- 2 -
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ....................................................... 6
ГЛАВА I. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФОРМИРОВАННЫХ
СЛОЕВ ТОЛС1ЫХ СОВЕРШЕННЫХ КРИСТАЛЛОВ.................13
1.1. Исследование структуры рентгеновских лауэ-пятен в зависимости от несовершенств приповерхностных слоев толстых совершенных кристаллов ..............................................13
1.1.1. Природа структуры лауэ-пятен, полученных
от идеальных (совершенных) кристаллов. . . 15
1.1.2. Природа структуры лауэ-пятен, полученных
от кристаллов, содержащих дефекты.............21
1.1.3. Зависимость контраста изображения дефектов от их ориентации относительно отражающих плоскостей......................................26
1.1.4. Влияние немонохроматичности первичного пучка на интенсивность изображений дефектов .................................................27
1.1.5. Экспериментальное исследование расщепления лауэ-пятен в зависимости от поверх -ностных состояний и толщины кристаллов . . 28
1.2. Влияние поверхностных дефектов кристаллов на интенсивность рассеяния рентгеновских лучей............................................... 40
1.2.1. Отражение рентгеновских лучей от толстых идеальных кристаллов с отшлифованными поверхностями ...................................... 41
1.2.2. Рентгенодифракционное исследование приповерхностных деформированных слоев толстых
- 3 -
стр.
совершенных кристаллов ....................... 45
1.3. Рентгенографическое изображение деформированных приповерхностных частей.....................52
ГЛАВА 2. РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОРОДНОСТИ ВЕЩЕСТВ ...........................................................55
2.1. Рентгеноинтерферометрическое исследование однородности распределения плотности вещества в образцах с помощью двухблочного интерферометра 56
2.2. Ректгеноинтерферометрический метод исследования однородности веществ с помощью трехблоч -ных интерферометров.....................................59
2.2.1. Трехблочный интерферометр для исследования однородности распределения плотности вещества в образцах.......................................60
2.2.2. Исследование однородности распределения вещества с помощью маятниковых полос, полученных в трехблочном интерферометре ... 66
2.3. Способ выявления интерференционного происхождения распределения интенсивности в рентгеновских пучках......................................... 78
2.3.1. Экспериментальное исследование происхождения распределения интенсивностей в рентгеновских пучках......................................... 80
ГЛАВА 3. ВОЗНИКНОВЕНИЕ И НАБЛЮДЕНИЕ МУАРОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ИНТЕНСИВНОСТИ РЕНТГЕНОВСКИХ ВОЛН В ДВУХКРИСТАЛЬНЫХ
ИНТЕРФЕРОМЕТРАХ....................................... 84
3.1. Возникновение рентгеновских муаровых картин при симметричных отражениях в двухкристальных интерферометрах.........................................85
- 4 -
стр.
3.1.1. Возникновение муарового распределения интенсивности рентгеновских плоских волн во втором кристалле двухкристального интерферометра ............................................ 85
3.1.2. Наблюдение муаровых картин. . ................. 87
3.1.3. Наблюдение муаровых картин, вызванных по-
воротами атомных плоскостей вокруг оси, перпендикулярной к плоскости падения. . . 91
3.1.4. Обнаружение поворотов атомных плоскостей вокруг вектора обратной решетки ...................... 92
3.2. Возникновение рентгеновских муаровых картин при асимметричных отражениях в двухкристаль-
ных интерферометрах ............................. 93
3.2.1. Возникновение муаровых картин при асимметричных отражениях в двухблочных интерферометрах с идеальной геометрией ........................ 94
3.2.2. Случай асимметричного отражения, когда межплоскостные расстояния первого и второ-
го кристалла отличаются друг от друга . . 103
3.2.3. Случаи, когда плоскости второго кристалла повернуты относительно плоскостей первого
кристалла......................................105
ГЛАВА 4. ВОПРОСЫ ЭКСТИНКЦИИ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ...............НО
4.1. Различные трактовки экстинкции рентгеновских лучей.............................................ПО
4.2. Новая трактовка экстинкции. Характер (природа) влияния экстинкции на интенсивность дифрагированных рентгеновских волн .... 120
- 5 -
стр.
