Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что характеристики кристаллических материалов и приборов, создаваемых на их основе, в значительной мере определяются совершенством кристаллической структуры. Поэтому структурная диагностика реальных кристаллов является актуальной задачей физики твердого тела.
В настоящее время основной объем информации о дефектах кристаллической решетки получен с помощью дифракционных методов, физическую основу которых составляет рассеяние коротковолновых излучений кристаллической реиеткой. Наряду с прямыми дифракционными методами наблюдения дефектов (электронная микроскопия, рентгеновская топография и др.) широкое распространение получили интегральные методы структурной диагностики. Их отличительной особенностью является возможность получения информации об усредненных по облучаемому объему характеристиках дефектных структур, в значительной мере определяющих макроскопические свойства твердых тел. Источником информации при атом служит угловое положение и форма интерфе-ренционногомаксимума или пространственное распределение интенсивности дифрагированного пучка. При дифракции на достаточно совершенных кристаллах важным отруктурно-чувствительньм параметром ' является интегральная отражающая способность (ИОС) кристалла.
В последние годы достигнут значительный прогресс в понимании механизмов дифракционного взаимодействия излучений с невдеальной кристаллической решеткой. Однако процесс создания общей теории рассеяния на реальных кристаллах еще не эаверщен. В настоящее время разработан ряд подходов, позволяющих более или менее адекватно описивйть процесс дифракции на кристаллах с искажениями различно-
го типа. Позтому значительный интерес представляет проверка основных результатов имеющихся вариантов динамической теории и определения границ применимости полученных выражений.
Цель работы состояла в экспериментальном изучении закономерностей динамической дифракции РЛ на кристаллах кремния с объемными или поверхностными искажениями структуры, а также проверке выражений для ИОС реального динамически рассеивающего кристалла. Кроме того, решалась задача раэвитил дифрактометрических методов определения интегральных характеристик дефектов.
Исследования проводились при варьировании степени структурного совершенства исследуемых кристаллов и уровня поглощения РЛ.
Научная новизна определяется совокупностью результатов, сформулированных в заключении диссертационной работы и приведенных в конце автореферата.
Основные, сущеотвенно новые результаты состоят в следующем:
-
Экспериментально показано, что в случае тонких (К=уиі/^І, JU - нормальный коэффициент поглощения, і - толщина кристалла, ^= » cosBa »&в ~ у1,0^1 Брэгга) динамически рассеивающих кристаллов величина обусловленного диффузным рассеянием РЛ на дефектах относительного прироста ИОС, по сравнению с идеальным образцом, возрас- ' тает с увеличением порядка огражения. Это обстоятельство может быть использовано для увеличения чувствительности дифрактометрических методов. В безднслокационных кристаллах кремния изучены ростовые искажения структуры, которые не выявяяются топографическим методом Ланга.
-
Показано, что используя рефлексы разных порядков от систем кристаллографически неэквивалентных плоскостей, можно выборочно установить доминирующий тип деформационных полей для фиксированных кристаллографических направлений и оценить степень анизотропии искажений решетки.
-
Выявлены условия перехода от динамического к кинематическому режиму дифракции РЛ на кристаллах Si , содержащих ростовые дислокации. Для рефлексов разных порядков найдены значения критической плотности дислокаций, при которой происходит подавление динамических эффектов рассеяния. Определены границы применимости выражений динамической теории дифракции для дислокационных кристаллов.
-
Экспериментально установлено, что эффект аномального прохождения некогерентно рассеянных волн оказывает существенное влияние
на процесс рассеяния РЛ диолокационными кристаллами в области промежуточных ilxh *?Ю) и больших (h »'Ю) толщин.
5, Показано, что декорирование ростовых дислокаций примесными
атомами путем диффузионного отжига может приводить как к увеличе
нию, так и к уменьшению НОС кристалла, что может восприниматься
при расчетах как оффективное изменение плотности дислокаций.
6. Установлено существенное влияние упругих напряжений кристал
лической матрицы, возникающих в процессе механической обработки
поверхности кристалла, на комплекс дифракционных параметров,
Научная и практическая омачимость работы. Полученные результаты развивают представления о влиянии кскаяений кристаллической структуры на интегральные характеристики динамической дифракции РЛ,
Значительный интерес представляют результаты экспериментальной проверки выражений для ИОС реального кристалла и определение границ их применимости.
Обоснованы критерии оптимизации условий дифрактометрического анализа, позволяющие расширить функциональные возможности методов структурной диагносгикн. Разработанные методы определения интегральных характеристик дефектных структур, Боэникающих в процессе роста кристаллов и различных физических воздействий (термообработка, механическая обработка поверхности), представляют интерес для совершенствования технологии выращивания и обработки кристаллических- материалов.
Методы контроля структурного совершенства монокристалличес-кого кремния переданы для использования в условиях производства на НПО "Кристалл" (г.Киев) и "Родон" (г.Ивано-Франковск). Полученные результаты используются в Институте физики полупроводников АН Украины и в Институте металлофизики АН Украины. Результаты диссертационной работы могут быть также использованы в Институте физики твердого тела АН России, Московском государственном универ-ситете им, М.В.Ломонооова', на НПО "Интеграл" (Беларусь).
На защиту выносятся следующие положения;
1.При лауэ-дифракции в условиях слабого поглоцепия РЛ величина относительного прироста интегральной отражающей способности реального кристалла, по отнопенио к совершенному, существенно увеличивается с ростом величины вектора дифракции, что позволяет повысить чувствительность интегральных методов структурной диагностики.
2. При дифракции РЛ в режиме эффекта Бормана существенное
влияние на величину интегральной отражающей способности кристалла
с распределенными в объеме ростовыми дислокациями оказывает эффект
аномального прохождения некогеренгно рассеянных волн.
3, В кристаллах с ростовыми дислокациями величина статическо
го фактора Дебая-Валлвра может как увеличиваться, так и уменьшать
ся, в эаписимости от степени насыщения дислокаций примесными ато
мами.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были приведены в докладах на I Республиканской конференции "Динамическое рассеяние рентгеновских лучей искаженными кристаллами" (Киев ,1984), на 5 Мевдународной конференции "Свойства и структура дислоиаций в полупроводниках" (Москва, 1986), на 2 Совещании по всесоюзной межвузовской програкме "Рентген" (Черновцы, 1987), на 4 Всесоюзной конференции "Когерентное взаимодействие излучений с веществом" (Юрмала, 1988), на 12 Европейском кристаллографическом конгрессе (Москва, 1989), на 3 Совещании по всесоюзной MejKBV30BCKOH комплексной ітоогшмме "Рентген" (Чешовцы, 1989), на 3 Всесоюзной конференции по физике и технологии полупроводни-ковых пленок (Ивано-Франковск 1990) на 2-й конферешии по дина-мическощ рассеянию рентгеновских отчей в кристаллах с динамическими и статическими искажениями (Кацивели, 1990), а также обсуждались на научных семинарах Института полупроводников АН Украины.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ, а аакже получено о авторских хвидетельства. .писок ксновных публикаций представлен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из Бведения, шести глав, заключения, включающего основные результаты и выводы, списка литературы из 151 наименования и приложения.. Общий объем диссертации - 217 страниц машинописного текста, включал 40 рисунков к 10 таблиц.