Выпуски УФМ »  Том 12, выпуск 3

Физические основы многопараметрической кристаллографии: диагностика дефектов нескольких типов в монокристаллических материалах и изделиях нанотехнологий

В. Б. Молодкин$^{1}$, М. В. Ковальчук$^{2,3}$, В. Ф. Мачулин$^{4}$, Э. Х. Мухамеджанов$^{3}$, С. В. Лизунова$^{1}$, С. И. Олиховский$^{1}$, Е. Г. Лень$^{1}$, Б. В. Шелудченко$^{1}$, С. В. Дмитриев$^{1}$, Е. С. Скакунова$^{1}$, В. В. Молодкин$^{1}$, В. В. Лизунов$^{1}$, В. П. Кладько$^{4}$, Е. В. Первак$^{1}$

$^1$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^2$Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН, Ленинский просп., 59, 119333 Москва, РФ
$^3$Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», пл. Академика Курчатова, 1, 123182 Москва, РФ
$^4$Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарьова НАН Украины, просп. Науки, 41, 03028 Киев, Украина

Получена: 22.06.2011. Скачать: PDF

Работа посвящается раскрытию физической природы и разработке принципов практического применения обнаруженного недавно авторами явления уникальной структурной чувствительности и информативности зависимостей от условий дифракции картины многократного брэгговского и диффузного рассеяния рентгеновских лучей, нейтронов, электронов и других заряженных частиц в монокристаллах с дефектами. Это явление принципиально отсутствует при однократном рассеянии, т.е. в случае кинематической дифракции. Показывается, что эта обнаруженная по существу зависимость от условий дифракции характера влияния дефектов на картину динамического рассеяния проявляется как уникально чувствительная к дефектам многообразность картины при её экспериментальном наблюдении в различных дифракционных условиях. Утверждается, что это явление обусловлено формированием кристаллом с дефектами в процессе многократного рассеяния самоорганизованных стоячих брэгговского и диффузных волновых полей, управляемых условиями дифракции и зависящих от характеристик дефектов. Формирование такого зонда с атомноразмерной периодичностью и соответствующей уникальной разрешающей способностью обеспечивает сильную зависимость характера последующего многократного взаимодействия кристалла с этим волновым полем от их взаимной локализации, которые (и взаимодействие, и локализация) управляются как условиями дифракции, так и характеристиками дефектов. В результате динамическая картина рассеяния оказывается зависящей от условий дифракции и характеристик дефектов взаимосвязанным образом (в отличие от кинематического случая). В работе рассмотрены разнообразные механизмы конкурентного воздействия разного рода эффектов многократности на результат взаимодействия указанного зонда с кристаллом и формирования чувствительной к отклонениям от периодичности многообразности за счёт обеспечения тем или иным способом взаимосвязанности зависимостей картины динамического рассеяния от условий дифракции и характеристик дефектов, которая и является причиной, обусловливающей открытое явление. Это явление используется для создания основ диффузнодинамической комбинированной дифрактометрии многопараметрических монокристаллических материалов и многослойных систем с дефектами нескольких типов. Излагаются результаты создания необходимых для многопараметрических систем с усложнённой структурой теоретических моделей, разработки принципов практической реализации и анализа возможностей многопараметрической диагностики, т.е. однозначного решения обратной задачи восстановления по картине многократного рассеяния в различных условиях динамической дифракции характеристик нескольких типов дефектов и различных параметров сверхструктуры монокристаллических материалов и изделий нанотехнологий.

Ключевые слова: динамическая дифракция, многократное диффузное рассеяние, микродефекты, многопараметрическая диагностика наносистем, многослоийная система.

PACS: 07.85.Jy, 61.05.cc, 61.05.cf, 61.05.cp, 61.46.Hk, 61.72.Dd, 81.07.Bc

Citation: V. B. Molodkin, M. V. Kovalchuk, V. F. Machulin, Eh. H. Muhamedjanov, S. V. Lizunova, S. J. Olikhovskyy, E. G. Len, B. V. Sheludchenko, S. V. Dmitriev, O. S. Skakunova, V. V. Molodkin, V. V. Lizunov, V. P. Klad’ko, and K. V. Pervak, Basic Physics of Multiparameter Crystallography: Diagnostics of Defects of Several Types in Single-Crystal Materials and Articles of Nanotechnologies, Usp. Fiz. Met., 12, No. 3: 295—365 (2011) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.12.03.295

Цитированная литература (85)  
  1. M. Von Laue, Rontgenstrahlinterferezen (Leipzig: Akademishe Verlagsges: 1948).
  2. C. Hammond, The Basics of Crystallography and Diffraction. 2nd ed. (London: Oxford University Press: 2001).
  3. R. W. James, Solid State Phys. 15: 55 (1963). Crossref
  4. B. W. Batterman and H. Cole, Rev. Mod. Phys., 36: 681 (1964). Crossref
  5. А. И. Ахиезер, И. Я. Померанчук, Некоторые вопросы теории ядра (Москва: ОГИЗ: 1948).
  6. М. В. Ковальчук, В. Г. Кон, УФН, 149, № 1: 69 (1986).
  7. M. A. Krivoglaz, X-Ray and Neutron Diffraction in Nonideal Crystals (Berlin: Springer: 1996).
  8. V. B. Molodkin, M. V. Kovalchuk, A. P. Shpak S. I. Olikhovskii, Ye. M. Kyslovskyy, A. I. Nizkova, E. G. Len, T. P. Vladimirova, E. S. Skakunova, V. V. Molodkin, G. E. Ice, R. I. Barabash, and I. M. Karnaukhov, Diffuse Scattering and the Fundamental Properties of Materials (Eds. R. I. Barabash, G. E. Ice, and P. E. A. Turchi) (New Jersey: Momentum Press: 2009), p. 391.
  9. А. П. Шпак, М. В. Ковальчук, В. Б. Молодкін, Г. І. Низкова, І. В. Гінько, С. Й. Оліховський, Є. М. Кисловський, Є. Г. Лень, А. О. Білоцька, К. В. Первак, В. В. Молодкін, Спосіб багатопараметричної структурної діагностики монокристалів з декількома типами дефектів (Патент України № 36075. Зареєстровано в Державному реєстрі патентів України на винаходи 10.10.2008 р.).
  10. А. П. Шпак, М. В. Ковальчук, И. М. Карнаухов и др., Успехи физ. мет., 9, № 3: 305 (2008). Crossref
  11. А. П. Шпак, М. В. Ковальчук, В. Л. Носик и др., Металлофиз. новейшие технол., 31, № 5: 615 (2009).
  12. А. П. Шпак, М. В. Ковальчук, В. Б. Молодкин и др., Успехи физ. мет., 10, № 3: 229 (2009). Crossref
  13. А. П. Шпак, М. В. Ковальчук, В. Б. Молодкін, В. Л. Носик, В. Ю. Сторіжко, Л. А. Булавін, І. М. Карнаухов, Р. І. Барабаш, Дж. Е. Айс, Г. І. Низкова, І. В. Гінько, С. Й. Оліховський, Є. М. Кисловський, В. А. Татаренко, Є. Г. Лень, А. О. Білоцька, К. В. Первак, В. В.Молодкін, Спосіб багатопараметричної структурної діагностики монокристалів з декількома типами дефектів (Патент України № 89594. Зареєстровано в Державному реєстрі патентів України на винаходи 10.02.2010 р.).
  14. А. П. Шпак, В. Б. Молодкин, М. В. Ковальчук и др., Металлофиз. новейшие технол. 31, № 7: 927 (2009).
  15. А. П. Шпак, В. Б. Молодкин, М. В. Ковальчук и др., Металлофиз. новейшие технол., 31, № 8: 1041 (2009).
  16. А. П. Шпак, В. В. Молодкин, Металлофиз. новейшие технол., 32, № 11: 1435 (2010).
  17. А. П. Шпак, М. В. Ковальчук, В. Б. Молодкин и др., Актуальные вопросы современного естествознания, вып. 9: 45 (2011).
  18. В. Б. Молодкин, А. П.Шпак, М. В. Ковальчук и др. Металлофиз. новейшие технол., 33, № 8: 1083 (2011).
  19. В. Б. Молодкин, А. П. Шпак, М. В. Ковальчук и др., УФН, 181, № 7: 681 (2011).
  20. В. Б. Молодкин, Е. А. Тихонова, Физ. мет. металловед., 24, № 3: 385 (1967).
  21. В. Б. Молодкин, Физ. мет. металловед., 25, № 3: 410 (1968).
  22. В. Б. Молодкин, Физ. мет. металловед., 27, № 4: 582 (1969).
  23. В. Б. Молодкин, Металлофизика, 2, № 1: 3 (1980).
  24. V. B. Molodkin, Phys. Metals, 3: 615 (1981).
  25. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, and M. E. Osinovskii, Phys. Metals, 5: 1 (1984).
  26. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, and M. E. Osinovskii, Phys. Metals, 5: 847 (1985).
