Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ІНСТИТУТ МЕТАЛОФІЗИКИ імені Г. В. КУРДЮМОВА
НАН УКРАЇНИ
УДК 539.261
Ткач
ОКСАНА ОЛЕКСАНДРІВНА
БАГАТОХВИЛЬОВЕ АНОМАЛЬНЕ ПРОХОДЖЕННЯ
РЕНТГЕНІВСЬКИХ ПРОМЕНІВ
В ОДНОМІРНОДЕФОРМОВАНИХ
КРИСТАЛАХ СПОЛУК АВ
Спеціальність 01.04.07 - фізика твердого тіла
Автореферат
дисертацiї на здобуття наукового ступеня
кандидата фiзико-математичних наук
Київ –
Дисертацiєю є рукопис.
Роботу виконано на кафедрi фiзики твердого тiла Чернівецького
національного університету імені Юрія Федьковича.
Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор
Фодчук Ігор Михайлович
Чернівецький національний університет
професор кафедри фізики твердого тіла
Офiцiйнi опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор
Прокопенко Ігор Васильович
Інститут фізики напівпровідників
НАН України, м. Київ,
заступник директора
доктор фізико-математичних наук,
старший науковий співробітник,
Кисловський Євген Миколайович
Інститут металофізики імені Г.В. Курдюмова
НАН України, м. Київ,
завідувач лабораторії
Провідна організація: Інститут фізики НАН України, м. Київ.
Захист відбудеться “”жовтня 2002 р. о 15-iй годинi на засiданнi спеціалізованої вченої ради Д 26.168.02 при Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України (03680, МСП, Київ-142, бул. Академіка Вернадського, 36, тел. 444 - 10 –).
З дисертацією можна ознайомитися в бiблiотецi Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України.
Автореферат розісланий “”вересня 2002р."
Вчений секретар
спецiалiзованої вченої Ради,
кандидат фізико-математичних наук Т.Л. Сизова
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми полягає у викладеному нижче.
Одночасна дифракція рентгенівських променів від декількох по-різному орієнтованих кристалографічних площин призводить до збільшення кількості дифрагованих хвиль і тому супроводжується, як правило, якісними та кількісними змінами в процесах дифракції. Порівняно з двохвильовою дифракцією багатохвильова суттєво збагачена дифракційними ефектами та особливостями, основними з яких є багатохвильовий ефект Бормана, обхідне збудження заборонених структурою або поляризацією відбивань (ефект Ренінгера), перерозподіл інтенсивності між дифрагованими пучками на дозволених відбиваннях (просвітлення та сумісне проявлення просвітлення та підсилення), багатохвильові маятникові осциляції та інші. Тому рентгенівські методи, що грунтуються на ефектах багатохвильової дифракції відкривають нові можливості дослідження структури реальних кристалів та добре доповнюють відомі двохвильові методи. Водночас дослідження багатохвильового розсіяння рентгенівських променів у спотворених бінарних кристалах дозволяє пояснити фізичні процеси, що відбуваються при дифракції рентгенівського випромінювання в реальних кристалах, що не мають центра симетрії.
Необхідно підкреслити, що використання аналітичних методів для аналізу багатохвильового розсіяння в реальних кристалах є досить складним, оскільки основні рівняння динамічної теорії в багатохвильовому наближенні не піддаються аналітичному розв’язку, тому необхідно використовувати методи чисельного моделювання процесів динамічного розсіяння на сучасних швидкодіючих ЕОМ.
Отже, дослідження впливу одновимірних деформаційних полів на багатохвильові дифракційні ефекти в бінарних кристалах є актуальними та важливими, оскільки дають змогу розширити рамки існуючої динамічної теорії нелінійних явищ при розсіянні рентгенівських променів на спотвореннях кристалічної гратки. Комплексне використання методів аналітичного та чисельного моделювання процесів динамічного розсіяння рентгенівських променів дозволяє отримувати більш повну інформацію про характер розподілу та величину спотворень кристалічної гратки, а також описати фізичні процеси, що відбуваються при багатохвильовій дифракції рентгенівського випромінювання у нецентросиметричних кристалах.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами забезпечено тим, що дослідження, результати яких представлені в дисертації, виконані у відповідності до програми наукової тематики кафедри фізики твердого тіла Чернівецького національного університету “Дво- та багатохвильова рентгенівська дифрактометрія надтонких шарів та наноструктур” № 14-88 від 12.12.2000р. та в рамках проекту Державного Фонду фундаментальних досліджень Міністерства України у справах науки і технологій “Розробка рентгенодифракційних методів та дослідження структури реальних кристалів” (проект ДФФД України 2.4/551).
