Рентгенографический способ исследования структурного совершенства сверхрешеток

)5 С 01 Х 23/2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Бюл. Р б государ венный униП. Айвазя ганян,8.8)и Р.Н, аакоп оГЬе П 1 ГГг д А 1 чаяуЬе 1 пчаг 1 апсе сгоп оГРЬуз Бабае. Сгуз 1 а 1 з 87, р,38 идетельс 01 И 23 во СССР20, 1982,НеМа апс 1 Мапоп 1 суаоГ-Х-гау с 1 дГепз 1 опа 1 ЫеГГгасс 3.оп Ьуагг 1 се. Асеа212-217. Чагс 1 апуап П,М, ТЬе Йупаш 1 с с.Ьеогу гз.оп Ьу гЬе опес 1 пп Бпрег 1 аеСсе, 1,Пх ецг Ьдггагу запрег т 7. А, 1985, р. 1 СЬередставлеоенной экспадения 4. относится к рентгеногностике несовершенстпредназначено для руктурного совершенстВ ниж граф кцио Изобретенрафическойа кристалло рен ней ния ген час исследования ток,ретения - послойначества структуры ерх а с Цисерхь изоание лонная ная ли вая от ки зу и 2 представлен ого эксперимента дефектов упаковмания, в которых додится на различ фиг а.числ енрешеткцов герлой нах кт та ефектой глум.Сверхрешетка - э я из периодическ о система, состо"овторяющихся й ин ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к рентгенографической диагностике структурного совершенства кристаллов и предназначено для исследования структурногосовершенства сверхрешеток. Цель изобретения - послойное исследование качества структуры. Снимают кривую отра"жения сверхрешетки для симметричнойгеометрии дифракции, состоящую из системы сателлитных пиков. Из данныхполученной кривой рассчитывают кривую отражения для резко асимметричнойдифракции и определяют длины экстинкции для каждого сателлитного пика.Сравнивают экспериментальную кривуюотражения с теоретической, полученной для идеальной сверхрешетки, Глубину залегания дефектного слоя определяют Jо формуле, приведенной в описании изобретения. 2 ил. ней части фиг. 1 и 2 иики зависимости удвнной длины от углаовского излучения, в верхти фиг. 1 и 2 - сплошная лиидеальная сверхрешетка (этакривая отражения), пунктирия - "экспериментальная" криажения для сверхрешетки с деслоем.ость способа состоит в следу 1543313(2) 45 где х.,эталонные параметры рассеяния одного слоя сверхрешетки, усредненные послучайным отклонениям; 1 о 1и 0( амплитуды дифрагированной и зеркально-отраженной волн, индексы , 3 - ука - зывают направления падения и рассеяния.ч ф Зная теоретическую кривую отражения для идеальной сверхрешетки и кристаллических слоев, причем толщина одного слоя (периода сверхрешетки) обычно намного превосходит межплоскостное расстояние внутри слоя, За счет дополнительной периодичности в обратном пространстве вокруг ка 2 кдого узла обратной решетки появляются дополнительные (сателлитные) узлы, расстояние между которыми много мень ше, чем расстояние между основными узлами. При этом вокруг основного направления дифракции появляются дополнительные направления, которым соответствуют дополнительные сател литные пики на кривой отражения.На кристалл, поверхностный слой которого явпяется сверхрешеткой, направляется плоская рентгеновская монохроматнческая волна и снимается 20 кривая отражения в симметричной геометрии дифракции, представляющая собой систему сателлитных пиков. Из характеристик полученной кривой определяют средние по толщине значения 25 параметров сверхрешетки, Затем кристалл устанавливают в положение скользящей геометрии, при котором угол между отражающими плоскостями и поверхностью сверхрешетки близок углу З 0 Брэгга, и снимают кривую отражения для резко асимметричной геометрии дифракции, Используя полученные ранее средние по толщине значения параметров сверхрешетки, рассчитывают теоретическую кривую отражения для резко асимметричной геометрии дифракции и определяют длины экстинкции для каждого сателлитного пика из выражения 40 сравнив ее с экспериментальной, глубину залегания дефектного слоя 1 д, определяют по формулегде и - номер первого сателлитногопика, отличающегося от соответствующего сателлитного пика теоретическойкривой отражения от идеальной сверхрешетки,Благодаря многократному уменьшениюдлины экстинкции при малых углах падения, ее существенному увеличениюпри увеличении угла падения и тому,что соседним сателлитным пикам соответствуют разные углы падения, сканирование по углам падения становится эквивалентным сканированию по глубине сверхрешетки.При дифракционном отражении рентгеновских лучей от кристалла по классической схеме регистрируется наличиедефектов структуры кристалла на глубине порядка 1.,:1 ек = 2)фо Ть/К 1 х(4)гдеи- направляющие косинусыТдпадающей и дифрагированной волн;К - волновое число;х - модуль действительнойгЪчасти Фурье компонентыполяризуемости.В случае сверхрешетки каждому сателлиту в первом приближении соответствуют свои значения м,и х6 О рТон ТЬ 1 Ье = 24 Уп 2", Нх",. ОЕсли рассматривается симметричная схема дифракции, то также можно положить.