З використанням трикристальної рентгенівської дифрактометрії досліджено тонкі плівки арсеніду галію. Встановлено, що для епітаксійних систем, як і для монокристалів, інтенсивність дифракції рентгенівських променів можна розділити на когерентну та дифузну складові. Комплексний аналіз характеру дифузного розсіювання (ДР) плівками GaAs, сильно легованими кремнієм, з використанням дифрактометрії високої роздільної здатності дозволив виявити в них мікродефекти різних розмірів і концентрацій, а також визначити їх тип. Уперше здійснено якісне порівняння експериментальних і розрахункових карт ізоліній ДР навколо вузлів структурного та квазізабороненого рефлексів. В окремих випадках (для перетинів просторового розподілу ДР) отримано кількісне узгодження теорії та експерименту.

Створено теоретичні та експериментальні основи методу інтегральної трикристальної рентгенівської дифрактометрії та наведено результати, які демонструють його можливості. У запропонованих варіантах методу, додатково до вимірювань повної інтегральної відбивної здатності (ПІВЗ) дефектних монокристалів, реалізовано роздільне вимірювання когерентної та дифузної компонент ПІВЗ та їх товщинних залежностей. Сепарування когерентної та дифузної компонент ПІВЗ забезпечило підвищення чутливості до структурних недосконалостей кристалічної гратки порівняно з методом товщинних залежностей ПІВЗ.

Відносно прості аналітичні формули, виведені для повної інтегральної відбивної здатності (ПІВЗ) монокристалів з випадково розподіленими дефектами у граничних випадках динамічної дифракції рентгенівських променів (наближення тонкого та товстого кристалів для симетричної геометрії дифракції Лауе та асиметричної - Брегга), застосовано для розробки нових (комбінованих) методів ПІВЗ з метою визначення параметрів дефектів. Вирази для ПІВЗ залежать в явному вигляді від статичного фактора Дебая - Валлера та двох коефіцієнтів поглинання завдяки дифузному розсіянню для когерентної та дифузної компонент ПІВЗ, до складу яких входять параметри дефектів та дифракційні параметри. Спільна обробка товщинних (у випадку Лауе) та/або азимутальних (у випадку Брегга) залежностей ПІВЗ, які вимірювались для різних довжин хвиль та/або рефлексів, підвищує чутливість та надійність методів ПІВЗ під час діагностики параметрів дефектів. Можливості комбінованих методів продемонстровано теоретично та експериментально для відпаленого монокристала кремнію.

Запропоновано простий варіант визначення основних параметрів домішково-структурних недосконалостей з інтегродиференціальних кривих коливання, одержаних за допомогою трикристального рентгенівського дифрактометра. Метод дозволяє оцініти величини статичного фактора Дебая - Валлера, визначити природу розсіювальних центрів, їх розміри та концентрацію, а також обчислити коефіцієнти додаткового поглинання бреггівської та дифузної складової розсіяння. Запропонований варіант обробки результатів дифрактометричних досліджень можна використати в практиці роботи заводських лабораторій.

Узагальнені аналітичні вирази для повної інтегральної відбивної здатності (ПІВЗ) тонких монокристалів з мікродефектами одержано для випадку дифракції рентгенівських променів за Лауе. Виміряно енергетичні залежності ПІВЗ та сепаровані когерентної і дифузної компонент ПІВЗ з використанням набору характеристичних жорстких рентгенівських випромінювань. За результатами аналізу вимірювань визначено характеристики мікродефектів у термооброблених кристалах кремнію.

Ключ. слова: динамическая дифракция, квазизапрещенные отражения, нестехиометрия, кулоновские дефекты, когерентное и диффузное рассеяние, рентгеновские лучи
Індекс рубрикатора НБУВ: В346.3

Рубрики:

Оптичні явища

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проанализирована динамическая природа структурной чувствительности полной интегральной отражательной способности монокристаллов. Приведены результаты экспериментального исследования и установления дифракционной природы в кристаллах с дефектами. Изучено влияние нарушенного поверхностного слоя на динамическое рассеяние в данных кристаллах. Рассмотрены вопросы интегральной дифрактометрии статистически распределенных наноразмерных дефектов в упруго изогнутом монокристалле. Представлены точные аналитические решения задач рентгеновской кристаллооптики для структур с переменным градиентом деформации, результаты исследований рентгеновской дифрактометрии структурных изменений в нанопористом кремнии в условиях ионной имплантации фосфора, высокоразрешающей дифрактометрии многослойных эпитаксиальных систем, диагностики многослойных наноразмерных систем. Освещены эффекты диффузного рассеяния от дефектов в многослойных структурах с квантовой ямой (стенкой). Изложены основы динамической дифрактометрии микродефектов в слоях гетероструктуры с квантовой ямой и эффектов сегрегации и взаимодиффузии.

Ключ. слова: рентгеновские лучи, лауэ-дифракция, монокристалл, микродефект, упругий изгиб
Індекс рубрикатора НБУВ: В251.101.12 + В372.31

Рубрики:

Дефекти

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Ключ. слова: рентгеновская рефлектометрия, взаимодиффузия, многослойники, квантовые ямы, неразрушающее тестирование
Індекс рубрикатора НБУВ: В371.236 + В372.134

Рубрики:

Дифракція рентгенівських променів в кристалах

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Обгрунтовано й апробовано на зразку монокристала германія можливість застосування комбінованого методу повної інтегральної відбивної здатності для діагностики сильно поглинаючих монокристалічних зразків, що містять порушений поверхневий шар та одночасно декілька визначальних типів мікродефектів.

