Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow ДИФРАКЦИОННЫЙ СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Зеркальное отражение рентгеновских лучей в условиях скользящей дифракции

Изучение явления зеркального отражения (30) рентгеновских лучей при одновременном выполнении условий скользящей дифракции значительно расширило возможности рентгеноструктурного анализа, традиционное развитие которого ограничивалось лишь анализом кривых дифракционного отражения и прохождения в рентгеновской дифрактометрии и анализом кривых зеркального отражения в рентгеновской рефлектометрии.

Главная особенность 30 при одновременном выполнении условий скользящей дифракции заключается в том, что оно дает информацию об ультратонких аморфных и кристаллических пленках на поверхности полупроводниковых монокристаллов, широко используемых в современной микроэлектронике. Эксперименты, основанные только на анализе рентгеновской дифракционной картины, при исследовании тонких приповерхностных слоев недостаточно информативны, а рентгеновская рефлектометрия, хотя и позволяет исследовать достаточно тонкие аморфные поверхностные пленки, совершенно не чувствительна к кристаллической структуре изучаемого объекта. В этой связи метод зеркального отражения рентгеновских лучей при одновременном выполнении условий скользящей дифракции является, образно говоря, “взаимовыгодным симбиозом” рентгеновской дифрактометрии и рефлектометрии, значительно расширяющим информативность рентгеновских исследований.

Впервые скользящая схема дифракции была реализована в случае, когда отражающие атомнокристаллические плоскости составляют приблизительно угол

Брэгга с поверхностью кристалла (см. рис. 11.12), а падающий или дифрагированный пучки распространяются под малым скользящим углом к поверхности, сравнимым с критическим углом полного внешнего отражения.

Такая схема получила название резко асимметричной компланарной дифракции, так как падающая к0, зеркальноотраженная к? и дифрагированная кА волны в вакууме лежат в одной плоскости, а фактор асимметрии отражения значительно отличается от единицы. Обзор основных результатов дан в [23].

В случае резко асимметричной дифракции наблюдается эффект аномального поглощения и уменьшается глубина проникновения излучения в кристалл. Этот эффект позволяет использовать такие схемы для анализа тонких поверхностных слоев толщиной порядка 100 нм. К сожалению, резко асимметричные компланарные схемы обладают тем недостатком, что требуют специальной ориентации поверхности образца и, поэтому их трудно использовать для анализа поверхности.

Схема резкоасимметричной компланарной дифракции

Рис. 11.12. Схема резкоасимметричной компланарной дифракции.

В работе [41] впервые проведено теоретическое рассмотрение принципиально новой схемы дифракции. В этой схеме дифракция рентгеновских лучей происходит на атомных плоскостях, перпендикулярных поверхности (угол скоса по отношению к нормали к поверхности кристалла |/ = 0, т.е. как и в обычном симметричном случае Лауэ), однако, рентгеновское излучение к0 при этом падает под малым скользящим углом (р0 к поверхности и претерпевает зеркальное отражение к$. Дифрагированное излучение в кристалле также распространяется под малым углом к поверхности и в вакууме возникает так называемая “зеркально отраженная дифрагированная волна” к/, [38], образующая некоторый угол выхода <р/, с поверхностью кристалла (рис. 11.13). Эта волна несет информацию о структуре тонкого приповерхностного слоя. Так как падающая, зеркально отраженная и дифрагированная волны в вакууме не лежат в одной плоскости, то такая схема дифракции в скользящей геометрии получила название некомпланарной.

Схема резкоасимметричной некомпланарной дифракции

Рис. 11.13. Схема резкоасимметричной некомпланарной дифракции.

Высокая чувствительность кривых дифракционного отражения в такой схеме для анализа структурного совершенства приповерхностных слоев с толщинами от единиц нанометров и более показана в [38].

Однако, необходимо отметить, что до недавнего времени основное внимание уделялось лишь исследованию влияния зеркального отражения на процесс дифракции и остался совершенно без внимания другой не менее интересный эффект - влияние дифракции на зеркальное отражение. Вместе с тем, как впервые было отмечено в [42], наличие даже очень тонкой аморфной пленки на поверхности монокристалла весьма заметным образом сказывается на поведении интенсивности 30 в зависимости от изменения угла падения рентгеновского пучка по отношению к углу Брэгга.

Влияние толщины аморфной пленки на угловые аномалии в интенсивности зеркального отражения. Угол скольжения ф(угл.мин)

Рис. 11.14. Влияние толщины аморфной пленки на угловые аномалии в интенсивности зеркального отражения. Угол скольжения ф0(угл.мин): а- 20, ?>-40. Толщина пленки ?/(нм): 1 - 1,2-2, 3-3, 4-4, 5-0 (идеальный кристалл). Интенсивность падающего излучения /05имп/с, пленка БЮг, отражение (220), СиАГа-излучение, у = 4°. На вставке показаны КДО при фо = 20 угл.мин [37].

Как показано в [37, 43], зеркальное отражение рентгеновских лучей при одновременном выполнении условий скользящей некомпланарной брэгговской дифракции дает возможность проведения экспрессного неразрушающего анализа сверхтонких (единицы и десятки ангстрем) аморфных и кристаллических поверхностных слоев и даже

отдельных монослоев на поверхности совершенных кристаллов. Взаимодействие излучения с кристаллом при одновременном выполнении условий зеркального отражения и дифракции характеризуется целым рядом замечательных особенностей и открывает новую страницу в рентгеновской кристаллооптике.

Кривые зеркального отражения от многослойной структуры Сг/С в зависимости от угла скольжения

Рис. 11.15. Кривые зеркального отражения от многослойной структуры Сг/С в зависимости от угла скольжения (а) и угла дифракции (А). Толщины слоев ?/[ = 1.5 нм, ?/2 = 3 нм. Число бислоев А/ = 10 — сплошные линии 1, N = 11 - штриховые линии 2. СиКа-излучение, отражение 81(220), у = 3°, угол скольжения на рис. 11.1 сро = 40' [37].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>