  27. V. V. Kochelab, V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, and M. E. Osinovskii, Phys. Status Solidi A, 108, No. 1: 67 (1988).
  28. Л. И. Даценко, В. Б. Молодкин, М. Е. Осиновский, Динамическое рассеяние рентгеновских лучей реальными кристаллами (Киев: Наукова думка: 1988).
  29. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, E. N. Kislovskii et al., Phys. Status Solidi B, 227, No. 2 : 429 (2001). Crossref
  30. S. I. Olikhovskii, V. B. Molodkin, E. N. Kislovskii et al. Phys. Status Solidi B, 231, No. 1: 199 (2002). Crossref
  31. С. И. Олиховский, В. Б. Молодкин, О. С. Кононенко и др., Металлофиз. новейшие технол., 29: № 7: 887 (2007).
  32. С. И. Олиховский, В. Б. Молодкин, О. С. Кононенко и др., Металлофиз. новейшие технол., 29, № 9: 1225 (2007).
  33. С. И. Олиховский, В. Б. Молодкин, А. И. Низкова и др., Металлофиз. новейшие технол., 29, № 10: 1333 (2007).
  34. В. Б Молодкин, А. И. Низкова, А. П. Шпак и др., Дифрактометрия наноразмерных дефектов и гетерослоев кристаллов (Киев: Академпериодика: 2005).
  35. А. Н. Багов, Ю. А. Динаев, А. А. Дышеков, Т. И. Оранова, Ю. П. Хапачев, Р. Н. Кютт, Е. Г. Лень, В. В. Молодкин, А. И. Низкова, А. П. Шпак, В. А. Елюхин, Рентгенодифракционная диагностика упруго-напряженного состояния наногетероструктур (Нальчик: Каб.-Балк. ун-т: 2008).
  36. A. P. Shpak, V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii et al., Phys. Status Solidi A, 204, No. 8: 2651 (2007). Crossref
  37. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, E. N. Kislovskii et al., Phys. Status Solidi A, 204, No. 8: 2606 (2007). Crossref
  38. В. Б. Молодкин, Г. И. Гудзенко, С. И. Олиховский, М. Е. Осиновский, Металлофизика, 5, № 3: 10 (1983).
  39. В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, М. Е. Осиновский и др. Металлофизика, 6, № 2: 18 (1984).
  40. В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, М. Е. Осиновский и др., Металлофизика, 6, № 3: 105 (1984).
  41. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, M. E. Osinovskii et al., Phys. Status Solidi А, 87, No. 2 : 597 (1985). Crossref
  42. В. В. Немошкаленко, В. Б. Молодкин, Е. Н. Кисловский и др., Металлофизика, 16, № 2: 48 (1994).
  43. А. П. Шпак, В. Б. Молодкин, А. И. Низкова, Успехи физ. мет., 5, № 1: 51 (2004). Crossref
  44. А. И. Низкова, В. Б. Молодкин, И. А. Московка, Металлофиз. новейшие технол., 26, № 6: 783 (2004).
  45. В. Б. Молодкин, В. В. Немошкаленко, А. И. Низкова и др., Металлофиз. новейшие технол., 22, № 3: 3 (2000).
  46. В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, С. В. Дмитриев и др., Металлофиз. новейшие технол., 27, № 12: 1659 (2005).
  47. J. E. Thomas, T. O. Baldwin, and P. H. Dederichs, Phys. Rev. B, 3: 1167 (1971). Crossref
  48. Р. Н. Кютт, В. В. Ратников, Металлофизика, 7, № 1: 36 (1985).
  49. W. L. Bond, Acta Cryst., 13: 814 (1960).
  50. В. Б. Молодкін, С. Й. Оліховський, Б. В. Шелудченко та ін., Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 6, № 3: 785 (2008).
  51. В. Б. Молодкін, С. Й. Оліховський, Б. В. Шелудченко та ін., Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 6, № 3: 807 (2008).
  52. Є. М. Кисловський, О. В. Решетник, Т. П. Владімірова та ін., Металлофиз. новейшие технол., 29, № 5: 701 (2007).
  53. В. Б. Молодкін, С. Й. Оліховський, Б. В. Шелудченко та ін., Металлофиз. новейшие технол., 30, № 9: 1173 (2008).
