SU857816A1 - X-ray spectrometer - Google Patents

X-ray spectrometer Download PDF

Info

Publication number
SU857816A1
SU857816A1 SU792842524A SU2842524A SU857816A1 SU 857816 A1 SU857816 A1 SU 857816A1 SU 792842524 A SU792842524 A SU 792842524A SU 2842524 A SU2842524 A SU 2842524A SU 857816 A1 SU857816 A1 SU 857816A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
crystal
reflection
crystals
monochromator
spectrometer
Prior art date
Application number
SU792842524A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Дмитриевич Скупов
Original Assignee
Горьковский Исследовательский Физико-Технический Институт При Горьковском Государственном Университете Им. Н.И.Лобачевского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Горьковский Исследовательский Физико-Технический Институт При Горьковском Государственном Университете Им. Н.И.Лобачевского filed Critical Горьковский Исследовательский Физико-Технический Институт При Горьковском Государственном Университете Им. Н.И.Лобачевского
Priority to SU792842524A priority Critical patent/SU857816A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU857816A1 publication Critical patent/SU857816A1/en

Links

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

Изобретение относитс  к рентгеновским спектрометрам, предназначенным дл  исследовани  реальной структуры монокристаллов, в частности дл  прецизионного измерени  деформации решетки кристаллов после различного вида внешних воздействий на образец (температура, легирование, эпитакси  и т.д.).. Деформаци  id/do св зана с приращением угла отражени  рентгеновского луча . соотношением Adfdo -u9 ®o/ где &d/dg.d-do/dg- относительное изменение межплос- , костного рассто ни  дл  данного семейства кристал лографических пло костей thkE} иссле дуемого образца (d)H недеформированного кристал ла-эталона (do) г 0 - угол отражени  от плоскостей .hkfti исследуемого крис талла ; 0(3 - угол отражени  от эталона. Наиболее точным методом измерени  деформации кристаллической решетки  вл етс  в насто щее врем  метод трехкристального спектрометра. Йзвестен спектрометр, состо щий из источника рентгеновского излучени , коллиматора, кристаллодержателей дл  двух кристаллов-монохроматоров и одного анализатора, мехгниэмов поворота и линейных перемещений рентгеновской трубки, коллиматора и кристаллодержателей, а также детектора излучени . Второй кристалл-монохроматор и кристалл-анализатор установлены на главном гониометре прибора и имеют общую ось-вращени . При работе этого спектрометра рентгеновский пучок от источника излучени  падает на первый кристалл-монохроматор , который с, помс цью механизмов поворота устанавливают в отражающее положение, при котором дифрагированный пучок проходит через кристалл-анализатор и второй кристаллмонохроматор . Оба кристалла выведены в отражающее положение по отношению к лучу, идущему от первого кристалла -монохроматора .This invention relates to X-ray spectrometers designed to study the actual structure of single crystals, in particular for precise measurement of the crystal lattice deformation after various types of external influences on the sample (temperature, doping, epitaxi, etc.). The id / do deformation is associated with increment x-ray angle of reflection. Adfdo -u9 ®o / where & d / dg.d-do / dg- is the relative change in the interplanar, bone distance for this family of crystallographic areas thkE} of the studied sample (d) H of an undeformed crystal of a standard ( do) d 0 is the angle of reflection from the .hkfti planes of the crystal under study; 0 (3 is the angle of reflection from the reference. The most accurate method for measuring the deformation of the crystal lattice is currently the three-crystal spectrometer method. The spectrometer known, consisting of an x-ray source, a collimator, crystal carriers for two monochromator crystals and one analyzer, is rotating mechanically. and linear displacements of the X-ray tube, collimator and crystal carriers, as well as the radiation detector. The second monochromator crystal and analyzer crystal are mounted on the main When the spectrometer is in operation, the X-ray beam from the radiation source falls on the first crystal monochromator, which, with the help of the turning mechanisms, is placed in a reflecting position at which the diffracted beam passes through the analyzer crystal and the second crystal monochromator. Both crystals are brought into a reflecting position with respect to the beam coming from the first monochromator crystal.

