SU1141321A1

SU1141321A1 - X-ray spectrometer

Info

Publication number: SU1141321A1
Application number: SU833644803A
Authority: SU
Inventors: Эрнест Константинович Ковьев; Анатолий Вениаминович Миренский; Степан Алексеевич Семилетов; Михаил Иосифович Дейген
Original assignee: Специальное Конструкторское Бюро Института Кристаллографии Им.А.В.Шубникова; Институт кристаллографии им.А.В.Шубникова
Priority date: 1983-07-14
Filing date: 1983-07-14
Publication date: 1985-02-23

Abstract

РЕНТГЕНОВСКИЙ СПЕКТРОМЕТР, содержащий расположенные на общем основании источник излучени , коллиматор , кристалл-монохроматор и кристалл-анализатор , держатель исследуемого кристалла и детектор излучени , вьшолненные с возможностью вращени относительно оси главного гониометра, отличающийс тем, что, с целью расширени функциональных возможностей спектрометра, он снабжен механизмом одновременного поворота источника излучени , кристалла-мойохроматора и коллиматора относительно держател исследуемого кристалла вокруг общей оси, лежащей в горизонтальной плоскости, и детектором зеркального отражени , причем детектор зеркального отражени и обща ось расположены на равном рассто нии от оси главного гониометра, а держатель исследуемого кристалла снабжен механизмом линейного смещени вдоль оси главного гониометра, 4 СОAn X-ray spectrometer containing a common source of radiation, a collimator, a crystal monochromator and an analyzer crystal, a crystal holder and a radiation detector, are rotatably arranged with respect to the axis of the main goniometer, characterized in that, in order to expand the functionality of the spectrometer, it equipped with a mechanism for simultaneous rotation of the radiation source, crystal-moychromator and collimator relative to the holder of the investigated crystal around the common an axis lying in a horizontal plane and a mirror reflection detector, the mirror reflection detector and the common axis being equally spaced from the axis of the main goniometer, and the holder of the crystal under investigation is equipped with a linear displacement mechanism along the axis of the main goniometer, 4 CO

Description

Изобретение относитс к рентгенографии и может быть использовано при создании новой рентгеновской аппара туры дл анализа реальной структуры кристаллов и монокристаллических 5 пленок.The invention relates to X-ray diffraction and can be used to create a new X-ray apparatus for analyzing the actual structure of crystals and single-crystal 5 films.

В современной рентгенографии кристаллов используютс различные дифрактометрические методы.Modern X-ray diffraction of crystals uses various diffractometric methods.

Дл повьпиени точности измерений О и чувствительности к деформации решетки обычно используют трехкристальные спектрометры - приборы, в которых монохроматизаци излучени и его коллимаци осуществл ютс с по- 15 ощью специальных кристаллов.Three-crystal spectrometers — devices in which the monochromatization of radiation and its collimation are carried out with the aid of special crystals — are used to measure the accuracy of O and the sensitivity to lattice deformation.

В насто щее врем созданы трехкристальные спектрометры различных конструкций.At present, three-crystal spectrometers of various designs have been developed.

Известна рентгенооптическа схема 20 овьева или схема с совмещенными ос ми вращени , содержаща источник ентгеновского излучени , исследуемый кристалл, кристалл-монохроматор, елевой коллиматор и механизм, с 25 помощью которого источник излучени и коллиматор линейно смещаютс на определенное рассто ние, при этом кристалл-монохроматор также линейно смещаетс на определенное рассто ние,зо а оси вращени кристалла-монохроматора и исследуемого кристалла пространственно совмещены ll.A known X-ray optical 20 ovian scheme or a scheme with combined axes of rotation, containing an X-ray source, a crystal under investigation, a monochromator crystal, a spruce collimator and a mechanism, with which the radiation source and collimator are linearly displaced, while the monochromator crystal is linearly shifted. also linearly shifted by a certain distance, the zone of rotation of the monochromator crystal and the crystal under study are spatially aligned.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту вл етс рентгеновский спектрометр , содержащий расположенные на общем основании источник излучени , коллиматор, кристалл-монохрома- тор и кристалл-анализатор, держатель исследуемого кристалла и детектор, вьтолненные с возможностью вращени относительно оси главного гониометра и детектор излучени 21.The closest to the invention in its technical essence and the effect achieved is an X-ray spectrometer containing a common source of radiation, a collimator, a crystal monochromator and an analyzer crystal, the holder of the crystal under study and a detector rotatable about the axis of the main goniometer and radiation detector 21.

