Проведено обсуждение открытого авторами неизвестного ранее явления усиления на несколько порядков величины проявления дефектов в статистической картине многократного рассеяния, возможностей использования этого явления, а также установленной авторами его дисперсионной природы. Отмечено, что в отличие от статистической кинематической теории (приближение однократного рассеяния), в которой дефекты проявляют свое влияние только на амплитуды рассеянных волн (амплитуды рассеяния), при многократном (динамическом) рассеянии дополнительно формируется принципиально новый механизм влияния искажений не на амплитуды, а на волновые вектора рассеянных волн. Обнаруженный механизм экспоненциально более эффективный за счет влияния дефектов непосредственно на показатель экспоненты (на фазу волновой функции), а характер этого влияния дефектов оказывается управляемым условиями дифракции (длина волны, толщина объекта, геометрия и углы дифракции и др.). В случае наиболее простой и экспрессной интегральной дифрактометрии обсуждаются установленные ранее авторами два закона сохранения (т.е. независимости от характеристик искажений кристаллов) первого параметра кинематической теории интегральных интенсивностей, а именно, полной (брэгговской и диффузной) интегральной интенсивности рассеяния, и сохранения (т.е. независимость от условий дифракции) второго параметра кинематической теории интегральных интенсивностей, а именно, вклада диффузной составляющей в полную интегральную интенсивность. Демонстрируется, что эти законы оказываются справедливыми в случае кинематического рассеяния и существенно ограничивают чувствительность и информативность кинематической картины рассеяния. В то же время обнаруженный дисперсионный механизм влияния дефектов на картину многократного рассеяния приводит к ориентационо-интерференционным эффектам в отражательной и поглощательной способностях кристаллов, что обусловливает нарушение этих законов сохранения при переходе к случаям многократного рассеяния и обеспечивает этим уникальные показатели чувствительности и информативности диагностики на основе измерений полной интегральной интенсивности динамической дифракции и ее диффузной составляющей, а также их зависимостей от дифракционных условий. В результате открытое явление и целый ряд являющихся следствием из него эффектов, а также их дисперсионная природа позволили существенно расширить функциональные возможности диагностики и создать целый ряд методов нового поколения, которые не только на несколько порядков величины повысили чувствительность, но и позволили решить проблему однозначной диагностики многопараметрических систем путем комбинирования измерений картины многократного рассеяния в различных условиях дифракции.

Індекс рубрикатора НБУВ: В372.1 + В372.31 + В375.147

Рубрики:

Структурний аналіз твердих тіл

Дефекти

Вирощування кристалів. Вирощування монокристалів

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

В предыдущей работе авторов обсуждалось открытое ими неизвестное ранее явление управляемого условиями дифракции дисперсионного усиления на несколько порядков величины (в сравнении с традиционным кинематическим случаем диагностики) проявления дефектов в статистической картине динамического (многократного) рассеяния. В данной работе обсуждены наиболее важные следствия из этого открытого явления, которые обеспечили возникновение эффектов чувствительности (и при этом уникальной) к несовершенствам кристаллов полной (брэгговской и диффузной) интегральной интенсивности динамической дифракции (ПИИДД) и аномального вклада ее диффузной составляющей, а также чувствительности к характеристикам дефектов появившихся сильных зависимостей ПИИДД от условий дифракции. Обсуждены новые возможности и примеры использования измерений ПИИДД, вклада ее диффузной составляющей и их зависимостей от различных условий динамической дифракции для неразрушающей экспрессной высокочувствительной и информативной диагностики несовершенств структуры многопараметрических систем.

Построены полуфеноменологические теоретические модели деформационных зависимостей (ДЗ) полной (брэгговской и диффузной) интегральной интенсивности динамической дифракции (ПИИДД) в кристаллах с дефектами нескольких типов для достаточно высокой степени упругой деформации в различных условиях дифракции. Показана достаточная избирательность чувствительности этих ДЗ ПИИДД к тому типу дефектов, который дает определяющий вклад в ПИИДД в выбранных условиях дифракции и интервалах изменения степени упругой деформации. Это создает основу для решения проблемы диагностики многопараметрических систем путем управления этой избирательностью ДЗ ПИИДД при комбинированном подходе. Приведены результаты практической реализации разработанного подхода.

З використанням раніше відкритого авторами явища дисперсійної (фазової) структурної чутливості картини багаторазового розсіяння створено теоретичні й експериментальні основи трикристальної динамічної дифрактометрії багатошарових кристалічних систем з неоднорідно розподіленими мікродефектами та макродеформацією. Враховано динамічний характер когерентного та дифузного розсіяння від дефектів у всіх шарах системи, а також багаторазовість розсіяння між шарами.

Построена обобщенная модель дисперсионно чувствительной дифрактометрии неидеальных кристаллов, позволяющая проводить анализ дифференциальных и интегральных картин рассеяния для произвольных эффективных толщин кристалла. Введен параметр, характеризующий эффект аномального роста относительного вклада диффузного рассеяния. Предложенная теоретическая модель может обеспечить решение обратной многопараметрической задачи восстановления характеристик сложных дефектных структур в монокристаллах, применяемых в современных нанотехнологиях.