= у, и );= ., т,е, экстинкционная длина практически не зависит от углов падения и отражения. Минимальная длина экстинкции определяется максимальным значением х , т.е. при нулевом или одном из первых сателлитов, и составляет такую же величину, что и в случае идеального кристалла - несколько микрон.При резко асимметричной схеме дифракцииУю 1 ф Хоф 03 мс 10Учитывая, что с увеличением номера сателлита и уменьшается также и х , изменение 1.может быть ви154 ЗЗ 1 З где ш ехй количество слоев;период сверхрешетки; Формула (5) верна в случае, когда период сверхрешетки меньше ЬекП р и м е р. Первым этапом является вычисление коэффициентов прохождения и отражения - х . Для этого снимается кривая отражения по симметричной брэгговской геометрии и определяется структура сверхрешеткивид функции смещения ЙР) или так называемый сверхструктурный фактор. Это необходимо потому, что с течением времени вид функции 11(2) может меняться. Например, в гетероструктурах типа СаА 1,Аз и др., где х(Е) периодически меняющаяся с глубиной величина, указывающая концентрацию данного компонента, с течением времени из-за взаимодействия диффузии Са и А 1 вид функции х(Е), а потому и 11(Е) существенно меняется (например, от прямоугольного к трапецевидному, т.д.).При этом, очевидно, что функции хР) и ЯЕ), получаемые из анализа кривой отражения в симметричной геометрии дифракции, являются усредненными по толщине всей сверхрешетки относительно случайных отклонений от идеальной структуры сверхрешетки.После того как структура сверх- решетки определена, вычисляются параметры рассеяния одного слоя сверх- решетки - х , амплитуды дифрагированной и зеркально-отраженной от полубесконечной сверхрешетки волн - Э О, и Р, . Вычисление производится на основе теории резко асимметричной дифракции на сверхрешетках. Затем но формулам (1) и (2) вычисляются А и Ь е строятся графики теоретической интенсивности Сравнивают 1 с экспериментальтсорной кривой интенсивности отражения по резко асимметричной схеме. По формуле (2) определяют глубину залегания дефектного слоя в сверхрешетке.На фиг1 и 2 представлены результаты численного эксперимента для сверхрешетки дефектов упаковки кристалла германия. При этом й = 2 Х, длина волны 1,54 А; с 1 = 640 А, Е 3 = 5 Т/4,югде К - вектор обратной решетки; 0 - амплитуда смещения. Глубина проникновения рентгеновского излучения (удвоенная экстинкционная длина) выражена не в анг 5стремах а в слоях (периодах) сверхЭрешетки. Из сравнения графиков эталонной и экспериментальнои кривыхотражения фиг. 1 видно, что уже сателлитный пик и = 2 имеет существенно различный вид на эталонной и "экспериментальной кривых отражения,По графику сГ глубины проникновенияна фиг. 1 определяем, что ему соответствует глубина проникновения15 21 -" ЗОООА.Там же определяем, что:ех б Ь ех 1100 АТаким образом для глубины залегания дефектного слоя получаем20о1 ,= 3000-1100 А,что в пределах ошибки совпадает систинным значением 1, = 2 б 00 А.Аналогичный анализ для фиг. 2 да 25 1 д е, = 1 0000 + 1 ОООЛ,о ов то время как здесь 14 е = 10000 А,цформула изобретенияРентгенографический способ исследования структурного совершенства сверхрешеток, заключающийся в том, что ниисследуемый кристалл направляют плоскую рентгеновскую монохроматическую35 волну и получают кривую отраженияв симметричной геометрии дифракции,,из которой рассчитывают средние потолщине значения параметров сверхрешетки, о т л и ч а ю щ и й с я тем,40 что, с целью осуществления возможности послойного исследования качестваструктуры сверхрешетки, кристаллустанавливают в положение резко асимметричной дифракции, при которомугол между отражающими плоскостямии поверхностью сверхрешетки близокуглу Брэгга, снимают кривую отражения для этого положения, используясредние по толщине значения парамет 50ров сверхрешетки, рассчитывают теоретическую кривую отражения для резкоасимметричной геометрии дифракции,определяют длины экстинкции для каждого сателлитного пика из выражения55Ь ех и ш ех и - й/1 пЛ),1543313 51 де 061 и В где иФиг оставитель О,Алешко-Ожевск ехред М,ходанич ктор М, Недолуженк ррвктор С. Черни дписноепри ГКНТ СССР раж 494 Зака Государственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/ дательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10 Производстве А =ф Х11 - Х 1 о Эо 1 ХеЭоу где Х.; - параметры рассеяния одно 1го слоя сверхрешетки; амплитуды дифрагированнойи зеркально отраженнойот сверхрешетки волн;0,1,2 - указывают направ О,ления падения и рассеяния,сравнивают теоретическуюи экспериментальную кривые отражения и глубинузалегания каждого дефектного слоя определяют поформуле номер последнего сателлитного пика, совпадающего ссоответствующим пиком натеоретической кривой;номер первого несовпадающего пика.