Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K

Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K

Использован метод рентгеновской дифракции в стандартной геометрии Вульфа - Брэгга для исследования плотности дефектов в приповерхностных слоях деформированных монокристаллов германия и кремния. Исследования поверхности рентгеновских максимумов в системе подвижного образца и неподвижного детектора по...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Физика и техника высоких давлений
Datum:2003
Hauptverfasser: Надточий, В.А., Жихарев, И.В., Голоденко, Н.Н., Киселев, Н.С.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2003
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167965
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K / В.А. Надточий, И.В. Жихарев, Н.Н. Голоденко, Н.С. Киселев // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 1. — С. 91-95. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-167965
record_format dspace
spelling Надточий, В.А.
Жихарев, И.В.
Голоденко, Н.Н.
Киселев, Н.С.
2020-04-18T07:53:46Z
2020-04-18T07:53:46Z
2003
Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K / В.А. Надточий, И.В. Жихарев, Н.Н. Голоденко, Н.С. Киселев // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 1. — С. 91-95. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
0868-5924
PACS: 71.10.-W
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167965
Использован метод рентгеновской дифракции в стандартной геометрии Вульфа - Брэгга для исследования плотности дефектов в приповерхностных слоях деформированных монокристаллов германия и кремния. Исследования поверхности рентгеновских максимумов в системе подвижного образца и неподвижного детектора показали, что распределения интенсивностей пучков, отраженных от поверхностей деформированных и недеформированных кристаллов, отличаются. По виду кривых распределения интенсивностей в максимуме рентгеновских рефлексов эталонного и исследуемого образцов можно дать качественную оценку увеличения плотности дефектов.
X-ray diffraction method in standard Bragg geometry was used to investigate the density of defects in subsurface layers of deformed Ge and Si single crystals. X-ray maxima distribution was explored in the movable sample and motionless detector system. It was shown that intensity distributions of X-ray beams reflected from the surfaces of deformed and undeformed samples were different. Qualitative estimation of defects density in deformed crystal can be made by examination of X-ray reflexes intensity distributions on deformed and undeformed samples
ru
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
Физика и техника высоких давлений
Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K
Рентгенівське дослідження дефектів структури у приповерхневих шарах монокристалів германію та кремнію, деформованих при 310 К
X-ray investigation of structure defects in subsurface layers of germanium and silicium single crystals deformed at 310 K
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K
spellingShingle Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K
Надточий, В.А.
Жихарев, И.В.
Голоденко, Н.Н.
Киселев, Н.С.
title_short Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K
title_full Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K
title_fullStr Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K
title_full_unstemmed Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K
title_sort рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 k
author Надточий, В.А.
Жихарев, И.В.
Голоденко, Н.Н.
Киселев, Н.С.
author_facet Надточий, В.А.
Жихарев, И.В.
Голоденко, Н.Н.
Киселев, Н.С.
publishDate 2003
language Russian
container_title Физика и техника высоких давлений
publisher Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
format Article
title_alt Рентгенівське дослідження дефектів структури у приповерхневих шарах монокристалів германію та кремнію, деформованих при 310 К
X-ray investigation of structure defects in subsurface layers of germanium and silicium single crystals deformed at 310 K
