Розділ 1. Основні рівняння динамічної теорії дифракції.

ВСТУП

В Х - променевій діагностиці надзвичайно важливою проблемою є iнтерпретацiя кривих дифракцiйного вiдбивання (КДВ) Х - променiв вiд кристалiв з дуже тонкими (0.1-1мкм) порушеними шарами, якi можуть виникати в процесi iонної iмплантацiї, хімічного травлення, епiтаксiйного нарощування, механiчної обробки поверхонь алмазними пастами i порошками і т.д. Хоча характер кривої дифракцiйного вiдбивання повнiстю пов’язаний зі змiною за глибиною структури порушеного шару, цей зв’язок виявляється досить складним, i розв'язок оберненої задачі наштовхується на значні труднощі. Це зумовлено тим, що у переважній більшості випадків розсіяння Х - променів порушеним шаром має кінематичний характер [1, 2, 12], а для однозначного встановлення структури поверхневого шару необхідно визначити комплексну амплітуду відбивання у всьому кутовому інтервалі, тоді як вимірюваний експериментально коефіцієнт відбивання Х - променiв є лише квадратом модуля цієї величини.

Слід відзначити, що проблема неоднозначності майже не виникає, коли обробляється серія кривих гойдання (КГ).

На даний час існують досить ефективні методи визначення з експериментальних КДВ параметрів реальної структури тонких поверхневих порушених шарів, тобто - ефективної товщини порушеного шару (L_eф), середньої зміни періоду ґратки в шарі та інші.

Особливим випадком структурних спотворень є порушений приповерхневий шар. Кристали з шаром, порушеним пiд впливом різноманітних технологічних процесів, являють собою досить складну структурну систему (властивості приповерхневих шарів і тонких плівок на поверхні кристалів мають високий ступінь анізотропії), характеристики якої мають важливе значення для вдосконалення технології обробки матеріалів.

На даний час відома велика кількість методів і схем, що базуються на ефектах Х - променевого розсіяння які є надзвичайно чутливими до слабких () порушень у тонких шарах кристалічних матеріалів. До них відносяться: метод асимптотичної брегівської дифракції [21]; дифракція Х - променів в умовах повного зовнішнього відбивання [30]; метод стоячих Х - променевих хвиль [38] та ін. Наприклад, у методі асимптотичної брегівської дифракції вимірювання інтенсивності дифракційного відбивання проводяться далеко від брегівського максимуму [21, 40]. Цей метод дозволяє досліджувати найтонші приповерхневi шари ~0.01мкм i використовується для відновлення профілю пошкоджень [41].

Дослідженню процесів аморфізації, що відбуваються при імплантації різного типу іонів у приповерхневі шари кремнію, присвячена велика кількість праць [43-50]. Отримані результати свідчать, що лінійна залежність напруг від концентрації дефектів, утворених внаслідок імплантації, є основною властивістю ґратки кремнію. Вона залежить від речовини, яку імплантують, її енергії, дози. В цілому, ефекти каналювання не впливають на константу пропорційності k, навіть після відпалу дефектів значення k не змінюється. Водночас, відмінність експериментальних значень k від теоретичних на два порядки дає підставу вважати, що дані дефекти – це не просто домішки, а кластерні утворення, густина яких близька до густини аморфізованого шару. Побудовані за допомогою методів Х - променевої дифракції розподіли деформацій за товщиною кристалу не пропорційні густині потоку іонів [7, 43]. Крім того, максимальне значення деформації із ростом дози іонів зміщується вглибину кристалу. Процес іонної імплантації супроводжується утворенням вакансій та міжвузельних точкових дефектів, При цьому їх розподіли за товщиною дещо зміщені по відношенню одне до одного [44, 45]. Згідно з механізмом взаємодії між імплантованими іонами та зразком, іони втрачають енергію, потрапляючи у підкладку, в основному, внаслідок ядерних зіткнень, коли енергія бомбардуючих іонів не перевищує декількох сотень КеВ. Крім інтенсивної рекомбінації вакансій та міжвузельних атомів, біля поверхні можуть утворюватися агрегати вакансій в тих областях, в яких після імплантації спостерігалось найбільше збіднення атомами. Міжвузельні точкові дефекти стягуються у дислокаційні петлі у „хвостах” пошкоджень, де їх локальна концентрація домінує над концентрацією вакансій. В областях, збагачених вакансіями та міжвузельними дефектами, як правило, e_^< 0 (стиск) або e_^> 0 (розтяг). Водночас, в окремих випадках, на товщинних розподілах деформації можуть одночасно спостерігатися області як стиску так і розтягу. Це свідчить про те, що зміщення атомів кремнію у спотвореній області навколо кластерів вакансій є значно слабші, і отже їх важко виявити в порівнянні із тими зміщеннями, що пов’язані із полями напруг навколо дислокаційних петель.

Розділ 1. ОСНОВНІ РІВНЯННЯ ДИНАМІЧНОЇ ТЕОРІЇ ДИФРАКЦІЇ.