Дислока́ции (от ср.-век. лат. dislocatio - смещение), дефекты кристаллической решётки, представляющие собой линии, вдоль которых нарушено правильное расположение атомных плоскостей. Дислокацией определяют так называемые структурно-чувствительные свойства кристаллов (прочность, пластичность и др.). Простейшие дислокации - краевая и винтовая, возможны смешанные дислокации. Пластическая деформация кристалла обусловлена движением дислокации. При пластической деформации дислокации интенсивно «размножаются», способствуя дальнейшей деформации, которая сопровождается так называемым деформационным упрочнением. Дислокации влияют также на электрические и оптические свойства кристаллов.

* * *

ДИСЛОКАЦИИ - ДИСЛОКА́ЦИИ (от ср.-век. лат. смещение), дефекты (см. ДЕФЕКТЫ) кристаллической решетки, представляющие собой линии, вдоль которых нарушено правильное чередование атомных плоскостей. Дислокации определяют т. н. структурно-чувствительные свойства кристаллов (прочность (см. ПРОЧНОСТЬ), пластичность (см. ПЛАСТИЧНОСТЬ) и др.). Простейшие дислокации - краевая и винтовая, возможны смешанные дислокации..

Так как дислокация - это граница области незавершенного сдвига или нарушение правильности структуры вдоль некоторой линии, то она не может оборваться внутри кристалла, а должна либо выходить на поверхность кристалла, либо разветвляться на другие дислокации, либо образовывать внутри кристалла замкнутую петлю. Пластическая деформация кристалла обусловлена движением дислокации. При движении (скольжении) дислокаций, связанном с пластической деформацией кристалла, скольжение дислокации и пластическая деформация происходят без переноса массы. При пластической деформации дислокации интенсивно «размножаются», обусловливая дальнейшую деформацию, которая сопровождается так называемым. деформационным упрочнением. Дислокации влияют также на электрические и оптические свойства кристаллов.

Плотность дислокаций

Плотность дислокаций - N_d - это техническая характеристика качества кристаллов.

Согласно строгому определению, плотность дислокаций - это суммарная протяженность линий дислокаций в единице объема кристалла, т. е. см/см³. Однако с достаточной точностью установлено, что плотность дислокаций равна числу линий дислокаций, пересекающих единицу поверхности кристалла. Именно таким образом ее измеряют - по количеству дислокаций, пересекающих площадку в 1 см^2, т. е. в см^-2.

Методы наблюдения дислокаций

Большинство методов экспериментального наблюдения дислокаций основаны не на выявлении самой линии дислокации, что практически трудноосуществимо, а на регистрации напряжений или искажений в решетке, обусловленных дислокацией.

- Метод избирательного химического травления (см. ТРАВЛЕНИЕ) - в местах выхода дислокаций на поверхность кристалла вблизи дислокации за счет искажения решетки кристалла скорость химического травления отличается от скорости травления матрицы кристалла и на поверхности образуются так называемые фигуры травления, как правило, «ямки» или «бугорки». Расположение и число фигур травления характеризует дислокационную структуру кристалла.

- Метод фотоупругости (см. ФОТОУПРУГОСТЬ) - собственные поля напряжений дислокаций, складываясь, создают заметные напряжения внутри кристалла, которые можно наблюдать благодаря пьезооптическому эффекту (см. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ) (фотоупругости). Этот метод особенно удобен для наблюдения дислокаций в кубических кристаллах, которые в ненапряженном состоянии оптически изотропны. Поле напряжений дислокаций в них регистрируется по возникающему двойному лучепреломлению (см. ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ).

- Рентгеновский структурный анализ (см. РЕНТГЕНОВСКИЙ СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ) - один из основных методов - метод рентгеновской топографии (см. РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОПОГРАФИЯ). Дает возможность исследовать толстые и достаточно большие образцы. В этом методе используется брэгговское (см. БРЭГГА-ВУЛЬФА УСЛОВИЕ) рентгеновское отражение, а дифракционный контраст получается из-за того, что локальная деформация решетки, связанная с дефектом, изменяет условия отражения и рассеяния рентгеновских лучей. Интенсивность дифрагированного рентгеновского пучка вблизи дефекта уменьшается, вследствие чего дефект виден как темная линия на общем светлом фоне

- Рентгеновская дифракционная топография, как правило, имеет дело с кристаллами, в которых плотность дефектов не превышает 10³-10⁴ на 1 см². Это связано с тем, что увеличение в методах рентгеновской топографии практически равно единице, а ширина дифракционного изображения, и, следовательно, разрешение, например, для дислокаций, составляет величину порядка нескольких микрон. Поэтому при большой величине плотности дислокаций их изображения начинают перекрываться и, следовательно, теряется возможность исследовать характеристики отдельных дефектов. С другой стороны, именно отсутствие заметного увеличения в методах рентгеновской топографии имеет определенное преимущество по сравнению с другими методами. Оно состоит в возможности получения картин распределения дислокаций по значительной площади кристалла. Современные топографические камеры позволяют получать топограммы с кристаллов, имеющих диаметр до 150 мм.

- Электронная микроскопия - метод наблюдения дислокаций с помощью электронного микроскопа (см. ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП). Он основан на эффекте дислокационного контраста, возникающего из-за взаимодействия электронного пучка со смещенными атомами в поле напряжений вокруг дислокации. Вследствие интерференции (см. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВОЛН) между проходящими и дифрагированными электронными пучками в электронном микроскопе удается увидеть изображение линий дислокаций, дислокационных рядов и стенок.

Составить слова из слова дислокации

Рентге́новская топогра́фия - исследует дефекты в строении почти совершенных кристаллов (см. Дефекты в кристаллах) путём изучения дифракции на них рентгеновских лучей.