  54. В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, Е. Н. Кисловский и др., Металлофиз. новейшие технол., 19, № 12: 25 (1997).
  55. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, E. G. Len et al., Phys. Status Solidi A, 206, No. 8: 1761 (2009). Crossref
  56. З. Г. Пинскер, Рентгеновская кристалооптика (Москва: Наука: 1982).
  57. Е. А. Тихонова, Физ. тверд. тела, 9, № 2: 516 (1967).
  58. P. H. Dederichs, Phys. Rev. B, 1, No. 4: 1306 (1970). Crossref
  59. В. В. Немошкаленко, В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский и др., Металлофиз. новейшие технол., 22, № 2: 51 (2000).
  60. С. Й. Оліховський, Є. М. Кисловський, В. Б. Молодкін та ін., Металлофиз. новейшие технол., 22, № 6: 3 (2000).
  61. В. Г. Барьяхтар, Е. Н. Гаврилова, В. Б. Молодкин и др., Металлофизика, 14, № 11: 68 (1992).
  62. V. V. Nemoshkalenko, V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii et al., Nucl. Instrum. and Meth. in Physics Research A, 308, No. 1: 294 (1991).
  63. В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, С. В. Дмитриев и др., Металлофиз. новейшие технол., 28, № 7: 953 (2006).
  64. В. Б. Молодкин, С. В. Дмитриев, Е. В. Первак и др., Металлофиз. новейшие технол., 28, № 8: 1047 (2006).
  65. А. П. Шпак, В. Б. Молодкин, С. В. Дмитриев и др., Металлофиз. новейшие технол., 30, № 9: 1189 (2008).
  66. Л. И. Даценко, Е. Н. Кисловский, Укр. физ. ж., 20, № 5: 810 (1975).
  67. L. I. Datsenko, E. N. Kislovsky, and I. V. Prokopenko, Ukr. Fiz. Zh., 22: 513 (1977).
  68. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, E. N. Kislovskii et al., Phys. Rev. B, 78: 224109 (2008). Crossref
  69. С. И. Олиховский, В. Б. Молодкин, Е. М. Кисловский и др., Металлофиз. новейшие технол., 27, № 7: 947 (2005).
  70. С. И. Олиховский, В. Б. Молодкин, Е. М. Кисловский и др., Металлофиз. новейшие технол., 27, № 9: 1251 (2005).
  71. В. М. Каганер, В. Л. Инденбом, Металлофизика, 8, № 1: 25 (1986).
  72. В. Е. Дмитриенко, В. М. Каганер, Металлофизика, 9, № 1: 71 (1987).
  73. А. Ю. Белов, В. М. Каганер, Металлофизика, 9, № 4: 79 (1987).
  74. В. А. Бушуев, Кристаллография, 39, № 5: 803 (1994).
  75. В. А. Бушуев, Кристаллография, 39, № 6: 983 (1994).
  76. В. И. Пунегов, А. В. Харченко, Кристаллография, 43, № 6: 1078 (1998).
  77. K. M. Pavlov and V. I. Punegov, Acta Cryst. A, A56, No. 2: 227 (2000).
  78. V. Holy and K. T. Gabrielyan, Phys. Status Solidi B, 140: 39 (1987). Crossref
  79. А. М. Поляков, Ф. Н. Чуховский, Д. И. Пискунов, ЖЭТФ, 99, № 2: 589 (1991).
  80. N. Kato, Acta Cryst., A36, No. 5: 763 (1980). Crossref
  81. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, E. G. Len et al., Phys. Status Solidi A, 206, No. 8: 1761 (2009). Crossref
  82. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, E. N. Kislovskii et al., Phys. Rev. B, 78: 224109 (2008). Crossref
  83. A. Borghesi, B. Pivac, A. Sassella, and A. Stella, J. Appl. Phys., 77: 4169 (1995). Crossref
  84. С. В. Лизунова, В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский и др., Металлофиз. новейшие технол., 33, № 6: 791 (2011).
  85. С. В. Лизунова, В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский и др., Металлофиз. новейшие технол., 33, № 7: 855 (2011).
Цитируется (1)
  1. O. S. Skakunova, S. I. Olikhovskii, V. B. Molodkin, E. G. Len et al., Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 37, 409 (2016).

© 2013–2018 «ИМФ НАН Украины»