Способ определения индексов направления дислокаций

Изобретение относится к приборам и методам экспериментальной физики и предназначено для исследования дефектной структуры кристаллов. Технической задачей является определение направлений дислокаций с большим углом отклонения от нормали к плоскости (111). Для таких дислокаций ямки травления на плоскости (111) имеют вид равнобедренного треугольника. В способе определения индексов направлений дислокаций в кристаллах, включающем селективное химическое травление кристалла и исследование ямок травления дислокаций, травление производят в травителе до получения ямок травления размером 0,4-2 мкм, наблюдение ямок травления производят с помощью атомно-силового микроскопа, измеряющего углы наклона граней ямок травления, и по полученным данным рассчитывают индексы направления дислокаций, согласно изобретению, измеряют угол наклона наименьшей грани ямки травления и по формулам:

Z_1,2=3-2х_1,2

где γ - угол отклонения линии дислокации от вертикального направления, β - угол наклона грани при вертикальном направлении дислокации, α - угол наклона наименьшей грани, х_1,2 - корни квадратного уравнения, соответствующие возможным значениям проекции на направление [100], z_1,2 - соответствующие возможным значениям на направление [001], рассчитывают два набора из трех значений (x₁, x₁, z₁) и (x₂, x₂, z₂) и после приведения к целочисленным значениям определяют выбор индексов направления. Технический результат заключается в определении индексов направления дислокаций, влияющих на механические, физические и химические (влияние активных жидких и газовых сред) свойства кристаллов. 2 ил.

 

Изобретение относится к приборам и методам экспериментальной физики и предназначено для исследования дефектной структуры кристаллов.

Известен способ исследования дислокаций в кристаллах, включающий селективное химическое травление кристалла и исследование ямок травления дислокаций, которое производят в травителе до получения ямок травления размером 0,4-2 мкм, наблюдение ямок травления производят с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ), при этом измеряют геометрические параметры (угол наклона граней) ямок травления, по полученным данным строят геометрические модели ямок дислокаций, по наклону пирамид ямок травления рассчитывают направления дислокаций (патент РФ №2645041, МПК H01L 21/66, публ. 2017).

Недостатками этого способа является то, что таким способом можно определять направление дислокаций только с малым углом отклонения оси дислокации от нормали в плоскости скола при том, что форма основания пирамиды имеет вид правильного треугольника на плоскости (111).

Технической задачей является определение направлений дислокаций с большим углом отклонения от нормали к плоскости (111). Для таких дислокаций ямки травления на плоскости (111) имеют вид равнобедренного треугольника.

Техническая задача достигается тем, что в способе определения индексов направлений дислокаций в кристаллах, включающем селективное химическое травление кристалла и исследование ямок травления дислокаций, травление производят в травителе до получения ямок травления размером 0,4-2 мкм, наблюдение ямок травления производят с помощью атомно-силового микроскопа, измеряющего углы наклона граней ямок травления, и по полученным данным рассчитывают индексы направления дислокаций, согласно изобретению, измеряют угол наклона наименьшей грани ямки травления и по формулам:

где γ - угол отклонения линии дислокации от вертикального направления

β - угол наклона грани при вертикальном направлении дислокации

α - угол наклона наименьшей грани

x_1,2 - корни квадратного уравнения, соответствующие возможным значениям проекции на направление [100]

z_1,2, - соответствующие возможным значениям на направление [001].

рассчитывают два набора из трех значений (x₁,x₁,z₁) и (x₂,x₂,z₂) и после приведения к целочисленным значениям определяют выбор индексов направления.

Технический результат заключается в определении индексов направления дислокаций, влияющих на механические, физические и химические (влияние активных жидких и газовых сред) свойства кристаллов.

Сущность изобретения поясняется рисунками.

На фиг. 1 представлен вид ямки травления; на фиг. 2 показан вертикальный срез ямки травления.

