РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОПОГРАФИЯ
совокупность
рентгеновских дифракционных методов изучения различных дефектов строения
в почти совершенных кристаллах. К таким дефектам относятся: блоки и границы
структурных элементов, дефекты упаковки, дислокации, скопления атомов
примесей, деформации. Осуществляя дифракцию рентгеновских лучей
на
кристаллах различными методами "на просвет" и "на отражение" в спец.
рентгеновских
камерах, получают рентгенограмму - дифракционное изображение
кристалла, наз. в структурном анализе топограммой. Физ. основу методов
Р. т. составляет дифракционный контраст в изображении различных областей
кристалла в пределах одного дифракционного пятна. Этот контраст формируется
вследствие различий интенсивностей или направлений лучей от разных точек
кристалла в соответствии с совершенством или ориентацией кристаллич. решётки
кристалла в этих точках. Эффект, вызываемый изменением хода лучей, позволяет
оценивать размеры и дезориентации элементов субструктуры (фрагментов, блоков)
в кристаллах, а различие в интенсивностях пучков используется для выявления
дефектов упаковки, дислокаций, сегрегации примесей и напряжений. Р. т.
отличают от др. рентгеновских методов исследования кристаллов высокая
разрешающая
способность и чувствительность, а также возможность исследования объёмного
расположения дефектов в сравнительно крупных по размеру почти совершенных
кристаллах (до десятков см).
Рис. 1, а. Схема топографн-рования кристалла
"на отражение" по методу Шульца. Расходящийся из "точечного" (диаметром
25 мкм) фокуса пучок рентгеновских лучей с непрерывным спектром падает
на кристалл под углами от 0 до 0', удовлетворяющими условию Лауэ для длин
волн от X до X'. Отражённый пучок даёт его дифракционное изображение на
фотоплёнке.
Рис. 1, б. Топограмма по Шульцу алюминиевого
монокристалла. Тёмные и светлые полосы на топограмме соответствуют границам
блоков в кристалле. Их ширина и цвет определяются величиной и направлением
взаимного разворота блоков в кристалле.
Рис. 2, а. Схема топографирования кристаллов
"на просвет" по методу Фуд-живара. Расходящийся из "точечного" источника
пучок рентгеновских лучей с непрерывным спектром при прохождении через
"тонкий" (толщиной t>=1/n, где n - коэффициент поглощения рентгеновских
лучей) кристалл создаёт его изображение. Увеличение B/D.
Рис. 2, б. Топограммы по Фудживара "на
просвет" кристалла сапфира, полученные при расстоянии D=100 мм и В - соответственно
50, 70, 100, 150 мм, что позволяет получать различное разрешение деталей
блочной структуры кристалла. На топограмме 5 видны границы блоков (поперечные
тёмная и светлая линии) и следы скольжения (тонкие зигзагообразные тёмные
линии). Две параллельные вертикальные тёмные линии - следы дифракционных
характеристических линий К
Рис. 3, а. Схема топографирования кристаллов
"на отражение" по методу Берга и Барретта. Параллельный пучок монохроматического
рентгеновского излучения от линейного источника падает на поверхность кристалла
под брегговским углом, и дифракционное изображение фиксируется на фотоплёнке,
расположенной вблизи кристалла параллельно его поверхности.
Рис. 3, б. Топограмма блочного кристалла
алюминия по Бергу - Барретту. Разворот блоков в кристалле фиксируется в
виде светлых участков (1) и границ между тёмными участками (2).
Рис. 4, а. Схема топографирования в
ши-роком параллельном пучке монохроматического рентгеновского излучения.
От линейного фокуса щелями I и II формиру-ется параллельный пучок лучей,
падающий на кристалл под брэгговским углом 2 0, и из дифрагированного пучка
щелью III выделяется параллельный пучок, фиксируемый на фотопластинке.
Для исследования больших кристаллов во время съёмки кристалл и фотопластинку
можно синхронно перемещать.
Рис. 4, б. Топограмма монокристалла
кремния, полученная по методу широкого параллельного пучка. Толщина кристалла
0,3 мм. Видны отдельные ростовые дислокации (тёмные линии). Фотоувеличение
в 30 раз.
Линейное разрешение многих методов Р. т.
составляет от 20 до 1 мкм, угловое разрешение - от 1' до 0,01".
Чувствительность определяется контрастом в интенсивностях дифрагированных
лучей от "удачно" и "неудачно" ориентированных областей и от "совершенных"
и "искажённых" областей кристалла.
Методы Р. т. различаются по области используемых
углов дифракции, по характеру выявляемых дефектов (макроскопич. дефекты,
дефекты кристаллич. решётки), степени несовершенства и дефектности кристаллов,
чувствительности и разрешающей способности. На рис. 1-5 приведены принципиальные
схемы некоторых методов Р. т. и топограммы кристаллов, полученные этими
методами. Преобразование рентгеновских изображений в видимые с последующей
их передачей на телевизионный экран позволяет осуществлять контроль дефектности
кристаллов в процессе различных воздействий на них при технологич. обработке
или при исследовании их свойств.
Рис. 5, а. Схема топографирования кристаллов
в узком параллельном пучке "на просвет" по методу Ланга. Рентгеновские
монохроматические лучи от "точечного" источника выделяются узкой (0,1 мм)
щелью так, что на кристалл попадает только из лучение К
излучения тем выше, чем больше расстояние А и меньше ширина щели S. Для
больших кристаллов необходимо синхронное возвратно-поступательное перемещение
кристалла и фотопластинки (щели при этом неподвижны).
Рис. 5, б. Топограмма .монокристаллов
кремния, полученная по методу Ланга. Толщина кристалла 0,5 мм. Видны отдельные
дислокации (d). Фотоувеличение в 38 раз.
Лит.: Иверонова В. И., Ревкевич
Г. П., Теория рассеяния рентгеновских лучей, М., 1972; УманскийЯ. С., Рентгенография
металлов, М., 1967; Лютцау В. Г., Ф и ш м а н Ю. М., Метод дифракционной
топографии на основе сканирования в широком пучке рентгеновских лучей,
"Кристаллография", 1969, т. 14, в. 5, с. 835; Р о в и н с к и и Б. М.,
Л ю т ц а у В. Г., ХанонкинА. А., Рентгенографические методы исследования
структурных несовершенств и дефектов решетки в кристаллических материалах,
"Аппаратура и методы рентгеновского анализа", 1971, в. 9, с. 3-35;
Kozaki S., Нashizume H., Kohra К., High-resolution video display of X-ray
topographs with the divergent Laue method, "Japanese Journal of Applied
Physics", 1972, v. 11, Me 10, p, 1514. В. Г. Лютцау,
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я