description Использован метод рентгеновской дифракции в стандартной геометрии Вульфа - Брэгга для исследования плотности дефектов в приповерхностных слоях деформированных монокристаллов германия и кремния. Исследования поверхности рентгеновских максимумов в системе подвижного образца и неподвижного детектора показали, что распределения интенсивностей пучков, отраженных от поверхностей деформированных и недеформированных кристаллов, отличаются. По виду кривых распределения интенсивностей в максимуме рентгеновских рефлексов эталонного и исследуемого образцов можно дать качественную оценку увеличения плотности дефектов. X-ray diffraction method in standard Bragg geometry was used to investigate the density of defects in subsurface layers of deformed Ge and Si single crystals. X-ray maxima distribution was explored in the movable sample and motionless detector system. It was shown that intensity distributions of X-ray beams reflected from the surfaces of deformed and undeformed samples were different. Qualitative estimation of defects density in deformed crystal can be made by examination of X-ray reflexes intensity distributions on deformed and undeformed samples
issn 0868-5924
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167965
citation_txt Рентгеновские исследования дефектов структуры в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния, деформированных при 310 K / В.А. Надточий, И.В. Жихарев, Н.Н. Голоденко, Н.С. Киселев // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 1. — С. 91-95. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT nadtočiiva rentgenovskieissledovaniâdefektovstrukturyvpripoverhnostnyhsloâhmonokristallovgermaniâikremniâdeformirovannyhpri310k
AT žihareviv rentgenovskieissledovaniâdefektovstrukturyvpripoverhnostnyhsloâhmonokristallovgermaniâikremniâdeformirovannyhpri310k
AT golodenkonn rentgenovskieissledovaniâdefektovstrukturyvpripoverhnostnyhsloâhmonokristallovgermaniâikremniâdeformirovannyhpri310k
AT kiselevns rentgenovskieissledovaniâdefektovstrukturyvpripoverhnostnyhsloâhmonokristallovgermaniâikremniâdeformirovannyhpri310k
AT nadtočiiva rentgenívsʹkedoslídžennâdefektívstrukturiupripoverhnevihšarahmonokristalívgermaníûtakremníûdeformovanihpri310k
AT žihareviv rentgenívsʹkedoslídžennâdefektívstrukturiupripoverhnevihšarahmonokristalívgermaníûtakremníûdeformovanihpri310k
AT golodenkonn rentgenívsʹkedoslídžennâdefektívstrukturiupripoverhnevihšarahmonokristalívgermaníûtakremníûdeformovanihpri310k
AT kiselevns rentgenívsʹkedoslídžennâdefektívstrukturiupripoverhnevihšarahmonokristalívgermaníûtakremníûdeformovanihpri310k
AT nadtočiiva xrayinvestigationofstructuredefectsinsubsurfacelayersofgermaniumandsiliciumsinglecrystalsdeformedat310k
AT žihareviv xrayinvestigationofstructuredefectsinsubsurfacelayersofgermaniumandsiliciumsinglecrystalsdeformedat310k
AT golodenkonn xrayinvestigationofstructuredefectsinsubsurfacelayersofgermaniumandsiliciumsinglecrystalsdeformedat310k
AT kiselevns xrayinvestigationofstructuredefectsinsubsurfacelayersofgermaniumandsiliciumsinglecrystalsdeformedat310k
first_indexed 2025-11-25T22:29:26Z
last_indexed 2025-11-25T22:29:26Z
_version_ 1850563754645782528
fulltext Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 91 PACS: 71.10.W В.А. Надточий1, И.В. Жихарев1,2, Н.Н. Голоденко1, Н.С. Киселев1 РЕНТГЕНОВСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ В ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ И КРЕМНИЯ, ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПРИ 310 K 1Славянский государственный педагогический университет 84116, Донецкая обл., г. Славянск, ул. Ген. Батюка, 19 E-mail: slavgpi@slav.dn.ua 2Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины 83114, г. Донецк, ул. Р. Люксембург, 72 Использован метод рентгеновской дифракции в стандартной геометрии Вуль- фаБрэгга для исследования плотности дефектов в приповерхностных слоях дефор- мированных монокристаллов германия и кремния. Исследования поверхности рент- геновских максимумов в системе подвижного образца и неподвижного детектора показали, что распределения интенсивностей пучков, отраженных от поверхностей деформированных и недеформированных кристаллов, отличаются. По виду кривых распределения интенсивностей в максимуме рентгеновских рефлексов эталонного и исследуемого образцов можно дать качественную оценку увеличения плотности дефектов. Рентгеновские исследования приповерхностных слоев монокристаллов и пленочных структур в настоящее время проводятся преимущественно с ис- пользованием двух- и трехкристальной методик [14]. Эти методы основаны на динамической теории рассеяния рентгеновских лучей в