SU1226210A1 - Устройство дл исследовани совершенства структуры монокристаллических слоев - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к аппаратуре дл  анализа тонких монокристаллических слоев методом возбуждени  вторичной эмиссии исследуемого сло  в услови х дифракции рентгеновского излучени . Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона и повышение точности исследовани . В устройстве реализована трехкристальна  схема рентгеновского спектрометра, первый и второй кристаллы-монохро- маторы которого установлены на парал- лельных направл ющих и вынесены за пределы вакуумного объема камеры дл  исследовани . Анализатор знергии электронов, детектор злектронов и детектор рентгеновского излучени  расположены внутри вакуумного объема камеры. Такое расположение детектора рентгеновского излучени  и применение параллельных направл ющих позволило избежать кольцевых окон в вакуумной камере и при использовании в качестве детектора рентгеновского излучени  полупроводникового кремний- литиевого детектора обеспечить регистрацию флуоресценции от легких, средних и т желых элементов с высокой эффективностью. 2 ил. Q to с ь | |

Description

Изобретение относитс  к аппарату дл  анализа тонких монокристаллических слоев методом возбуждени  вториной эмиссии из исследуемого сло  с помощью рентгеновского излучени  и предназначено дл  измерени  в услови х дифракции рентгеновских лучей, интенсивности выхода вторичной эмиссии (электронов, флуоресценции) как функции энергии эмитируемых частиц и угла поворота исследуемого кристалла , а также угловой зависимости интенсивности рентгеновского отражени  от указанного кристалла и определени  на основе анализа полу- ченных данных профил  распределени  структурных нарушений по глубине поверхностного сло  исследуемого кристалла.

Целью изобретени   вл етс  рас- ширение диапазона и повышение точности исследовани .

Б предлагаемом устройстве реализована трехкристальна  схема рентгеновской дифракции, ч го позвол ет формировать пучок рентгеновского из лучени , падающий на исследуемый кристалл, с угловой расходимостью в плоскости падени  в пределах 0,1- 0,04 усл.с и спектральным разрешени ем А. При этом первый и второй кристаплы-монохроматоры установлены на параллельных направл ющих и вынесены за пределы вакуумног объема камеры, в котором расположе- ны исследуемый кристалл, анализатор энергии электронов, детектор электронов , детектор рентгеновского излучени  в положени х, необходимых дл  регистрации эмитируемых элек- троновj дифрагированного и флуоресцентного рентгеновского излучени 

от исследуемого кристалла. I

Такое расположение детектора ренгеновского излучени  и применение параллельных направл ющих в двух- кристалльном монохроматоре позвол ет избежать применени  кольцевых окон в вакуумной камере и обеспечить при использовании в качестве детектора рентгеновского излучени  полупроводникового кремн1й- литиевого детектора регистрацию фтгуоресценции от легких, средних и т желых элементов с высокой ин- тенсивностью счета, а также избежат применени  устройств независимого углового поворота указанного детек102

гора относительно оси поворота кристалла-анализатора и устройства ввода перемещений в вакуумный объем камеры дл  управлени  указанным устройством углового поворота.

На фиг. 1 дана рентгенооптичес- ка  схема устройства; на фиг. 2 - конструкци  устройства.

В состав предлагаемого устройства вход т устройство 1 формировани  рентгеновского пучка, измерителное 2 и загрузочно-шлюзовое 3 устройства .

Устройство 1 формировани  рентгеновского пучка содержит источник 4 рентгеновского излучени , колли- маторные щелевые диаграфмы 5 и 6,, крист.аплы-монохроматоры 7 и 8, установленные на держател х кристаллов гониометров 9 и 10, позвол ющих производить грубую и плавную установки держател  кристалла соответственно в широком и узком угловых интервалах с последующей фиксацией в заданных положени х, а также производить возвратно-поступательные и наклонные перемещени  держател  кристалла.

Кроме того, устройство 1 формировани  рентгеновского пучка содержит детекторы П и 2 рентгеновского излучени , щелевые диафрагмы 13 и 4з снабженные соответственно устройствами 15 и 16 возвратно-поступательны перемещений относительно входных поверхностей указанных детекторов 11 и 12.

Детекторы 11 и 12 снабжены устройствами: 17 и 18 независимого поворота относительно осей поворота соответственно 0(, и О 2 5 совпадающих с ос ми Of и Og поворотов кристаллов 7 и 8, Источник 4, коллиматорна  щелева  диафрагма 3, ограничивающа  пучок от указанного источника, гониометр 9 первого кристалла-монохромато ра 7 установлены на пр молинейной направл ющей 19 с осью , а гониометр 10 второго кристалла-моно- хроматора 8р коллиматорна  щелева  диафрагма, ограничивающа  пучок, дифрагированный кристаллом 8., установлены на пр молинейной направл ющей 20 с осью ,. выставленной параллельно направл ющей 19.

Дл  перемещени  источника 4,, кол- лиматорны5с щелевьгх диафрагм 5 и 6 парашлельно или перпендикул рно ос м соответстЕ13тощих направл юп1;их служат

устройства 21-23 перемещений соответственно , а дл  перемещени  гониометров 9 и 10 вдоль направл ющих 19 и 20 служат, соответственно устройства 24 и 25 перемещений.

Устройство 1 благодар  устройств 26 перемещени  может перемещатьс  в направлении, перпендикул рном направлению распространени  рентгеновского пучка.

Измерительное устройство 2 представл ет собой вакуумную камеру 27, в центре которой расположен кристалл-анализатор 28, установленный на держателе гониометра 29.

Держатель гониометра 29 кинематически жестко св зан с установочной платформой 30, на которой установ- лены анализатор 31 энергий электронов с детектором 32 электронов. Оп- тическа  ось анализатора 31 проходит через центр вращен-и  кристалла-анализатора 28. В направлении распространени  дифрагированного рентгеновского излучени  расположен детектор 33 р ёнтеновского излучени , закрепленный на установочной платформе 30 Детектор 33 располагаетс  так, чтобы перекрьшать сектор, минимальное значение которого составл ет около АО

Кроме того, устройство содержит входное 34 и выходное 35 окна дл  рентгеновского излучени , выполненные плоскими, диаметром не более 20 мм.

Дл  управлени  гониометром 29 камера 27 снабжена устройством 36 ввода перемещений, а дл  настройки спектрометра предусмотрен детектор 37 рентгеновского излучени  с щеле- вой диафрагмой 38, котора  благодар  устройству 39 перемещени  может смещатьс  вдоль входной поверхности детектора 37.i.

Окна 34 и 35, ось вращени  крис- талла-анализатора 28 и детектора 37 лежат на одной пр мой .

Гониометр 29 позвол ет дополнительно , по сравнению с гониометрами 9 и 10, производить очень тонкие перемещени  кристалла в более узком интервале углов. Управление гониометром 29 осуществл етс  с помощью устройства 26 ввода перемещений за пределами вакуумного объема камеры 27 без нарушени  вакуумных условий в последней. Средства откачки (не обозначены ) рассчитаны на поддержание

5

О

5

0 5 О

5

5

давлени  в камере 27 не хуже

1О hiM рт .ст .

Загрузочно-шлюзовое устройство 3 содержит шлюзовую камеру 40, за- грузочно-передающий манипул тор 41, устройство 42 перемещени  указанного манипул тора, высоковакуумный затвор 43.

Устройство работает следующим образом .

Сформированный устройством 1 рентгеновский пучок попадает в измерительное устройство 2 на кристалл- анализатор 28, который при очень точном контроле за углом поворачиваетс , проход  через положение, соответствующее углу Брэгга. Рентгеновское излучение, дифрагированное и флуоресцированное кристаллом-анализатором 28, регистрируетс  детектором 33, а электроны, эмиттируемые кристаллом-анализатором 28, регистрируютс  детектором 32, установленным позади анализатора 31 энергии.

Замена исследуемого кристалла производитс  без нарушений вакуумных условий в измерительном устройстве

2с помощью загрузочно-шлюзового устройства 3.

Цикл исследовани  заключаетс  в том, что сначала производ т юстировку устройства 1 формировани  рентгеновского пучка. Дл  этого перемещают источник 4 излучени , коллиматорные . щелевые диафрагмы 5, щелевые диафрагмы 13, кристалл-1«1онохроматор 7 перпендикул рно оси направл ющей 19 с помощью соответствующих устройств 21, 22, 15 и 9 перемещени . Кроме того, производ т повороты кристалла- монохроматора 7, детектора 11 вокруг совмещенных осей ,, с помощью соответствующих гониометра 9 и устройства 17 поворота. Этим добиваютс , чтобы фокус рентгеновской трубки источника 4, центр коллиматорной щелевой диафрагмы 5, осей ,1 , центр щелевой диафрагмы 13 лежали на оси Н,-Hj направл ющей 19. После этого устройством 17 разворачивают вокруг оси 0, детектор 1 1 против часовой стрелки на угол 20 (б/цг Угол Брэгга) , а кристалл-ионохроматор 7 с помощью гониометра 9 разворачивают вокруг оси Of против часовой стрелки на угол и, плавно враща  и покачива  его, ввод т в отражающее положение , при этом дифрагированный

кристаллом 7 луч фиксируетс  детектором i .

Затем первый кристалл-монохрома- тор 7 фиксируют с помощью гониомет- ра 9 в отражающем положении, а детектор 11 возвращают в исходное положение . После этого, осуществл   перемещение гониометра 10 вдоль направл ющей 20, возвратно-поступа- тельные пе-р-емещени  и повороты крис талла-монохроматора 8 и щелевой диафрагмы 4, а также угловые повороты детектора 12, добиваютс , чтобы рентгеновский луч, дифрагированный первым кристаллом-монохроматором 7, проходил через оси 0 и Og вращени  первого и второго кристаллов-моно- хроматоров и центр щелевой диафрагмы 14. Затем устройством 18 разво- рачивают вокруг оси детектор 12 по часовой стрелке на угол 26 (,) относительно исходн бго положени  указ.анного детектора 12, а кристалл-монохроматор -8 с помощью гониометра 10 разворачивают вокруг оси Og по часовой стрелке на угол в,„и, плавно враща  и покачива  кристалл 8, вьшод т его э отраж иоще положение, при этом дифрагированный кристаллом-монохроматором 8 луч фиксируетс  детектором 12. Затем второй кристалл-монохроматор 8 фиксируют с помощью гониометра 10 в отражающем положении, а детектор 12 устройством 18 поворота возвращают в исходное положение.

