Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время очевидна необходимость изучения искажений структуры монокристаллов достаточно крупных размеров. Физические свойства таких кристаллов и параметры изготавливаемых из них приборов, которые широко используются в науке и технике, существенным образом зависят от степени структурного совершенства монокристаллов, характера дефектов, как на их поверхности, так и в объеме. Таким образом, целенаправленно влияя на структурное совершенство, возможно еще в процессе роста и/или различного типа обработки получать монокристаллы с необходимыми физическими свойствами.
Существуют два основных направления в исследовании дефектов в монокристаллах -изучение собственно дефектов и их параметров, и интегрального воздействия совокупности дефектов на кристаллическую решетку. В первом направлении достигнуты большие экспериментальные и теоретические успехи, но, вместе с тем, получаемой в ходе таких исследований информации зачастую недостаточно для решения современных задач. Поэтому в последнее время все более широкое развитие приобретает второе направление. Одними из наиболее развитых в настоящее время перспективных неразрушающих методов изучения структурного совершенства кристаллов являются дифракционные методы с использованием излучений с большой проникающей способностью. Следует отметить, что, несмотря на серьезные успехи, наиболее распространенные рентгеновские дифракционные методы из-за сильного поглощения излучения в веществе позволяют получать информацию главным образом об искажении структуры или очень тонких кристаллов, или только приповерхностных областей объемных кристаллов. Применение дифракционных методов связано с серьезной проблемой - отсутствием строгой общей теории дифракции излучений в реальных монокристаллах и должной экспериментальной проверки различных ее приближений, таких как обобщенная динамическая теория дифракции в кристалле с однородным градиентом деформаций [1] и статистическая динамическая теория дифракции в кристалле с микродефектами [2, 3], что объясняется отсутствием достаточно чувствительных и в то же время универсальных экспериментальных методик, которые позволили бы для образца данной (большей длины эксгинкции) толщины пройти всю область структурного совершенства от идеального
кристалла в динамическом пределе теории дифракции до идеально-мозаичного кристалла в кинематическом приближении.
В 1972 году для исследования структурного совершенства объемных монокристаллов было предложено использовать дифракцию монохроматического гамма-излучения с энергией 100-500 кэВ. Единственным гамма-дифрактометром в России и одним из немногих ныне действующих в мире является гамма-дифрактометр ПИЯФ РАН [4]. В отличие от большинства аналогичных приборов, предназначенных, в основном, для исследования мозаичного распределения в довольно несовершенных кристаллах, гамма-дифрактометр ПИЯФ РАН в существенной мере был ориентирован на исследование механизмов дифракции в объеме как мозаичных, так и высокосовершенных кристаллов. Цель работы.
Экспериментальное исследование процессов дифракции гамма-излучения в монокристаллах, имеющих сложные искажения структуры различной природы; экспериментальная проверка и изучение возможности применения современных теоретических разработок в области динамической рентгеновской дифракции к описанию этих процессов; разработка методик неразрушающего исследования степени структурного совершенства монокристаллов и структур на их основе. Научная и практическая значимость.
С помощью метода гамма-дифрактометрии исследовано структурное совершенство высокосовершенных монокристаллов и систем на их основе. Разработана методика, позволяющая определять градиенты деформаций при наличии несовершенств структуры. Эта методика успешно применена к гетероэпитаксиальным структурам CaiySi(lll). Проведено независимое изучение различных эффектов, приводящих к искажению кристаллической структуры гетеросистем, - образования дислокаций при температурных условиях, применяемых для эпитаксии, упругого изпіба гетеросистемы вследствие нанесения слоя CaF2, процесса дефектообразования в подложке из-за разницы в коэффициентах термического расширения и несоответствия постоянных решетки пленки и подложки. Статистическая динамическая теория дифракции была применена при разработке метода неразрушающего контроля плотности дислокаций в объемных монокристаллах, основанного на измерении интегрального козффициеігта отражения, что позволило избежать необходимости перенормировки статического фактора Дебая-Валлера. Показана возможность определения плотности дислокаций с точностью до
несколько см/см в диапазоне 0-200 см/см .
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались на Совещании "Исследование ВТСП и
проблемы разработки аппаратной базы реактора ПИК" (Гатчина, 1990), Всесоюзном
совещании по физике полупроводников (Кишинев, 1991), Ежегодном собрании
Американской кристаллографической ассоциации (Монреаль, 1995), Международном
симпозігуме по контролю частоты (Гонолулу, 1996), 13-м Симпозиуме по промышленной
кристаллизации (Тулуза, 1996), Симпозігуме по кристаллизации и преципитации
(Хельсинки, 1997).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 15 работ. Список работ приведен в конце
автореферата.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитированной литературы.