Способ заключается в сочетании химического травления с исследованием геометрических параметров ямок травления с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) и последующим расчетом индексов направления линии дислокации, при этом селективное травление производят в травителе до получения ямок травления размером 0,4-2 мкм, наблюдение ямок травления производят с помощью АСМ, измеряющего углы наклона граней ямок травления, и по полученным данным рассчитывают направления дислокаций

Ямка травления имеет форму пирамиды с основанием на плоскости (111) в виде равнобедренного треугольника АСВ (фиг. 1). Отрезок CD - медиана угла ВСА. На фиг. 2 показан вертикальный срез ямки травления, проходящий через линию CD (фиг. 1), вершину ямки травления L и линию дислокации GL, имеющий вид треугольника CDL. Наименьшая грань ABL (рис. 1), а на срезе (рис. 2) отрезок DL образует угол α с плоскостью АСВ (111). Наклон той же грани ABL при вертикальном направлении линии дислокации GK образует угол β (на фиг. 2 это угол между GD и DK). Отклонение линии GL дислокации от вертикального направления GK дислокации составляет угол γ. Связь между углами α, β и γ выражается соотношением:

Определяемое направление линии дислокации обозначим проекциями отрезка GL. Проекция отрезка GL на нормальное направление [111]:

где х - проекция отрезка GL на направление [100],

у - проекция отрезка GL на направление [010],

z - проекция отрезка GL на направление [001].

Скалярное произведение направлений [xyz] и [111] дает выражение

Из симметрии равнобедренного треугольника АСВ основания ямки травления следует предположить равенство двух проекций, например, х=у.

Совместно решая уравнения (2) и (3), получают квадратное уравнение

два корня которого:

Проекция z находится с использованием уравнения (3):

Полученные проекции (x,y,z) нужно округлить до целых значений, умножив на общий множитель и выбрать наиболее приемлемые значения.

Исследования проводились на кристаллах висмута и висмут-сурьма.

Пример 1. Для нормального направления дислокации α=β из уравнения (4) следует, что х=у=1. Из уравнения (6) следует, что z=1. Таким образом определяем направление [111].

Пример 2. Измеренное значение угла наклона грани α=73° для монокристалла висмута, угол β=56.4° соответствует наклону грани DK определенному экспериментально для вертикального направления линии дислокации в монокристалле висмута. Расчет по формуле (5) дает:

x₁=1+0.254=1.254, х₂=1-0.254=0.746.

Из формулы (6) z₁=3-2.508=0.492, z₂=3-1.492=1.508.

Для первого примера проекции (x₁, x₁, z₁)=(1.25, 1.25, 0.49). Умножая на наименьший множитель (здесь 4) до целых чисел, получаем индексы направления [552]. Для второго примера проекции (х₂, х₂, z₂)=(0.75, 0.75, 1.5), откуда после умножения на 4/3 следуют индексы направления [112]. Наименьшие индексы направления дислокаций обычно более предпочтительны, поэтому окончательно [112].

Способ определения индексов направлений дислокаций в кристаллах, включающий селективное химическое травление кристалла и исследование ямок травления дислокаций, травление производят в травителе до получения ямок травления размером 0,4-2 мкм, наблюдение ямок травления производят с помощью атомно-силового микроскопа, измеряющего углы наклона граней ямок травления, и по полученным данным рассчитывают индексы направления дислокаций, отличающийся тем, что измеряют угол наклона наименьшей грани ямки травления и по формулам:

z_1,2=3-2x_1,2,

где γ - угол отклонения линии дислокации от вертикального направления,

β - угол наклона грани при вертикальном направлении дислокации,

α - угол наклона наименьшей грани,

x_1,2 - корни квадратного уравнения, соответствующие возможным значениям проекции на направление [100],

z_1,2 - соответствующие возможным значениям на направление [001],

рассчитывают два набора из трех значений (x₁, x₁, z₁) и (х₂, x₂, z₂) и после приведения к целочисленным значениям определяют набор наименьших индексов направления.