SU1733988A1 - Способ контрол ориентации монокристалла - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к физическому материаловедению, к средствам рентгенографического контрол  ориентации кварцевых пьезоэлементов. Цель изобретени  - повышение точности при измерении углов поворотов пр моугольных двухповоротных кварцевых пьезозлементов. Способ контрол  состоит в том, что готовое изделие устанавливают а держатель гониометрической приставки, имеющей возможность поворота образца вокруг оси, перпендикул рной к гониометрической оси, и посредством двух поворотов вывод т поочередно в отражающее положение дл  двух из трех отражений типа (0001), (0110) и (1210). При этом наход т грань, параллельную одной из кристаллографических осей, и определ ют угол плоскости с гранью, который  вл етс  углом первого поворота. Затем повтор ют операцию дл  другой грани и наход т угол второго поворота. 2 ил., 1 табл. (Л С

Description

Изобретение относитс  к приборостроению , а точнее к способам контрол  правильности вырезани  относительно кристаллографических или кристаллофизи- ческих осей монокристаллических двухповоротных кварцевых пьезоэлементов пр моугольной формы.

Известны способы контрол  ориентации монокристалла на рентгеновском гониометре , в которых измер ют угол между нормалью к известной кристаллографической плоскости и нормалью к прошлифованной на монокристалле грани. При этом монокристалл устанавливают так, чтобы лини  пересечени  грани с кристаллографической плоскостью была параллельна оси

гониометра, т е. обе нормали располагались в экваториальной плоскости гониометра . Тогда выведение плоскости в отражающее положение осуществл ют путем вращени  монокристалла вокруг оси гониометра , а точное значение угла, соответствующего отражению, определ ют путем нахождени  максимума интенсивности дифрагированного излучени . Когда положение линии пересечени  грани с плоскостью заранее неизвестно, то выведение плоскости в отражающее положение осуществл ют посредством вращени  монокристалла также и вокруг оси, перпенди- кул рчой оси гониометра и грани монокристалла. Угол между названными

ivl Ы CJ Ю 00

;оо

норма,1 мх определ ют как половину разности отсчетов двух отражающих положений монокристалла, в которых нормаль к кристаллографической плоскости лежит в экваториальной плоскости гониометра, при расположении падающего и дифрагированного пучков по одну и ту же сторону от облучаемой грани. Если же падающий и дифрагированный пучки расположены по разные стороны от грани, то аналогична  половина разности отсчетов двух отражающих положений монокристалла будет углом, дополн ющим до пр мого угол между нормалью к плоскости и нормалью к грани. Погрешности измерени  угла между нормал ми определ ютс  погрешностью угломерного прибора, расходимостью первичного пучка и его спектральным составом, совершенством кристаллической структуры монокристалла и строгостью соблюдени  экваториальной геометрии. В рассматриваемых способах измер ют максимальное значе- ние угла между кристаллографической плоскостью и гранью, но направление максимального значени  угла невозможно фикси- ровать относительно кристаллофизических осей, что не позвол ет использовать названные способы непосредственно дл  контрол  углов поворотов на готовых пьезо- элементах.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением  вл етс  способ рентге- чогониометрического контрол  двухпово- рогных кварцевых пьезоэлэментов пр моугольной формы, основанный на использова- нии двух выбранных кристаллографических плоскостей (основной и контрольной), нормали к которым составл ют угол в несколько градусов с нормалью к большой грани пье- зоэлемента. Измер емый пьезоэлемент ус- танавливают так, чтобы нормаль к большой грани и нормаль к одной из торцовых граней его располагались в экваториальной плоскости гониометра. Ясно, что нормали к выбранным кристаллографиче- ским плоскост м в общем случае не будут лежать в экваториальной плоскости. Поэтому на их выбор накладывают дополнительное условие, чтобы дифрагированный пучок отклон лс  от экваториальной плоскости менее, чем на апертуру детектора. Способ предполагает применение эталонных образцов . Кроме того, монокристалл вращают ы углы, кратные 90°, вокруг нормали к большем грани пьезоэлемента дл  повышени  ;о-;ности измерений. Углы, соответствую- u; ic лражающим положени м, используют ал  нахождени  углов поворота двухпово- OOYHUX пьезоэлементов как правило с помощью заранее рассчитанных таблиц

соответстви  углов на гониометре с углами поворотов, реально полученными в результате изготовлени  конкретного элемента.

