Устройство для исследования совершенства структуры монокристаллических слоев

(51)4 а 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ССР984. ЕС. ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВВЕРШЕНСТВА СТРУКТУРЫ ЮЮКРИСХ СЛОЕВ КИ(57) Изобретение относится к аппаратуре для неразрушающего анализа тонких приповерхностных слоев монокрис- ,талла. Цель - повьппение точности исследования совершенства структуры монокристаллических слоев при низкихзначениях детектируежх сигналов засчет обеспечения динамической стабиаь"ности интенсивности возбуждающего рентгеновского пучка. В вакуумной камере образца мвкду входным окном и кристаллом-анализатором вне оптической оси, проходящей между, кристалломмонохроматором и кристаллом-анализатором, размещены последовательно отклоняющая система и второй детектор электронов, Блок регистрации и управления подключен к второму детектору электронов и гониометру второго кристалла-монохроматора. Излучение, возбужденное рентгеновским пучком в материале входного окна вакуумной камеры, отклоняется электростатической системой и регистрируется детектором. Блок регистрации и управления вырабатывает сигнал, пропорциональный интенсивности .:излучения, регистрируемого детектором, и управляет уг.ловым положением гониометра второго кристалла-монохроматора. 3 ил.Изобретение относится к аппаратуре для неразрушающего анализа тонких приповерхностных слоев кристаллов, в частности нарушенных слоев кристал 5 лов после технологической обработки кристаллов.Белью изобретения является повышение точности исследований при низких значения детектируемых сигналов,На фиг. 1 приведена рентгенооптическая схема устройства; на фиг, 2 - конструкция и функциональная схема устройства; на фиг, 3 - функциональ- ная схема регистрациии управления.,В состав предлагаемого устройства входят (фиг. 1-3) устройство 1 формирования рентгеновского пучка, измерительное устройство 2 загрузочно-шпюэовое устройство 3.Устройство 1 формирования рентгеновского пучка содержит источник 4 20 речтгеновского излучения, коллиматорные щелевые диафрагмы 5 и 6, кристаллы-монохроматоры 7 и 8, установ ленные на держателях кристаллов-гониометров 9 и 1 О, позволяющие производить грубую и плавную установку держаследующей фиксацией в заданных полсЖениях, а также производить возвратно-поступательные и наклонные пере" мещения держателя кристалла.Кроме того, устройство 1 формирсвания рентгеновского пучка содержит детекторы 11 и 12 рентгеновского из". лучения, щелевые диаграммы 13 и 14,35 снабженные соответственно устройствами 15 и 16, возвратно-поступательных 40 перемещений относительно входных поверхностей указанных детекторов 11 и 12 соответственно,В свою очередь детекторы 11 и 12снабжены устройствами: 17 и 18 независимого поворота отн:осительно осейповорота соответственно О и О,совпадающими с осями поворотов кристаплов 7 и 8, 0 и 0 , Источник 4,коллиматорная щелевая диафрагма 5,ограничивающая пучок от указанногоисточника, гониометр 9 первого кристалла-монохроматора 7 установлен на 45 50 прямолинейной направляющей 19 с осью Н, и Н , а гониометр 10 второго кристапла-монохроматора 8, коллиматорнаящепевая диафрагма 6, ограничивающая пучок, дифрагированный кристаллом 8, установлены на прямолинейной направтеля кристалла, соответственно в широком и узком угловых интервалах с по 30 ляющей 20 с осью Ни Н, выставленной параллельно направляющей 19,Для перемещения источника 4 коллиматорных щелевых диафрагм 5 и 6 параллельно или перпендикулярно осям соответствующих направляющих служат устройства 21-23 перемещений соответственно для перемещения гониометров 9 и 10 вдоль направляющих 19 и 20 служат устройства 24 и 25 перемещений,Устройство 1 благодаря устройству 26 перемещения может перемещаться в направлении, перпендикулярном направлении распространения рентгеновского пучка.Измерительное устройство 2 представляет собой вакуумную камеру 27, в центре которой расположен кристалл- анализатор 28, установленный на.