Определение углового приращени  л , обусловленного различием параметров решеток второго монохроматора и анализатора, на спектрометре этого типа провод т следующим образом. Отраженный от первого кристалла-монохроматора рентгеновский луч направл ют на второй кристалл-монохроматор (служащий эталоном при измерении Sid/dp ) , отражение от которого регистрируют детектором излучени . Далее параллельно отражающей грани эталона помещают тонкий исследуемый кристалл, способный пропускать часть падающего на эталон и отраженного от него излучени . Если исследуемый кристалл не находитс  в отражающем положении, то детектор фиксирует лишь луч, дифрагировавший на эталоне , интенсивность которого ослаблена за счет фотоэлектрического поглощени  в образце. В случае, когда исследуемый кристалл отражает и период его решетки совпадает с периодом решетки эталона (т.е. д d/do 0), детектор , расположенный на выходе дифрагированного луча, фиксирует резкое уменьшение интенсивности (экстинкционный минимум). Этот минимум обусловлен двойным отражением рентгеновского луча от исследуемого кристалла : первое отражение происходит на входной грани образца, второе на противоположной, от которой отражаетс  луч, дифрагировавший на эталоне. При ud/dg О углы отражени  дл  обоих кристаллов совпадают. Если же исследуемУй образец деформирован (ud/dgi O), лучи отражаютс  не одновременно, а лишь после поворота исследуемого кристалла на угол лб, св занный с деформацией соотношениемThe determination of the angular increment l, due to the difference in the parameters of the gratings of the second monochromator and analyzer, is performed as follows on a spectrometer of this type. The x-ray reflected from the first monochromator crystal is directed to the second monochromator crystal (which serves as a reference when measuring Sid / dp), the reflection from which is recorded by a radiation detector. Then, in parallel to the reflecting face of the standard, a thin crystal under investigation is placed, capable of transmitting a portion of the radiation incident on the standard and reflected from it. If the crystal under investigation is not in the reflecting position, then the detector captures only a beam diffracted on a standard, the intensity of which is weakened due to photoelectric absorption in the sample. In the case when the crystal under study reflects and the period of its lattice coincides with the period of the standard lattice (ie, d d / do 0), the detector located at the output of the diffracted beam detects a sharp decrease in intensity (extinction minimum). This minimum is due to the double reflection of the x-ray beam from the crystal under investigation: the first reflection occurs on the input face of the sample, the second on the opposite one, from which the beam diffracted on the standard is reflected. At ud / dg O, the reflection angles for both crystals are the same. If the sample under study is deformed (ud / dgi O), the rays are not reflected simultaneously, but only after turning the crystal under study at an angle lb associated with the deformation by the ratio

i9:--uol(6ioi j9oЭта неодновременность отрг женин регистрируетс  детектором как по вление двух минимумов на фоне интенсивности отражени  от эталона.i9: - uol (6ioi j9o) This non-simultaneity is registered by the detector as the appearance of two minima against the background of the intensity of reflection from the reference.

Использу  конструкцию спектрометра , измер ют углы, вход щие одновременно при одной и той же юстировке элементов прибора, что позвол ет избежать инструментальных погрешностей , св занных с юстировкой эталона и исследуемого образца 1.Using the design of the spectrometer, the angles are measured at the same time with the same alignment of the instrument elements, thus avoiding the instrumental errors associated with the alignment of the standard and the sample under study 1.

