SU1396023A2

SU1396023A2 - Устройство дл исследовани совершенства структуры монокристаллических слоев

Info

Publication number: SU1396023A2
Application number: SU853984694A
Authority: SU
Inventors: Альберт Георгиевич Денисов; Игорь Аркадьевич Зельцер; Александр Геннадьевич Коряков; Римма Сергеевна Сеничкина
Original assignee: Предприятие П/Я В-8754
Priority date: 1985-11-04
Filing date: 1985-11-04
Publication date: 1988-05-15

Abstract

Изобретение относитс к аппаратуре дл неразрушающего анализа тонких приповерхностных слоев монокристалла . Цель - повьшение точности исследовани совершенства структуры монокристаллических слоев при низких значени х детектируе1 1х сигналов за счет обеспечени динамической стабильности интенсивности возбуждающего рентгеновского пучка. В вакуумной камере образца между входным окном и кристаллом-анализатором вне оптической оси, проход щей между.кристаллом- монохроматором и кристаллом-анализатором , размещены последовательно отклон юща система и второй детектор электронов. Блок регистрации и управлени подключен к второму детектору электронов и гониометру второго кристалла-монохроматора. Излучение, возбужденное рентгеновским пучком в материале входного окна вакуумной камеры , отклон етс электростатической системой и регистрируетс детектором. Блок регистрации и управлени вырабатывает сигнал, пропорциональный интенсивности /шзлучени , регистрируемого детектором, и управл ет угловым положением гониометра второго кристалла-монохроматора. 3 ил. с в (Л

Description

САЭ СО

сп о

1чЭ

СО

N

Изобретение относитс к аппаратуре дл нераэрутающего анализа тонких приповерхностных слоев кристаллов, в частности нарушенных слоев кристсШ- лов после технологической обработки кристаллов.

Целью изобретени вл етс повышение точности исследований при низких значени детектируе№1 х сигналов,

На фиг. 1 приведена рентгеноопти- ческа схема устройства; на фиг, 2 - ;конструки(и И функционапьна схема устройства; на 4иг. 3 - функциональна схема регистрации ш управлени .

В состав предлагаемого устройства вход т (фиг, 1-3) устройство 1 формировани рентгеновского пучка, измерительное устройство 2,, загрузочно-шпю зовое устройство 3.

Устройство 1 формировани рентгеновского пучка содержит источник 4 рентгеновского излучени , коллима торные щелевые диафрагмы 5 и 6, крис таплы-монохроматоры 7 и 8, установ- ленные на держател х кристаллов-гониметров 9 и 10, позвол ющие производить грубую и плавную установку держтел кристалла, соответственно в ши:- роком и узком угловых интервалах с п следующей фиксацией в заданных положени х , а также производить возвратно-поступательные и наклонные пере мещени держател кристалла.

Кроме того, устройство 1 формиро- вани рентгеновского пучка содержит детекторы 11 и 12 рентгеновского излучени , щелевые диаграммы 13 и 14, снабженные соответственно устройствами 15 и 16, возвратно-поступательных перемещений относительно входных поверхностей указанных детекторов 11 и 12 соответственно.

В свою очередь детекторы 11 и 12 снабжены устройствами: 17 и 18 неза- висимого поворота относительно осей поворота соответственно О,, и 0, , совпадающими с ос ми поворотов кристаллов 7 и 8, 0-, и Oj. Источник 4, коллиматорна щелева диафрагма 5, ограничивающа пучок от указанного источника, гониометр 9 первого крис- талла-монохроматора 7 установлен на пр молинейной направл ющей 19 с осью Н и Н, а гониометр 10 второго кристалл а- мо но хромат ор а 8, коллиматорна щелева диафрагма 6, ограничивающа :пучок, дифрагированный кристаллом 8, установлены на пр молинейной направ

д

г

0

л ющей 20 с, осью Hj и Н., выставленной параллельно направл ющей 19.

Дл перемещени источника 4 кол- лиматорных щелевых диафрагм 5 и 6 параллельно или перпендикул рно ос м соответствующих направл юищх служат устройства 21-23 перемещений соответственно дл перемещени гониометров 9 и 10 вдоль направл юпдих 9 и 20 служат устройства 24 и 25 перемещений.

