Классификация типов контраста

Механизмы формирования контраста

.

Дифракция рентгеновской волны в искаженном дефектами кристалле рассматривается в различных приближениях кинематической и динамической теорий рассеяния рентгеновских лучей. В обоих случаях влияние искажений решетки на дифракцию описывается параметром (s) локального отклонения отражающих плоскостей решетки от точного брэгговского положения:

где 0 — угол Брэгга; первое слагаемое учитывает локальное изменение 5d межплоскостного рассеяния d для отражающих атомных плоскостей; 59 — локальный угол поворота решетки.

Интенсивности дифрагированного и прошедшего пучков на поверхности выхода из кристалла определяются значениями этого параметра в объеме кристалла, где происходит дифракция рентгеновских волн. Таким образом, распределение интенсивности этих пучков отображает отклонения строения кристаллической решетки от идеального и является в определенном смысле изображением полей искажений решетки, создаваемых дефектами, на топограмме.

Три типа контраста.

В зависимости от механизма формирования различают три типа контраста на рентгеновских топограммах [8]:

• • адсорбционный контраст возникает вследствие разных коэффициентов поглощения различных участков образца;
• • ориентационный контраст определяется степенью соответствия локальной ориентировки различных участков образца условиям, при которых в заданном спектральном интервале часть падающего на образец излучения может отразиться в соответствии с законом Брэгга. Изменение отраженной интенсивности от одной точки образца к другой характеризует величину разориентировок кристаллической решетки. Повышение чувствительности при ориентационном контрасте может быть достигнуто путем улучшения коллимации пучка характеристического рентгеновского излучения или в результате его монохроматизации;

• экстинкционный контраст обусловлен локальными изменениями степени совершенства кристалла. Коэффициент отражения используемой кристаллографической плоскости (следовательно, и интенсивность дифракции) может находиться в интервале между двумя предельными случаями, соответствующими «идеально совершенному» и «идеально несовершенному» кристаллам [4, 8].

В рентгеновской топографии основными параметрами эксперимента являются диапазон длин волн рентгеновского излучения 8А., степень коллимации падающего пучка 8а и отношение L/1, где L — расстояние от источника излучения до образца, I — расстояние от образца до поверхности фоторегистрирующего слоя. Сказанное можно продемонстрировать на следующем примере [8]. Предположим, что образец состоит из трех частей (рис. 2.3, а): достаточно совершенной матрицы С и двух островков А и В, причем отражающая способность островка А больше отражающей способности матрицы (R_A > R_c), островок В имеет одинаковую отражающую способность с матрицей (R_B = R_c). Предположим также, что единичные векторы, перпендикулярные выбранной системе отражающих плоскостей, будут п_д, п_в, п_с и островок, А имеет одинаковую ориентацию с матрицей, т. е. (п_Л л п_с) = 0, а островок В разориентирован на угол, а по отношению к матрице (п_й л п_с) = а.

Рассмотрим топограммы, получаемые от такого гипотетического образца. Топограммы могут сниматься на просвет, если образец имеет небольшую толщину и достаточно прозрачен (такие топограммы называются трансмиссионными), или на отражение в геометрии Брэгга.

Допустим, что используется полихроматическое излучение, т. е. 8Х > О, и фотографическая пленка располагается в непосредственной близости от образца. В этом случае можно полагать, что условия брэгговского отражения будут выполняться для всего образца, а островок, А будет выделяться большим контрастом за счет большей отражающей способности, островок В при этом виден не будет. Однако, если изменять расстояние между образцом и фотопластинкой, контраст от области В станет заметен: угол дифракции для этой области отличается от угла дифракции для матрицы С, и, следовательно, изображение участка В будет смещаться на топограмме при изменении расстояния I. Таким образом, в рассмотренном примере островок А представляет экстинкционный контраст, а островок В — ориентационный.

Теперь предположим, что используется характеристическое излучение, т. е. 5А. ~ 0. Приведем матрицу С в отражающее положение для падающей длины волны. Наряду с матрицей в отражающем положении окажется и область А, однако область В (в отличие от примера, рассмотренного выше) не будет удовлетворять условию Брэгга. Следовательно, участок образца, А будет иметь, как и прежде, повышенный контраст, в то время как участок В вообще не будет давать отражение. Соответствующими поворотами можно вывести участок В в отражающее положение, но отражение от матрицы С и островка, А при этом исчезнет, поэтому контраст будет иметь только островок В. Очевидно, что характер контраста в приведенном примере не зависит от расстояния I.