Однако известный способ контрол  углов поворотов готовых двухповоротных кварцевых пьезоэлементов дает значительные дополнительные погрешности, поскольку нормаль к выбранной кристаллографической плоскости не находитс  в экваториальной плоскости гониометра и измер ют не угол между нормалью к грани и нормалью к плоскости, а его проекцию. Так как выбираютс  только плоскости, удовлетвор ющие названному дополнительному условию, то искомые углы поворотов могут более чем на пор док превышать измер емую проекцию. Кроме того, не дл  каждого среза может быть получен полный набор выбранных плоскостей в силу дискретности значений межплоскосгных рассто ний, что также приводит к невозможности уменьшени  погрешности определени  углов поворотов пьезоэлементов.

Цель изобретени  - повышение точности при измерении углов поворотов пр моугольных дву поворотных кварцевых пьезоэлементов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе контрол  ориентации монокристалла, включающем облучение его пучком рентгеновских лучей, выведение в отражающее положение выбранной кристаллографической плоскости посредством вращени  монокристалла вокруг оси гониометра и оси, перпендикул рной к ней и грани монокристалла, регистрации дифрагированного излучени  и установление угловых положений монокристалла, соответствующих максимуму интенсивности отражени , используют в качестве выбранных кристаллографические плоскости (2110), (01ТО), (0001), вывод т их в отражающее положение при расположении нормалей к ним в экваториальной плоскости гониометра, провер ют перпендикул рность нормали к грани, не изменившей своей кристаллографической ориентации в результате второго поворота, и нормали к плоскости, перпендикул рной оси поворота. Затем измер ют угол первого поворота, или дополн ющий его до 90°, как угол между нормалью к названной грани и нормалью к плоскости, от которой осуществлен первый поворот, измер ют угол второго поворота, или дополн ющий его до 90°, как углы между нормалью к плоскости, перпендикул рной оси первого поворота, и нормал ми к гран м, перпендикул рным названной грани, и измеренные углы сопоставл ютсзаданными дл  контролируемого типа пьезоэлементов.

Отличие предлагаемого способа заключаетс  в выборе кристаллографических плоскостей (2110), (0110), (0001), которые оказываютс  универсальными при измерении углов поворотов любых двухповорот- ных кварцевых пьезоэлементов пр моугольной формы. Линии пересечени  этих плоскостей образуют кристаллофизи- ческую систему осей, в которых описывают двухповоротные срезы, - поворотами вокруг ребер пьезоэлемента и начальным (до поворотов) их положением относительно этих осей. Первый поворот осуществл ют непосредственно вокруг одной из кристал- лофизических осей, что позвол ет дл  контрол  угла поворота (или угла, дополн ющего искомый угол до 90°) воспользоватьс  изме- рением угла между нормалью к грани, не изменившей своей кристаллографической ориентации в результате второго поворота, и нормалью к плоскости, от которой осуществлен первый поворот. В системе выбран- ных плоскостей угол второго поворота, или угол, дополн ющий его до 90°, также могут быть непосредственно измерены как углы между нормалью к плоскости, перпендикул рной оси первого поворота, и нормал ми к гран м, перпендикул рным названной грани. Другое существенное отличие состоит в том, что при измерени х искомых углов нормали к выбранным плоскост м вывод т в экваториальную плоскость гониометра, в которой уже расположены нормали к гран м , что позвол ет минимизировать ошибки . Способ гарантирует правильность найденных углов поворотов путем контрол  возможного отклонени  реального среза от двухповоротного, дл  чего провер ют перпендикул рность нормали к грани, не изменившей своей кристаллографической ориентации в результате второго поворота, и нормали к плоскости, перпендикул рной оси первого поворота. Эту проверку осуществл ют перед измерени ми углов первого и второго поворотов.

На фиг. 1 изображено взаимное положение кристаллофизических осей XYZ, вы- бранных плоскостей (2110), (0110), (0001) и нормалей NI, N2, N3 к этим плоскост м; на фиг. 2 - положение их относительно нормалей N4, Ns, Ne к гран м двухповоротного кварцевого пьезоэлемента.

Пример, Проверка углов поворотов на сверхтонком пьезоэлементе среза yx s/35010 /30050 . Эксперимент проведен на рентгеновском дифрактометре с гониометром ГУР-8 с гониометрической приставкой , позвол ющей вращать образец вокруг

оси, перпендикул рной оси гониометра и широкой грани пьезоэлемента. Экваториальное положение дифрагированного пучка , соответствующее выведению в экваториальную плоскость гониометра нормалей к выбранным кристаллографическим плоскост м, контролировалось с помощью горизонтальной щели, помещенной -перед дефлектором.

