Структура реального кристалла

Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах с пространственно неоднородными локализованными деформациями представляет важнейшую фундаментальную научную проблему современной рентгеновской оптики реального кристалла. С одной стороны это физика динамической дифракции рентгеновских лучей, и для локализованных деформаций в кристаллах такая проблема на сегодняшний день до конца не решена, несмотря на значительные усилия ученых разных стран. С другой стороны решение этой проблемы представляет значительный прикладной интерес, так как дифракция рентгеновского излучения является практически единственным способом определять параметры реальной структуры без разрушения кристаллов – пространственное расположение и размеры деформированных областей в объеме кристалла, величины напряжений, деформаций и пр. В первую очередь речь идет о дислокациях, а так же о разнообразных геттроструктурах для микроэлектроники, многослойных зеркалах для коротковолнового электромагнитного излучения, разнообразных микродефектах, микропорах в специальных конструкционных монокристаллических материалах и пр. Решение этой проблемы, в конечном счете, позволит понять основные закономерности рассеяния коротковолнового излучения и построить законченную динамическую теорию дифракции рентгеновских лучей в кристаллах с локализованными пространственно неоднородными деформациями.

Методы рентгеновской дифракционной микроскопии в настоящее время широко используются для исследования реальной структуры кристаллов, как в практике исследовательских лабораторий, так и на производстве. Сейчас уже не вызывает сомнений, что эти методы в принципе позволяют определять не только тип, геометрию пространственного расположения дислокаций, но и характер упругого поля искажений решетки. Однако, за очень редкими исключениями эта важная информация не может быть прочитана с рентгеновских топограмм из-за отсутствия достаточно аффективных методов анализа изображения.

К настоящему времени накоплен большой фактический материал по изучению разнообразных искажений кристаллической решетки рентгендифракционными и рентгентопографическими методами. В мире сейчас известно четыре крупные научные школы в этой области науки, не считая нашей страны. Эти школы связаны с именами известных ученых: во Франции - А.Отье, в Германии - У.Бонзе, в Англии - М.Харт, в Японии - Н.Като. Сформулированы основные принципы динамической теории рассеяния рентгеновских лучей в кристаллах с дефектами. Получен громадный экспериментальный материал по изображению в основном дислокаций, дефектов упаковки, доменных границ, межфазных границ и пр. Однако исследования дифракционного контраста было сосредоточено в основном на изучении случайных ростовых дефектов сложной геометрии, что существенно ограничивало возможности использования этих экспериментов для построения теории изображения. Проводились они в основном во Французской группе у профессора А.Отье. В периодической литературе существует большое количество публикаций по этой проблеме. Некоторые из них , наиболее известные , приведены ниже - A.Authier, «Contrast of Dislocation images in X-ray Transmission Topography», Adv. X-Ray Analists, 10, 9-31, 1967; Y.Epelboin, «Contribution of Diffraction to the Contrast of Dislocation in X-ray Topography», Acta Cryst.A35, 1, 38-44, 1979; A.Authier, F.Balibar, Y.Epelboin «Theoretical and Experimental Study of Interbranch Scattering Observed near a Dislocation Line in X-ray Topography», Phys.Stat.Sol. 41, 3, 225-238, 1970; D.K.Bowen, B.K.Tanner «High Resolution X-ray Diffractometry and Topography», Taylor & Fracis, 1998 ( имеется русское издание Наука 2002); A.Autheir «Dynamical Theory of X-ray Diffraction», IUC Oxford 2001.

В нашей стране некоторое время назад также проводились исследования контраста дислокаций, микродефектов, доменных границ (группы проф. И.Л.Шульпиной из ФТИ РАН С.-Петербурга, и затем проф. В.Л.Инденбома из ИК РАН совместно с нашей группой в ИФТТ РАН). В экспериментах использовались наиболее простые геометрии расположения дефектов. Это так называемые особые положения дислокации относительно вектора дифракции: В.Л.Инденбом, Ф.Н.Чуховский, «Проблема изображения в рентгеновской оптике», УФН, 107, 2, 126 229-265(1972); Л.Н.Данильчук, Т.А.Смородина. «Наблюдение полей напряжений вокруг отдельных дислокации методом аномального прохождения рентгеновских лучей», ФТТ, 7, 4, 1245-1247, 1965; Ф.Н.Чуховский, А.А.Штольберг, «Динамическое рассеяние рентгеновских лучей на дислокациях», ЖЭТФ 64, 3, 1033-1041, 1973; E.V.Suvorov, V.I.Polovinkina, V.I.Nikitenko, V.L.Indenbom, «Investigation of Image Formation of Straight-Line Dislocations in the Case of Extinction Contrast», Phys.Stat.Sol.,(a) 1974, 26, 386-395; И.Л.Шульпина, Л.И.Даценко. «Об изображении линейных дефектов в методе аномального прохождения рентгеновских лучей», Укр.физ.журнал, 12, 9, 1474-1482, 1967; E.V.Suvorov, V.L.Indenbom, O.C.Gorelik, I.A.Rusakova,V.A.Chamrov, «Dislocation Contrast in the Case Anomalous X-ray Transmission», Phys.Stat.Sol.(a) 60, 27, 27-35, 1980; И.Л.Шульпина «Рентгеновская дифракционная плосковолновая топография», Заводская лаборатория, 2000, 42, 2, 238-245; Э.В.Суворов, И.Л.Шульпина, «Рентгеновская оптика кристаллов с дефектами», Поверхность 2001, 7, 03-23; М.Г.Мильвидский, Ю.А.Осипьян, И.А.Смирнова, Э.В.Суворов, Е.В.Шулаков, «Наблюдение микродефектов в кремнии методами рентгеновской топографии», Поверхность 2001, 6, 05-11; Суворов Э.В., Смирнова И.А., Шулаков Е.В. «Влияние толщины кристалла и роль поглощения в формировании рентгеновского дифракционного изображения дислокаций», Поверхность 2005, № 12 (в печати).

