Дифрактометр PANalytical XPert PRO

Описание установки:
Рентгеновский дифрактометр Panalytical X ’ PERT PRO MRD Extended предназначен для исследования тонких структурных особенностей монокристаллов и гетероэпитаксиальных пленок толщиной от нескольких нанометров до нескольких микрон. Система Prefix позволяет менять первичные монохроматоры без дополнительной юстировки в зависимости от конкретных задач исследований. Рентгеновское зеркало дает монохроматизированный пучок интенсивностью 5 млрд. импульсов в секунду (расходимость 150 ’’ ), что наилучшим образом подходит для исследования несовершенных монокристаллов и поликристаллических образцов. Гибридный монохроматор, состоящий из комбинации в одном блоке рентгеновского зеркала и двухкристального щелевого германиевого монохроматора, дает интенсивность 400 млн. импульсов в секунду с расходимостью 25 ’’ . Оптимальное применение – запись фрагментов областей обратного пространства вблизи выбранного рефлекса и рефлектометрических кривых для определени z толщины эпитаксиальных слоев. Комбинация рентгеновского зеркала и четырехкристального германиевого монохроматора в геометрии Extended дает 26 млн. импульсов в секунду с расходимостью 12 ’’ . Интенсивность монохроматизированного пучка в геометрии Extended возрастает в 18 раз. Для примера, применение трубки с вращающимся анодом в установке Ригаку дает увеличение интенсивности всего в 9 раз. Оптимальное применение – запись кривых качания симметричных и асимметричных рефлексов для определения состава и толщины эпитаксиальных слоев и периода сверхрешеток. Дифрактометр оснащен третьим кристаллом–анализатором для точного определения параметров решетки и записи областей обратного пространства. Процесс записи двумерных картин полностью автоматизирован. Вместе с дифрактометром приобретен пакет программ для анализа кривых качания и двумерных областей обратного пространства.

Дифрактометр позволяет исследовать образцы пятью различными методиками.

  1. Запись стандартных кривых качания образца и анализатора для определения параметров решетки эпитаксиальных слоев перпендикулярно и параллельно плоскости срастания с подложкой. Используется для определения состава и толщины эпитаксиальных слоев.
  2. Запись рефлектометрических кривых при малых углах падения рентгеновских лучей на образец. Коэффициент преломления рентгеновских лучей в кристаллах меньше единицы на несколько единиц в шестом десятичном знаке, поэтому наблюдается полное внешнее отражение рентгеновских лучей ниже значения критического угла ( q с = 0.22 ° для Si и q с =0.31 ° для GaAs ). Выше критических значений углов наблюдается система рефлектометрических максимумов, по которой можно определить толщину как самих эпитаксиальных слоев, так и толщину переходных слоев с точностью до 0.1 нм.
  3. Получение фрагментов области обратного пространства вблизи выбранного рефлекса путем интегрирования от нескольких десятков до сотни и более отдельных кривых качания в двумерную картину в программе Panalytical Epitaxy . Используется для разделения вкладов в уширение рефлексов из-за колебаний в параметрах решетки и из-за разориентации отдельных частей слоев.
  4. Запись рефлексов в скользящей геометрии дифракции, в которой образец наклоняется на угол y =55 ¸ 85 ° вокруг горизонтальной оси, лежащей в плоскости образца. В сочетании с использованием асимметричных рефлексов это позволяет плавно уменьшать глубину проникновения рентгеновских лучей в образец от нескольких микрон до ста и менее нанометров для выявления слоев с параметром решетки, близким к параметру решетки подложки.
  5. Получение двумерных картин Х–У сканирования в прямом пространстве для определения радиуса кривизны структуры и выявления локальных нарушенных областей.

Технические характеристики прибора:

Мощность дифрактометра2 kW , режим работы непрерывный
ИзлучениеCu K a 1, линейный или точечный фокус
Охлаждение трубкиОборотная вода, установка Chilly 35
Защита от излученияПолная
Управление приборомС помощью компьютера
Точность измерения углов0.0001 ° по шкалам w и 2 q ; 0.01 ° по осям j и y
Точность перемещений0.001 мм по оси z ; 0.01 мм по осям X и У
Диапазон углов (по шкале w)-5 ° – 105 °
(по шкале 2 q)-10 ° – 168 °
(вокруг оси j , перпендикулярной к образцу)0 – 360 °
(вокруг оси y в плоскости образца)-5 ° – 95 °
АнализаторЩелевой кристалл Ge с тремя отражениями (220)
Счетчики импульсовПропорциональный с линейным ходом до 1 млн. имп. сек.
Автоматический аттеньюаторКоэффициент ослабления – 140

Публикации:

  1. V.I. Kozlovsky, V.P. Martovitsky . Formation of nonuniformity in ZnSe/ZnMgSSe quantum well structures during MOVPE on GaAs(0 01) misoriented by 101 to (111)A plane. Physica B 404 (2009) 5009–5012 .
  2. В.С. Багаев, В.С. Кривобок, В.П. Мартовицкий , А.И. Новиков. Распределение германия в слоях Si 1- x Gex ( x <0.1), выращенных на подложке Si (001), в зависимости от их толщины. ЖЭТФ, 136 , 1154–1169 (2009).