Первый поворот пьезоэлемента данного среза осуществлен от плоскости (01ТО) на угол 35°10 вокруг нормали NI к плоскости (2110). При втором повороте больша  грань сохранила свою кристаллографическую ориентацию, поскольку он выполнен вокруг нормали к этой грани на угол 30°50 . Следовательно , нормаль NH составл ет с нормалью N4 к малому торцу пьезоэлемента угол 30°50 , а с нормалью Ne к большому торцу - угол 90° - 30°50 , поскольку элемент пр моугольный.

При изготовлении каждого конкретного пьезоэлемента возможны погрешности и по величинам углов поворотов, и по направлени м осей поворотов. При больших отклонени х осей реальных поворотов от указанных нормалей срез фактически не  вл етс  двухповоротным и не может быть проконтролирован по предлагаемому способу . Эти отклонени  осей привод т к изменению пр мого угла между нормал ми NI и N5, а, кроме того, внос т вклад в величины углов поворотов.

Дл  контрол  пр мого угла между нормал ми NI и NS рентгеновский пучок направл ют на большую грань пьезоэлемента (грань, не изменившую свою кристаллографическую ориентацию в результате второго поворота), закрепленного в гониометрической приставке. По методике, характеризующейс  тем, что падающий и дифрагированный пучки расположены по разные стороны облучаемой грани, по отражению от плоскости (2110), перпендикул рной оси первого поворота, определ ют реальный угол между нормал ми NI и N5. Только если отличие от пр мого угла не превышает нескольких угловых минут, то дальнейшие измерени  углов первого и второго поворотов пьезоэлемента не будут содержать систематические погрешности.

Если это так, то реальный угол первого поворота измер ют как угол между нормалью NS к большой грани пьезоэлемента и нормалью N2 к плоскости, от которой осуществлен первый поворот. Дл  этого направл ют рентгеновский пучок на большую грань пьезоэлемента и примен ют известную методику, в которой падающий и дифрагированный пучки располагаютс  с одной

и той же стороны от облучаемой грани. При этом отражающей плоскостью  вл етс  плоскость (01ТО) в четвертом пор дке отражени .

По той же методике по отражению третьего пор дка от плоскости (2110) определ ют и реальный угол второго поворота. Дл  этого рентгеновский пучок направл ют на малую торцовую грань пьезоэлемента (N4 - нормаль к ней), закрепленного в гониометрической приставке,

Предлагаемым способом был проведен контроль р да пьезоэлементов этого среза. Экспериментальные данные приведены в таблице.

Предлагаемый способ позвол ет проверить на готовом пьезоэлементе правильность вырезани  его относительно кристаллофизических осей. При этом точность измерени  углов определ етс  лишь точностью гониометра, расходимостью и спектральным составом первичного пучка, совершенством кристаллической структуры и строгостью соблюдени  экваториальной геометрии. Углы поворотов могут быть измерены непосредственно нар ду со значением угла отклонени  осей поворотов от заданных. Следовательно, обеспечиваетс  возможность отбраковки пр моугольных двухповоротных пьезоэлементов перед измерени ми пьезорезонансных характеристик .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ контрол  ориентации монокристалла , включающий облучение его пучком

   рентгеновских лучей, выведение в отражающее положение выбранной кристаллографической плоскости вращением монокристалла вокруг оси гониометра и оси,

   перпендикул рной к ней, и грани монокристалла , регистрацию дифрагированного излучени  и установление угловых положений монокристалла, соответствующих максимуму интенсивности отражени , отличающ и и с   тем, что, с целью повышени  точности при измерении углов поворотов пр моугольных двухповоротных кварцевых пьезоэлементов, используют в качестве выборных кристаллографические плоскости

   (2110), (0110), (0001), вывод т их в отражающее положение при расположении нормалей к ним в экваториальной плоскости гониометра, провер ют перпендикул рность нормали к грани, не изменившей

   своей кристаллографической ориентации в результате второго поворота, и нормали к плоскости, перпендикул рной оси первого поворота, затем измер ют угол первого поворота или дополн ющий его до 90° как угол

   между нормалью к названной грани и нормалью к плоскости, от которой осуществлен первый поворот, измер ют угол второго поворота , или дополн ющий его до 90° как углы между нормалью к плоскости, перпендикул рной оси первого поворота, и нормал ми к гран м, перпендикул рным названной грани, и измеренные углы сопо- ставл ютс заданными дл  контролируемого типа пьезоэлементов.

   Данные измерений углов поворотов пьезоэлементов среза / 35°10 /30°50

   л/

   У