держателе гониометра 29, Держатель гониометра 29 кинематически жестко связан с установочной платформой 30, на которой установлен анализатор 31 энергий электронов с детектором 32 электронов, Анализатор 31 энергий электронов размещен относительно кристалла-анализатора 28 в направлении, близком к нормальному к поверхности кристалла-анализатора 28, Причем оптическая ось анализатора 31 проходит через центр вращения кристалла-анализатора 28. В направлении распространения дифрагированного рентгеновского излучения расположен детектор 33 рентгеновского излучения, закрепленный на установочной платформе 30, Детектор 33 располагается так, чтобы перекрывать сектор, минимальное значение которого составляет около 40 град.Кроме того, устройство содержит входное 34 и выходное 35 окна для рентгеновского излучения. Окна выполнены плоскими, диаметром не более 20 мм. Для управления гониометром 29 камера 27 снабжена вводом 36 перемещений, а для, настройки спектрометра предусмотрен детектор 37 рентгеновского излучения со щелевой диафрагмой 38, которая благодаря устройству 39 перемещения, может смещаться вдоль входной поверхности детектора 37.Окна 34 и 35, ось вращения кристалла-анализатора 28 н детектор 37 лежат на одной прямой К, н )(,.Гониометр 29 позволяет дополнительно по сравнению с гоюометрами 9 и 10 производить очень тонкие перуемый электрон дает один сигнал, количество таких сигналов в единицу времени ( скорость счета) соответствуе".интенсивности потока детектируемыхчастиц).Последовательность электрическихсигналов, образующихся на выходе детектора 45 поступает на вход усилителя-дискриминатора 53, который осуществляет их усилие и амплитудную дискриминацию, лри этом значение верхнего и нижнего порога дискриминацииформируется формирователем 52 порогов.Далееимпульсы с выхода усилителядискриминатора 53 поступают на входсчетчика 50, который совместно с таймером 51 преобразует последовательность поступающих импульсов в двоичный код, пропорциональный скоростисчета и через интерфейс 48 выдаетэтот код на ЭВМ 47, которая через интерфейс 48 осуществляет управление иобмен информацией с устройствамиблока 46. Управляощие сигналы и информационные коды, поступающие от ЭВМ47 через интерфейс 48 в устройство49 управления, преобразуются в нем внапряжения, необходимые для управления гониометром 10, на котором установлен кристалл-монохроматор 8.ЭВМ 47 сравнивает текущее значение интенсивности рентгеновского от -ражения от кристалла-монохроматора 8(1 ) со значением интенсивности от 1ражения лри точном брэгговском положении кристалла-монохроматора 8 (18 ),(лри О значение интенсивности рентБгеновского отражения достигает своегомаксимального значения) и по результатам сравнения выдает информационный код через :интерфейс 48 на устройство 49 управления, которое преобразует его в напряжения, подаваемыена гониометр 10,Гониометр, в свою очередь, в соответствии со значениями подаваемых на 20 него улравляощих напряжений поворачивает кристалл-монохроматор 8 почасовой стрелке на угол , После этого весь цикл измерений интенсивностиотраженного кристаллом-монохроматором При этом, если интенсивность рентгеновского отражения от кристалла-монохроматора 8 1 р 1 д, то управляющиеБфгониометром 10 напряжения устройством 49 выдаваться йе будут и кристалл-монохроматор 8 остается неподвижным. з 13960234ремещения кристалла в более узком интервале углов. Управление гониометром 29 осуществляется с помощью устройства 36 ввода перемещений за пре 5делами вакуумного объема камеры 27без нарушения вакуумных условий вуказанной камере, средства откачки(не показаны) рассчитаны на поддержание давления в камере 27 не хуже10 мм рт.ст,Загрузочно-шлюзовое устройство 3содержит шлюзовую камеру 40, загрузочно-лередающий манипулятор 41, устройство перемещения указанного манипулятора 42, высоковакуумный затвор43, Кроме этого, устройство содержитотклоняющую систему 44, детектор 45электронов и блок 46 регистрации иуправления, ЭВМ 47 ( фиг. 3).Блок 46 регистрации и управлениясодержит интерфейс 48, устройство 49управления гониометром 10 для преобразования последовательности импульсов, поступающих на вход блока, в дво ичный код, пропорциональный среднейскорости счета импульсов, служатсчетчик 50, таймер 51, формирователь52 порогов, усилитель-дискриминатор53. Для питания составных частей блока 46 регистрации и управления, а также отклоняющей системы 44 служит блок54 питания,Цикл динамической стабилизации углового положения второго кристалламонохроматора 8 заключается в следую- З 5щем.