Мета роботи: встановлення механізмів та особливостей впливу одновимірних деформаційних полів на багатохвильові дифракційні процеси розсіяння рентгенівських променів в бінарних кристалах з граткою сфалериту.
Для досягнення поставленої мети за допомогою чисельного розв’язку системи диференційних рівнянь Такагі вирішувались наступні задачі:
1. Дослідження впливу одновимірного схованого під поверхнею деформованого шару на ефекти обхідного збудження, аномального проходження та модальної взаємодії для, , , трихвильових -дифракцій за Лауе.
2. Визначення впливу одновимірних деформацій на процеси розсіяння та ефекти підсилення аномального проходження рентгенівського випромінювання у випадку чотирихвильових,–дифракцій у кристалах InP та GaAs.
. Виявлення особливостей розсіяння рентгенівських променів у випадку шестихвильової -дифракції в бінарних кристалах, що містять одновимірне поле деформацій у приповерхневому шарі.
Наукова новизна одержаних результатів
1. Вперше показано, що присутність у кристалах з граткою сфалериту одновимірних деформацій, орієнтованих певним чином в площині багатохвильових векторів дифракції, призводить до суттєвої перебудови багатохвильових областей розсіяння, а також появи осциляційної залежності інтегральних коефіцієнтів проходження від величини деформації схованого під поверхнею шару, ступеня його розмитості та глибини знаходження.
2. Вперше встановлено, що підсилення інтенсивності багатохвильового аномального проходження залежить від глибини локалізації деформованого шару. Найбільші зміни в розподілах інтенсивності багатохвильового розсіяння спостерігаються у випадку локалізації поверхневого шару на половині екстинкційної товщини, а також у випадку орієнтації вектора зміщень атомних площин паралельно до об’єднуючого трихвильового відбивання. Більш чутливішою до даного типу деформації (прихованого деформованого шару), є сполука з більшою різницею атомних номерів - InP.
Показано, що виявлені зміни в процесах багатохвильового розсіяння можуть бути використані для визначення не тільки напрямку максимального згину атомних площин, але й глибини його знаходження.
3. Встановлено механізми значного посилення ефекту багатохвильового аномального проходження для ряду три-, чотири-, шестихвильових дифракцій. Виявлено значне посилення багатохвильової області розсіяння як для окремих дифрагованих хвиль, так і одночасне для всіх хвиль. Відзначено, що такого роду процеси обумовлені різними механізмами взаємодії між дифрагованими хвилями –обміном інтенсивністю між хвилями та резонансним підсиленням внаслідок інтерференційного перемішування слабко- і сильнопоглинених хвильових полів.
4. Показано, що для - дифракції ефект модального підсилення, як ефект простої суперпозиції двохвильових дифракцій, характерної для ідеального кристалу, в бінарних кристалах, що містять схований під поверхнею деформований шар, не спостерігається. Зміна фазових співвідношень між дифрагованими хвилями приводить як до послаблення так і посилення ефекту аномального проходження в заломленій хвилі або одній із дифрагованих хвиль, внаслідок цього і порушується умова модального підсилення багатохвильової області в заломленій хвилі.
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що розроблений алгоритм і методика моделювання процесів багатохвильового розсіяння в приповерхневих шарах нецентросиметричних кристалів, що зазнали зовнішніх впливів, значно підвищує експресність, інформативність і ефективність рентгенівських топографічних і дифрактометричних методів.
Отримані результати досліджень впливу одновимірних деформацій та їх комбінацій на багатохвильове розсіяння рентгенівських променів можуть бути використані як для створення нових методів структурної діагностики кристалічних матеріалів з граткою сфалериту, так і для побудови загальної теорії розсіяння рентгенівських променів реальними кристалами.
Матеріал дисертації також може бути використаний у спецкурсах з фізики твердого тіла, рентгеноструктурного аналізу та комп’ютерного моделювання фізичних процесів.
Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 17 наукових робіт, з яких 7 –у фахових виданнях і 10 - доповіді у матеріалах міжнародних конференцій. Список публікацій наведено у кінці автореферату.
Особистий внесок дисертанта.
Дослiдження, представленi в дисертацiї, є результатом самостiйної роботи автора. Дисертанткою розроблено алгоритми та відповідне програмне забезпечення для дослідження впливу одновимірних деформацій на багатохвильові процеси розсіяння рентгенівських променів [1-12]; виконано всі числові розрахунки на ЕОМ [1-12].
