Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка,...
description
Transcript of Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка,...
![Page 1: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/1.jpg)
Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,
ул. Академика Ю.А. Осипьяна, 2, e-mail: [email protected]
О ПРИРОДЕ «ПРЯМОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ» ДИСЛОКАЦИЙ
В МЕТОДАХ РЕНТГЕНОВСКОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ ТОПОГРАФИИ
Э.В. Суворов, И.А. Смирнова
![Page 2: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/2.jpg)
Топограмма монокристалла кремния с введенными при пластическом изгибе
дислокационными полупетлями
E.V.Suvorov,V.I.Polovinkina, V.I.Nikitenko, V.L.Indenbom, Investigation of Image Formation of Straight-Line Dislokations in the Case of Extinction Contrast Phys.Stat.Sol.26,1,385-395,1974
![Page 3: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/3.jpg)
Секционные изображения винтовых дислокаций в монокристалла кремния
Секционная топограмма монокристалла кремния с прямолинейной винтовой дислокацией. Ось дислокации (пересекает топограмму) параллельна вектору дифракции [220]. Излучение MoK, толщина кристалла 410мкм, дислокация располагается на половине толщины кристалла по глубине. На топограмме наряду с ярким центральным пятном прямого изображения наблюдается множество интерференционных полос – это маятниковые полосы обусловленные расщеплением листов дисперсионной поверхности в окрестности точного положения Брегга. Изгиб полос вблизи оси
дислокации определяется упругим полем дислокации.
[220]
![Page 4: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/4.jpg)
Примеры прямых изображений дислокаций в секционной топографии
В.Л.Инденбом, В.И.Никитенко, В.И.Половинкина, Э.В.Суворов Исследование формирования изображения прямолинейных дислокаций в условиях экстинкционного контраста Phys. Stat. Sol. (a)26, 1, 1974, p.385-395
![Page 5: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/5.jpg)
Фрагмент топограммы с изображением «макродефекта». Кремний, легированный фосфором до концентрации 7х1019 см-3, излучение MoKα, отражение (440) (И.Л.Шульпина, в печати)
М.Г.Мильвидский, Ю.А.Осипьян, И.А.Смирнова, Э.В.Суворов, Е.В.Шулаков НАБЛЮДЕНИЕ МАКРОДЕФЕКТОВ В КРЕМНИИ МЕТОДАМИ РЕНТГЕНОВСКОЙ ТОПОГРАФИИ Поверхность, 2001, 6, 5-11
![Page 6: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/6.jpg)
До настоящего времени нет полной ясности относительно физической природы прямого изображения.
С одной стороны в области сильных разориентаций решетки вблизи оси дефекта рентгеновский пучок даже при незначительной расходимости будет формировать в интеграле более яркое отражение от этой области дефекта. С другой стороны сильно искаженная область уже не является идеальной решеткой и должна отражать по "кинематическим" законам. Отсюда прямое изображение часто называют кинематическим.
![Page 7: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/7.jpg)
В представленной работе проанализированы закономерности рассеяния рентгеновского излучения в наиболее искаженной области
кристалла – вблизи ядра дислокации, т.е. при формировании прямого изображения.
![Page 8: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/8.jpg)
Функция эффективных разориентаций вблизи ядра дислокаций очень быстро меняется при приближении к оси дислокации, выходит за пределы кривой отражения и локальная область вблизи ядра для падающей рентгеновской волны становится просто поглощающим материалом. Вокруг оси дислокации существует область, в которой рентгеновское волновое поле практически не взаимодействует с кристаллической решеткой.
Возникает «псевдограница», на которой должно происходить рассеяние рентгеновской волны, так же как это происходит в случае ограниченного кристалла (эффект Бормана-Леемана), т.е. образуется отражение, как на зеркальной поверхности, с той лишь разницей, что каждый раз образуются нормальная и аномальная волны даже в том случае если до границы радела доходит только одна аномально проходящая волна. Это явление получило в литературе название межветвевого рассеяния.
![Page 9: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/9.jpg)
2 ( )z x
Hr K u r
2 2
,2 2(1 )( )
x y xyx y arctg
x x y
H
H
K bK u
Дж.Хирт, И.Лоте Теория дислокаций М., Атомиздат 1972 1
Authier A. Dynamical Theory of X-Ray Diffraction. Oxford: Science Publications. 2001
Вид функции локальных разориентаций для краевой и винтовой дислокаций
Краевая дислокация Винтовая дислокация
![Page 10: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/10.jpg)
Рентгеновское волновое поле в ограниченном кристалле
(моделирование)
Borrmann G., Lehmann K. Z.Crystallogr. 1967, V.125, P.234.