Наведено квантово-механічну інтерпретацію деяких класичних фізичних явищ (дифракції, заломлення, поглинання, екстинкції та ін.), а також механізмів впливу недосконалостей структури досліджуваних об'єктів на ці явища з метою суттєвого поглиблення розуміння їх природи і більш ефективного використання їх під час створення новітніх функціональних можливостей у діагностиці об'єктів як наноіндустрії, так і медицини.

Получены выражения для динамического фактора Кривоглаза - Дебая - Валлера с учетом дисперсионного механизма проявления дефектов в картине многократного рассеяния. Показано существенное отличие динамического и кинематического факторов, что важно учитывать при построении самосогласованной динамической теории рассеяния. Установлена зависимость динамического фактора от условий дифракции. Такая зависимость обуславливает дополнительное влияние условий дифракции на характер зависимости картины рассеяния от характеристик и типа дефектов в кристалле, и его учет впервые позволит количественно адекватно разделять их вклад в интенсивность и существенно повышать информативность и надежность диагностики.

Проведен квантово-механический количественный анализ возможностей повышения чувствительности и информативности картины многократного рассеяния к несовершенствам структуры кристаллов за счет использования дисперсионных эффектов колоссального усиления структурно чувтвительных зависимостей дифракционной картины от различных условий дифракции. Установлено появление за счет дисперсионного механизма эффектов взаимосвязанности указанных зависимостей картины от различных условий между собой и с зависимостями от характеристик дефектов и в результате изменения избирательности чувствительности этих зависимостей к дефектам какого-либо типа при вариации условий дифракции. Это существенно расширило возможности применения целенаправленно комбинированной обработки дифрактометрических данных в различных условиях дифракции для повышения информативности многопараметрической диагностики.

Розкрито дисперсійну природу нового фізичного явища підсилення на порядки величини прояву недосконалостей структури кристалів у картині багатократного розсіяння випромінення. Показано, що у випадку багатократного розсіяння виникає новий механізм впливу недосконалостей структури кристалу не лише, як у кінематичній картині, на амплітуди розсіяних хвиль (амплітудний механізм), а і на модулі їх хвильових векторів (дисперсійний механізм, який і забезпечує суттєве підвищення структурної чутливості). Показано, що саме відкритий дисперсійний механізм не лише до п'яти порядків величини збільшує чутливість діагностики дефектів, а також забезпечує появу структурночутливих залежностей картини багатократного розсіяння від різних умов дифракції, взаємопов'язаних як між собою, так і з залежностями від характеристик дефектів. Це збільшує інформативність, зокрема забезпечує можливість багатопараметричної діагностики, що принципово відсутнє у кінематичному випадку та суттєво змінює результати класифікації дефектів за Кривоглазом і призводить до їх залежності від умов та методів дифрактометрії. Тим самим створено основи дисперсійної (високочутливої й інформативної) діагностики недосконалостей структури кристалічних багатопараметричних систем.

На основе построенной в первой части работы обобщенной модели дисперсионночувствительной дифрактометрии неидеальных кристаллов произвольной толщины проведен анализ дифференциальных и интегральных картин рассеяния для широкого интервала эффективных толщин кристалла. Установлены дисперсионная природа и количественные особенности управляемого условиями дифракции изменения относительного вклада диффузного рассеяния, в частности, в зависимости от эффективной толщины динамически рассеивающего неидеального монокристалла, а также продемонстрированы возможности существенного повышения за счет увеличения этого вклада информативности и чувствительности динамической дифрактометрии дефектов. Показано, что максимальные информативность и чувствительность к дефектам за счет роста этого вклада наблюдаются в области промежуточных значений эффективной толщины кристалла. Даны практические рекомендации по выбору оптимальных комбинаций условий динамической дифракции и различных методик (интегральных и дифференциальных), обеспечивающих решение обратной многопараметрической задачи восстановления параметров сложных дефектных структур в монокристаллических изделиях современных нанотехнологий.

Построена обобщенная теоретическая модель формирования трехосевым способом фазоконтрастных изображений неоднородных некристаллических объектов произвольной формы. В модели самосогласованно учтены аналитически эффекты полной многократности рассеяния ентгеновских лучей как на периодических или постоянных (однородных в среднем), так и впервые на флуктуационных составляющих восприимчивости объектов. При этом учтена полная многократность и в монокристаллах монохроматора и анализатора, и в исследуемом объекте. Использование модели и разработанных на ее основе фазовариационных принципов формирования и интерпретации изображений позволяет аналитически описать наблюдаемое экспериментально повышение на несколько порядков чувствительности и обеспечивает возможность решения обратной задачи и при этом проблемы информативности неразрушающей многопараметрической диагностики.