Цифровая обработка рентгенотопографических и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры монокристаллов

• Автор: Дроздов, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 05.12.04, 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Великий Новгород
• Количество страниц: 233 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
1.1 Основные топографические методы и методики исследования дефектов структуры монокристаллов

1.2 Поляризационнооптический метод исследования дефектов структуры монокристаллов

1.3 Актуальные проблемы анализа изображений дефектов структуры монокристаллов

1.4 Выводы и постановка задач диссертационного исследования

ГЛАВА 2 МЕТОДИКА И ПРОГРАММНОАППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО КОНТРАСТА ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ МОНОКРИСТАЛЛОВ
2.1 Аппаратная организация цифровой обработки рентгенотопографических и поляризационнооптических изображений.
2.2 Программное обеспечение цифровой обработки топографических и поляризационнооптических изображений.

2.3 Выбор и обоснование методов цифровой обработки изображений

2.3.1 Линейная фильтрация

2.3.2 Нелинейная фильтрация
2.4 Особенности экспериментального контраста слабый контраст, фоновая неоднородность, зернистость фотоэмульсии
2.5 Выводы.
ГЛАВА 3 МЕТОДЫ И ПРОГРАММЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ВЫСОКОЙ ФОНОВОЙ НЕОДНОРОДНОСТЬЮ
3.1 Метод устранения слабого контраста.
3.2 Методы устранения неравномерного фона
3.2.1 Метод, основанный на оценке среднего значения фона в различных областях изображения и вычитании его из исходного изображения
3.2.2 Метод, основанный на прямом изменении амплитудного спектра изображения.
3.2.3 Методы, основанные на высокочастотной фильтрации с предварительным логарифмированием и экспоненцированием изображения
3.2.4 Метод, основанный на высокочастотной фильтрации с предварительной
обработкой изображения нелинейным фильтром
3.3 Выводы
ГЛАВА 4 МЕТОДЫ И ПРОГРАММЫ УСТРАНЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ЗЕРНИСТОСТИ ФОТОЭМУЛЬСИИ НА КАЧЕСТВО ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЕФЕКТОВ
4.1 Методы на основе прямого изменения амплитудного спектра изображения и линейной фильтрации.
4.2 Метод на основе фильтра усреднения зерна с порогом
4.3 Метод на основе фильтра с рекурсивным накоплением.
4.4 Методы представления изображения в виде, удобном для визуального анализа и измерения на изображениях.
4.5 Выводы
ГЛАВА 5 ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ РАСШИФРОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО КОНТРАСТА И ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ РАЗЛИЧНОГО ТИПА В МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ
5.1 Исследуемые образцы, их подготовка для топографических и поляризационнооптических исследований, методика цифровой обработки
5.2 Цифровая обработка экспериментального контраста, содержащего
изображения винтовых и краевых дислокаций.
5.2.1 Экспериментальный и теоретический контраст от винтовых дислокаций
5.2.2 Экспериментальный и теоретический контрасты от краевых дислокаций
5.3 Сопоставление информативности и эффективности цифровой обработки экспериментального контраста, полученного топографическими методами АПРЛ и Ланга
5.4 Применение метода АПРЛ для исследования микродефектов.
5.4.1 Теоретический расчет контраста от микродефектов.
5.4.2 Цифровая обработка экспериментального контраста, содержащего изображения микродефектов.
5.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


В основе рентгеновской топографии лежат две геометрические схемы дифракции рентгеновских лучей. Если падающий и отраженный лучи находятся по одну сторону от кристалла, то реализуется схема на отражение Брэгга, если по обе стороны, то схема на прохождение Лауэ. На практике часто используется смешанная геометрия и оба случая реализуются одновременно. Основными методами рентгеновской топографии являются проекционный метод Ланга, метод аномального прохождения рентгеновских лучей АПРЛ и метод БергаБаретгаНьюкирка рис. Все остальные топографические методы являются модификациями этих трех методов. Модификации основаны на применении в рентгенооптической схеме дополнительных кристаллов, выполняющих роль монохроматора, коллиматора и анализатора, на использовании расходящегося или коллимированного падающего пучка лучей, на осуществлении предельных или смешанных геометрических схем дифракции. К специальным методам рентгеновской топографии относят многокристальные и секционные методы 1,2. До настоящего времени дифракционные изображения дефектов структуры в методах рентгеновской топографии чаще всего фиксируются на высокоразрешающих фотопластинках для ядерных исследований. Ф
щ
п
Схемы основных методов рентгеновской топографии а метод АГТРЛ б проекционный метод Ланга в метод Берга Баретта Ньюкирка. Ф источник, Щ щели, К кристалл, Э экран, П фотопластинка, Я и Т отраженный и прошедший по Борману пучки соответственно. Рисунок 1. Для обеспечения требуемого разрешения время съмки при использовании рентгеновских трубок может достигать десятков часов. Более длительные экспозиции нецелесообразны изза температурной и механической нестабильности рентгеновской аппаратуры. Регистрируемое практически без увеличения изображение кристалла анализируется с помощью оптического микроскопа и увеличивается до необходимых размеров при фотопечати. Природа чувствительности рентгенотопографии к различным нарушениям структуры деформационная. Дефекты, нарушая периодическое строение кристаллической решетки, приводят к смещению узлов и атомов из положения равновесия. Геометрическое разрешение, зависящее от плотности дефектов, расходимости падающего пучка и свойств фотоматериалов, составляет несколько микрон. Описание в кристаллах с дефектами рентгеновского волнового поля проводится с помощью разработанной геометрической и дифракционной оптики. Если кристалл слабо искажен и волновое поле может быть представлено в виде суперпозиции блоховских волн, распространяющихся по искривленным траекториям, то справедлива геометрическая лучевая оптика. Для сильно искаженных кристаллов характерно не только преломление, но и дифракция блоховских волн. Геометрическая оптика удобна для описания формирования изображения дальнего поля деформаций вокруг дефекта, а дифракционная ближнего поля. Несмотря на сложность механизмов формирования дифракционных изображений дефектов, экспериментальные топограммы дают наглядную и большую информацию о структурном совершенстве материалов 1,2. Каждый из трех методов, перечисленных выше, а также методики на их основе, имеют свою специфику и область применения, в которой их эффективность наибольшая. Метод Берга Баретта Ньюкирка в виде, представленном на рис. Ю см2, однако имеет низкую чувствительность к деформациям кристаллической рештки. Поэтому для исследования совершенных малодислокационных или бездислокационных кристаллов этот метод применяется редко. Для увеличения чувствительности возможно использование кристалловмонохроматоров. Метод двухкристальной топографии п,п в геометрии Брэгга показан на рис. Знаки означают направление поворота отражнных лучей, ап порядок отражения или кристаллографические индексы. Направление поворота первого луча принимают за плюс, а знак второго будет плюс, если направление его разворота совпадает с первым и минус, если не совпадает. Всего в двухкристальной схеме возможны три различные установки
Схема двухкристального топографического спектрометра Ф источник, М кристалл монохроматор, К кристалл, П фотопластинка, 0П угол Вульфа Брэгга. Рисунок 1.