Розсіяння Х-променів шаруватими періодичними структурами та діагностика їх параметрів - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИАВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. Науковий керівник:доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник, Кладько Василь Петрович, Інститут фізики напівпровідників ім. Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор, Новиков Микола Миколайович, Київський Національний Університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри фізики металів доктор фізико-математичних наук, професор, Кисловський Євген Миколайович, Інститут металофізики ім. Захист відбудеться ”16 ”березня 2007 р. о 1415 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.199.01 при Інституті фізики напівпровідників ім.В роботі виконано комплекс досліджень в рамках розвитку експериментальних методів дифракції Х-променів з використанням квазізаборонених рефлексів (КЗР) для контролю параметрів багатошарових квантово-розмірних структур, їх деформаційних та композиційних властивостей для подальшої оптимізації фізико-технологічних основ отримання багатошарових напружених структур. Окрім того, виникає цілий ряд проблем в діагностиці таких структур при переході до надграток з товщинами шарів порядку декількох моношарів (МШ), так званих короткоперіодних надграток. Вдосконалені експериментальні методи та чисельне моделювання процесів розсіяння Х-променів реальними кристалами дають унікальну інформацію про розподіл деформацій за товщиною кристалу, ротаційні та дилатаційні складові деформацій кристалічної гратки на глибинах від декілька моношарів до десятків міліметрів. Мета дисертаційної роботи полягала у подальшому розвитку експериментальних основ дифракції Х-променів на багатошарових квантово-розмірних структурах, а також в дослідженні деформаційних, композиційних властивостей, з метою оптимізації фізико-технологічних основ отримання багатошарових напружених структур з квантовими ямами і точками з наперед заданими властивостями. В даній роботі вперше отримано ряд нових наукових результатів: · за рахунок поширення області досліджень квазізаборонених рефлексів на обєкти наноструктурних розмірів - надгратки, багатошарові структури з квантовими точками, - встановлена можливість сепарації внеску в розсіювальну здатність таких структур кожного з шарів окремо, високу чутливість КЗР до складу твердих розчинів субшарів, а також вибіркову чутливість сателітів НГ до дефектної структури того або іншого шару.Використовуючи напівкінематичне наближення теорії розсіювання Х-променів, коли товщини окремих шарів НГ є малими стосовно екстинкційної довжини, (параметру, котрий визначає довжину шляху формування динамічної хвилі в кристалі), розглянуто основні властивості дифракційних спектрів від НГ. При розрахунках картини дифракції Х-променів за допомогою першої ітерації рівнянь Топена, однорідний епітаксійний шар описується такими параметрами: товщина t, коефіцієнтами Фурє-поляризовності кристала c, напругами ee і коефіцієнтом поглинання mm. Зазначені напруги (деформації) (як перпендикулярні ee^^, так і паралельні еепппп поверхні кристала) визначаються в теорії пружності відносною зміною міжплощинних відстаней у підкладці й плівці: ee^cos2YY eeппппsin2YY , (3) де YY - кут між площинами і поверхнею кристалу. Залежність зазначеного відношення І /І-від величини статфактора одного із шарів Li при фіксованому рівні спотворень структури іншого шару Lj=const носить чітко виражений нелінійний характер як при однаковій товщині шарів (t1=t2), так і у випадку, коли товщина одного із шарів більша ніж іншого (t1=2t). Дифракційний пучок усереднює структуру в межах латеральної довжини когерентності, і тому на дифракційному профілі неспівмірної НГ сателітні піки викликають періодичність, що є близькою до цілого числа атомних шарів і інтенсивностей, які не узгоджують з заданим числом шарів (GAAS)-(ALAS) і може описуватись лише їх комбінаціями (табл.1).Багатошарову систему, якою є структура з декількома квантовими ямами, можна представити як систему однорідних субшарів. Розрахунок КДВ був проведений за формулами динамічної теорії розсіяння Х-променів, що зводиться до рекурентних співвідношень, які повязують амплітуду відбиття від N шарів з амплітудами відбиття й проходження від верхнього шару з амплітудами (N-1) наступних шарів . Видно, що крім піку підкладки і основного максимуму, викликаного середньою граткою структури (нульового сателіта), на хвостах КДВ спостерігається складна інтерференційна структура. Осциляції з малим періодом відповідають за товщину всієї структури, а довгоперіодні - мають яскраво виражений максимум, що свідчить про формування в приповерхній області зразків періодичної структури монокристалічних шарів. В результаті процедури підгонки для рефлексу 400 були отримані товщини шарів у періоді НГ, розподіл домішки в межах КЯ, а також зміна параметру гратки в напрямку росту структури.