Однако этот спектрометр обладает следующими недостатками ;However, this spectrometer has the following disadvantages;

1. Конструкци  прибора предусмат .ривает многократное отражение от криталлов при измерении ud/d и накладывает жесткие требовани  на толщины исследуемых образцов (рентгеновский луч должен дважды пройти через кристалл ) . Это снижает точность измерени , поскольку дл  тонких образцов в прираицение л 9 существенный вклад вносит изгиб кристаллографических плоскостей, обусловленный либо обработкой кристаллов, либо креплением их на спектрометре. Причем, на описанном приборе нельз  выделить и оценить вклады в &в от однородной деформации и изгиба.1. The device design provides for multiple reflection from the crystals when measuring ud / d and imposes strict requirements on the thickness of the test samples (the x-ray beam must pass through the crystal twice). This reduces the accuracy of measurement, since for thin samples, an increase in l 9 makes a significant contribution to the bending of the crystallographic planes, due either to the processing of the crystals or to their mounting on the spectrometer. Moreover, on the described instrument it is impossible to isolate and evaluate the contributions to & from uniform deformation and bending.

2.Рассто ние между кристаллодержател ми эталона и исследуемого образца должно быть много меньше линейных размеров отражающей грани кристалла, чтобы при данном угле дифракции луч дважды мог отразитьс  от кристалла.2. The distance between the crystal holders of the standard and the sample under study should be much smaller than the linear dimensions of the reflecting face of the crystal so that at a given diffraction angle the beam can be reflected twice from the crystal.

3.Используемые параллельные пе0 ремещени  кристаллов при переходе на другие пор дки отражени  привод т также к необходимости близкого расположени  кристаллов при малых углах отражени , что не позвол ет 3. The parallel displacements of crystals used in the transition to other reflection orders also lead to the need for a close arrangement of the crystals at small reflection angles, which does not allow

5 исследовать многие свойства кристаллов непосредственно на спектрометре .(например, проводить термическую обработку образца, в частности определ ть коэффициенты термического 5 to investigate many of the properties of crystals directly on the spectrometer (for example, to conduct heat treatment of the sample, in particular, to determine the coefficients of thermal

0 расширен и  .0 expanded and.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  рентгеновский спектрометр дл  прицизионного измерени  деформации кристаллической решетки, содержащий последовательно расположенные The closest to the present invention is an X-ray spectrometer for the precision measurement of the strain of the crystal lattice, containing successively located

5 источник рентгеновского излучени , кристаллодержатель монохроматора, коллиматор, кристаллодержатели исследуемого кристалла и кристалла-анализатора с механизмами их поворота 5 x-ray source, crystal holder of a monochromator, collimator, crystal carriers of the investigated crystal and crystal analyzer with the mechanisms of their rotation

0 и измерени  углов поворота и детекторГ .0 and measure the angles of rotation and the detector G.

При работе этого устройства рентгеновские лучи, идущие от источника излучени , монохроматизируютс  неподвижным кристаллом-монохроматором, Целевое устройство, расположенное после этого кристалла, выдел ет спектральную составл ющую К , котора  падает на исследуемый кристалл. Пос0 ле отражени  от исследуемого кристалла луч попадает на кристалл-анализатор и затем регистрируетс  детектором Отражающие грани всех трех кристаллов взаимно параллельны и расположены под рэгговским углом к источнику излучени .When this device is operated, the X-rays coming from the radiation source are monochromatized by a stationary monochromator crystal. The target device located after this crystal selects the spectral component K that falls on the crystal under study. After reflection from the crystal under investigation, the beam hits the analyzer crystal and then is detected by the detector. The reflecting faces of all three crystals are mutually parallel and are located at a Rag angle to the radiation source.

При измерении деформации сначала наход т отражение от этого эталонного кристалла,, угол отражени  от эталона фиксируют по индикатору, св занному с кристаллом-анализатором. Показани  индикатора при этом дают точку отсчета ( Q ) углового приращени  Угол отражени  исследуемого образца от него также отмечают по индикатору кристалла-анализатора, разность показаний индикатора, переведенна  в угловые единицы, соответствует приращению брэгговского угла.When measuring the deformation, the reflection from the reference crystal is first detected, the angle of reflection from the reference is fixed by the indicator associated with the analyzer crystal. Indicator indications in this case give a reference point (Q) of the angular increment. The reflection angle of the sample under study from it is also noted by the indicator of the crystal-analyzer, the difference in the indications of the indicator, converted into angular units, corresponds to the increment of the Bragg angle.