Таким образом, луч, сформированный устройством 1, проходив вдоль оси направл ющей 20. На этом юстирование устройства 1 формировани  рентгеновского пучка завершено. Далее производ т юстирование измерительного устройства 2. Дл  этого, перемеща  устройством 26 переме- щени  рентгеновский пучок, выход щи иэ устройства 1 формировани , добиваютс , чтобы он фиксировалс  детектором 37, после чего устройством 23 перемещени  добиваютс , чтобы этот пучок проходил через центр коллима- торной щелевой диафрагмы 6.

Затем, перемеща  устройством 26 перемещени  рентгеновский пучок, сформированный устройством I, перпе дикул рно оси камеры 27, а также соверша  возвратно-поступательные движени  кристаллом-анализатором 28 и щелевой диафрагмой 38 в направлении, перпендикул рном оси .j. камеры 27, с помощью соответственно гониометра 29 и устройства 39 и враща  кристалл 28 с помощью гониометра 29, добиваютс , чтобы оси Од и 5 центр щелевой диафрагмы 38 лежали на одной пр мой . На этом юстировка спектрометра закончена ,

С помощью средств откачки добиваютс  рабочего давлени  в вакуумной камере 27 (10 мм рт.ст. и ниже После этого с помощью устройства ,36 ввода перемещений и гониометра 29 разворачивают исследуемый кристалл-анализатор 28 на угол Брэгга 0g и, плавно враща  и покачива  его, по углу устанавливают в отражающее положение, при этом дифрагированный исследуемым кристаллом-анализатором 28 луч фиксируетс  детектором 33. Затем в соответствии с заданным диапазоном углового сканировани  А , кристалл разворачивают с помощью устройства 36 ввода перемещений и гониометра 29 в направлении, противоположном направлению последующего углового сканировани  на угол / , относительно, исходного положени , I.

После чего исследуемый кристалл- анализатор 28 при точном контроле за углом поворачиваетс  с помощью установочной платформы 30 и гониометра 29,, проход  через положение, соответствующее углу Брэгга. Рентгеновское излучение, дифрагированное и флуоресцированное кристаллом-анализатором 28, регистрируетс  детектором 33,, а электроны, эмитируемые кристаллом 28 под воздействием рентгеновского излучени , регистрируютс  детектором 32, установленным позади анализатора 31 энергии.

Дл : замены образца в шлюзовой камере 40 получают такое же давление, что и в измерительной камере 27.

Затем открьшают высоковакуумный затвор 43 и с помощью устройства 42 перемещений ввод т загрузочно-перед ющий манипул тор 41 в вакуумный объ камеры 27 до зацеплени  его с держателем кристалла, после чего кристалл вместе с указанным держателем снимают с помощью манипул тора 41 и устройства 42 его перемещени  с гониометра 29 и перемещают в шлюзовую камеру 40.

Высоковакуумным затвором 43 пере- крьшают камеру 27 и вынимают кристал из шлюзовой камеры 40, вскрьш ее на атмосферу. Затем устанавливают в камеру 40 на манипул тор 41 держатель с новым образцом и осуществл ют загрузку в обратной последовательности в результате чего устанавливают указанный образец на гониометре 29.

Таким образом, введение детектора рентгеновского излучени  внутрь вакуумной камеры и выбор предлагаемой конструкции позвол ет отказатьс  от больших кольцевых окон дл  ввода и вьгаода рентгеновского излучени  в вакуумную камеру и использовать дл  этого плоские окна небольшого диаметра , которые обладают хорошими вакуумно-плотными свойствами. Это позвол ет вести исследование при

--Л

давлении не хуже 10 мм рт.ст., что в силу снижени  загр знени  поверхности остаточными атомами повысит

достоверность получаемой информации о структуре поверхности.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  исследовани  совершенства структуры монокристаллических слоев, с одержащее последовательно

   расположенные источник рентгеновского излучени , два кристалла-моно- хроматора, кристалл-анализатор со средствами поворота, детектор рентгеновского излучени  и детектор электронов , причем кристалл-анализатор и детектор электронов расположены в вакуумной камере, отличающе- е с   тем, что, с целью расширени  диапазона и повьш1ени  точности исследовани , детектор рентгеновского излучени  также размещен в вакуумной камере, а устройство дополнительно снабжено дисперсионным энергоанали- затором электронов, при этом кристалланализатор и детектор электронов ки- нематически жестко св заны друг с другом, а кристаллы-монохроматоры установлены на параллельных направл ющих.

   Т

   J/ J2

   2В 20 t2f4 Ш18 д 6 23

   21 57 17/501 19

   гз г 30 yjss 7