Способ исследования структурного совершенства монокристаллов Советский патент 1982 года по МПК G01N23/20 

(54).СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНОГО СОВЕРШЕНСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ

Изобретение относится к рентгено фическим способам исследования стру турного совершенства монокристаллов, применяемых, например, в полупроводниковой технике. Известны способы исследования совершенства, монокристаллов с помощ рентгеновских интерферометров, в ко торых образуется муаровая картина, которые позволяют обнаружить решеточные повороты с точностью до 10 р и относительные деформации до 10 10в 13. .. Однако с помощью этих способов очень трудно сделать количественные расчеты в смысле нахождения местоположения нарушений. Главным образом метод муара может служить только для демонстрации решеточных поворотов и растяжений (сжатий), обусловленных дислоксщионным полем деформации и .; полем деформаций различных типов градиентов в кристалле. Кроме того, процесс изготовления, рентгеновских .интерферометров довольно трудоемкий. Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования монокристаллов кремния, заключающийся в ТОМ{ что пучок монохрометрического рентгеновского излучения направляют в геометрии на просвет на систему из двух установленных с возможностью независимых поворотов монокристаллов, один из которых является совершенным, а другой исследуемым, и , регистрируют картину муара в вышедшем из указанной системы дифрагированном излучении,по которой судят о структурном совершенстве исследуемого монокристалла Г23. Однако с помощью известного способа можно измерить решеточные повороты с точностью не более , а определить относительные изменения межплоскостных расстояний вообще невозможно, так как с пqмoщью системы из двух плоских кристаллов можно получить только ротационный муар. Цель изобретения - повышение чувствительности способа. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу исследования структурного .совершенства монокристаллов, заключающемуся в том, что пучок монохроматического рентгеновского излучения направляют в геометрии на просвет на систему из двух установленных с возможностью независимлх поворотов монокристаллов, оди из которых являБтся совершенным, а другой - исследуемым, и регистрирую картину муара в вышедшем из указанной системы диафрагированном излучении , по которой судят о структурн совершенстве исследуемого монокристалла, в качестве одного из монокристаллов используют клиновидный м нокристалл, ось поворота которого перпендикулярна основанию клина, измеряют угловое смещение вершин маятниковых полос в картине муара и ширину пучка диафрагированного Излучения, по которым определяют ве личины,, решеточных поворотов и относительные изменения межплоскостных расстояний в исследуемом монокристалл.е., На чертеже показана рентгёнооптическая схема реализации способа. . Первичный монохроматический ленточный пучок 1 рентгеновского излучения направляют под углом ВульфаБрэгга на плоский монокристалл 2. Ллфрагированный; монокристаллом 2 пучок 3 рентгеновского излучения па дает на клиновидный монокристалл 4 Монокристаллы 2 и 4 установлены на независимых осях поворота (не показаны)двухкристалльного спектрометр Дифрагированные клиновидным монокристаллом 4 пучки 5 и б р егистрирую,т с помощью рентгеновской пленки При наличии раз ориентации монокристаллов 2 и 4 в дифракционной картине присутствует картина муара с маятниковыми полосами. В случае идеальных кристаллов ( имеющих решеточных поворотов, растяжений и сжатий) вершины маятнико вых полос должны быть расположены на центральной линии 00 отраженно го от систег-и пучка, так как верши ны маятниковых полос соответствуют точному углу Вульфа-Брэгга. Вследствие поворотов отражающих плоскос тей и растяжений (сжатий)межплоскостных расстояний угол Брэгга мен ется и вершины маятниковых полос смещаются. Они могут сйещаться в пределах от -24 до Ч , где 24 - рас ходимость пучка отраженного по Лауэ от толстого крист.алла. € помощью микрофотометра, определив смещение 1 веришны V-o6pas,ной полосы от центральной линии рефлекса и геометрическую ширину отраженного пучка (следа рефлекса) t, легко можно рассчитать величину решеточных поворотов и изменение межплоскостных расстояний4d с помощью следующих формул где d - межплоскостное расстояние; 6g- угол Вульфа-Брэгга. Кроме того, для однозначного определения вида дефектов и их местоположения необходимо иметь ввиду то, что при повороте отражающих плоскостей вершины маятниковых полос смешаются в отраженном и проходящем пучках в одном и том же направлении (угол 29е между ними не меняется). При изменении межплоскостных расстояний эти вершины в пучках приближаются (растя ение) и удаляются (сжатие) друг от друга - происходит изменение угла 260. Пример . В обычных случаях Ч порядка 1б рад, а L порядка 3 мм, и если в толстом образце имеются решеточные повороты порядка 10 рад, то они приводя к смещению верШин на 1 0,3 мм, что легко обнаружить с помощью микрофотометра. Относител зные изменения ud/d порядка толстом образце опять приводят к смещению 1 0,3-0,7 мм, т.е. чувствительность предлагаемого спосо- . ба для решеточных поворотов не хуже 10 рад, а для относительных изменений межплоскостных расстояний - не хуже 10 . Необходимо отметить, что для ис.следования совершенства клина тол(стую пластину нужно выбрать совершенной, и наоборот, для исследования совершенства толстой пластины нужно клин выбрать совершенным. Предлагаемый способ позволяет измерять решеточные повороты и относительные изменения межплоскостных расстояний с высокой точностью при простоте методики и может применяться для исследования совершенства монокристаллов при производстве полупроводниковых приборов и в решении различных з-адач в области рентгеновской структурной дефектоскопии . Формула изобретения Способ исследования структурного совершенства монокристаллов, заключающийся в том, что пучок монохроматического рентгеновского излучения направляют в геометрии на просвет на систему из двух установленных с возможностью независимых поворотов монокристаллов, один из которых является совершенным, а другой - исследуемым, и регистрируют картину муара в вышеда1ем из указанной систе1«ы дифрагированном излучении, по которой судят о структурном совершенстве исследуемого монокристалл а, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности способа, в качестве одного из монокристаллов используют клиновидный монокристалл, ось поворота которого перпендикулярна основанию клина, в картине муара измеряют угловое смещение вершин маятниковых полос, по величине которого с учетом ишрины пучка дифрагированного излучения определяют величины решеточных поворотов и относительные изменения межплоскостных расстояний в исследуемом монокристалле.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

м., изд-во Московского ун-та, 1978, с.262-265. ..

2.Bradler У., Laug A.R. Use о the Ewald Sphere in Aligning CrystalPairs to Produce X-Ray Moire Fringed. Acta Cryst.A 24i, 1968, h.246 (проТОТИП) .