4.3. Экспериментальное определение направления потока энергии дифрагированных волн в зависимости от степени совершенства и толщины
кристаллов....................................... 127
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ .................................................. 136
ЛИТЕРАТУРА........................................................ 139
- 6 -
ВВЕДЕНИЕ
Рентгенографическая диагностика несовершенств кристаллов вообще, и полу дроводниковых кристаллов в частности, имеет важное научное, практическое и народнохозяйственное значение, поэтому она является одним из актуальных вопросов физики кристаллов.
Хорошо известно, что физические свойства кристаллических материалов во многом зависят от несовершенств их пространственных решеток, что дает большие возможности для создания материалов с заранее заданными свойствами. Действительно, в одних случаях с изменением характера, плотности и распределения несовершенств в кристаллах можно приблизить их свойства к желаемым. В других случаях, наоборот, необходимы идеальные (бездефектные) кристаллы. В последних случаях надо выяшть и удалить дефекты из кристалла, так как особенно в производстве полупроводниковых приборов, они снижают выход и надежность выпускаемых приборов -уменьшают эффективность и рентабельность производства.
В последнее время, в связи с широким применением поверхностных слоев тдристаллов в производстве и в науке, исследование структуры поверхностей и поверхностных слоев приобрело важное значение. Возникла острая необходимость в исследовании зависимости физических процессов, происходящих в приповерхностных слоях кристаллов.
Ясно, что для решения этих задач в первую очередь необходимо разработать наиболее подходящие и эффективные методы исследования несовершенств кристаллов и неоднородностей распределения плотности вещества в аморфных средах.
Как известно, среди многочисленных методов исследования несовершенств кристаллов наиболее эффективными являются рентгенографические методы, которые дают возможность прямого наблюдения как объемных, так и приповерхностных дефектов без разруше -
- 7 -
ния исследуемых образцов.
Несмотря на огромные успехи в области разработок новых прецизионных рентгенографических методов исследования несовершенств кристаллов, все еще наблюдается некоторая непрактичность в применении этих методов, неоднозначность в интерпретации полученных результатов и, в отдельных случаях, недостаточность разрешения методик.
Поэтому актуальность научно-исследовательских работ,посвя -ценных рентгенографической диагностике несовершенства кристаллов с целью создания новых, более эффективных методов получения ди -фракционных изображений дефектов в кристаллах и их однозначной интерпретации, не вызывает сомнений. Немаловажны и работы, пос -вященные исследованию однородности распределения плотности вещества в средах. Такие исследования, кроме всего, имеют большое значение в деле создания оптически однородных материалов, в которых показатель преломления (пропускная способность) от точки к точке (вернее,от микрообъекта к мшфообъекту) не меняется.
Исследование совершенств кристаллов методами рентгеновских дифракционных даровых картин в последние десятилетия стало мощным средством для обнаружения чрезвычайно незначительных различий между межплоскостными расстояниями и поворотами одних частей кристалла относительно других его частей. Рентгеновские двухкристальные и многокристальные интерференционные системы дают возможность определить относительные отклонения межгоюскостных
п
расстояний с точностью до 10 , а повороты - с точностью
10~7 рад. Однако, несмотря на огромные успехи в области исследований несовершенств кристалла с помощью муаровых картин, повороты атомных плоскостей вокруг различных осей до сих пор определяются неоднозначно и не выявлены возможности рентгеновских муаровых методов определения несовершенств кристаллов и кристалличео-
- 8 -
ких систем. Поэтому исследование механизма возникновения и наблюдения муаровых картин также является актуальной задачей.
Как известно, успех рентгенографических исследований главным образом обусловлен степенью точности теоретических формул, выражающих связь между угловым распределением интенсивности дифрагированных волн и распределением плотности вещества (зарядов) в рассеивающем объеме облучаемого кристалла. Распределение ин -тенсивности дифрагированных волн существенно зависит от экстинк-ционных эффектов рентгеновских лучей, в том числе от интерференционного ослабления как падающих, так и дифрагированных пучков.
В этой области в литературе часто неверно оценивают роль первичной и вторичной экстинкции в деле распределения дифрагированных волн. Поэтому как для теоретических, так и для экспериментальных исследований важным вопросом является точная оценка влияния экстинкции на контраст рентгенографических изображений несовершенств кристаллов.
- 9 -
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Актуальность темы. Диссертационная работа посвящена разработке методов изучения приповерхностных деформированных слоев, степени совершенства кристаллов и однородности распределения плотности вещества, разработке рентгеномуаровых методов изучения структурных несовершенств и исследованию экстинкции,являющихся, как уже отмечалось во введении, актуальными задачами науки (физики кристаллов) и промышленности (производства полупроводниковых приборов).