Брала участь у постановці задач і обговоренні результатів усіх опублікованих робіт.
Апробацiя роботи. Результати дослiджень, що становлять основу дисертацiї, доповiдались i обговорювались на таких конференцiях і нарадах:
Структура i об'єм дисертацiї. Дисертацiя складається iз вступу, п’яти роздiлiв, висновків, списку лiтератури з 162 джерел. Виклад зроблено на 170 сторiнках друкованого тексту, що мiстять 49 рисунків i 5 таблиць.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовується актуальність дисертаційної роботи та її зв’язок з науковими програмами та темами досліджень, які виконуються в Чернівецькому національному університеті, сформульовані мета і основні задачі роботи, її наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, наведені дані про апробацію роботи.
У першому розділі, що є оглядом літератури по темі дисертації, викладені основні положення динамічної теорії розсіяння рентгенівських променів в ідеальних та реальних кристалах. Проводиться детальний аналіз публікацій, які присвячені теоретичному і експериментальному дослідженню особливостей багатохвильового розсіяння рентгенівських променів в ідеальних та реальних кристалах, використанню багатохвильових ефектів для вивчення структури реальних кристалів.
У другому розділі на основі чисельного розв´язку системи диференційних рівнянь Такагі проведено дослідження впливу одновимірного поля деформацій (розміщеного на певній глибині під поверхнею кристалу деформованого шару, експоненційного згину атомних площин) на, , , трихвильові за Лауе дифракції - випромінювання в бінарних кристалах АВ (GaAs, InP) при .
Проведено короткий аналіз різних перерізів дисперсійної поверхні (ДП), розподілів інтерференційних коефіцієнтів поглинання (ІКП) та степеней збудження (СЗ) хвильових мод для ряду сполук АВ. Відзначається, що для бінарних сполук в області багатохвильової дифракції степені збудження хвильових мод, для яких характерні малі значення інтерференційних коефіцієнтів поглинання, не рівні нулю і для них, як і для коефіцієнтів поглинання, характерна асиметрія в розподілах при кутовому відхиленні паралельно або перпендикулярно вектору об’єднуючого відбивання.
Зсув атомів у прихованому деформованому шарі задавався двома параметрами: глибиною залягання L та його розмиттям b і описується півперіодом синусоїдальної функції. За межами такого шару деформація дорівнює нулю. Дана модель близька за характером товщинної залежності деформації до деформаційного поля, що може виникати при іонній імплантації, в перехідних областях багатошарових гомо- та гетероструктур, надграткових системах. Аналізувалися топографічні зображення розподілів інтенсивностей .. у трихвильових областях, товщинні розподіли інтенсивностей…, а також залежності відносних інтегральних (по багатохвильовій області розсіяння) коефіцієнтів проходження щодо ідеального кристала від величини параметра деформації Р -….
Особлива увага приділялася залежностям , оскільки вони дають можливість одержати кількісні характеристики впливу прихованого деформованого шару на багатохвильове розсіяння рентгенівських променів.
Для дослідження вибиралась така товщина кристалів, щоб ефект підсилення інтенсивності аномального проходження у трихвильовій області дифракції чітко проявлявся і були ще помітними двохвильові області дифракції, тобто t=20 ( - коефіцієнт фотоелектричного поглинання). В окремих випадках проведені дослідження коли t=40 і 60.
Дифракція . Для кристалів зі структурою сфалериту рефлекс 200 вже не є строго забороненим і його структурний фактор тим більший, чим більше . Для складових GaAs характерна мала різниця у значеннях , тому таке відбивання називають квазізабороненим. З усіх розглянутих бінарних сполук для InP Z найбільше. Відповідні перерізи ДП для GaAs і Ge близькі за формою, проте кількісні значення ІКП поглинання суттєво відрізняються. Це зумовлює різне за ступенем пригнічення інтенсивності багатохвильового ефекту аномального проходження.
Для ідеальних бінарних кристалів найбільш інтенсивною є трихвильова область InP. Це обумовлено тим, що інтерференційні мінімальні двох- і трихвильові коефіцієнти поглинання стосовно фотоелектричного коефіцієнта поглинання для InP найменші, у порівнянні з іншими сполуками АВ: , для ( ) дифракції CuК-випромінювання в InР, тоді як для GaAs , . Водночас, для InP відношення дорівнює 0,248, а для GaAs - 0,175, що свідчить про більш слабке виявлення аномального багатохвильового проходження (подвійного ефекту Бормана) на двохвильовому фоні в кристалах із великим Z.
