Способ исследования взаимодействия поверхностных акустических волн с дефектами кристалла

Способ исследования взаимодействия поверхностных акустических волн с дефектами кристалла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области исследований поверхности твердого тела посредством дифракции рентгеновских лучей и может быть использовано при создании и контроле акустоэлектронных приборов, использующих поверхностные акустические волны. Целью изобретения является упрощение способа исследования и расширение области его применения для устройств с любыми частотами ультразвуковых волн. Эта цель достигается путем формирования уширенного и коллимированного пучка рентгеновского излучения, направления его на поверхность кристалла под брэгговским углом и получения рентгеновской топограммы от поверхности, на которой возбуждены стоячие поверхностные акустические волны, возникающие из-за взаимодействия возбужденных в кристалле двух систем встречных бегущих волн одинаковой частоты. О взаимодействии дефектов с поверхностными акустическими волнами судят по изменению распределения стоячих волн вблизи конкретных дефектов. 3 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 23/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4821557/25 (22) 28,04.90 (46) 29,02.92. Бюл. М 8 (71) Институт кристаллографии им.А.В.Шубникова (72) О.П.Алешко-Ожевский, А.С.Погосян, В.В.Лидер и B.È.Ïûøíÿê (53) 621.386 (088.8) (56) Zuliani M;J.J. et al. Probing of surface

acoustic Wave devices with large-diameter

laser beam. — "J. Appl Phys". 1973. ч.4. р.2964 — 2969, Whatmove R,W, et al. Direct imaging of

travelling Rayleigh Waves by stroboscopic xray topography — "Nature", 1982, v.299, р.4446. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН С ДЕФЕКТАМИ

КРИСТАЛЛА (57) Изобретение относится к области исследований поверхности твердого тела посредИзобретение касается исследований поверхности твердого тела посредством дифракции рентгеновских лучей и может быть использовано при создании и контроле акустоэлектронных приборов, использующих поверхностные акустические волны.

Существует способ определения локальных амплитуд поверхностных акустических волн путем лазерной интерферометрии изменений поверхности кристалла, Способ позволяет определить область распространения волн и их амплитуду, но не дает ответа об изменениях их фазового фронта и причинах этих изменений.

„„Ы3 „„1716408 А1 ством дифракции рентгеновских лучей и может быть использовано при создании и контроле акустоэлектронных приборов, использующих поверхностные акустические волны. Целью изобретения является упрощение способа исследования и расширение области его применения для устройств с любыми частотами ультразвуковых волн. Эта цель достигается путем формирования уширенного и коллимированного пучка рентгеновского излучения, направления его на поверхность кристалла под брэгговским углом и получения рентгеновской топограммы от поверхности, на которой возбуждены стоячие поверхностные акустические волны, возникающие из-за взаимодействия возбужденных в кристалле двух систем встречных бегущих волн одинаковой частоты. О взаимодействии дефектов с поверхностными акустическими волнами судят по изменению распределения стоячих волн вблизи конкретных дефектов. 3 ил.

Наиболее близким к изобретению является способ стробоскопической рентгено- вской топографии с использованием синхротронного излучения, согласно которому для получения рентгеновской топограммы на поверхность кристалла под брэгговским углом к какой-либо системе кристаллических плоскостей направляется широкий пучок синхротронного излучения.

По своей природе этот пучок уже является сколлимированным и имеет пульсирующую временную структуру, Если частота поверхностной ультразвуковой волны равна или кратна частоте пульсации синхронного излучения, то имеет место эффект стробоскопии, при котором фронт последующих волн

1716408 во время очередных вспышек синхронного излучения оказывается точно в месте предыдущих, а бегущие волны выглядят остановившимися.

Недостатки способа — необходимость иметь источник синхротронного излучения; невозможность исследования устройств с поверхностными акустическими волнами, частота возбуждения волн которых не является равной или кратной частоте пульсации синхротронного излучения, изменить которую нельзя; необходимость создания электронной системы, в которой частота ультразвука в генераторе, возбуждающем поверхностные волны в кристалле, задается равной или кратной частоте синхротронного излучения.

Цель изобретения -упрощение способа исследования и расширение области его применения для устройств с любыми частотами ультразвуковых волн.

Цель достигается путем замены пучка рентгеновского синхротронного излучения пучком обычного рентгеновского излучения, уширенного и коллимированного монохроматором с асимметричным отражением, и получения рентгеновской топограммы от поверхности кристалла, на которой возбуждены стоячие поверхностные акустические волны, возникающие из-за взаимодействия возбужденных в кристалле двух систем встречных бегущих волн одинаковой частоты. О взаимодействии дефектов с поверхностными акустическими волнами судят по изменению распределения стоячих волн вблизи конкретных дефектов. Использование широкого пучка рентгеновского излучения с малой угловой расходимостью является условием получения качественных топограмм и исключает необходимость сканирования образца и фотопластинки, а также во много раз уменьшает время получения топограмм по сравнению с методом сканирования. Возбуждение дополнительной системы встречных первоначальным поверхностных акустических волн необходимо для возникновения стоячих волн, распределение которых отражает фронт и изменения фронта для бегущих волн. Одинаковое значение частоты для встречных волн обеспечивает сохранение постоянства периода и в значительной степени постоянства амплитуды возникающих стоячих волн.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая суть способа; на фиг. 2 и 3 — примеры рентгеновских топограмм со стоячими поверхностными акустическими волнами на кристаллах ниобата. лития и кварца соответственно.

Способ осуществляется следующим образом.

Рентгеновское излучение от источника

1 направляют на монохроматор 2 с сильно асимметричным отражением, в результате которого пучок коллимируется и уширяется.

Дифрагированным пучком 3 под брэгговским углом освещают исследуемую поверхность 4 кристалла 5, Диафрагированный от поверхности 4 рентгеновский пучок 6 регистрируется в виде топограммы поверхности кристалла на фотопластинке 7, которая устанавливается перпендикулярно пучку. На поверхности 4 располагаются встречноштыревые преобразователи 8 и 9, один из которых при обычной работе устройства является возбуждающим, а другой — принимающим бегущие поверхностные волны. При осуществлении способа электрический сигнал от генератора 10 подается одновременно на оба встречно-штыревые преобразователи 8 и 9, которые начинают работать как устройства, возбуждающие в кристалле встречные поверхностные акустические волны. Их суперпозиция приводит к возникновению на поверхности 4 стоячих акустических волн, которые регистрируются на топограмме одновременно с дефектами поверхности кристалла, Поля стоячих волн соответствуют картине мгновенного распределения бегущих волн; с той лишь разницей, что период стоячих волн в два раза меньше. Анализируя поля стоячих волн около конкретных дефектов, можно сделать вывод о наличии или отсутствии взаимодействия волн с дефектами поверхности и изменениях в фазовом фронте.

Пример. Для исследования взаимодействия поверхностных акустических волн с дефектами кристалла был использован двухкристальный топографический рентгеновский спектрометр с источником излучения мощностью до 1 кВт. В качестве монохроматора использовался кристалл Ge (211); от которого получали асимметричное отражение (311). Дифрагированное от образца излучение фиксировалось на фотопластинках для ядерных исследований P-50.

Экспозиция при получении топограмм составляла 15 — 20 мин. Образцами являлись линии задержки сигнала на основе срезов кристаллов ниобата лития и кварца с частотами возбуждения поверхностной акустической волны 46 и 30,5 МГц соответственно.

Для кристалла ниобата лития угол скольжения рентгеновского пучка относительно поверхности кристалла составлял9 при угле

Брэгга 35, соответствующего рефлексу

03.0. Для кварцевого образца угол скольжео ния был порядка 4-5, рефлекс типа 03.0, 1716408 угол Брэгга 31 . Использование дифракционных отражений, отвечающих небольшим углам скольжения рентгеновского пучка, позволило освещать пучком практически всю поверхность образцов без применения сканирования.

В качестве генератора синусоидального электрического сигнала, возбуждающего посредством встречно-штыревых преобразователей поверхностные акустические волны в кристалле, использовался высокочастотный генератор Г4-143.

На топограмме поверхности кристалла ниобата лития наблюдалось изображение стоячей рентгеновской волны и изображение сильного дефекта — двойной царапины.

Вблизи этого дефекта происходило искажение фронта волн и наблюдалось смещение направления распространения волн. На топографии поверхности кварцевого образца наблюдались изображения концов дислокаций при их выходе на поверхность. При прохождении волнами дефектов этого типа заметных изменений в фазовом фронте вол н не набл юдал ось.

Формула изобретения

Способ исследования взаимодействия поверхностных акустических волн с дефектами кристалла, включающий облучение по5 верхности кристалла широким пучком рентгеновского излучения с малой угловой расходимостью под углом дифракции к выбранной системе кристаллографических плоскостей, возбуждение в кристалле в вы-

10 бранном направлении системы бегущих поверхностных акустических волн, получение рентгеновской топограммы поверхности кристалла и анализ изменений фронта поверхностных акустических волн при встрече

15 их с дефектами, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и расширения диапазона используемых частот, в кристалле дополнительно возбуждают систему поверхностных акустических бегущих волн, 20 когерентную и встречную первой, а о взаимодействии волн с дефектами судят по наблюдаемому на топограмме распределению стоячих поверхностей волн, возникающему при взаимодействии двух систем встречных

25 бегущих волн и дефектов.

1716408

; 1, ° .? б

Составитель B.Âoðîíoâ

Техред М.Моргентал Корректор M. Максимишинец

Редактор М,Келемеш

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 608 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5