Устройство 1 благодар устройству 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 ка.держателе гониометра 29, Держатель гониометра 29 кинематически жестко св зан с установочной платформой 30, на которой установлен анализатор 31 энергий электронов с детектором 32 электронов . Анализатор 31 энергий электронов размещен относительно кристалла-анализатора 28 в направлении, близком к нормальному к поверхности кристалла-анализатора 28. Причем оптическа ось анализатора 31 проходит через центр вращени кристалла-анализатора 28. В направлении распространени дифрагированного рентгеновского излучени расположен детектор 33 рентгеновского излучени , закрепленный на установочной платформе 30, Детектор 33 располагаетс так, чтобы перекрывать сектор, минимальное значение которого составл ет около 40 град,

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

Дл управлени гониометром 29 камера 27 снабжена вводом 36 перемещений , а дл . настройки спектрометра предусмотрен детектор 37 рентгеновского излучени со щелевой диафрагмой 38, котора благодар устройству 39 перемещени , может смещатьс вдоль входной поверхности детектора 37.

Окна 34 и 35, ось вращени кристалла-анализатора 28 и детектор 37 лежат на одной пр мой К, и Кj.

Гониометр 29 позвол ет доттолни- тельно 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 36 ввода перемещений за пре- делани : вакуумного объема камеры 27 без нарушени вакуумных условий в указанной камере, средства откачки (не показаны) рассчитаны на поддержание давлени в камере 27 не хуже

л

10 мм рт.ст.

Загрузочно-шлюзовое устройство 3 содержит шлюзовую камеру 40, загру- зочно-передаюищй манипул тор 41 , уст ройство перемещени указанного манипул тора 42, высоковакуумный затвор 43. Кроме этого, устройство содержит отклон юпо ю систему 44, детектор 45 электронов и блок 46 регистрации и управлени , ЭВМ 47 (фиг. 3).

Блок 46 регистрации и управлени содержит интерфейс 48, устройство 49 управлени гониометром 10 дл преобразовани последовательности импульсов , поступающих на вход блока, в дво-25 ° Управл ющие сигналы и инфор30

35

ичный код, пропорциональный средней скорости счета импульсов, служат счетчик 50, таймер 51, формирователь 52 порогов, усилитель-дискриминатор 53. Дл питани составных частей бло ка 46 регистрации и управлени , а также отклон ющей системы 44 служит блок 54 питани .

Цикл динамической стабилизации углового положени второго кристалла- монрхроматора 8 заключаетс в следую- щем. . ,

При выходе второго кристалла-моно- хроматора 8 из отражающего положени , т.е. при развороте его относительно угла Брэгга бмг угол i, уменьшает- .с значение интенсивности дифрагированного этим кристаллом рентгеновско- , го пучка 1л,по сравнению со значением .этой интенсивности точном брэг- говском положении кристалла-монохррма- тора 8. Соответственно пропорцио,наль- но уменьшаетс интенсивность потока электронов, эмиттированных входным окном вакуумной камеры 27 под действием проход щего через него рентгеновского пучка, отраженного от кристалла-моно- хроматора 8. Этот поток электронов с помощью отклон ющей систеь 44 отклон етс от направлени распространени

40

50

мационные коды, поступающие от ЭВМ 47 через интерфейс 48 в устройство 49 управлени , преобразуютс в нем в напр жени , необходимые дл управлени гониометром 10, на котором установлен кристалл-монохроматор 8.

ЭВМ 47 сравнивает текущее значение интенсивности рентгеновского отражени от кристалла-монохроматора 8 (l,) со значением интенсивности отражени при точном брэгговском положении кристалла-монохроматора 8 (lg} (при 6g значение интенсивности рентгеновского отражени достигает своего максимального значени ) и по результатам сравнени вьщает информационный код через ;(интерфейс 48 на устройство 49 управлени , которое пре образует его в напр жени , подаваеьые ;на гониометр 10.

Гониометр, в свою очередь, в соответствии со значени ми подаваемых на

него управл ющих напр жений поворачивает кристалл-монохроматор 8 по часовой стрелке на угол (, После этого весь цикл измерений интенсивности отраженного кристаллом-монохроматором 8 рентгеновского пучка повтор етс . При этом, если интенсивность рентге- новского отражени от кристалла-монодифрагированного кристаллом 8. рентгего хроматора 8 , то управл ющие

гониометром 10 напр жени устройством

новского пучка и преобразуетс в детекторе 45 в последовательность электрических сигналов. (Каждый детекти49 выдаватьс не будут и кристалп-мо- нохроматор 8 остаетс неподвижным.