Недостатком известных устройств вл етс невозможность применени рентгенооптических схем при исследовании дифракции в некомпланарной геометрии, когда векторы падающей 50 волны KQ, дифрагированной волны К„ и обратной решетки Н не лежат в одной плоскости,,что сужает область применени рентгенооптическик методов анализа реальной структуры кристаллов. 55A disadvantage of the known devices is the impossibility of applying X-ray optical schemes in the study of diffraction in non-coplanar geometry, when the vectors of the incident 50 KQ wave, the diffracted Kl wave and the reciprocal lattice H do not lie in the same plane, which narrows the field of application of X-ray optical methods for analyzing the real structure of crystals. 55

Цель изобретени - расширение функциональных возможностей спектрометра .The purpose of the invention is to expand the functionality of the spectrometer.

Поставленна цель достигаетс тем : что рентгеновский спектрометр, содержащий расположенные на общем основании источник излучени , коллиматор , кристалл-монохромато) и кристаланализатор , держатель исследуемого кристалла и детектор излучени , выполненные с возможностью вращени относительно оси главного гониометра, снабжен механизмом одновременного поворота источника излучени , крис-. талла-монохроматора и коллиматора относительно держател исследуемого кристалла вокруг общей оси, лежащей в горизонтальной плоскости, и детектором зеркального отражени , причем детектор зеркального отражени и обща ось расположены на равном рассто нии от оси главного гониометра, а держатель исследуемого кристалла снабжен механизмом линейного смещени вдоль оси главного гониометра.The goal is achieved by the fact that an X-ray spectrometer containing a radiation source located on a common base, a collimator, a crystal-monochromat) and a crystal analyzer, a crystal holder and a radiation detector rotatable about the axis of the main goniometer are equipped with a mechanism for simultaneously rotating the radiation source, cris -. a talon-monochromator and collimator relative to the crystal holder around a common axis lying in a horizontal plane and a mirror reflection detector, the mirror reflection detector and the common axis equally spaced from the axis of the main goniometer, and the holder of the crystal under investigation is equipped with a linear displacement mechanism along the axis the main goniometer.

На фиг.1 представлен предлагаемый спектрометр, общий вид; на фиг.2 то же, продольный разрез; на фиг.3 то же, поперечньш разрез.Figure 1 presents the proposed spectrometer, a General view; 2, the same longitudinal section; Figure 3 is the same cross section.

Рентгеновский спектрометр содержит источник 1 излучени , представл ющий собой рентгеновскую отпа нную трубку БСВ-22, БСВ-24 с системой настрой ки и механизмом поворота трубки относительно оси вращени 0 крис талла-монохроматора 2 с гониометрической головкой.The X-ray spectrometer contains a radiation source 1, which is a BSV-22 XBR discharge tube, BSV-24 with a tuning system and a tube rotation mechanism relative to the axis of rotation 0 of the crystal monochromator 2 with a goniometric head.

Выходна щель 3 коллиматора излучени установлена на механизме 4 одновременного наклона источника 1 излучени и кристалла-монохроматора 2 относительно оси вращени 0. Главныйгониометр 5 установлен на некотором (заданном) рассто нии от оси 0 механизма 4.The output slit 3 of the radiation collimator is mounted on the mechanism 4 of the simultaneous tilting of the radiation source 1 and the monochromator crystal 2 relative to the axis of rotation 0. The main rigger 5 is installed at some (predetermined) distance from the axis 0 of mechanism 4.

На ос х вращени гониометра Oj и 04 установлен исследуемьй кристалл 6 и детектор 7 излучени с кристалланализатором 8. На рассто нии, равном рассто нию между ос ми вращени 0 и Qj, от 0 установлена входна щель 9, за которой расположён детектор 10. Все узлы спектрометра, содержащие механизм наклона источника излучени , главный гониометр 5, входную щель 9 и детектор 10, установлены на общем основании 11.On the axis of rotation of the goniometer Oj and 04, the investigated crystal 6 and the radiation detector 7 with the crystallizer 8 are installed. At a distance equal to the distance between the axes of rotation 0 and Qj, from 0, an entrance slit 9 is installed, behind which the detector 10 is located. All nodes The spectrometer, which contains the mechanism for tilting the radiation source, the main goniometer 5, the entrance slit 9 and the detector 10, are mounted on a common base 11.

Спектрометр работает следующим образом.The spectrometer works as follows.