Важливо, що в InP об’єднуюче відбивання (200) має структурний фактор у 7,5 разів більший, ніж у GaAs. Для ідеальних кристалів підсилення трихвильового аномального проходження сильніше виражене в заломленій хвилі GaAs і в дифрагованих хвилях InP.
У випадку схованого під поверхнею деформованого шару залежності носять осциляційний характер, причому, чим більше розмиття деформованого шару, тим більша частота осциляцій інтегрального коефіцієнта . При товщині шару осциляції інтенсивності зникають і залежності стають монотонними. Осцилюючий характер зумовлений тим, що атомні зміщення в деформованому шарі призводять до фазової зміни (як правило, неоднакової) в слабко- і сильнопоглинених хвильових модах, що інтерферують у кристалі. Цей зсув залежить тільки від величини деформації, глибини локалізації шару та його розмиття, і не залежить від типу кристалу, оскільки кількість осциляцій у тому самому діапазоні деформацій однакова як для GaAs, так і для InР. Встановлено, що підсилення інтенсивності багатохвильового аномального проходження залежить від глибини локалізації деформованого шару. Чутливішим до даного типу деформації, є InP, тобто сполука з більшою різницею .
У випадку локалізації шару на глибині L=0.5Lext максимально підсилюється трихвильова область дифрагованої хвилі. На такій глибині розсіяння рентгенівських хвиль стає динамічним і, можливо, відбувається перекачування інтенсивності з двохвильових областей в трихвильову та її резонансне перерозсіяння внаслідок перемішування слабо- і сильнопоглинутих мод.
Важливу роль відіграє орієнтація вектора по відношенню до векторів дифракції У випадку спостерігається підсилення інтенсивності багатохвильового аномального проходження (до 20-30% в InP), а також асиметрія в розподілі інтенсивності, яка із ростом величини деформації періодично змінює свій напрямок, збігаючись то з однією двохвильовою лінією, то з другою. Це і свідчить про перекачування інтенсивності з двохвильових областей в трихвильову і навпаки, через пряму взаємодію дифрагованих хвиль.
У випадку симетрія розподілу інтенсивності трихвильових областей в дифрагованих хвилях щодо напрямку =0 зберігається, водночас істотно трансформуються самі багатохвильові області. Чітко проявляється ефект обхідного збудження в GaAs.
Для конфігурації дисперсійна поверхня містить точку виродження, і, відповідно, трихвильові та двохвильові мінімальні коефіцієнти поглинання рівні . Усі відмінності між GaAs і InP для даної конфігурації зумовлені відмінностями у значеннях коефіцієнтів поглинання, оскільки перерізи дисперсійних поверхонь і степеней збудження вздовж напрямку (220) практично однакові. Трихвильові дифракції в GaAs і InP подібні за характером розподілів інтенсивності в трихвильовій області дифракції. Це пов’язано з тим, що рефлекси типу (220) мають близькі значення структурних факторів - 174,22 і 182,36 і, відповідно, дійсні частини коефіцієнтів Фур’є поляризуємості для кожної сполуки. У випадку розміщення деформованого шару на незначній глибині залежності практично не відрізняються для GaAs і InP . При основні зміни відбуваються через еквівалентний обмін інтенсивністю між дифрагованими хвилями, при - з ростом потужності шару спостерігається синхронне аперіодичне подавлення аномального проходження. Максимальне підсилення дифрагованої хвилі (220) при збільшується з ростом товщини порушеного шару і становить ~5% при b=0.1 мкм і ~55 % при b=1 мкм.
Значні відмінності з’являються у розподілах при локалізації шару на більших глибинах, наприклад, при L=0.5Lext. Причому ці відмінності стосуються лише дифрагованих хвиль. Як і у попередніх випадках, кількість осциляцій на залежностях (Р) дифрагованих хвиль залежить лише від товщини порушеного шару.
Для InP при максимальне підсилення інтенсивності дифрагованих хвиль (220) і ( становить ~60 % для всіх товщин деформованого шару (рис.1), а для GaAs досягає ~80 % при b=0.1 мкм і поступово зменшується із зростанням товщини деформованого шару. При цьому, періодично - то хвиля (220) має більшу інтегральну інтенсивність, то хвиля (). Трихвильова область для обох дифрагованих хвиль підсилена і має форму плями, витягнутої паралельно до зв'язуючого відбивання (202) (рис.1).