Вивчено чутливість спектрально-кутових залежностей повної інтегральної відбивної здатності (ПІВЗ) монокристалів до одночасно присутніх у зразку випадково розподілених мікродефектів і порушеного поверхневого шару. Запропоновано метод поділу внесків у ПІВЗ кожного з цих двох типів дефектів і визначення характеристик порушеного поверхневого шару та випадково розподілених мікродефектів.

Запропоновано комбінований метод повної інтегральної відбивної здатності (ПІВЗ) для діагностики: декількох типів мікродефектів, одночасно присутніх в об'ємі монокристала, порушеного шару на поверхні ідеального монокристала (ППШ), а також ППШ і мікродефектів одного визначального типу, одночасно присутніх в монокристалі. Проведено узагальнення вказаних результатів на випадок, коли в зразку присутні як ППШ, так і одночасно декілька визначальних типів мікродефектів.

Теоретично обгрунтовано й експериментально апробовано експресний метод рентгено-дифрактометричного контролю товщин порушених поверхневих шарів монокристалів за інтегральними інтенсивностями рентгенівського випромінювання.

Установлено природу можливих механізмів адитивного та неадитивного впливу пружних деформацій (ПД) і випадково розподілених в об'ємі динамічно розсіюючого монокристалу мікродефектів (ВРД) на ПІВЗ для різних ступенів асиметрії відбиттів, яка дозволяє суттєво збільшувати ефект впливу ПД на ПІВЗ. Показано, що неадитивність сумісного впливу ВРД і ПД на величину ПІВЗ Лауе-рефлексів свідчить про наявність в досліджуваному монокристалі великих ВРД, вплив яких на величину ПІВЗ можна порівняти із впливом пружної деформації за будь-якої сили вигину та будь-якого ступеня асиметрії використаних Лауе-рефлексів, завдяки суттєвій ролі ефектів екстинкції через розсіяння на цих ВРД та відносному збільшенні їх впливу на ПІВЗ з ростом ПД. Дрібні дефекти через слабкий вияв для них вказаних екстинкційних ефектів призводять до адитивного впливу ВРД і ПД на ПіВЗ за будь-якого ступеня асиметрії відбиттів. До того ж, для малого ступеня асиметрії відбиттів ПІВЗ практично чутлива тільки до ВРД, а для великого - тільки до ПД.

За допомогою методу високороздільної рентгенівської дифрактометрії проведено дослідження багатошарових напівпровідникових структур із квантовою ямою. Шляхом моделювання одержаних кривих дифракційного відбиття визначено ступінь міжшарової взаємодифузії до і після відпалу. Визначено вміст азоту в квантовій ямі та зміну його концентрації в залежності від умов вирощування.

Предложен метод получения профиля существенно неоднородного распределения микродефектов в бездислокационных монокристаллах Si путем измерений полной интегральной отражательной способности в разных условиях дифракции рентгеновского излучения, т. е. для разных объемов монокристалла, освещаемых пучком. В каждом случае дифракции осуществлено количественное определение статистических характеристик дефектов для освещаемого объема при использовании динамической теории для монокристалла со случайно распределенными в объеме микродефектами и нарушенным поверхностным слоем.

Получены выражения для когерентной и диффузной компонент полной интегральной отражательной способности монокристаллов с микродефектами нескольких типов, в том числе, и крупными, в геометрии дифракции по Лауэ в приближении толстого кристалла, которые справедливы и в случаях больших эффектов экстинкции. Получено также выражение для дифференциального коэффициента экстинкции в геометрии Лауэ.

В обзоре описаны основные результаты многочисленных прямых наблюдений образования микродефектов (преципитатов кислорода и дислокационных петель) в кристалле кремния при его выращивании и термообработках. Кратко изложены термодинамические представления об образовании частиц новой фазы в пересыщенном твердом растворе кислорода в кремнии. Представлены классические подходы к описанию кинетики преципитации кислорода. Описаны современные модели кинетики роста и распада преципитатов и дислокационных петель в кремнии.

Аналитические выражения для описания интенсивности когерентного и диффузного рассеяний с учетом инструментальных особенностей двух- и трехкристального дифрактометров (ДКД и ТКД) выведены из формул обобщенной динамической теории рассеяния рентгеновских лучей в реальных монокристаллах с микродефектами нескольких типов. Проведены измерения и анализ полных профилей ТКД и ДКД от монокристалла кремния с микродефектами и деформированным поверхностным слоем. В рамках комбинированного метода (ДКД + ТКД) определены характеристики дефектных структур кристаллов образца и монохроматора.

Построены физическая и математическая модели зарождения, роста и растворения сложной системы нано- и микроразмерных дефектов в пересыщенном твердом растворе кислорода в кремнии. Эволюция функций распределения дефектов по размерам в этой системе, которая состоит из объемных частиц новой фазы (преципитатов кислорода) и пор, а также плоских агломератов междоузельных атомов кремния (дислокационных петель), описана системой дискретных и континуальных дифференциальных кинетических уравнений. Законы сохранения точечных дефектов описаны системой уравнений диффузии для междоузельных атомов кислорода, кремния и вакансий с учетом граничных условий на поверхности кристалла.