Целью и основными задачами работы являются: теоретическая разработка и экспериментальное осуществление методов исследования и определения толщины приповерхностных деформированных слоев толстых совершенных кристаллов; разработка высокочувствительного рентгенографического метода для исследования однородности распределения плотности в веществах; выявление интерференционного характера распределения интенсивности на рентгенографических изображениях; разработка метода для исследования рентгеновских муаровых картин в зависимости от поворотов атомных плоскостей вокруг трех взаимноперпендикулярных направлений в двухкристальных интерферометрах; исследование зависимости интенсивности рентгеновских дифрагированных волн от первичной и вторичной экстинкций.
Научная новизна. Впервые показано, что рентгенографическое дифракционное изображение приповерхностных деформированных слоев толстых совершенных кристаллов можно получить раздельно от основного объема; что в толстых кристаллах волны, дифрагированные в приповерхностных слоях, очень интенсивны и цроходят через совершенный кристалл, несмотря на большое поглощение.
Впервые разработан рентгеноинтерферометрический метод для исследования однородности распределения плотности в веществах и
- 10 -
разработата методика для выявления интерференционного характера распределения интенсивности на рентгенографических изображениях.
Впервые показано, что не все повороты атомных плоскостей можно выявить обычными рентгенографическими методами.
Разработан метод для исследования муаровых картин в зависимости от поворотов атомных плоскостей вокруг всех трех взаимноперпендикулярных направлений в двухкристальных интерферометрах.
Дана новая трактовка первичной и вторичной экстинкций рентгеновских лучей.
Практическая ценность работы. Разработанный метод исследования и определения толщины приповерхностных деформированных слоев может успешно использоваться в производстве полупроводниковых приборов для исследования деформированных и легированных слоев после различных технологических процессов.
Разработанный интерферометрический метод исследования однородности распределения плотности в веществах может быть исполь -зован, например, в производстве оптических стекол и специальных пленок.
Разработанный метод муаровых картин незаменим для исследования ротапдонных несовершенств в почти совершенных 1фисталлах.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на "Всесоюзном постоянном семинаре по дифракционным методам исследования искаженных структур" (Ленинград, 1981), на втором всесоюзном совещании по методам и аппаратуре для исследова -ния когерентного взаимодействия излучения с веществом "Вопросы когерентности рентгеновского, синхротронного и месобауэрского излучения" (Ереван, 1982), на всесоюзном совещании "Визуализация рентгенодифракционных изображений дефектов в кристаллах" (Ереван,
- II -
1983), а также неоднократно докладывались на постоянно действующих объединенных семинарах кафедры и цроблемной лаборатории физики твердого тела ЕрГУ.
Главными защищаемыми в диссеотятш положениями являются:
1. Результаты исследования структуры лауэ-пятен, полученных от толстых кристаллов; секционных топограмм, полученных от тол -стых совершенных кристаллов, поверхностные слои которых деформированы; толстых совершенных кристаллов, имеющих на поверхности локальные дефекты и разработанный метод исследования и определения толщины приповерхностных деформированных слоев.
У толстых кристаллов, для которых jut > ю, поверхностные деформированные слои, из-за расходимости и конечной спектральной ширины первичного падающего пучка, усиливают интенсивность отраженных волн больше, чем эффект аномального поглощения уменьшает эту интенсивность.
2. Разработанный интерферометрический метод для исследования однородности распределения плотности в веществах.
3. Разработанный метод выявления интерференционного характера распределения интенсивности на рентгенографических изображениях.
4. Разработанный метод исследования муаровых картин в зависимости от поворотов атомных плоскостей вокруг трех взаимнопер -пендикулярных направлений в двухблочных интерферометрах.
Установлено, что для обнаружения муаровых распределений интенсивности, обусловленных поворотами отражающих плоскостей вокруг оси, перпендикулярной к плоскости падения (и вектору обратной решетки), необходимо второй блок сделать клинообразным.
- 12 -
5. Новая трактовка первичной и вторичной экстинкций рентгеновских лучей.
6. Разработанный метод для исследования степени совершенства кристаллов с помощью определения направления потока энергии дифрагированных волн в них.
- Київ+380960830922