кристалле. В рамках представленной работы была оценена возможность применения метода рентгеновской дифракции, основанного на кинематическом рассея- нии, для исследования дефектов в приповерхностных слоях монокристаллов германия и кремния. Использовали монокристаллические германий (ГЭ-45Г3) и кремний (КЭС-0.1). Образцы вырезали в форме прямоугольных призм с размерами ребер 44.510 mm, ориентированных соответственно по направлениям [111], [112] и [110]. Исследуемые образцы были подвергнуты одноосному сжатию в направле- нии [110]. Деформацию осуществляли циклами сжатия-разгрузки при T = 310 K. Максимальное напряжение достигало 400 MPa, время одного цик- ла составляло 2 h, а полное время испытаний  24 h. Одновременно с цикли- ческой деформацией образцы облучали ультразвуком на частоте 22.5 kHz при мощности 5 W. Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 92 Структурные исследования на деформированных образцах проводили оп- тическим и рентгенодифракционным методами. На рис. 1 представлен ме- таллографический снимок образовавшихся дефектов структуры в Ge, выяв- ленный избирательным химическим травлением. Наблюдаются ямки травле- ния дислокационных полупетель (А) или триады ямок (Б), одна из которых в триаде соответствует включению, порождающему дислокационную петлю по механизму, описанному в работе [5]. Кроме того, деформация сопровождает- ся интенсивным образованием кластеров, которые травлением не выявлены. Плотность структурных дефектов существенно неравномерна из-за неодно- родности распределения напряжений: она максимальна у ребер и понижена в средней части боковых поверхностей образца. На основании оптических на- блюдений и электрических измерений было показано [5], что в средней части боковых поверхностей образцов в Ge дислокации зарождаются в приповерх- ностном слое толщиной 5–10 m, а толщина слоя, содержащего дислокации у ребер при указанных выше условиях деформации, может достигать 40–50 m. Для Si глубина зарождения дислокаций на несколько микрометров меньше. Источниками дислокаций являются различного рода концентраторы на- пряжений в виде кислородных включений GeOx или SiOx для Ge и Si соот- ветственно, поверхностные микровыступы, ямки травления на поверхности образцов и др. Специфическая и определяющая роль поверхности в размножении дисло- каций заключается в том, что она, будучи мощным источником и стоком ва- кансий, интенсифицирует процессы переползания (неконсервативного дви- жения) дислокаций – единственно возможного механизма микропластично- сти при низких температурах и напряжениях в кристаллах Ge и Si, обладаю- щих высоким потенциальным рельефом Пайерлса [6]. Рентгеновские исследования по определению относительного увеличения плотности дефектов проводили на дифрактометре ДРОН-3 со специальной монокристаллической приставкой. Сначала были сняты рентгенограммы от- ражений от плоскостей (111) деформированного (исследуемого) и недефор- мированного (эталонного) образцов германия. После этого сравнивали ди- фракционные максимумы на двух рентгенограммах. Разность в интегральной интенсивности оказалась в пределах погрешности измерений. Из теории рас- Рис. 1. Оптический сни- мок боковой грани (111) образца Ge (800). На структуре видны дисло- кационные петли, выхо- дящие на поверхность Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 93 сеяния рентгеновских лучей следует, что при плотности дислокаций порядка 102104 сm2 увеличение интегральной интенсивности стандартными мето- дами рентгеноструктурного анализа обнаружить практически невозможно [7]. Таким образом, можно заключить, что пластическая деформация, кото- рой были подвергнуты образцы, вызвала увеличение плотности дислокаций в среднем по поверхности не более 104 cm2. В гониометрическую приставку поочередно помещали те же образцы, но измерения проводили в системе неподвижного детектора и подвижного об- разца, как показано на рис. 2. Направление падающего излучения ориентиро- валось в интервале углов, близких к углу Брэгга. Рентгенограммы для образ- цов Ge и Si, полученные этим методом, приведены на рис. 3. Кривые распределения интенсивности дифрагированного излучения по углу склонения счетчика могут характеризовать увеличение плотности де- фектов. Из динамической теории рассеяния рентгеновских лучей следует, что ве- личина длины экстинкции, характеризующей глубину проникновения рент- геновских лучей