Способ дифракционного анализа структуры монокристаллов Советский патент 1982 года по МПК G01N23/20 

(54) СПОСОБ ДИФРАКЦИОННОГО АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ МОНОКРИСТАЛЛОВ

1

Изобретение относится к нераарушаю щему анали; кристаллиюской структуры веществ, в частности полупроводниковых монокристаллов и тонких пленок метоцаKffl аи4рапхни на; учения рентгеновского диапазона длин волн.

Известен рентгенодифракционный способ дифракционного анализа диффу юнных слоев осн1жанный на различии в длинах путей прохождения падающего и дифра- ю гированного лучей для двух порядков ди(| ракдионного отражения от к{жсталлографических плоскостей, параллельных поверхности кристалла. При этом, для более низкого порядка отражения, для кото- is рого угол дифракции меньше, длина пути яучей и поглощение в кристалле больше, чем для более высокого порядка 1.

Наиболее близким к изобретению яв- о ляегся способ цифракцигашогг анализа структуры монокристаллов, состоящий в том, что направл5пот -на поверхность кристалла рентгеновский пуч, измеряют интенсивность дуча, диафрагироваиного через грань кристалла, непараллелЕлую его поверхность и измеряющий параметры решетки тонких кристаллических пленок,выращенных на массивной монокристаллпче ской подложке в условиях полного внутреннего отражения рентгеновских лучей от подложки и брэгговской дифракции в пленке.

В известном способе использована некомпланарная геометрия дифракционного эксперимента, заключаюша11Ся в том, что падающий дуч лежит в плоскости, npoxt дящей через падающий луч и перпендж лярной к поверхност кристалла, а ди фрагированный луч не лежит в этой плоскости. При такой некомпланар:1ой геомет рии эксперимента, падающий под некоторым углом к поверхности кристалла дуч отражается от кристаллографических плоскостей, расположенных под та- КИМ углом к входной поверхности кристалла, чго дифрагированный луч не лежит уже в плоскости падения и выходит черев 393 Грань кристалла не параллельную юсрдной поверхности 2., Применение первогх) способа при дифракции в условиях компланарной геометрии эксперимента ограничена минимальной толщиной исследуемого слоя. Кроме того, изменение угла дифракции на величину, соответствующую другому порядку отражения не дает возможности провести непрерывное послойное исслецованив структуры образца, так как толщина исследуемых слоев при таком изменегши угла дифракции дискретно зависят от порядка отражения. Второй способ предназначен в первую очередь для анализа тонких пленок, выращенных на массивной подложке. При это существенно, что полное внутреннее отражение от подложки препятствует прохс«с- дению в нее луча, а значит и потере 1Штенсивности. Извест 1ый способ ограничен Условием применения полного внутреннего отражения ог слоя лежащего ниже исследуемого, т.е. при падений рентгеновских лучей на пленку некоторого исследуемого вещества под углом, полное внутреннее отражение от подлшски может оказаться, что уже этот угол падения является критическим для самой исследуемой пленки. В итоге полное внутренне отражение будет, наблюдаться от самой пленки и получить от нее структурную информацию таким образом возможно.Слецовательно, способ, основанный на полном внутреннем отражении - брэгговской дифракции - ограничен применет1ем лишь для специально подобранного состава плен ки и подложки. Кроме того, на основе как первого, так и второго методов невозможно провести прямое непрерывное послойное изучение дефектов структуры, т.е. осу ществить непрерывную послойнуто типо- графию. Цель изобретения - обеспечение возможности непрерывного анализа поверхностных слоев различной толщины. Указанная цель достригается тем, что согласно способу дифракционного анализа структуры монокристаллов, состоящем в том что направляют на поверхность кристалла рентгеновский дуч, измеряют интенсивность луча, дифрагированного через грань кристалла, непараллельную его поверхности, глубину исследуемого слоя изменяют при постоягнном угле сшфракдии путем поворота кристалла вокруг двух взаимно перпендикулярных пересекающихся друг .с другом и с подающим лучом 34 осей, лежащих в плоскости поверхности кристалла, одна из которых лежит в пло-; скости, проходящей через падающий дуч и нормаль к пшерхности кристалла. Кроме того, при изменении угла падения излучения в плоскости, параллельной поверхности кристалла, в усдовиях некомпланарной геометрии эксперимента фиксируются различные порядки отражения. Регистрация дифрагированной волны осуществляется любым известным способом fсчетчиком, фотопластинкой, фотопленкой иди рентгеновским 1зидиконом;. На чертеже схематически представлена геометрия способа. Падающий на кристалл луч МО лежит в плоскости, перпендикулярной входной псйерхности кристалла С. Луч МО проходит внутрь кристалла, падает под углом Брэгга 0 на кристаллографическую плоскость.. Дифрагиро ванный луч ON не дюжит в плсскости падения и выходит через боковую поверхность кристалла В. Падающий луч МО составляет с входной поверхностью кристалла угол f . При изменении угла f в плоскости падения путь луча кристалла ОО изменяется. Таким образом, при изменении угла f можно исследовать слои различной толщины. На чертеже изображены оси АА , Йв и cfc . При неизменном положении в пространстве падающего луча МО изменение угла падения ф можно задать поворотом кристалла вокруг оси ВВ . , При повороте кристалла вокруг оси СС изменяется угол дафракции- & . Вращение кристалла вокруг оси приведен К изменешю направления дифрагиршанного луча ON . Наиболее просто и целесообразно осуществлять предлагаемый способ при анализе кристаллов дифракцией рентгеновских лучей, так как в этом случае можно использовать стандартную аппаратуру и специальные приспособления (рентгенографические и рентгенотопографические камеры). При использовании стандартного рентгеновского оборудования направление падающего пучка рентгеновских лучей фиксировано, кристалл крепится на гониометрической головке и изменение угла падения в плоскости падения осуществляется соответствующим перемещением кристалла по дуге гониометрической голоеки, а изменение угла дифракции осуществляется поворотом гониометрической головки и кристалла, как целого, вокруг вертикальной оси.