научная статья по теме УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГИБА КРИСТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА Физика

Текст научной статьи на тему «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГИБА КРИСТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА»

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2015, № 1, с. 178-180

ЛАБОРАТОРНАЯ ^^^^^^^^^^^^^^ ТЕХНИКА

УДК 538.9:538.97:534.26:548:548.73:539.26

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГИБА КРИСТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

© 2015 г. Э. В. Суворов, И. А. Смирнова, А. C. Образова

Институт физики твердого тела РАН Россия, 142432, Черноголовка Московской обл., ул. Академика Осипьяна, 2 E-mail: suvorov@issp.ac.ru Поступила в редакцию 28.04.2014 г. После доработки 26.06.2014 г.

Описано устройство, позволяющее подвергать изгибу монокристаллические образцы для исследования искажений кристаллической решетки на рентгеновских топограммах. Изгиб кристаллов осуществляется по схеме четырехопорной геометрии. Радиусы изгиба могут варьироваться от сотен до десятков метров. Устройство предназначено для работы в рентгеновских спектрометрах A-3 японской фирмы Rigaku Denki и в двухкристальных спектрометрах ДТС-1 ИК РАН.

DOI: 10.7868/S0032816215010310

ВВЕДЕНИЕ

Дифракция рентгеновского излучения является практически единственным неразрушающим методом исследования параметров реальной структуры сравнительно толстых кристаллов (кристаллов с дефектами структуры). Однако количественный анализ рентгеновских дифракционных данных (например, анализ параметров дефектов на рентгеновских топограммах) в ряде случаев может приводить к серьезным ошибкам. Причиной таких ошибок, как правило, является наложение пространственно протяженных и локализованных искажений кристаллической решетки. Работы, связанные с построением динамической теории рассеяния рентгеновского излучения для искаженных кристаллов, были начаты еще в 50-е годы прошлого столетия и продолжаются до сих пор [1—5].

Для проведения экспериментальных исследований рассеяния рентгеновского излучения на решетках со сложными деформациями, являющимися суперпозицией пространственно протяженных и локальных упругих деформаций связанными с дефектами структуры, необходимо устройство, позволяющее деформировать монокристаллический образец непосредственно в процессе рентгендифрационных экспериментов.

Механические устройства, использованные для изгиба кристаллов, описаны в работах [6, 7]. В данной работе описано усовершенствованное устройство. Предлагаемое усовершенствование связано с заменой жесткой связи между задатчи-ком изгиба и исполнительным устройством на мягкую. Описанное ниже устройство предназначено для работы на рентгенотопографическом спектрометре А-3 с рентгеновским генератором

Э-4С (фирма Ш§аки Эепк1, Япония). Устройство крепится на стандартной гониометрической головке спектрометра ДТС-1 и состоит из двух частей: механизма изгиба, осуществляющего изгиб кристаллического образца, и системы управления поворотами цилиндрических барабанов, на которых крепится образец.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГИБА ОБРАЗЦА

Устройство, схематически представленное на рис. 1, состоит из двух параллельных цилиндрических барабанов с плоскими площадками, на которых закрепляется образец. Оси барабанов крепятся на специальной платформе в прецизионных подшипниках (1ВС Х-719/6). Один из подшипников имеет возможность перемещаться в направлении, перпендикулярном оси барабана

Рис. 1. Схема четырехопорного механизма изгиба кристаллов. 1 — платформа; 2 — площадки крепления образцов; 3 — барабаны; 4, 5 — опорные подшипники.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГИБА КРИСТАЛЛОВ

179

Рис. 2. Схема устройства для изгиба кристаллов. О — образец; 1—4 — опорные подшипники; 5, 6 — барабаны крепления образца; 7 — рычаг поворота обоймы; 8 — смещение подшипника 4.

и плоскости платформы в пределах 2 мм. Эта операция предусмотрена для возможности устранения непараллельности плоских площадок барабанов и компенсации закручивающих деформаций образца вдоль его оси.