* * *

РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОПОГРАФИЯ - РЕНТГЕ́НОВСКАЯ ТОПОГРА́ФИЯ, совокупность методов получения изображений дефектов (см. ДЕФЕКТЫ) в кристаллах (см. КРИСТАЛЛЫ) при помощи дифракции рентгеновских лучей (см. ДИФРАКЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ). Это наиболее распространенный и наиболее известный неразрушающий метод для исследования и контроля реальной структуры материала. Благодаря высокой чувствительности к несовершенствам кристаллической решетки, этот метод дает возможность исследования больших по толщине (до 10 мм) и по площади (до10³мм²) непрозрачных для оптического диапазона длин волн монокристаллов и изделий из них. Чувствительность методов рентгеновской топографии к наличию дефектов решетки кристалла связана с локальной деформацией решетки в месте расположения дефекта: изменением межплоскостного расстояния, например, в случае наличия крупного преципитата (фаза, в которой выделяются примесные атомы, в случае превышения уровня растворимости в веществе при данной температуре) или локальной разориентировкой отражающих плоскостей. Отражение луча, падающего в искаженную область кристалла, отличается от отражения луча в совершенных участках кристалла, находящихся в отражающем положении по отношению к падающему лучу.

В числе возможностей рентгеновской топографии - определение типа и пространственного распределения дислокаций (см. ДИСЛОКАЦИИ) в объеме кристалла по трансмиссионным топограммам, получаемым с двух взаимно перпендикулярных проекций. Наряду с дислокациями можно наблюдать дефекты упаковки, двойниковые (см. ДВОЙНИКИ) границы, слои роста, обусловленные неоднородным распределением примесей в процессе выращивания кристалла, скопления точечных дефектов. Анализ погасаний контраста при отражении от плоскостей разных типов дает возможность устанавливать характер искажений кристаллической решетки. Методами рентгеновской топографии можно изучать не только монокристаллы, но и изделия из них, например, монокристаллы с нанесенной на них топологией микросхемы на разных стадиях технологического процесса.

Во всех известных методах рентгеновской топографии рентгеновский пучок, излучаемый источников, направляют на кристалл так, чтобы для всего кристалла или его части выполнялось условие Вульфа-Брэгга (см. БРЭГГА-ВУЛЬФА УСЛОВИЕ). Возникающие при этом дифрагированные пучки (иногда и прошедший пучок) регистрируются на фотопластинку (так называемая рентгеновская топограмма).

Наиболее распространены проекционная топография Ланга и метод Берга-Барета (метод обратного отражения). Во всех случаях исследуемый кристалл выставляют в положение дифракционного отражения рентгеновских лучей от определенной системы атомных плоскостей, а на фотопластинке или фотобумаге регистрируется след анализируемого дифрагированного рентгеновского пучка, увеличенный обычным оптическим путем. Регистрируются только дифрагированные лучи, остальные отсекаются.

Для получения изображения целого кристалла при высоком пространственном разрешении в проекционной топографии Ланга кристалл и пленка совершают одновременно возвратно-поступательное перемещение поперек рентгеновского луча. В этом случае фотопластинка должна располагаться как можно ближе к образцу. Контраст в месте нахождения дефекта определяется тем, что лучи, рассеянные под брэгговским углом искаженной областью вокруг дефекта, более интенсивны, чем рассеянные в том же направлении окружающим неискаженным объемом. При методе Лауэ отражающая плоскость находится под большим углом или почти перпендикулярна поверхности кристалла.

Метод Берга-Барета - это когда отражающая плоскость близка к поверхности кристалла.

Топограмма фактически является проекцией на пленку, экран или регистрирующую бумагу изображения дефектов поверхности и объема, причем в ряде случаев можно судить о положении дефектов в объеме образца, кроме того, имеются специальные приемы, помогающие определять это положение, например, метод ограниченных проекций поверхности кристалла.

Все методы рентгеновской топографии дают изображение в масштабе, равном или близком 1 : 1, увеличение получается только оптическими методами. Методы рентгеновской топографии применимы для исследования кристаллов с относительно низкой плотностью дефектов: это плотность зависит от применяемой схемы и лимитируется разрешением, например для съемки по методу Ланга плотность дислокаций не должна превышать 10⁴ - 10⁵ см^-1. Преимущество методов - возможность изучать структуру непрозрачных для видимого света кристаллов и высокая чувствительность, позволяющая регистрировать относительные изменения параметра решетки до 10^-6 и углы поворота решетки 0,1 угл.сек. Рентгеновская дифракционная микроскопия существенно уступает просвечивающей электронной микроскопии в разрешении, но является неразрушающим методом исследования и контроля. И применима для изучения относительно толстых (толщиной порядка 1 мм в методе Ланга до нескольких см в методе Бормана) кристаллов, что позволяет избежать изменения структуры кристалла в процессе приготовления тонкого электронно-микроскопического образца. Основная область применения - исследование и контроль качества высокосовершенных полупроводников и изделий из них. В последнее время топографические методы стали широко применяться для исследования доменной структуры ферромагнетиков (см. ФЕРРОМАГНЕТИК) и сегнетоэлектриков (см. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ).

Основные недостатки рентгеновской топографии - относительно низкое разрешение, составляющее величину порядка 1-5 мкм и большая продолжительность съемки: в зависимости от метода исследования, параметров аппаратуры и характеристик образца оно может составлять от нескольких до сотен часов. Повысить экспрессность методов можно двумя путями - повышением мощности источников рентгеновского излучения или использованием высокочувствительных устройств регистрации изображения и его непосредственно визуализации.

Составить слова из слова рентгеновская топография