(3ott 0oописанна  схема спектрометра не накладывает никаких ограничений на толщиныисследуемых образцов и позвол ет регулировать рассто ние между кристаллами при любом угле дифракции . Поскольку лучи в приборе претерпевают однократное, отражение от кристаллов, то кривизна исследуемого образца не вли ет на приращение аи 2.(The 3ott 0o scheme of the spectrometer does not impose any restrictions on the thickness of the samples under study and allows you to adjust the distance between the crystals at any angle of diffraction. Since the rays in the device undergo a single reflection from the crystals, the curvature of the sample under study does not affect the increment of ai 2.

Недостатком спектрометра  вл етс  низка  точность юстировки кристаллов в азимутальном направлении, что обуславливает инструментальную погрешность при измерении углов отражени  и, соответственно, деформации кристаллической решетки. Азимутальна  разориентировка кристаллов вызывает угловой сдвиг брэгговского максимума . Так, если между нормалью и отражающей грани исследуемого образца и вертикальной осью вращени  кристалла в брегговском направлении угол равен 90+сЛ, также при нулевой деформации анализатор зафиксирует приращение -c /1t(J9 .The disadvantage of the spectrometer is the low accuracy of the alignment of the crystals in the azimuthal direction, which causes an instrumental error in measuring the reflection angles and, accordingly, the deformation of the crystal lattice. Azimuthal misorientation of crystals causes an angular shift of the Bragg maximum. So, if the angle between the normal and the reflecting face of the sample and the vertical axis of rotation of the crystal in the Bragg direction is 90 + сЛ, also with zero deformation, the analyzer will record an increment of -c / 1t (J9.

Точное значение угла обычно . неизвестно, поскольку оно зависит от многих факторов. Среди них основным  вл етс  азимутальна  расходимость первичного пучка рентгеновских лучей, минимальное значение которой при использовании щелевых коллиматоров превышает 1°. На величину отклонени  отражающей грани от гла-вной оси вращени  кристалла вли ет также точность изготовлени  механизмов в кристаллодержател х, с помощью которых осуществл етс  азимутальна  юстировка , несовпадение нормалей к отражающей кристаллографической плоскости и поверхности среза образца, а также непараллельность осей вращени  кристаллов в спектрометре. В совокупности эти факторы обуславливают азимутальную разъюстировку 0,5The exact value of the angle is usually. not known, since it depends on many factors. Among them, the main one is the azimuthal divergence of the primary X-ray beam, the minimum value of which when using slit collimators exceeds 1 °. The amount of deviation of the reflecting facet from the principal axis of rotation of the crystal is also affected by the accuracy of manufacturing the mechanisms in the crystal carriers, by means of which the azimuthal adjustment is made, the discrepancy between the normals to the reflecting crystallographic plane and the cut surface of the sample, and the non-parallelism of the axes of rotation of the crystals in the spectrometer. Together, these factors cause the azimuthal misalignment 0.5

