Анотація до роботи:

Федорцов Д.Г. Топографія і дифрактометрія кристалів кремнію з дислокаціями і мікродефектами в умовах Х-променевого акустичного резонансу – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2004.

За допомогою чисельних методів розв’язку рівнянь Такагі проведені комплексні дослідження процесів динамічного розсіяння Х-променів у кристалах кремнію, що містять різного типу дислокаційні петлі та бар’єри. Вибрано різні модельні представлення дислокаційних петель у кремнії з урахуванням його анізотропії та побудовано їх дифракційні зображення. Встановлено, що дифракційні зображення дислокаційних петель істотно відрізняються між собою та суттєво залежать від їх розміру, потужності та просторової орієнтації по відношенню до площин Х-променевого розсіяння. Визначено вплив орієнтаційних характеристик дислокаційних петель на просторові розподіли інтенсивності Х-променів та криві гойдання.

Методами чисельного розв’язування рівнянь Такагі побудовані топографічні зображення як окремих дислокаційних петель, бар’єрів Ломера-Котрела, так і їх комплексів. Досліджено вплив деформаційних полів дислокаційних петель на Х-променеву акустичну взаємодію. З амплітудних залежностей оцінені параметри (фактор Дебая-Валлера L та коефіцієнт дифузних втрат м_d), які характеризують внесок розглядуваних комплексів дефектів у дифузну складову розсіяння.

При наявності в кристалі одночасно мікродефектів та дислокаційних петель значення м_d збільшуються зі збільшенням потужності мікродефектів: 1.27см^-1 (1.48см^-1) для C_v=10^-18, 1.31см^-1 (1.52см^-1) для C_v=10^-17. Аналогічно збільшуються значення L: L=2^.10^-2 та 1.52^.10^-2 (L=3.5^.10^-3 та 8.8^.10^-3).

За допомогою чисельних методів розв’язку основних рівнянь динамічної теорії розсіяння Х-променів проведено дослідження механізмів формування дифракційного зображення окремих дефектів та їх комплексів у залежності від кристалографічного та просторового розміщення в кристалах кремнію, а також кривих гойдання, залежності інтегральної інтенсивності від амплітуди ультразвуку в умовах Х-променевого акустичного резонансу.

1. Вибрано різні модельні представлення дислокаційних петель у кремнії з урахуванням його анізотропії. Модель у вигляді гексагона з дислокаційних сегментів, що напрямлені вздовж можливих кристалографічних напрямків, дозволяє відтворювати зображення усіх типів дислокаційних петель (ковзаючих і призматичних) у відповідності з відомими експериментальним даними.

2. Розраховані Х-променеві топограми для кристалів, що містять різні за розмірами, кристалографічним і просторовим розташуванням дислокаційні петлі. Виявлено складний і різноманітний характер розсіяння Х-променів на деформаційних полях, створюваних дислокаційними петлями. Результати досліджень свідчать, що дислокаційні петлі володіють далекодіючим полем деформацій. Різноманітність Х-променевих зображень петель у залежності від кристалографічного та просторового розташування пояснюється сумарним впливом добутків для кожної частини петлі на загальну функцію локальних розорієнтацій (яку у випадку дислокаційної петлі аналітично виразити неможливо) та вказує на необхідність створення програмних пакетів для розрахунку топографічних зображень дефектів для полегшення однозначної інтерпретації топограм.

3. За допомогою чисельного розв’язку рівнянь Такагі побудовані Х-променеві топографічні зображення для бар’єрів Ломера-Котрела, різної концентрації дислокаційних петель та включень. Проведено аналіз просторових розподілів інтенсивності у випадку наявності в кристалі комплексів дефектів (деформаційні поля мікродефектів, дислокаційних петель, бар’єрів). З розрахованих топограм випливає, що у даному випадку осциляції інтенсивності вздовж вектора дифракції стають менш контрастними або зникають зовсім, що зумовлено впливом деформаційного поля, яке створюється мікродефектами, на інтерференційну взаємодію між хвильовими полями, які сильно та слабо поглинаються. Зображення дислокаційної петлі при таких умовах максимально наближається до експериментального.

4. Проведений аналіз просторових розподілів інтенсивності, кривих гойдання та амплітудних залежностей інтегральної інтенсивності в умовах Х-променевого акустичного резонансу. Розподіли інтенсивності свідчать про підсилення некогерентної складової розсіяння зі збільшенням відстані від дислокаційної петлі до вихідної поверхні. Наявність у кристалі дислокаційних петель приводить до збільшення асиметрії кривої гойдання за рахунок перерозподілу інтенсивності між когерентною та некогерентною складовими розсіяння.

5. При виконанні умови Х-променевого акустичного резонансу відбуваються різноманітні трансформації динамічної частини зображення дислокаційних петель. Ефект підсилення дифракційного контрасту суттєво відрізняється для всіх моделей дислокаційних петель.