В работах лаборатории исследовались особенности формирования дифракционного изображения дислокации в условиях, когда область дефекта может быть размещена в различных участках треугольника рассеяния и ориентирован в особых положениях по отношению к вектору дифракции, что дает возможность понять, как реагирует волновое поле в палатке Бормана на возмущающие воздействия в различных его участках. Исследована геометрия расположения дефектов в волновом поле в плоскости рассеяния перпендикулярно вектору отражения. Это позволяет установить связь между волновым полем вблизи дефекта и параметрами искаженной области в каждой точке плоскости рассеяния.

Работа выполнена при поддержке :

Контракт № 3509 с фирмой МЕМС США от 19 августа 1994 по настоящее время

Исследование дефектов в монокристаллах промышленного кремния (Совместная работа с ГИРЕДМЕТ)

РФФИ 97-02-17966 Исследование взаимодействия рентгеновского излучения с кристаллической решеткой в условиях распространения акустических колебаний. Руководитель Э.В.Суворов (совместно с ИК РАН)

РФФИ 00-02-17314 «Исследование слабых дефектов в полупроводниковых кристаллах методами рентгеновской дифракционной микроскопии». Руководитель Э.В.Суворов

РФФИ 02-02-22009 Разработка рентгеновских высокоразрешающих методов для исследования материалов. (Совместная работа с ИПТМ РАН), руководитель Е.В.Шулаков

РФФИ 03-02-17486 «Рентгеновская оптика формирования дифракционного изображения дефектов в кристаллах». Руководитель Э.В.Суворов

Публикации

1. M.V.Kovalchuk, E.V.Suvorov, O.P.Aleshko-Ozhevskii, Yu.V.Pisarevskii, V.L.Nosik, L.A.Smirnova, M.A.Solomko « Investigation of Elastic Deformation in Vibrating Crystal »,

Nuclear Instruments and Methods in Phusics Research A 405, (1998), 449-453

2. Э.В.Суворов Физические основы современных методов исследования реальной структуры кристалов, Подмосковный филиал МГУ, 1999, книга, 231стр.

3. И.А.Смирнова, Е.В.Шулаков, Э.В.Суворов, О.П.Алешко-Ожевский, Динамический контраст секционных топограмм при возбуждении в объеме кристалла поперечных акустических волн, Поверхность 2000, 1, 99-105

4. В.Ш.Шехтман, Э.В.Суворов Рентгендифракционные и электронно-микроскопические методы анализа атомно-кристаллической структуры материалов. Лабораторный практикум (методическое пособие для студентов и аспирантов), Черноголоовка, 2000 год, 138 страниц

5 Э.В.Суворов, И.Л.Шульпина, «Рентгеновская оптика кристаллов с дефектами», Поверхность 2001, 7, 03-23

6. М.Г.Мильвидский, Ю.А.Осипьян, И.А.Смирнова, Э.В.Суворов, Е.В.Шулаков, Наблюдение микродефектов в кремнии методами рентгеновской топографии, Поверхность 2001, 6, 05-11

7. E.V.Shulakov, E.V.Suvorov, I.A.Smirnova, Yu.A.Ossipuan, M.G.Mi'vidskii, «X-Ray Study of Bulk Makrodefects in Silicon” Fourth International Conference Single Crystal Growth and Heat & Mass Transfer, Obninsk 2001, Volume 3, p.563-570.

8. Е.В.Шулаков, И.А.Смирнова, Э.В.Суворов «Топографический контраст приповерхностных дефектов в геометрии Бомана-Леемана», Поверхность 2002, 1, 101-106

9. Е.В.Шулаков, И.А.Смирнова, Э.В.Суворов "Контраст Номарского при формировании изображения дефектов в геометрии Брегга" Поверхность 2003, №2 32-38

10. И.А.Смирнова, Э.В.Суворов, Е.В.Шулаков "Особеннности формирования рентгеновского дифракционного изображения дислокаций в различных участках треугольника рассеяния" Поверхность 2004, 4, 100-104

11. Э.В.Суворов, И.А.Смирнова, Е.В.Шулаков "Дифракционное изображение дислокаций, расположенных в плоскости рассеяния перпендикулярно вектору отражения" Поверхность 2004, 9, 64-68

12. Э.В.Суворов, И.А.Смирнова, Е.В Шулаков "Влияние толщины кристалла и роль поглощения в формировании рентгеновского дифракционного изображения дислокаций" Поверхность 2005, 12, (в печати)

Copyright ©2005 LSR ISSP RAS

О лаборатории    Направления исследований    Сотрудники и контакты    Экспериментальные возможности    Публикации    Проекты и гранты