На практике азимутальное отклонение имеет все три кристалла. Существует более сложна  функциональна  св зь между измер емым приращением Лб и углами разориентации. Конструкци  спектрометра не содержит элементов контрол  углов отклонени  отражающих граней кристаллов в азимутальном направлении, что при указанных выше причинах неточной юстировки кристаллов не позвол ет достигать рассчетной точности измерени  деформации кристаллической решетки, соответствующей точности определени  приращени  углов отражени .In practice, the azimuthal deflection has all three crystals. There is a more complex functional relationship between the measured increment of Lb and the misorientation angles. The design of the spectrometer does not contain elements controlling the angles of deflection of the reflecting faces of the crystals in the azimuthal direction, which, with the above reasons for inaccurate alignment of the crystals, does not allow to achieve the calculated accuracy of measuring the strain of the crystal lattice corresponding to the accuracy of determining the increment of reflection angles.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  деформации кристаллической решетки.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring the strain of the crystal lattice.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в рентгеновский спектрометр, содержащий последовательно расположенные источник рентгеновскогоизлучени , кристаллодержатель монохроматора , коллиматор, кристаллодержатели исследуемого кристалла и кристалла-анализатора с механизмами их поворота и измерени  углов поворота и детектора, введено устройУгтво вертикального перемещени  источника излучени , между источником излучени  и кристаллодержателем монохроматора установлены два плоских зеркала с механизмом их поворота, расположенных друг относительно друга под двойным углом полного внешнего отраже ни  рентгеновского луча, а нормали к отражающим поверхност м зеркал лежат в плоскости, проход щей через фокус источника и ось вращени  мо0 нохроматора, над поверхностью одного из зеркал установлен дополнительный коллиматор и средство дл  его линейного перемещени  относительно поверхности, а между коллиматором, The goal is achieved by the fact that a X-ray spectrometer containing successively located X-ray source, monochromator crystal holder, collimator, crystal holders of the investigated crystal and analyzer crystal with the mechanisms of their rotation and measurement of the angles of rotation and detector, is placed between the radiation source and the crystal radiator. monochromator installed two flat mirrors with a mechanism for their rotation, located each relative to the double angle of total external reflection of the x-ray beam, and the normals to the reflecting surfaces of the mirrors lie in a plane passing through the focus of the source and the axis of rotation of the monochromator, an additional collimator and means for its linear displacement relative to the surface are installed above one of the mirrors , and between the collimator,

5 расположенным после монохроматора, и кристаллодержателем исследуемого кристалла установлено еще одно плоское зеркг.ло со средствами его поворота относительно рентгеновского лу0 ча так, что нормаль к отражающей поверхности зеркала лежит в плоскости , проход щей через ось вращени  монохроматора и исследуемого кристалла .5, located after the monochromator, and the crystal holder of the crystal under study, one more flat mirror with the means of its rotation relative to the X-ray beam is installed so that the normal to the reflecting surface of the mirror lies in the plane passing through the axis of rotation of the monochromator and the crystal under study.

На фиг.1 представлена обща  прин5 ципиальна  схема предлагаемого рентгеновского спектрометра; на фиг.2показан ход лучей в системе плоских зеркал дл  полного внешнего отражени , расположенных перед кристаллом Figure 1 shows the general principle of the proposed X-ray spectrometer; Fig. 2 shows the path of the rays in a system of flat mirrors for full external reflection located in front of the crystal.

0 монохроматором ; на фиг.З - вариант взаимной ориентации исследуемого кристалла и кристалла-анализатора, а также рентгеновских лучей при измерении деформации кристаллической 0 monochromator; on fig.Z - variant of the mutual orientation of the investigated crystal and crystal analyzer, as well as x-rays when measuring the deformation of the crystal

5 решетки.5 lattices.

Рентгеновский спектрометр содержит источник 1 рентгеновских лучей, устройство 2 его линейного nepeMeDjeни  по вертикали, плоские зеркала 3, The X-ray spectrometer contains an X-ray source 1, a device 2 of its linear nepeMeDje vertically, flat mirrors 3,

0 3, механизм 4 поворота плоских зеркал , щелевое устройство 5, механизм 5 перемещ(1ни  щелевого устройства относительно плоских зеркал, кристалл-монохроматор 7, щелевое устройство 8, плоское зерксшо 9, меха5 низм 10 поворота плоского зеркала, исследуемый кристалл 11, кристалланализатор 12, детектор 13 излучени .0 3, mechanism 4 of rotation of flat mirrors, slit device 5, mechanism 5 displacement (1 slit device relative to flat mirrors, crystal monochromator 7, slot device 8, flat mirror 9, mechanism 5 nst 10 of rotation of a flat mirror, crystal 11 under study, crystallizer 12 detector 13 radiation.