Із аналізу залежності інтегральної відбивної здатності кристала від амплітуди ультразвуку виділено вклади дифузної та когерентної складових розсіяння. Визначено інтегральні характеристики структурної досконалості кристалу. Коефіцієнт м_d слабко чутливий до місця розташування окремої петлі, його значення ~1.3-1.4см^-1. Значення L зменшується з наближенням петлі до вихідної поверхні та при збільшенні її розмірів.

При наявності в кристалі одночасно мікродефектів та ДП значення м_d збільшуються зі збільшенням потужності мікродефектів. Наприклад, для моделей ДП на рис.1а,б м_d= 1.27см^-1 та 1.48см^-1 відповідно для C_v=10^-18 і 1.31см^-1 та 1.52см^-1 для C_v=10^-17. Аналогічно збільшуються значення L, причому для ДП моделі на рис.1а L=3.5^.10^-3 та 8.8^.10^-3, а для моделі ДП на рис.1б - L=2^.10^-2 та 1.52^.10^-2.

Список цитованої літератури

1. Authier A. Dynamical Theory of X-Ray Diffraction. – N.Y.: Oxford University Press, 2001. – p.661.

2. Мачулин В.Ф., Хрупа В.И. Рентгеновская диагностика структурного совершенства слабо искаженных кристаллов. Киев: Наукрва думка, 1995. -с. 192.

3. Epelboin Y. Simulation of X-Ray Topographs // Material Science and Engineering. - 1985. - 73. - p.1–43.

4. Данильчук Л.Н. Бормановская рентгеновская топография дефектов в кристаллах с медленно изменяющимися полями деформаций. Автореферат диссертации д. физ.-мат. наук. Киев: ИМФ АН Украины. (1992).

5. Хирт Дж., Лоте И. Теория диcлокаций. – М.: Атомиздат, 1972. - с.600.

Основні результати роботи викладені в публікаціях:

1. Новіков С.М., Раранський М.Д., Федорцов Д.Г., Фодчук І.М. Зображення дислокацій і мікродефектів на секційних топограмах в акустично збудженому кристалі // Науковий вісник ЧДУ. Фізика. Електроніка - Чернівці: ЧДУ. -2000. -79. -С.73-76.

2. Новиков С.Н., Раранский Н.Д., Федорцов Д.Г., Фодчук И.М. Влияние акустического поля на кристаллы, содержащие дислокации и микродефекты // Металлофизика и новейшие технологии. – 2002. -24, №2. -С.197-202.

3. I. Fodchuk, S. Novikov, and D. Fedortsov, X-ray acoustic topography of defects in Si crystals // phys. stat. sol. (a). – 2004. -201, №4. -P.711-717.

4. Novikov S.N., Fedortsov D.G., Dovganyuk V.V. Using of acoustic waves in X-ray topography of silicon crystals // Proc. SPIE. Вellingham. – 2004. -5477.

5. Раранский Н.Д., Фодчук И.М., Струк Я.М., Бобровник С.В., Федорцов Д.Г. Формирование картин муара в трехкристальной рентгеновской интерферометрии // Международная конференция, посвященная методам рентгенографической диагностики несовершенств в кристаллах, применяемых в науке и технике. - Черновцы. -1999. -С.10.

6. Раренко И.М., Захарук З.И., Годованюк В.Н., Фодчук И.М., Федорцов Д.Г. Рентгенодифракционные исследования структурного совершенства кристаллических соединений А²В⁶ и А³В⁵ // VIII Міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок. - Івано-Франківськ. -2001. -С.158.

7. Novikov S.N., Raransky M.D., Fodchuk I.M., Fedortsov D.G. X-Ray and Acoustic Topography and Diffractometry of Strain Fields Around Defects in Real Crystal // 6^th Biennial Conference on High Resolution X-Ray Diffraction and Imaging, Grenoble and Aussois, France. - 2002. -P.179.

8. Фодчук И.М., Федорцов Д.Г., Корбутяк Д.В., Годованюк В.М. Влияние гамма-излучения на структурное совершенство монокристаллов CdTe // ХІ міжнародна конференція "Фізика і технологія тонких плівок". - Івано-Франківськ. -2003. -С.147.

9. Федорцов Д.Г. Рентгенівська акустична топографія кристалів кремнію // Міжнародна науково-теоретична конференція молодих учених “Молодь і досягнення науки у вирішенні проблем сучасності”. - Чернівці. -2003.

10. S. Novikov, D. Fedortsov, I. Fodchuk X-Ray Images of Dislocation Loops in Acoustically Excited Silicon Crystals // 7^th Biennial Conference on High Resolution X-Ray Diffraction and Imaging, Congress Center Pruhonice near Prague, Czech Republic. -2004. -P.61.

11. Федорцов Д.Г., Новіков С.М., Фодчук І.М. Рентгеновские топографические изображения дислокационных петель в кремнии // ІІ Українська конференція з фізикі напівпрвідників УНКФН-2. - Чернівці. -2004. -С.418.