполупроводниковомматериаловедении, микроэлектронике, электрооптике и силовой оптике.

Известен способ визуализации микронеоднородностей, основанный на применении жидких кристаллов. Однако способ применим только для высокоомных тонких кристаллов, имеющих оптическую поверхность. Кроме того способ, зачастую, дает неоднозначную информацию.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, основанный на наблюдении кристалла в поляризованном свете, в котором по характеру распределения двойного лучепреломления, создаваемого микронзодно- родностями, определяют их месторасположение и вид. Недостатками данного способа являются: а) неоднозначность получаемой информации, б) способ не позволяет выделять микронеоднородности, обуславливающие локальное положение симметрии кристалла.

Целью настоящего изобретения является расширение класса визуализуемых микронеоднородностей в кристаллах имеющил форму балки.

Данный способ обладает следующими технико-экономическими преимуще::твами: 1) выявляет распределение в кристалле микронеоднородностей, обуславливающих локальное понижение симметрии, 2) позволяет выделять микронеоднородности влияющие на электрооптические, тепловые

VI VI

О 00

4 СО

свойства кристаллов. 3) визуализирует суперпозиции полей, создаваемых микроне- однородностями и изгибающим моментом силы,

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ обладает следующими существенными отличительными признаками: а) применение для визуализаций суперпозиции полей напряжений, создаваемых микронеодно- родностями и изгибающим моментом сил, 6) создание напряжения чистого изгиба посредством установления в кристалле градиента температуры, в) помещение кристалла в токопроводящую жидкость, т.е. создание в кристалле электрически свободного состояния, г) приложение изгибающего момента сил к кристаллу, в котором электрическим полем индуцировано двойное лучепреломление.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ; нафиг,2- 4 - фотографии микронеоднородностей в кристаллах селенидэ цинка, визуализированные по предлагаемому способу.

Устройство для визуализации микроне-- однородностей в кристаллах содержит, расположенные по ходу луча: источник света 1, конденсор 2, светофильтр 3, поляризатор 4, матовое стекло 5, исследуемый кристалл 6, приспособление для создания в кристалле напряжения чистого изгиба 7, оптическая кювета 8, анализатор 9, объектив to, фотопластинка (или экран) 11. К кристаллу может быть подведено постоянное напряжение от источника питания 12. Вместо приспособления 7 в устройстве может устанавливаться элемент 7, позволяющий создавать градиент температуры в кристалле,

Изобретение осуществляется следующим способом.

Свет от источника 1, пройдя через конденсор 2, светофильтр 3 и поляризатор А становится линейно поляризованным. Затем свет проходит через матовое стекло 5 и исследуемый кристалл б и анализатор 9. Изображение кристалла б в поляризованном свете получаем с помощью объектива 10 на экране 11. Микронеоднородности и различного рода остаточные напряжения в кристалле создают сложную картину двойного лучепреломления на экране,однозначная интерпретация которой невозможна. Однако если в кристалле с помощью приспособления 7 создать напряжения чистого изгиба, то картина на экране 11 существенно изменяется. Центральная часть кристалла, в которой отсутствует напряжение, создает на экране темную нейтральную полосу NN . Часть кристалла выше нейтральной полосы NN испытывает напряжения растяжения, величина которого линейно возрастает в направлении, перпендикулярном нейтральной полосе, Часть кристалла

ниже нейтральной полосы NN испытывает напряжение сжатия. В кристалле напряжение чистого изгиба накладывается на поле напряжений, создаваемых микронеодно- родностями. Следствием этого является локальное смещение нейтральной полосы вверх или вниз в зависимости от знака двойного лучепреломления.

Величина смещения пропорциональна уровню остаточных напряжений, создэваемых микронеоднородностью. Измеряя это смещение в разных областях кристалла, можно определить распределение уровня остаточных напряжений в кристалле.

Таким образом, создание в кристалле

напряжения чистого изгиба путем приложения изгибающего момента, превращает его в компенсатор. Естественно, что любые микронеоднородности в1 таком кристалле- компенсаторе визуализируются. На фиг.2а

приведено изображение кристалла в поляризованном свете. Наблюдаемое многообразие полос двойного лучепреломления не позволяет выделить те из них, которые связаны с микронеоднородностями. На фиг.2б

приведено изображение этого же кристалла, подвергнутого чистому изгибу.

Если микронеоднородность создает не только двойное лучепреломление, но и обуславливает появление оптической активности, то темная нейтральная полоса становится менее контрастной, а иногда и полностью исчезает. Однако путем поворота анализатора на соответствующий угол контраст нейтральной полосы можно восстановить. Следует подчеркнуть, что локальная оптическая активность, обусловленная локальным понижением симметрии микронеоднородностью, обуславливает только уменьшение контраста нейтральной полосы, но не вызывает ее сдвига, тогда как двойное лучепреломление приводит только к сдвигу полосы. Это позволяет выделить микронеоднородности, которые обуславливают локальное понижение симметрии. Например, в полиморфных кристаллах .существуют микронеоднородности в виде слоев другой кристаллической модификации.

Локальное понижение симметрии микронеоднородностями, зачастую, приводит к появлению качественно новых свойств (см. Дж.Най Физические свойства кристаллов, Мир, 1967, с. 223-226). Так микронеоднородности могут существенно изменять электрооптические свойства кристалла, что позволяет их визуализировать посредством приложения внешнего электрического поля. Пример такой визуализации приведен на фиг.За. Другие микронеоднородности проявляются только в электрически свободных кристаллах (см. фиг.Зб).

Микронеоднородности, влияющие на тепловое расширение и теплопроводность кристаллов, можно визуализировать посредством создания в кристалле градиента температуры между параллельными гранями кристалла, имеющими металлические электроды с малым тепловым сопротивлением (см. фиг.4).

Формула изобретения 1. Способ визуализации микронеодно- родностей в кристаллах, включающий просвечивание кристалла поляризованным светом и регистрацию изображения, отличающийся тем, что, с целью расширения класса визуализируемых микронеоднородностей в кристаллах, имеющих форму балки, к кристаллу прикладывают изгибающий момент сипы, колинеарный направлению распространения света, регистрируют области локального смещения нейтральной полосы и области локального изменения контрастности нейтральной полосы.

2.Способ поп.1,отличающийся тем, что перед приложением изгибающего

момента сил кристалл помещают в токопро- водящую прозрачную жидкость.

3.Способ по п. 1,отличающийся тем, что перед приложением изгибающего момента сил на две параллельные грани

кристалла наносят электроды, к которым прикладывают постоянное электрическое поле, индуцирующее двойное лучепреломление.

4.Способ по п.1,отличающийся тем, что изгибающий момент сил создается

градиентом температуры между наибольшими параллельными гранями кристалла, имеющими металлические электроды.

1

Фие.2.

Использование: экспериментальные методы исследования микронеоднородностей и дефектов структуры в прозрачных кристаллах в электрооптике и силовой оптике. Сущность: прилагают к кристаллу изгибающий момент силы, который ко/шнеарен направлению распространения света, и наблюдением кристалла в поляризованном свете регистрируют области локального смещения нейтральной полосы и области локального изменения контрастности нейтральной полосы. Перед приложением изгибающего момента сил кристалл можно помещать в прозрачную токопроеодящую жидкость или прикладывать постоянное электрическое поле, которое индукцирует двойное лучепреломление. Изгибающий момент сил можно создавать градиентом температуры между параллельными наибольшими гранями кристалла, имеющими металлические электроды. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. СО с

а

Фиг.З