Локалізація деформованого шару на екстинкційній глибині при зумовлює подальшу неодинакову трансформацію осциляційної структури залежностей для дифрагованих хвиль із значно меншим їх підсиленням ( на 5-10%).
e0)
Для даної конфігурації багатохвильова область у деформованому кристалі не є простим накладанням двохвильових ліній, а є результатом інтерференційної взаємодії слабкопоглинених хвильових полів. Тут добре проявляються два конкуруючі ефекти: маятникові осциляції слабопоглинених хвильових полів та ефект Бормана. Порушення фазових співвідношень між хвилями у випадку схованого під поверхнею
e1)
(1)
(2)
Рис.1. () дифракція в InP у випадку cхованого деформованого-шару на глибині L=0.5Lext, , t=20. a) залежність Rm(P)
б) розподіли інтенсивності при значеннях Р: 210-3 (1) та 4.410-3 (2).
шару приводить як до пригнічення ефекту аномального проходження, так і до порушення умови модального посилення багатохвильової області заломленої хвилі.
Дифракція () є найбільше чутливою до одновимірних деформацій атомних площин. Трихвильові топографічні розподіли інтенсивності для конфігурацій () і в InP є фактично еквівалентними, оскільки значення структурних факторів InP для (111) і (220) відбивань мало різняться- 174,22 і 182,36.
В залежності від напрямку згину атомних площин пряма взаємодія між дифрагованими хвилями зумовлює певний характер перерозподілу інтенсивності між ними із збереженням або порушенням відповідної симетрії багатохвильової області.
На відміну від GaAs для InP степені збудження слабопоглинаючого поля біля точного положення дифракції вже в ідеальному кристалі не рівні нулю, тому багатохвильові розподіли в заломленій та дифрагованій хвилях для GаAs і InP помітно відрізняються. Для GaAs загальний вигляд багатохвильової області на фоні двохвильового рефлексу залишається майже таким, як і в Ge, хвильові моди з малим коефіцієнтом поглинання є незначними за ступенем збудження, тому трихвильові області слабко виділяються на фоні двохвильових ліній.
Як і в попередніх випадках дифракції, тут також спостерігається осциляційний характер залежностей . Частота осциляцій інтенсивності збільшується зі збільшенням товщини шару b та глибини його залягання.
У випадку знаходження деформованого шару на глибині L=0.5Lext. при на залежностях спостерігається почергове періодичне підсилення інтенсивностей дифрагованих хвиль (30% для GaAs і 60% для InP) і періодично синхронне майже повне подавлення аномального проходження в усіх трьох хвилях.
При L=Lext для на осциляціях залежності має місце деякий фазовий зсув між дифрагованими хвилями, зокрема на Р=0,910-3 для GaAs і на Р=0,3410-2 для InP. Для GaAs інтегральна інтенсивність трихвильової області дифрагованих хвиль підсилюється слабше: до 10% при розмитті шару на b=0,1 мкм і до 25% при b=1 мкм і майже повністю подавлюється багатохвильове аномальне проходження в мінімумах залежності .
Дифракція ). Ця дифракція цікава тим, що представляє собою різносторонній трикутник, складений з векторів дифракції, причому об’єднуюче відбивання заборонене структурою алмазу. Загальний вигляд перерізів ДП, ІКП, СЗ для GaAs та InP дещо різні. Наприклад, ІКП і СЗ є асиметричними і досить сильно різняться за величиною - майже в три рази. Для InP хвильових мод з ненульовим ступенем збудження, більше, ніж для GaAs. На розподілах інтенсивності в багатохвильовій області для InP спостерігається більш виражена пелюсткова структура об’єднуючого відбивання і асиметрія в розподілі інтенсивності вздовж двохвильових рефлексів. Ця структура багатохвильової облвсті і зазнає основних змін при наявності під поверхнею деформованого шару. Значного посилення багатохвильового аномального проходження і його повного пригнічення, а також значних трасформацій областей багатохвильового розсіяння не спостерігається.
У третьому розділі дисертації розглянуто вплив одномірних деформацій на чотирихвильові (220,400,) і () дифракції. Для першої конфігурації характерно підсилення ефекту аномального проходження в ідеальному кристалі. Проведені на основі чисельного рішення системи рівнянь дослідження впливу локалізованого на різній глибині деформованого шару на чотирихвильове аномальне проходження в бінарних кристалах показали, що при певних орієнтаціях вектора по відношенню до відбувається суттєве посилення ефекту чотирихвильового аномального проходження рентгенівських променів в заломленій або в дифрагованих хвилях (рис.2).
