РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОПОГРАФИЯ

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_а и K_b, меняющих положение на границах блоков.

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_a1. Дифракционное изображение выделяется второй щелью и фиксируется на фотопластинке. Монохроматичность 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,