Рентгеновская дифракционная микроскопия

Методы рентгеновской топографии

Основные характеристики методов рентгеновской топографии

Общие сведения. Среди неразрушающих методов исследования реальной структуры кристаллов особое место занимает рентгеновская топография (РТ), или рентгеновская дифракционная микроскопия (РДМ), — совокупность методов получения изображений дефектов в кристаллах при помощи дифракции рентгеновских лучей. Во всех известных методах РДМ рентгеновский пучок, излучаемый источником S, направляют на кристалл С так, чтобы для всего кристалла или его части выполнялось условие Вульфа — Брэгга.

Возникающие при этом дифрагированные пучки (иногда и прошедший пучок) регистрируются на фотопластинку Р (так называемая рентгеновская топограмма) [1—3].

Возможность исследования больших по толщине (—10 мм) и площади (—10 мм²) непрозрачных для оптического диапазона длин волн монокристаллов и изделий из них, высокая чувствительность к несовершенствам кристаллической решетки, позволяющая изучать границы блоков, микротрещины, дислокации, доменные границы, сегрегации примесей, обусловили широкое применение методов рентгеновской микроскопии в различных областях науки и техники [1—3].

В числе возможностей рентгеновской топографии — определение типа и пространственного расположения дислокаций в объеме кристалла по трансмиссионным топограммам, получаемым с двух взаимно перпендикулярных проекций. Наряду с дислокациями можно наблюдать дефекты упаковки, двойниковые границы, слои роста, обусловленные неоднородным распределением примесей в процессе выращивания кристалла, скопления точечных дефектов. Анализ погасаний контраста при отражении от плоскостей разных типов дает возможность устанавливать характер искажений кристаллической решетки.

Методами рентгеновской топографии можно изучать не только монокристаллы, но и изделия из них (например, монокристаллы с нанесенной на них топологией, микросхемы) на различных стадиях технологического процесса.

В последнее время топографические методы стали широко применяться для исследования доменной структуры ферромагнетиков и сегнетоэлектриков. Вместе с тем рентгеновской топографии, как и другим рентгенографическим методам, присущ определенный недостаток, а именно большие времязатраты, необходимые для получения топограмм: в зависимости от метода исследования, параметров аппаратуры и характеристик образца они могут составлять от одного часа до десятков и даже сотен часов. В связи с этим использование столь длительных методов исследования в условиях лабораторий и особенно промышленного производства ограничено. Повысить экспрессность методов можно двумя путями:

• • повышением мощности источников рентгеновского излучения;
• • использованием высокочувствительных устройств регистрации изображения и его непосредственной визуализации.

Другим существенным ограничением методов рентгеновской топографии является невысокое пространственное разрешение, составляющее величину порядка 1—5 мкм.

Физические основы рентгеновской дифракционной топографии

впервые были сформулированы В. Бергом в 1931 г. [1, 2].

Суть идеи Берга состоит в следующем. Рассмотрим точечный источник белого излучения. Каждая точка дифракционного пятна соответствует только одной точке на поверхности монокристалла (рис. 2.1). В случае если кристалл состоит из участков, имеющих различную отражательную способность (связанную с ориентацией этих участков или с измененным коэффициентом отражения), на детекторе выявится контраст этих участков.

Рис. 2.1. Идея топографии по Бергу

Позднее идея Берга была развита в работах С. Баррета, Дж. Ньюкирка, Л. Шульца и др. Появилось множество рентгенооптичеких геометрий, реализованных в разнообразных методах ретгеновской топографии. Далее кратко рассмотрим некоторые методы РДМ, получившие наибольшее распространение в практике физического материаловедения.