Для чотирихвильової () дифракції встановлено, що при багатохвильова область є дуже чутливою до параметрів деформованого шару. Спостерігається значне синхронне підсилення практично усіх хвиль, особливо (). Величина підсилення інтенсивності багатохвильової області залежить як від глибини локалізації деформованого шару, так і від його розмиття. У випадку L=0.5Lext коефіцієнт R()(P) збільшується в 3.3 рази при b=0.2 мкм для InP, в 6.4 рази для GaAs при b=1 мкм. Дещо менші значення підсилення () хвилі у випадку L=Lext - у 2.7 і 3.8 разів, відповідно.
З топографічних розподілів інтенсивності слідує, що при L=0.5Lext значне підсилення чотирихвильової області відбувається за рахунок різкого зменшення інтенсивності двохвильових ліній. В InP інтегральна інтенсивність збільшується внаслідок розширення чотирихвильової області, а в GaAs - внаслідок її локального підсилення. У випадку L=Lext для GaAs посилена чотирихвильова область () витягується вздовж лінії (), в той час як двохвильові лінії досить помітно послаблюються. В InP чотирихвильова область дифрагованої хвилі () дуже розширюється і форма розподілу інтенсивності стає подібною до розподілу в заломленій хвилі ідеального кристалу. Це відбувається за рахунок того, що практично зникає двохвильова лінія () і сильно послаблюється двохвильова () лінія. Значне посилення () хвилі у випадку зумовлено послабленням двохвильових ліній в GaAs та ліній (),() в InP.
e0)
e1)
Рис.2. Чотирихвильова дифракція у випадку схованого деформованого шару, локалізованого на глибині 0.5Lext, , t=20. а) GaAs, б) InP.
Виходячи з отриманих результатів, можна стверджувати, що багатохвильова область найчутливіша до тих напрямків вектора атомних зміщень, які паралельні до вектора дифракції відбивання з найменшим структурним фактором.
В четвертому розділі дисертації розглянуто вплив одномірних деформацій на аномальне проходження у випадку шестихвильової дифракції (), яка має дві моди, коефіцієнт поглинання яких наближається до нуля. Біля точного положення шестихвильової дифракції для InP спостерігається асиметрія в розподілі степеней збудження і те, що більшість із них відмінна від нуля. При у товстому досконалому кристалі ці хвильові поля зберігаються, а решта порівняно швидко пригнічуються. Крім того, у напрямку вздовж лінії (044) коефіцієнти поглинання згаданих двох мод збільшуються досить повільно при відхиленні від точної умови дифракції.
Дослідження впливу на аномальне шестихвильове проходження деформованого шару, розмитого та схованого під поверхнею на різній глибині L для кристалів GaAs та InP показали, що характерним для цього типу деформації є відсутність зміщення шестихвильової області по відношенню до точного положення дифракції при різних орієнтаціях . Спільною рисою для розглянутих напрямків є перекидання інтенсивності із заломленої та (220) хвиль у (044) та (242).
У випадку розмиття приповерхневого деформованого шару від поверхні із збільшенням глибини його залягання L на залежностях для InP та GaAs, які є майже однаковими, спостерігається не одинакове осциляційне подавлення аномального проходження всіх хвиль (найбільше для (044) і (242) хвиль) і їх же підсилення для другої осциляції (найбільше для цих же хвиль – до 25% для GaAs і до 10% для InP). При чому, збільшення товщини деформованого шару на порядок (з b=0.1 мкм до b=1 мкм) кількість різноамплітудних осциляцій цих же хвиль – (до 25%) зростає в стільки ж разів.
У випадку розміщення приповерхневого шару на глибині L=0.5Lext, як і в попередньому випадку принципової різниці між залежностями для GaAs та InP не має, за винятком величини підсилення (044), (242), () хвиль. Найбільше підсилена (044) хвиля – на порядок (b=0.1 мкм) для GaAs та в п’ять разів для InP. Спостерігається повне подавлення заломленої та () хвиль. Відповідно, значні трансформації багатохвильових областей спостерігаються на цих рефлексах.
У випадку локалізації приповерхневого шару на L=Lext різниці між залежностями для GaAs та InP порівняно з попереднім випадком не має, за винятком величини підсилення (044) хвилі (максимальне посилення до 7 разів для GaAs і 2.5 разів для InP), відповідно для (242) хвилі - у два рази, і на 50% для () хвилі.
