Рентгеновская топография

Рентге́новская 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 (См. Деформация). Осуществляя дифракцию рентгеновских лучей (См. Дифракция рентгеновских лучей) на кристаллах различными методами «на просвет» и «на отражение» в специальных рентгеновских камерах (См. Рентгеновская камера), получают рентгенограмму (См. Рентгенограмма) — дифракционное изображение кристалла, называемое в структурном анализе топограммой. Физическую 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 кристаллической 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, сегрегаций 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).

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 (макроскопические дефекты, дефекты кристаллической 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 технологической обработке или при исследовании их свойств.

Лит.: Иверонова В. И., Ревкевич Г. П., Теория рассеяния рентгеновских лучей, М., 1972: Умайский Я. С., Рентгенография металлов, М., 1967; Лютцау В. Г., Фишман Ю. М., Метод дифракционной топографии на основе сканирования в широком пучке рентгеновских лучей, «Кристаллография», 1969, т. 14, в. 5, с. 835: Ровинский Б. М., Лютцау В. Г., Ханонкин А. 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., Hashizume H., Kohra K., High-resolution video display of X-ray topographs with the divergent Laue method, «Japanese Journal of Applied Physics», 1972, v. 11, № 10, p. 1514.

В. Г. Лютцау.

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_α и К_β меняющих положение на границах блоков.

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. 1, б. Топограмма по Шульцу алюминииевого 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. 4, б. Топограмма монокристалла кремния, полученная по методу широкого параллельного пучка.Толщина кристалла 0,3 мм. Видны отдельные ростовые дислокации (тёмные линии). Увеличено.

Рис. 5, б. Топограмма монокристаллов кремния, полученная по методу Ланга. Толщина кристалла 0,5 мм. Видны отдельные дислокации (d). Увеличено.

Рис. 1, а. Схема топографирования кристалла «на отражение» по методу Шульца. Расходящийся из «точечного» (диаметром 25 мкм) фокуса пучок ретгеновских лучей с непрерывным спектром падает на кристалл под углами от ϑ до ϑ', удовлетворяющими условию Лауэ для лин волн от λ до λ'. Отраженный пучок дает его дифракционное изображение на фотопленке.

Рис. 2, а. Схема топографирования кристаллов «на просвет» по методу Фудживара. Расходящийся из «точечного» источника пучок рентгеновских лучей с непрерывным спектром при прохождении через «тонкий» (толщиной t ≥ 1/μ, где μ — коэффициент поглощения рентгеновских лучей) кристалл создаёт его изображение. Увеличение B/D.

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. 4, а. Схема топографирования в широком параллельном пучке монохроматического рентгеновского излучения. От линейного фокуса щелями I и II формируется параллельный пучок лучей, падающий на кристалл под брэгговским углом 2ϑ, 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. 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 излучение К_α1. 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).