Способ определения ориентации кристаллографических осей

 

Использование: измерение кристаллографических свойств, параметров кристаллических веществ. Сущность изобретения: на плоскую полированную поверхность кристалла направляют пучок линейно поляризованного когерентного излучения, вращают кристалл вокруг оси, перпендикулярной к его облучаемой поверхности регистрируют интенсивность второй гармоники, по изменению которой судят об углах ориентации кристаллографических осей.

Изобретение относится к измерениям кристаллографических свойств, параметров кристаллических веществ. Известен способ определения ориентации кристаллографических осей по дифракции и рассеянию рентгеновских лучей, электронов и нейтронов. Однако способ трудоемок, и для его реализации требуется сложная дорогостоящая специализированная аппаратура. Известен также способ ориентации кристаллографических осей методом анизотропного травления. Однако он имеет крайне низкую точность и является разрушающим. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является оптический (или поляризационный) способ определения абсолютного расположения осей в кристалле по явлениям, наблюдаемым в сходящемся поляризованном свете. Способ применим только для прозрачных в видимом свете и только для двупреломляющих кристаллов (т. е. кристаллов низшей и средней категорий), причем для кристаллов, принадлежащих к средней категории, -одноосных невозможно получить полную информацию о расположении осей. Целью изобретения является расширение типов исследуемых кристаллов. Возможны два способа измерений; в первом получение ВГ регистрируют под углом зеркального отражения от поверхности кристалла схема на отражение, во втором регистрируют ВГ в направлении распространения лазерного излучения схема на просвет. Излучение лазера поляризуют либо в плоскости падения (p-поляризация), либо перпендикулярно ей (S-поляризация). Фиксируют также либо p, либо s компоненту интенсивности ВГ, т.е. по поляризации возможны четыре варианта; s-s; s-p; p-s; p-p, где первый символ указывает направление поляризации падающего лазерного излучения, второй какая компонента поляризации ВГ регистрировалась. Ограничение на поляризации обусловлено тем, что для этих выделенных поляризаций формулы теоретического расчета интенсивности ВГ от угла поворота кристалла сильно упрощаются. Исследуемый кристалл вращают вокруг оси, проходящей через точку падения зондирующего луча нормально к поверхности кристалла, на полный оборот. Угол поворота кристалла Ψ Для определения ориентации осей регистрируют зависимость интенсивности ВГ (для определенной поляризационной схемы) от угла поворота кристалла (в дальнейшем поляризационно-угловая зависимость). Сущность изобретения состоит в том, что интенсивность сигнала ВГ (величина и вид поляризационно-угловой зависимости) определяется: геометрией эксперимента (углом падения α и тем, какая схема: на просвет или на отражение используется); оптическими константами образца (показателями преломления на основной частоте и на частоте ВГ n₁w и n₂w соответственно); углами Θ и ϕ которые определяют нормаль к поверхности кристалла относительно кристаллографических осей, угол Θ азимутальный, а Ψ аксиальный. Нормаль и плоскости среза имеют проекции: sinΘ, cosϕ;sin ϕ, cosΘ. Эти же проекции суть индексы Миллера с той разницей, что индексы Миллера задаются целыми числами. Полученную поляризационно-угловую зависимость сравнивают с набором модельных зависимостей, набор для разных углов Θи ϕ для данного кристаллического класса, полученных по известным формулам расчетом на ЭВМ, и подбирают наиболее близкую по виду. Способ осуществляется следующим образом. Промышленные пластины арсенида галлия (полупроводниковый кристалл класса 43m), имеющие плоскопараллельные, поляризованные поверхности, облучались импульсным лазерным излучением. Использовался Y AIG: Nd-лазер, длина волны λ 1,06 мкм, работающий с частотой 25 Гц, длительность импульсов 20 нс, энергия в импульсе 10^-2-10^-3 Дж, излучение поляризовано перпендикулярно плоскости падения (угол падения α= 45^о). Регистрировалась компонента интенсивности "прошедшей" ВГ, поляризованная в плоскости падения. Известно, что по технологическим причинам (при использовании метода газофазной эпитаксии) пластины GaAs вырезаются из слитка с некоторой разориентацией от направления <100>, где <100> обозначение проекции нормали к поверхности кристалла по Миллеру (индексы Миллера). Для плоскости (100) Θ= 90^о, ϕ=0^о. Для любых конкретных углов разориентации и можно привести расчет зависимости l₂nw(ν). Поскольку аналитический вид зависимости l₂w(Θ,ϕ,ν) крайне громоздок, мы использовали ЭВМ для расчета. l₂w ν чисто тригонометрическая функция от угла ν, и удобно сравнивать экспериментальные графики с расчетными, сопоставляя Фурье-компоненты экспериментального графика с набором Фурье-компонент расчетных зависимостей.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИИ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ ОСЕЙ относительно плоской поверхности кристалла, заключающийся в том, что на плоскую полированную поверхность кристалла направляют пучок линейного поляризованного излучения, регистрируют интенсивность излучения, провзаимодействовавшего с кристаллом, вращают кристалл и по изменению интенсивности судят об углах ориентации кристаллографических осей, отличающийся тем, что, с целью расширения типов исследуемых кристаллов, направляют на поверхность кристалла когерентное излучение, вращают кристалл вокруг оси, перпендикулярной к его облучаемой поверхности, и регистрируют интенсивность второй гармоники.