Із збільшенням розмиття шару кількість осциляцій також пропорційно зростає. Цікаво, що в цьому випадку уже в більшій мірі проявляється різниця в залежностях для GaAs та InP. Якщо для GaAs найбільше підсилена тільки (044) хвиля, то для InP (044) та (242) хвилі, що якраз і пов’язано з особливостями та різницею в розподілах інтерференційних коефіцієнтів поглинання та ступені збудження хвильових полів вздовж лінії (044) для даних сполук.
Спільною рисою для розглянутих напрямків орієнтації вектора є наявність різних механізмів взаємодії між дифрагованими хвилями – резонансне підсилення внаслідок згину атомних площин та перекидання інтенсивності між хвилями.
Загальні результати і висновки роботи
За допомогою чисельного розв’язку системи диференційних рівнянь Такагі встановлено фізичні механізми та особливості впливу одновимірних деформаційних полів на багатохвильові дифракційні процеси розсіяння рентгенівських променів в бінарних кристалах з граткою сфалериту. Показано високі інформативність та чутливість до параметрів деформованих поверхневих шарів методів багатохвильової дифрактометрії. З аналізу одержаних результатів слідують наступні висновки:
1. На основі досліджень (), (), (), (), () та () дифракцій Лауе для кристалів GaAs та InP, що містять схований під поверхнею деформований шар, вперше встановлено, що:
- Присутність у кристалах з граткою сфалериту одновимірних деформацій, орієнтованих певним чином в площині багатохвильових векторів дифракції, призводить до суттєвої перебудови багатохвильових областей розсіяння, значного посилення ефекту багатохвильового аномального проходження, а також появи осциляційної залежності інтегральних коефіцієнтів проходження від величини деформації схованого під поверхнею деформованого шару, ступеня його розмитості та глибини знаходження.
- Найбільші зміни в розподілах інтенсивності багатохвильового розсіяння спостерігаються у випадку локалізації поверхневого шару на половині екстинкційної товщини, а також у випадку орієнтації вектора зміщень атомних площин паралельно до об’єднуючого трихвильового відбивання. Більш чутливішою до даного типу деформації (прихованого деформованого шару), є сполука з більшою різницею атомних номерів - InP.
2. Для (220,) - дифракції ефект модального підсилення, як ефект простої суперпозиції двохвильових дифракцій, характерної для ідеального кристалу, в бінарних кристалах, що містять схований під поверхнею деформований шар, не спостерігається. Зміна фазових співвідношень між дифрагованими хвилями приводить як до послаблення так і посилення ефекту аномального проходження в заломленій хвилі або одній із дифрагованих хвиль, внаслідок чого порушується умова модального підсилення багатохвильової області в заломленій хвилі.
3. Виявлені ефекти пов’язуються із відповідним перерізом дисперсійної поверхні, степенями збудження хвильових мод і асиметрією в розподілі коефіцієнтів поглинання. Встановлено, що точка збудження, мігруючи по дисперсійній поверхні, в залежності від її кривизни, з різною швидкістю проходить багатохвильові області, перемішує хвильові моди з різними фазовими співвідношеннями, що і обумовлює різні по характеру трансформації багатохвильових областей розсіяння.
Основні результати роботи опубліковані у працях.
Ткач О.О. Багатохвильове аномальне проходження рентгенівських променів в одновимірнодеформованих кристалах сполук А3В5.- Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07-фізика твердого тіла.- Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича, Чернівці, 2002.
За допомогою чисельного розв’язку системи диференційних рівнянь Такагі встановлено, що одновимірні деформації у вигляді схованого під поверхнею шару в кристалах з граткою сфалериту призводять до суттєвих змін розподілу інтенсивності в багатохвильових областях розсіяння та осциляційної залежності інтегральних коефіцієнтів проходження від величини деформації.
Найбільші зміни в розподілах інтенсивності багатохвильового розсіяння спостерігаються при локалізації деформованого шару на 1/2 екстинкційної товщини і орієнтації вектора зміщень атомних площин паралельно до об’єднуючого вектора дифракції трихвильового відбивання. Чутливішою до такої деформації є сполука з більшою різницею атомних номерів.
Значне посилення ефекту багатохвильового аномального проходження для ряду три-, чотири-, шестихвильових дифракцій пов’язується з відповідними перерізами дисперсійної поверхні, степенями збудження хвильових мод і асиметрією розподілу коефіцієнтів поглинання. Точки збудження, мігруючи по дисперсійній поверхні, в залежності від її кривизни проходять багатохвильові області з різною швидкістю, перемішують хвильові моди з різними фазовими співвідношеннями, що приводить до трансформацій багатохвильових областей розсіяння.