Источник 1 рентгеновских лучей св зан с устройством 2 линейного пе0 ремещени  по вертикали.. На пути от источника расположены два плоских зеркала 3 и 3 дл  прлного внешнего отрг жени  лучей с механизмом 4 поворота зеркал относительно оси первич5 ного пучка, щелевое устройство 5 и св занный с ним механизм 6 перемещени  относительно поверхности зеркал . Далее расположёны кристалл-монохроматор 7, щелевое устройство 8, плоское зеркало 9 дл  полного внешО него отражени  и средства 10 поворота его относительно рентгеновского луча, исследуемый кристалл 11, кристалл-анализатор 12 и детектор 13 The X-ray source 1 is connected to the linear displacement device 2 vertically. On the path from the source there are two flat mirrors 3 and 3 for direct external shielding of the beams with the mechanism 4 that the mirrors rotate relative to the primary beam axis, the slit device 5 and the associated with it, the movement mechanism 6 relative to the surface of the mirrors. Next are the crystal-monochromator 7, a slit device 8, a flat mirror 9 for complete external reflection and means 10 for turning it relative to the x-ray beam, the crystal 11 under study, an analyzer crystal 12 and a detector 13

Claims (2)

1.Авторское свидетельстьо СССР 487338, кл. G 01 N 23/20, 1973.1. Authors testimony of the USSR 487338, cl. G 01 N 23/20, 1973. 2.Скупов В.Д. и Успенска  Г.И. Комбинированный спектрометр дл  измерени  деформации в монокристаллах.Приборы и техника эксперимента., 1975, 2, с.210-213 (прототип).2. Skupov V.D. and Uspenska G.I. Combined spectrometer for measuring the deformation in single crystals. Instruments and experimental technique., 1975, 2, p.210-213 (prototype).
SU792842524A 1979-11-22 1979-11-22 X-ray spectrometer SU857816A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792842524A SU857816A1 (en) 1979-11-22 1979-11-22 X-ray spectrometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792842524A SU857816A1 (en) 1979-11-22 1979-11-22 X-ray spectrometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU857816A1 true SU857816A1 (en) 1981-08-23

Family

ID=20860440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU792842524A SU857816A1 (en) 1979-11-22 1979-11-22 X-ray spectrometer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU857816A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474813C1 (en) * 2011-08-12 2013-02-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Broadband soft x-ray spectrometer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474813C1 (en) * 2011-08-12 2013-02-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Broadband soft x-ray spectrometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0117293B1 (en) Stress measurement by x-ray diffractometry
EP0597668A1 (en) X-ray analysis apparatus
US8085900B2 (en) Method for X-ray wavelength measurement and X-ray wavelength measurement apparatus
Borst et al. Neutron measurements with the Brookhaven crystal spectrometer
EP0095207B1 (en) Double crystal x-ray spectrometer
SU857816A1 (en) X-ray spectrometer
JP3968350B2 (en) X-ray diffraction apparatus and method
Knowles Measurement of γ-ray Diffraction Angles to±0.02 Second of Arc with a Double Flat Crystal Spectrometer
SU1257482A1 (en) X-ray diffraction method of analyzing structure disarrangements in thin near-surface layers of crystals
SU779866A1 (en) Device for investigating monocrystals structures
SU759930A1 (en) X-ray spectrometer for investigating monocrystals
SU918827A1 (en) X-ray spectrometer
Defreese et al. Microcomputer-controlled monochromator accessory module for dual wavelength spectrochemical procedures
SU920480A1 (en) X-ray tv spectrometer
SU718769A1 (en) Three-crystal x-ray spectrometer
RU1790758C (en) Three-crystal r-ray diffractometer
JP2000213999A (en) X-ray stress measuring method
SU1744611A1 (en) Method of determination of curvature radius of atom planes in single crystal plates
SU873067A1 (en) X-ray spectrometer
SU1141321A1 (en) X-ray spectrometer
Watson Development of a Curved Quartz Crystal X‐Ray Spectrograph and a Determination of the Grating Constant of Quartz
US6487270B1 (en) Apparatus for X-ray analysis with a simplified detector motion
SU890179A1 (en) Diffractometric method of monocrystal orientation determination
SU890180A1 (en) Monocrystal orientation x-ray diffractometric determination method
RU13842U1 (en) PORTABLE X-RAY DIFFRACTOMETER