Когерентное и диффузное рассеяние рентгеновских лучей на планарных гетероструктурах

• Автор: Казаков, Дмитрий Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Сыктывкар
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ГЛАВА 1. Литературный обзор
§1. Вторичные процессы в рентгеновской дифракции
§2. Угловое распределение интенсивности рассеяния
рентгеновских лучей вблизи узла обратной решетки
ГЛАВА 2. Статистическая динамическая теория вторичных процессов в условиях дифракции рентгеновских лучей многослойных структурах
ГЛАВА 3. Статистическая теория дифракции от эпитаксиальных
слоев применительно к трехосевой дифрактометрии
ГЛАВА 4. Теория дифракции на сверхрешетке сложного композиционного состава
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ. Решение системы уравнений для диффузной компоненты рентгеновского поля

Планарные гетероструктуры - это многослойные системы, которые используются в полупроводниковых приборах. Развитие оптики и электроники требует создания новых полупроводниковых структур с размерами порядка КГ9 м. Такие объекты получили название наноструктуры или наностистемы. Наиболее распространенными методами изготовления полупроводниковых структур являются ионная имплантация, молекулярнолучевая эпитаксия, диффузное внедрение и различные способы парофазного эпитаксиального роста. Даже самые передовые технологии не позволяют создавать структуры с идеальной кристаллической решеткой, в результате чего в объеме кристалла могут возникать различного рода дефекты [1-6]. Полупроводниковые приборы, размеры которых порядка нанометров, требуют строгого анализа их атомно-кристаллической структуры. Физические свойства и дальнейшее применение таких объектов определяются качеством кристаллической решетки материалов.
Исходным материалом для создания планарных гетероструктур служат элементы четвертой группы таблицы Менделеева, соединения третьей и пятой групп вида АШВ и соединения АИВУ|. Наиболее популярными являются композиции на основе 81, ве, бинарные соединения ваИ, СаАз, А1Аэ, А1БЬ, 1пЫ, 1пР, 1пАэ, гпБе, Сс1Те, Сб8е и т. д. [7]. Ввиду ограниченности состава бинарных соединений для получения материалов с более сложными электрофизическими свойствами предпочтение отдают их тройным и более сложным химическим композициям [8]. В результате такой компоновки можно добиваться непрерывного изменения параметра решетки структуры, создавать многослойные системы твердых растворов из комбинаций соединений АШВУ [9]. При этом если имеет место закон Вегарда, то зависимость объема элементарной ячейки от концентрации должна иметь линейный характер, однако в ряде случаев для трехкомпонентных твердых растворов закон Вегарда может не выполняться. Напряжения приводят к возникновению деформаций кристаллической решетки.

Поскольку разного рода полупроводниковые материалы обладают разными уровнями валентности и проводимости, то на их гетерогранице возникает изгиб энергетических зон [10]. Электроны в такой системе могут свободно двигаться вдоль границы раздела материалов. Последовательный рост двух гетеропереходов приводит к образованию квантовой ямы с одним или несколькими уровнями энергии. Квантовые нити ограничивают движение электронов в двух направлениях. Объекты, в которых движение электрона ограничено по всем направлениям, получили название квантовых точек [11, 12].
Высокоразрешающая рентгеновская дифрактометрия - это эффективный неразрушающий метод исследования кристаллических гетероструктур [13 — 15], при этом анализ дифракционной картины требует учета когерентного и диффузного рассеяния. Когерентный канал рассеяния определяется состоянием «средней» (напряженной) кристаллической решетки. Формирование диффузного поля рассеяния происходит в результате взаимодействия рентгеновского излучения с дефектами кристаллической структуры. Непосредственное взаимодействие рентгеновского излучения с веществом сопровождается различного рода вторичными процессами, при этом за выход вторичных процессов отвечает как когерентная, так и диффузная составляющие рентгеновского поля. Следовательно, угловое распределение коэффициента дифракционного отражения и выход вторичных процессов содержат важную информацию о структурных характеристиках кристаллических нанобъектов.
Данная работа посвящена развитию теории дифракции на кристаллических структурах с учетом когерентного и диффузного каналов рассеяния. В первой главе приведен обзор литературы по проблеме изучения кристаллических объектов с помощью рентгенодифракционных методов и методов вторичных процессов. Во второй главе получены общие выражения для интенсивности когерентной и диффузной компонент выхода вторичных процессов от градиентной кристаллической структуры с произвольным

Функция г(Д|9) для выбранной модели дефектов определяется выражениями (2.21). Функция вероятности выхода фотоэлектронов на поверхность Р{г) для рассматриваемого кристалла 1пР равна
Р(г) = ехр(-г/Ь), где 1 = 0,035 мкм [102].
На рис. 15 и рис. 16 приведены графики угловой зависимости КДО и фотоэлектронной эмиссии для кристалла с е(г) = 0 и / = 0,5 . На этих рисунков четко видно, что учет влияния некогерентной компоненты приводит к поднятию кривых Я и х и к сглаживанию осцилляций. Осцилляции четче выражены на кривой /, и некогерентная компонента сглаживает их в меньшей степени, чем в случае КДО. С ростом толщины нарушенного слоя увеличивается вклад некогерентной компоненты в формирование кривых Я и х , а период осцилляций когерентной компоненты уменьшается (см. рис. 17 - 20). На рис. 19 показаны графики для
АО, угл
Рис. 15. Коэффициент дифракционною отражения в логарифмическом масштабе при / = А, ф) = 0,/= 0,5, г = 0,4 мкм: А - суммарный, В - Л1, С - Я'