в кристалл при углах склонения, достаточно близких к углу Брэгга, составляет обычно всего несколько микрометров. Таким образом, можно утверждать, что полученные рентгенограммы несут информацию именно о приповерхностном слое образца на толщинах порядка нескольких микрометров. Как видно из рис. 3,б,г, распределения интенсивностей пучков, отражен- ных от поверхностей деформированных кристаллов, имеют более резкие пе- репады. Так, для недеформированного образца германия кривая интенсивно- сти имеет форму плато, а у деформированного образца такого относительно- го равенства интенсивностей уже не наблюдается. Объяснить появление резких спадов в интенсивности волны, отраженной от поверхности деформированного кристалла, можно следующим образом. Присутствие в кристалле разного типа дефектов, как источников некогерент- ного рассеяния, приводит к ослаблению интенсивности отраженной волны в Рис. 2. Схема эксперимента в системе подвижный обра- зец–неподвижный де- тектор. Точками на гранях образца изображены выхо- ды на поверхность кри- сталла дислокационных по- лупетель. Их плотность ве- лика у ребер и понижена в центре граней Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 94 определенных направлениях (см. рис. 2). Таким образом, увеличение плотно- сти дефектов, ослабляющих интенсивность отраженной волны преимущест- венно в одном направлении, приводит к возникновению на полученных рент- генограммах участков с резким спадом интенсивности. По относительному контрасту на такой кривой можно фиксировать сам факт увеличения плотно- сти дефектов, но дать количественную оценку этой величины затруднитель- но. а б в г Рис. 3. Кривые распределения интенсивности отраженного излучения в максимуме рентгеновского пика: a – Ge недеформированный, б – Ge после деформации, в – об- разец Si после деформации, г – тот же образец Si после удаления химическим травле- нием дефектного поверхностного слоя толщиной 100 m. 1. P.J. Halfpenny, G.S. Green, B.K. Tanner, J. Phys. D26, ¹ 4A–C, A65 (1993). 2. A.P. Petracov, N.A. Tikhonov, S.V. Shilov, A.V. Shirokov, Поверхность ¹ 4, 321 (1996). 3. Н.К. Сорокина, Вестник Мордовского университета № 3, 48 (1996). 4. В.А. Сухинин, Л.М. Герт, Д.С. Горный, Заводская лаборатория 49, № 7, 40 (1983). 5. В.А. Надточий, Н.К. Нечволод, Д.Г. Сущенко, ФТВД 11, № 1, 104 (2001). 6. В.П. Алехин, Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов, Наука, Москва (1983). 7. В.И. Иверонов, Г.П. Ревкевич, Теория рассеяния рентгеновских лучей, Московский университет (1972). 8. А.М. Афанасьев, П.А. Александров, Р.М. Имамов, Рентгенодифракционная диагно- стика субмикронных слоев, Наука, Москва (1989). V.A. Nadtochy, I.V. Zhikharev, N.N. Golodenko, N.S. Kiselev X-RAY INVESTIGATION OF STRUCTURE DEFECTS IN SUBSURFACE LAYERS OF GERMANIUM AND SILICIUM SINGLE CRYSTALS DEFORMED AT 310 K X-ray diffraction method in standard Bragg geometry was used to investigate the density of defects in subsurface layers of deformed Ge and Si single crystals. X-ray maxima distribu- tion was explored in the movable sample and motionless detector system. It was shown that intensity distributions of X-ray beams reflected from the surfaces of deformed and unde- formed samples were different. Qualitative estimation of defects density in deformed crystal Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 95 can be made by examination of X-ray reflexes intensity distributions on deformed and unde- formed samples. Fig. 1. Optical microscopy image of lateral face (111) of Ge single crystal (800). Disloca- tions loops coming to surface are seen Fig. 2. Movable sample and motionless detector scheme. The outlets of the dislocations half-loops on crystal faces are shown by the points. The dislocation density is high at the edges and low at centers of the faces Fig. 3. The intensity distributions of reflected radiation in X-ray peak maximum: à  unde- formed Ge; á  Ge after deformation; â  Si after deformation; ã  the same Si single crys- tal after chemical etching of 100 m layer РЕНТГЕНОВСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ �В ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ �И КРЕМНИЯ, ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПРИ 310 K X-RAY INVESTIGATION OF STRUCTURE DEFECTS �IN SUBSURFACE LAYERS OF GERMANIUM �AND SILICIUM SINGLE CRYSTALS DEFORMED AT 310 K

Ähnliche Einträge