При выходе второго кристалла-монохроматора 8 из отражающего положения,т.е. при развороте его относительно40угла Брэгга В на угол р, уменьшает,ся значение интенсивности дифрагиро-.ванного этим кристаллом рентгеновского пучка 1 щ по сравнению со значениемэтой интенсивности 1 при точном брэг 45говском положении кристалла-монохроматора 8. Соответственно пропорциональ- но уменьшается интенсивность потокаэлектронов, эмиттированных входным окном вакуумной камеры 27 под действиемпроходящего через него рентгеновскогопучка, отраженного от кристалла-ионохроматора 8Этот поток электронов с " 8 рентгеновского пучка повторяется.помощью отклоняющей системы 44 отклоняется от направления распространениядифрагированного кристаллом 8.реитгемковского пучка и преобразуется в детекторе 45 в последовательность элек"трических сигналов. (Каждый детекти 1396023Если 1.,1 .с 1 , то устройство 49 выдает на гониометр 10 такие управляющие напряжения, с помощью которых кристалл-монохроматор 8 поворачивает 5 ся против часовой стрелки на угол 2 и з атем будет пр одолжать повор ачи в ать в этом же направлении кристалл-монохроматор 8 каждый раз на угол 4 после очередного п-го замера интенсивности 1, до тех пор, пока значениейэтой интенсивности не достигнет значения интенсивности при точном брэгговском положении кристалла-монохроматора 8 (1 ), т.е. пока кристалл)монохроматор не повернется в точное брэгговское положение. При этом точность установки кристалла-монохроматотора 8 в брэгговское положение (В,-д) соответствует величине задаваемого шага , т,е. д =),Таким образом, введение отклоняющей систеия, второго детектора электронов, блока регистрации и управле ния и размещение отклоняющей системы, второго детектора электронов последовательно в вакуумной камере вне . оптической оси, прпходящей между вторым кристаллом-монохроматором и исследуемым кристаллом, по которой рас-, пространяется рентгеновский пучок отраженный вторым кристаллом-монохроматором, позволили при низких значениях детектируемых детектором электронов и детектором дифрагированного и флуоресцентного рентгеновского излучения сигналов, не ослабляя интенсивности рентгеновского пучка, падающего на исследуемый кристалл, обеспечить динамическую стабилизацию значения 1 интенсивности этого пучка за счет динамической стабилизации углового положения второго кристалла-монохроматора. При этом одновременно за счет эффективного сбора электронов, эмиттированных материалом входного окна вакуумной камеры под действием этого рентгеновского пучка, на втором детекторе, установленном за отклоняющей системой, удается устранить возможность попадания этих электронов на поверхность исследуемого кристалла, и устранить возможность эмиссии вторичных электронов, а также снизить паразитную модуляцию полезного сигнала и, таким образом, повысить точность исследований.Формула изобретенияУстройство для исследования совершенства структуры монокристаплических слоев по авт, св. М 1226210, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с . целью повышения точности исследований при низких значениях детектируемых сигналов, устройство снабжено отклоняющей системой и расположенным на ее выходе вторым детектором электронов, а также блоком регистрации и управления, причем отклоняющая система и второй детектор размещены в вакуумной камере вне направления распространения рентгеновского излучения между кристаллом-монохроматором и кристаллом"анализатором, и второй детектор электронов подключен к блоку регистрации и управления, который, в свою очередь, подключен к гониометру второго кристалла-монохроматора.1396023ФигЗСоставитель О,Алешко Ожевский Редактор Ю.Середа Техред М,Дидык Корректор В,Гирняке ю Закаэ 2488/44 Тираж 847 Подписное ВНИИ 11 И Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-но.знграФическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4