руемый электрон дает один сигнал, количество таких сигналов в единицу времени (скорость счета) соответствует интенсивности потока детектируемьих частиц).

Последовательность электрических сигналов, образующихс на выходе детектора 45 поступает на вход усилитеQ л -дискриминатора 53, который осуществл ет их усилие и a плитyднyю дискриминацию , при этом значение верхнего и нижнего порога дискриминации формируетс формирователем 52 порогов.

д Далее импульсы с выхода усилител - дискриминатора 53 поступают на вход счетчика 50, которьй совместно с таймером 51 преобразует последовательность поступающих импульсов в двоичный код, пропорциональный скорости счета и через интерфейс 48 выдает этот код на ЭВМ 47, котора через интерфейс 48 осуществл ет управление и обмен информацией с устройствами

0

5

0

него управл ющих напр жений поворачивает кристалл-монохроматор 8 по часовой стрелке на угол (, После этого весь цикл измерений интенсивности отраженного кристаллом-монохроматором 8 рентгеновского пучка повтор етс . При этом, если интенсивность рентге- новского отражени от кристалла-моно хроматора 8 , то управл ющие

49 выдаватьс не будут и кристалп-мо- нохроматор 8 остаетс неподвижным.

Если 1... Igg , ТО устройство вьщает на гониометр 10 такие управл ющие напр жени , с помощью которых кристалл-монохроматор 8 поворачивает- с против часовой стрелки на угол 2 и затем будет продолжать поворачивать в этом же направлении кристалл-монохроматор 8 каждый раз на угол iV после очередного п-го замера интенсив- JQ ности ДО тех. пор, пока значение этой интенсивности не достигнет значени интенсивности при точном брэг- говском положении кристалла-монохро- матора 8 (ig ), т.е. пока кристалл- монохрсматор не повернетс в точное брэгговское положение. При этом точность установки криста ла-монохромато- тора 8 в брэгговское положение (0g±d) соответствует величине задаваемого шага 1, т.е. л V.

15

20

Таким образом, введение отклон ющей cиcтe ы, второго детектора электронов , блока регистрации и управлени и размещение отготон ющей систе- мы, второго детектора электронов последовательно в вак /умной камере вне оптической оси, приход щей между вторым кристаллом-монохроматором и ис- следуем 1м кристаллом, по которой раст простран етс рентгеновский пучок., отраженньй вторым крис паллом-монозпэо- матором, поз.волили при низких значени х детектируемых детектором электронов и детектором дифрагированного и флуоресцентного рентгеновского излучени сигналов, не ослабл интенсивности рентгеновского пучка, падающего на исследуемьй кристалл, обеспечить динамическую ст абилизацию значени

интенсивности этого пучка за счет динамической стабилизации углового положени второго кристалла-монохромато- ра. При этом одновременно за счет эффективного сбора электронов, эмитти- рованных материалом входного окна вакуумной камеры под действием этого рентгеновского пучка, на втором детекторе , установленном за отклон ющей системой, удаетс устранить возможность попадани этих электронов на поверхность исследуемого кристалла , и устранить возможность эмиссии вторичных электронов, а также снизить паразитную модул цию полезного сигнала и, таким образом, повысить точность исследований.

Claims

Формула изобретени

Устройство дл исследовани совершенства структуры МОнорфиста ли- ческих слоев по авт. св. № 1226210, отличающеес тем, что, с . целью повышени точности исследований при низких значени х детектируемых сигналов, устройство снабжено отклон ющей системой и расположенным на ее выходе вторым детектором злектро- нов, а также блоком регистрации и управлени , причем отклон юща система и второй детектор размещены в вакуумной камере вне направлени распространени рентгеновского излучени между кристаллом-монохроматором и кристаллом-анализатором, и второй детектор электронов подключен к блоку регистрации и управлени , который, в свою очередь, подключен к гониометру второго кристалла-монохроматора.

20 1 i2 « i6m

2S

E±EE

I

K

zz,i

E

4Ш у у

z//

Om 5/rjJ/5

tf tf

/27

h

Фид.З