И.А.Смирнова, Е.В.Шулаков, Э.В.Суворов Особенности полного внутреннего динамического отражения рентгеновского волнового поля на границе раздела кристалл-вакуум Поверхность. Рентгеню, синхротр. и нейтр. 1996, 7, 32-43
![Page 11: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/11.jpg)
Модель кристалла с цилиндрическим отверстием
для расчета изображения
Диаметр трубки – 1мкм
![Page 12: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/12.jpg)
Модель дефекта располагается параллельно вектору дифракции
![Page 13: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/13.jpg)
Модель дефекта располагается перпендикулярно вектору дифракции и параллельно биссектрисе треугольника рассеяния
![Page 14: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/14.jpg)
Модель дефекта располагается перпендикулярно вектору дифракции
и плоскости рассеяния рассеяния
![Page 15: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/15.jpg)
Таким образом, анализ результатов приведенного выше эксперимента позволяет утверждать, что одним из факторов определяющих образование «прямого изображения» в рентгеновской дифракционной топографии является рассеяние на псевдогранице возникающей в области локальных резориентаций решетки вблизи оси дислокаций, где сильно искаженная область решетки выходит из отражающего положения. Образуется псевдограница разделяющая области идеального кристалла и вышедшей из оражающего положения. Именно эта граница является источником вторичных волн (межветвевое рассеяние) формирующих прямое изображении.
ВЫВОДЫ
![Page 16: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/16.jpg)
• Прямое изображение будет возникать только тогда, когда какая либо локальная область кристаллической решетки выходит из отражающего положения.
• Расходимость первичного пучка приводит к увеличению размеров прямого изображения в направлении вектора дифракции.
• Предложенная модель образования прямого изображения дефектов хорошо согласуется с уже существующим экспериментальным материалом.
![Page 17: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/17.jpg)
Спасибо за внимание
![Page 18: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/18.jpg)
Модель дефекта располагается перпендикулярно вектору дифракции
вдоль биссектрисы треугольника рассеяния
![Page 19: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/20.jpg)
![Page 21: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/21.jpg)
Волновое поле в кристалле с вертикально расположенным отверстием, которое
запонено материалом кристалла вышедшим из отражающего положения
![Page 22: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/22.jpg)
Моделирование дифракционного изображенияS.Takagi, Dynamical Theory of Diffraction Application to Crystals with Any Kind of Small Distortion, Acta Cryst, 15, 1311-1312, (1962)
0 1 1
1 1 0 1
2
2 ( )
i Cz x
i C rz x
D D
D D D
0( ) 2rz x
hklH ,U(r)
dtg
d
2
τ1 1 2 1( , , ) τ ln
4 1 1x y z
bU b b ρ
R.de Wit, Some Relations for Straight Dislocations, Phys.Stat.Sol. 20, 567, 1967
![Page 23: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/23.jpg)
Примеры прямых изображений дислокаций в секционной топографии
В.Л.Инденбом, В.И.Никитенко, В.И.Половинкина, Э.В.Суворов Исследование формирования изображения прямолинейных дислокаций в условиях экстинкционного контраста Phys. Stat. Sol. (a)26, 1, 1974, p.385-395
![Page 24: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/24.jpg)
Здесь - телесный угол, под которым из точки R(x,y,z) видна положительная сторона полуплоскости, границей которой является дислокация; - единичный вектор, определяющий ориентацию дислокации; - вектор, определяющий кратчайшее расстояние от точки поля U до оси дислокации; b – вектор Бюргерса; - коэффициент Пуассона.
2
τ1 1 2 1( , , ) τ ln
4 1 1x y z
bU b b ρ
R.de Wit, Some Relations for Straight Dislocations, Phys.Stat.Sol. 20, 567, 1967
Дж. Хирт, И. Лоте. // Теория дислокаций. М.: Атомиздат, 1972. 598 с.
sin(2 ) 1 2 cos(2 )( ) ln
2 4(1 ) 2 2(1 ) 4(1 )r const
bbU r
![Page 25: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/25.jpg)
![Page 26: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/26.jpg)
В.Л.Инденбом, В.И.Никитенко, Э.В.Суворов, В.М.Каганер Phys.Stat.Sol. (a)46, 1, 1978, p.379-386,
Вклад убывающего (~1/r) упругого поля дислокации в образование изображения
дислокаций в методах секционной топографии
![Page 27: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Московская область,](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56813ae6550346895da3451b/html5/thumbnails/27.jpg)
ИФТТ РАН
Черноголовка, Московская область