Действие четырехопорного механизма изгиба образца понятно из схемы, представленной на рис. 2. Образец О в форме прямоугольной призмы закрепляется на плоских платформах 5, 6 при помощи зажимных пластин. Кристалл устанавливается на мягких свинцовых прокладках, предотвращающих растрескивание хрупких образцов на ребрах площадок. Цилиндрические барабаны с плоскими платформами 5, 6 монтируются на опорных подшипниках 1—4, которые позволяют им свободно поворачиваться. Барабаны связаны пружиной с задающим повороты устройством.

2. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОВОРОТАМИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ БАРАБАНОВ

Механизм управления изгибом смонтирован на фланце с противоположной стороны гониометрической головки. Процедура изгиба состоит в следующем: микрометрический механизм 4 (рис. 3) перемещает рычаг 3, который с помощью пружины передает перемещение на барабаны, изгибающие образец. В устройстве использовался микрометрический винт стандартного микрометра. Цена деления микрометра 10 мкм. Рычаг 3 соединен с микрометрическим винтом посредством пружины, смягчающей передачу деформации. Соотношение плеч рычага между осью его вращения, точкой передачи линейного перемещения микрометрического винта и точкой соединения рычага с барабаном (через пружину) составляет

Рис. 3. Механизм, управляющий поворотами барабанов устройства изгиба. 1 — фланец; 2 — ось крепления рычага 3; 4 — микрометрический винт, перемещающий рычаг 3; 5 — платформа, осуществляющая четы-рехопорный изгиб кристалла; 6 — пружина, передающая движение рычага 3 на барабан.

1/3 так, что смещение, измеренное на микрометре, в 3 раза больше смещения направляющего рычага 3.

На рис. 4 показан общий вид устройства. Устройство для изгиба кристаллов смонтировано на стандартной гониометрической головке спектрометра ДТС-1.

3. ЭКСПЕРИМЕНТ

В качестве иллюстрации работы устройства приведены результаты изгиба кристалла кремния и измерения его радиуса изгиба. Методика измерения состоит в последовательном измерении дифракционного угла при перемещении образца под пучком рентгеновского излучения. Перемещение образца осуществляется на каретке гонио-

Рис. 4. Внешний вид устройства изгиба кристаллов. 1 — образец; 2 — барабаны; 3 — рычаг поворота барабанов; 4 — управляющий рычаг поворотов; 5 — головка микрометра.

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА № 1 2015

12*

180

СУВОРОВ и др.

о, рад 0.0025 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 0

-6 -4 -2

4 6

А х, мм

Рис. 5. График зависимости дифракционного угла 0(х) для монокристалла кремния толщиной 190 мкм. Точки — экспериментальные данные, линия — зависимость 0 = -2.448 • 10-4Ах + 0.001.

метра А-3 в плоскости образца. Если изгиб образца отсутствует, дифракционный угол не меняется. При изгибе образца каждой его точке вдоль поверхности соответствует определенный угол дифрагированного пучка. Строится зависимость из-

меряемого угла 9, при котором коэффициент отражения максимален, от смещения кристалла на каретке гониометра Ах, параллельного его плоскости. Следовательно, величина радиуса изгиба кристалла будет определяться формулой

R = Ах ctg 0 .

В качестве образца был взят монокристалл кремния толщиной 190 мкм. Полученная зависимость 9 (Ах) приведена на рис. 5. Измеренный радиус изгиба составил R = 4 м с ошибкой 0.06 м.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Kato N. // Acta Cryst. 1963. V. 16. № 1. P. 276.

2. Kato N. // J. Phys. Soc. Japan. 1964. V. 19. № 6. P. 971.

3. ИнденбомВ.Л., Чуковский Ф.Н. // УФН. 1972. Т. 107.

№ 2. С. 229.

4. Authier A. Dynamical Theory of X-Ray Diffraction.

Oxford: Science Publications, 2001.

5. Шульпина И.Л., Суворов Э.В. // Изв. РАН. Сер. физ.

2010. Т. 74. № 11. С. 1547.

6. Кушнир В.И., Суворов Э.В, Мухин К.Ю. // ФТТ.

1980. Т. 22. № 7. С. 2135.

7. Mocella V., Ferreo C., Hrdy J., Wright J., Pascarelli S.,

Hoszoqska J. // J. Appl. Cryst. 2008. № 41. P. 695.

0

2

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА № 1 2015

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком