СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ДИСЛОКАЦИЙ В МОНОКРИСТАЛЛАХ С ПОМОЩЬЮ АСМ
METHOD FOR DETERMINING DIRECTIONS OF DISLOCATIONS IN SINGLE CRYSTALS BY ACM

Изобретение относится к приборам и методам экспериментальной физики и предназначено для исследования дефектной структуры кристаллов.
Известен способ исследования дислокаций в кристаллах рентгенодифракционной топографией, которая позволяет определить направления дислокации [Данильчук Л.Н., Окунев А.О., Иванов К.Г., Тимофеева Ю.В. Исследование дефектов структуры полуметаллов и полупроводников на основе монокристаллических сплавов (Bi+Sb) методами рентгеновской топографии//Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2008. - Том 74. - №3. - С. 25-32].
Недостатками этого способа является сложность аппаратуры, необходимость разрушения образца для приготовления тонких шлифов исследуемого кристалла (0,2 мм), свойства рентгеновского излучения, вредные для здоровья особенно при длительной экспозиции (несколько часов), необходимость специально подготовленного персонала.
Известен также металлографический способ определения дислокаций в кристаллах, включающий избирательное химическое травление в сочетании с подсчетом количества дислокаций под металлографическим микроскопом, который широко применяется в промышленных условиях при оценке качества кристаллов. Этим способом определяют важный параметр кристаллов - плотность дислокаций [Амелинкс С. Методы прямого наблюдения дислокаций. - М.: Мир. 1968. - 440 с.]. Недостатком этого метода является его ограниченность (определяется количество дислокаций, но не их направление), что не позволяет делать определенных выводов об условиях роста кристаллов и их свойствах.
Цель изобретения - определение направлений дислокаций.
Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения направлений дислокаций в кристаллах, включающему селективное химическое травление кристалла и исследование ямок травления дислокаций, которое производят с помощью атомно-силового микроскопа, при этом измеряют геометрические параметры (углы наклона) граней ямок травления, по полученным данным строят геометрические модели ямок дислокаций и по наклону пирамиды ямки травления определяют направление дислокаций.
Сущность изобретения заключается в сочетании химического травления с исследованием геометрических параметров ямок травления с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) и последующим моделированием геометрии ямки травления. Такая процедура дает возможность обнаружить различное огранение центральных участков, которое согласно законам геометрической кристаллографии отражает группу симметрии соответствующих им дислокаций. Свойство дислокаций, соответствующих разным направлениям, отличны, что определяет их различие по электрофизическим и механическим свойствам. В случае преобладания того или иного типа по всему объему кристалла или в части его исследователь может прогнозировать возможные отклонения в физических свойствах кристалла (легкость скольжения, электрофизические параметры).
Селективное (избирательное) травление осуществляют в составах, рекомендуемых стандартными методиками, но продолжительность травления в данном методе сокращается с нескольких минут до 10 с.
Затем при проведении атомно-силового исследования исходя из пространственной группы симметрии исследуемого кристалла делают вывод о возможных подгруппах симметрии направлений данного кристалла, которым и отвечают дислокации, как линейные дефекты структуры. Замерами ребер основания пирамиды ямки травления определяют группы симметрии дислокаций, геометрические модели типов дислокаций, свойственные данному кристаллу, и служат затем для определения направлений дислокаций. При этом могут быть определены также плотности дислокаций разных типов, являющиеся важнейшей характеристикой качества кристаллов. В качестве примера исследования проводились на кристаллах висмута и висмут-сурьма. Такая процедура может быть проведена для других монокристаллов и эпитаксиальных пленок. В каждом случае в первой стадии исследования проводится детальное измерение геометрической картины ямок травления, идентификация направлений дислокаций по пространственной картине и составление геометрических моделей типов дислокаций для данного образца и данной ориентации пространственной поверхности в образце.
Способ имеет преимущество по сравнению с методом рентгенодифракционной топографии: нет необходимости разрушать исследуемый образец, можно осуществлять экспрессный контроль больших партий монокристаллов. Преимущество по сравнению с металлографическим методом состоит в том, что, во-первых, позволяет изучить пространственную картину ямки травления дислокаций, во-вторых, для исследования можно использовать значительно меньшие по размерам ямки травления, имеющие более правильную форму в силу того, что при этом концентрация травителя в процессе травления изменяется меньше.
Способ впервые обеспечивает возможность экспресс - определения направления дислокаций в монокристаллах и эпитаксиальных пленках.