Показано високі інформативність та чутливість методів багатохвильової дифрактометрії до параметрів деформованих поверхневих шарів.
Ключові слова: рентгенівське випромінювання, дво- і багатохвильова дифракція, аномальне проходження, одновимірні деформації.
Ткач О.А. Многоволновое аномальное прохождение рентгеновских лучей в одномернодеформированных кристаллах соединений А3В5. - Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07-физика твердого тела. - Черновицкий национальный университет, Черновцы, 2002.
На основе исследования ,,(220,), , (220,400,), () и () дифракций Лауе для кристаллов GaAs и InP, которые содержат скрытый под поверхностью деформированный слой, установлено, что:
- наличие в кристаллах с решеткой сфалерита одномерных деформаций, ориентированных определенным образом в плоскости векторов многоволновой дифракции, приводит к существенной перестройке многоволновых областей рассеяния, а также появлению осцилляционной зависимости интегральных коэффициентов прохождения от величины деформации скрытого под поверхностью слоя, степени его размытости и глубины нахождения.
- усиление интенсивности трехволнового аномального прохождения зависит от глубины локализации деформированного слоя. Наибольшие изменения в распределениях интенсивности многоволнового рассеяния наблюдаются в случае локализации деформированного слоя на половине экстинкционной толщины, а также в случае ориентации вектора смещений атомных плоскостей параллельно к вектору дифракции связующего трехволнового отражения. Более чувствительным к данному типу деформации (скрытый деформированный слой) является соединение с большей разницей атомных номеров - InP.
Обнаружено значительное усиление эффекта многоволнового аномального прохождения для ряда трех-, четыре-, шестиволновых дифракций в случае одномерного изгиба атомных плоскостей кристалла.
Обнаруженные эффекты связываются с соответствующими сечениями дисперсионных поверхностей, степенями возбуждения волновых мод и асимметрией распределения коэффициентов поглощения. Точки возбуждения, мигрируя по дисперсионной поверхности, в зависимости от ее кривизны, проходят многоволновые области с разной скоростью, перемешивают волновые моды с разными фазовыми соотношениями. Это обуславливает различные механизмы взаимодействия между дифрагированными волнами – обмен интенсивностью между волнами и резонансное усиление вследствие интерференционного перемешивания слабо- и сильнопоглощенных волновых мод, что приводит к разным по характеру трансформациям многоволновых областей рассеяния.
Таким образом, с помощью численного решения системы дифференциальных уравнений Такаги, установлены физические механизмы и особенности одномерных деформационных полей на многоволновые дифракционные процессы рассеяния рентгеновских лучей в бинарных кристаллах с решеткой сфалерита.
Показано, что методы многоволновой дифрактометрии высоко информативны и чувствительны к параметрам деформированных приповерхностных слоев.
Ключевые слова: рентгеновское излучение, двух- и многоволновая дифракция, аномальное прохождение, одномерные деформации
Tkach O.O. Multiple x-ray anomalous transmission in in crystals of А3В5compounds with one-dimensional strains. - Manuscript.
Thesis for a high scientific degree by speciality 01.04.07 - solid state physics. - Chernivtsi national university, Chernivtsi, 2002.
Using numerical solution of system of differential Takagi equations it is determined that one-dimensional strain in the form of layer hidden under surface in the crystals with blende lattice caused essential changes of the intensity distribution in multiple regions of X-ray scattering and the oscillating dependence of integral reflecting coefficients on strain value.
The largest changes of intensity distributions of multiple scattering were observed at the localization of strain layer on the one half of extinction depth and when vector of atomic plain displacements was orientated parallel to diffraction vector of coupling three-beam reflection. The compound with the largest difference of atom numbers was the most sensive to such strain.
The considerable enhancement of multiple anomalous x-ray transmission for series of three-, four- and six-beam diffraction is conditioned by respective crossing of dispersion surface, relative excitations of wave modes and asymmetry of absorption coefficients. The excitation points migratory on dispersion surface in dependence on its curvature pass through multiple regions with various rates and intermix the wave modes with various phase ratios. It results in various transformations of multiple scattering areas.
It is shown high descriptiveness and sensitivity of methods of multiple x-ray diffraction to the parameters of strain subsurface layer.
Key words: x-ray radiation, two- and multibeam diffraction, anomalous transmission, one-dimensional strains.