РОЗДІЛ 2. МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ОБРОБКИ
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ.
В даному розділі описано ряд методик аналізу кривих гойдання, отриманих за допомогою методу двокристального спектрометра шляхом розв'язку прямої та оберненої задач по відновленню розподілу деформацій та порушень (товщинної залежності фактора Дебая-Валлера) у приповерхневих шарах кристалів, а також косонесиметричної схеми дифракції на відбивання.
Для досліджень змін кристалічної структури в об'ємі і в приповерхевих шарах, а також порушень та деформацій, що виникають внаслідок дифузії домішок, іонної імплантації, хімічного травлення, текстурування та інших впливів, широко використовують Х - променеві дифракційні методи. Ці методи є неруйнівними, неконтактними, експресними, володіють високою чутливістю до різного типу спотворень кристалічної гратки.
2.1. Косонесиметрична схема дифракції.
Для уникнення неоднозначностей інтерпретації даних, отриманих з дифрактометричних вимірювань, що пов'язані з обмеженістю фазової інформації, існуванням декількох математично рівнозначних розв'язків, дослідження необхідно проводити з використанням комплексу взаємодоповнюючих Х - променевих методів. Водночас, удосконалені методи аналітичного і чисельного моделювання процесів динамічного розсіяння Х - променів в реальних кристалах дають унікальну інформацію про розподіл деформацій за товщиною кристалу, ротаційні та дилатаційні деформації кристалічної гратки на глибинах від декількох моношарiв до десятків мiліметрів. Наприклад, методика косонесиметричної схеми дифракції на відбивання є дуже ефективною з точки зору неруйнівного пошарового аналiзу структури приповерхневих шарів та на границях розділу гетероструктур. Важливим є одночасне поєднання розв'язків прямої та оберненої задач: відновлення кривої дифракційного відбивання з наперед оціненого профілю деформації і навпаки. Це дає можливість одержання більш якісної і кількісної iнформацiї про характер розподілу деформаційних полів в досить тонких приповерхневих шарах (з кроком ~ 10 нм i менше).
2.1.1.Схема косонесиметричної геометрії дифракції на відбивання
На відміну від традиційних методів, в даній схемі вектор нормалі до вхідної поверхні не лежить в площині розсіяння і реалізується плавний перехід від дифракції Лауе до дифракції Брега азимутальним скануванням через область кутів повного зовнішнього відбивання . Реалізація випадків ковзаючого падіння Х - променів на поверхню кристалу здійснюється шляхом поступового переходу від дифракції Лауе до дифракції Брега при використанні асиметричних кристалографічних відбивань від площин, кут розорієнтації яких з вхідною поверхнею кристалу незначно більший брегівського кута () [62].
По аналогії з випадком багатохвильової дифракції кути падіння ?0 і відбивання ?h Х-променів визначаються як функції кута азимутального сканування ?. При цьому відлік кута ? проводиться від можливого випадку асиметричної дифракції, тобто коли всі хвильові вектори і площин лежать в площині розсіяння. Таким чином
(2.1.1)
Кут падіння пучка на вхідну поверхню кристалу і кут виходу визначаються, як функції кутів ?, ?, ? і представляються так:
. (2.1.2)
При реалізується випадок дифракції Лауе (на проходження), а при - випадок дифракції Брега. При цьому, в області кутів падіння матиме місце ще і ефект повного внутрішнього відбивання, а в області кутів реалізуються одночасно дифракція Брега і ефект повного зовнішнього відбивання Х - променів. Граничний кут азимутального сканування , при якому відбувається перехід від дифракції Лауе до дифракції Брега, визначається із умови :
. (2.1.3)
Співвідношення (2.1.3) розділяє відзначені області дифракції: при - дифракція Брега; якщо , то реалізується випадок дифракції Лауе.
Оскільки, нормаль в даній схемі не лежить в площині розсіяння, то дифракція відбувається в косому положенні кристалу. При цьому, область кутів , що цікавить нас при , досить мала ~, то в цілому можна вважати, що спотворення дифракційної картини незначне.
2.1.2. Основні параметри приставки дво- та багатохвильової дифрактометрії в косонесиметричній схемі дифракції.
З метою визначення пошарової відбиваючої здатності кристалу в косонесиметричній схемі дифракції на відбивання розроблена спеціальна приставка та методика реалізації експериментальних досліджень на базі стандартних Х-променевих установок типу ДРОН-3, 4 і УРТ (рис.2.1.1).
2.1.3. Основні параметри приставки.
Приставка призначена для проведення топографічних і дифрактометричних досліджень по визначенню пошарової структурної досконалості приповерхневих шарів монокристалів в широкому діапазоні товщин (0.01?100 мкм), визначення періоду гратки та глибини порушеного шару, а також для досліджень явищ дво- і багатохвильової взаємодії в області кутів повного зовнішнього відбивання. Приставка дозволяє здійснювати установку кристалу у відбивне положення в межах довільних кутів дифракції, а також дозволяє здійснювати брегівське, азимутальне і полярне сканування областей дво- і багатохвильової взаємодії Х - променів в ручному або автоматичному режимі.
Рис.2.1.1. Приставка азимутального сканування.
Складові частини приставки і їх функціональні можливості:
1. Приставка вміщує пристрої для обертання кристалу навколо осей О?, О?, О?, О??, з яких О? ? О? (в симетричному випадку), О? ? О?, О??? О?.
2. Обертання пристрою ? - скануванням навколо осі О?, яка співпадає з віссю обертання гоніометра ГУР-8, і пристрою ? - сканування навколо осі О? здійснюється в ручному та автоматичному (покроково або неперервно) режимі;
3. Обертання пристрою ? - сканування здійснюється в ручному режимі.
4.Обертання пристрою ?? та його рух в двох взаємно перпендикулярних напрямках служить для орієнтації монокристалічного зразка і його юстування.
Основні характеристики:
1. Точність переміщення при покроковому скануванні:
? вісь - 1-2 кут.сек. (співпадає