Кристалл 6 в виде плоскопараллельной пластины устанавливаетс в держа3 теле гониометра 5 таким оибразом что его нормаль к поверхности .парал лельна оси вращени главного гониометра 5, а источник 1 излучени вме те с кристалл-монохррматором 2 и вы ходной щелью 3 коллиматора поворачи ваютс в вертикальной плоскости относительно оси гониометра 5. Положе ни оси 0 и входной щели 9 выбираю такими, чтобы рассто ние 9 Oj и OjO были бы равными с точностью 1 мм. Поскольку углы падени .при зеркальном отражении составл ют малые значени OitjiQitpilO рад-, где Ч, угол падени излучени на поверхность кристалла; бцр - критический угол зеркального отражени , то смещение кристалла в новое положение не превьщюет нескольких сантиметров. Например, при рассто нии 9 0 400 мм и 0кр 3-10 рад (10 угло вых минут) значение 2003 рад 0,6 мм. Таким образом, перемеща линейно кристалл вдоль его нормали к поверхно сти , всегда можно найти такое положение , когда зеркально отраженный луч будет проходить через щель 9 и регистрироватьс детектором 10. 21л Далее, не мен юстировки кристалла , поворотом его вокруг оси 0 можно удовлетворить условию дифракции на системе плоскостей (h, k, t) с вектором обратной решетки Hj,, перпендикул рных поверхности. В зависимости от задач исследовани можно регистрировать как интегральные , так и дифференциальные кривые отражени рентгеновских ЛУ7 чей при ri const. Дл этой цели измен ют угол дифракции относительно :угла Брэгга ci V -0, где оС. - откло ,нение угла падени от угла Брэгга; V - угол падени относительно атомных плоскостей; 9д - брэгговский угол. Второй круг задач св зан с регистрацией кривых зеркального отражени (fj,) при заданном угле брэгговской дифракции ( ОС const) . Предложенный спектрометр позвол ет реализовать метод анализа реальной структуры ультратонких кристаллических слоев и пленок (10-1000 А) и применим дл исследовани широкого класса кристаллов и решени различных технологических задач 6 процессе про изводства полупроводниковых приборов, например диффузионных смол, эпитаксиапьных пленок.A crystal 6 in the form of a plane-parallel plate is installed in the holder of the goniometer 5 in such a way that its normal to the surface is parallel to the axis of rotation of the main goniometer 5, and the radiation source 1 with the crystal monochromator 2 and the output slit 3 of the collimator are rotated in the vertical plane relative to the axis of the goniometer 5. I choose the positions of the axis 0 and the entrance slit 9 so that the distance 9 Oj and OjO would be equal with an accuracy of 1 mm. Since the angles of incidence. Upon specular reflection are small values of OitjiQitpilO rad-, where H, the angle of incidence of the radiation on the surface of the crystal; If bcr is a critical angle of specular reflection, then the shift of the crystal to a new position does not exceed a few centimeters. For example, at a distance of 9 0 400 mm and 0cr 3-10 happy (10 angular minutes), the value of 2003 glad 0.6 mm. Thus, by moving a linear crystal along its normal to the surface, one can always find a position where the specularly reflected beam passes through the slit 9 and is detected by the detector 10. 21l Next, not changing the crystal alignment, turning it around the axis 0 can satisfy the diffraction condition on the system of planes (h, k, t) with the vector of the reciprocal lattice Hj ,, perpendicular to the surface. Depending on the objectives of the study, it is possible to register both integral and differential reflection curves of X-ray LS 7 with ri const. For this purpose, the angle of diffraction is changed relative to: the Bragg angle ci V -0, where оС. - deviation of the angle of incidence from the Bragg angle; V is the angle of incidence relative to atomic planes; 9e - Bragg angle. The second set of tasks is associated with recording the mirror reflection curves (fj,) for a given angle of Bragg diffraction (OS const). The proposed spectrometer makes it possible to implement a method for analyzing the real structure of ultrathin crystalline layers and films (10-1000 A) and is applicable for studying a wide class of crystals and solving various technological problems of the semiconductor devices, such as diffusion resins, epitaxial films.

Фи1.дFi1.d

Claims

X-ray spectrometer containing a radiation source located on a common base, a collimator, a monochromator crystal and an analyzer crystal, a crystal holder and a radiation detector, rotatable relative to the axis of the main goniometer, characterized in that, in order to expand the functionality of the spectrometer , it is equipped with a mechanism for simultaneous rotation of the radiation source, the myochromator crystal, and the collimator relative to the holder of the crystal under study around a common axis, aschey in a horizontal plane, and the detector of specular reflection, and specular reflection detector and a common axis located at equal distances from the main axis of the goniometer and the crystal holder is provided with a mechanism investigated linear displacement along the principal axis of the goniometer.

S-Un 1141321