Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Если иа кристалл под углом Брэгга падает плоская волиа рентг. излучения Я0ехр(ік0г — tot), то в объёме кристалла возникают когерентная суперпозиция этой волиы и дифрагнров, волны ?/,exp(ik^r — ia>t) (Во,Bh -векторы напряжённости электрич. поля падающей и дифрагиров. волн соответственно, ко,кд — их волновые векторы, г — радиус-вектор точки наблюдения, со — круговая частота, t — время, h — — к0 — вектор
обратной решётки, направленный перпендикулярно отражающим плоскостям, величина А = lnntd, d — меж-влоскостное расстояние, п — порядок отражения).
Интенсивность I(г) поля излучения в Р. с. в. не зависит от t и равна
/(Z)=ISoI2U+-
(*)
где z — координата вдоль вектора обратной решётни, а. — фаза комплексного отношения E^E0* Значения отношения II / IC01 я фазы а зависят от конкретных условий, в частности от степени выполнения условия Брэгга — Вульфа и геометрии дифракции. При дифракции в геометрии Лауэ (вектор к параллелен поверхности кристалла) возникают две Р. с. в., для к-рых при точном выполнение условий Брэгга — Вульфа |ЕЛ| = IE01, а фазы а равны иулю и п. Соответственно в одной волне положения пучностей совпадают с положением атомных плоскостей (в первом порядке отражения), а во второй — пучности располагаются между атомными плоскостями.
При дифракции в геометрии Брэгга (вектор h перпендикулярен поверхности кристалла) в толстом кристалле, полностью поглощающем падающее излучение, существует одна Р. с. в. Условие IEflI =? IBt0I выполняется в неК-рой области углов падения — в т. н. области полного дифракц. отражения (ПДО), причём фаза dc непрерывно меняет своё значение от нуля до я при сканировании через эту область.
Возникновение в кристалле Р. с. в. приводит к существ. изменению всех процессов взаимодействия рентг. излучения с веществом, в первую очередь процессов неупругого рассеяния (фотоэлектрнч. поглощения, комптоновского рассеяния, теплового диффузного рассеяния). Эти изменения в свою очередь приводят к аномальной угл. зависимости интенсивности вылетающих из кристалла рентг. фотоэлектронов, рентг. флуоресцентного излучения, диффузного излучения, угл. зависимости рентгено-эдс и др. процессов. Типичные кривые угл. зависимости коэф. рентг. отражения [Efl]а/ jB0 Iа (кривая 1) и интенсивности поля излучения на атомных плоскостях (кривая 2) прн дифракции в геометрии Брэгга приведены на рис. Кривая 2 описывается ф-лой (*) прн 2—0, т. е. на поверхности кристаллит. пластины. В области полного дифракц. отражения, т. е. когда |Вд| ж ж IB01, изменение интен-
сивности обусловлено только монотонным изменением фааы ос от нуля до л. Прн этом узлы и пучности Р. с. в. перемещаются па половину межплоскостного расстояния.
Рентг. излучение прн взаимодействии с веществом выбивает электроны в осн. из внутр. оболочек атомов. Эти электроны сильно локализованы вблизи атомных ядер и реагируют на наличие поля излучения только вблизи ядра. Поэтому угл. зависимость поглощения веществом рентг. излучения приближённо описывается кривой 2. В точие, для к-рой а — п, поглощение резко уменьшается, что является причиной аномального пропускания эффекта. Ho наиб, ярко этот эффект проявляется в геометрии Лауэ, когда рентг. пучок падает иод большим углом к поверхности кристалла, а коэф. экспоненциального затухания интенсивности уменьшается в десятки раз.
Возникновение Р. с. в. следует из общей динамич. теории дифракции рентг. лучей, разработанной П. П. Эвальдом (P. P. EwaId) и Ч. Дарвином (Ch. Darwin) в нач. 20 в., однако первым косвенным эксперим. доказательством их существования явилось наблюдение X. Борманом (Н. Borrmann) в 1941 аффекта аномального пропускания. Наиб, прямое доказательство существования Р. с. в.— измерение выхода вторичных излучений. Первый такой эксперимент был выполнен в 1962 Б. В. Баттермавом (В. W. Battermann), к-рый измерял выход флуоресценции Ge Ка. прн дифракции МоАа-излу-чеиия в кристалле Ge в геометрии Бретта. Однако ему
Угол падения рентгеновского лунка вблизи области ПДО
РЕНТГЕНОВСКИЕ
РЕНТГЕНОВСКИЙ
не удалось получить кривую 2, впервые она была получена в 1970 В. Н. Шемелевым, М. В. Кругловым и
В. П. Прониным при измерении фотоэлектронной эмиссии в монокристаллах Ge и Si.
Метод Р, с. в. используется для исследования структуры тонких приповерхностных слоёв монокристаллов, деформированных в результате внеш. воздействий (диффузии прнмесей, иоииой имплантации, эпитаксиального наращивания плёнок разл. состава и т. д.). Этим методом изучают также структурное состояние примесных атомов в кристаллах и адсорбиров. слоёв на его поверхности, определяют степень аморфизацин приповерхностных слоёв, измеряют разбухание кристаллич. структуры, приводящее к сдвигу атомных плоскостей по сравнению с исходным положением на малые доли ангстрема.
Ширина угл. области полного дифракц. отражения составляет величину порядка угл. секунды (~0,5>10-5 рад). Поэтому для эфф. развития метода разрабатывается прецизионная гоннометрич. аппаратура (см. Рентгеновский гониометр), работающая в авто-матич. режиме и управляемая ЭВМ. С помощью этой аппаратуры кристалл можно поворачивать в црямом и обратном направлениях через положение полного дифракц. отражения в течение неск. ч, причём положение кристалла сохраняется с точностью до сотых долей угл. секунды. Разрабатываются также новые эфф. счётчики вторичных излучений.
