Анотація до роботи:

Гевик В.Б. Х-променева дифракція в кристалах та багатошарових нанорозмірних системах, що містять дислокаційні петлі – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2005.

Досліджені механізми динамічного розсіяння Х-променів у випадку аномального проходження на окремих структурних дефектах (дислокаціях, дислокаційних петлях та бар’єрах) в кремнії. У залежності від просторового розміщення дислокаційних петель та бар'єрів з урахуванням анізотропії та релаксаційних процесів на поверхні кристалу побудовано їх дифракційні зображення у випадку аномального проходження Х- променів. Встановлені механізми формування багатопелюсткових борманівських зображень дислокаційних петель та проведено їх співставлення з експериментальними. Створено атлас найбільш характерних Х-променевих зображень дефектів. Проведено аналіз механізмів формування дифракційних зображень дефектів (дислокацій, дислокаційних петель та бар’єрів) та їх вплив на відбивну здатність при переході від тонкого (mt » 1) до товстого (mt >10) кристалу.

Описано процеси, що протікають на границі розділу багатошарових нанорозмірних систем із квантовою ямою (КЯ) типу In_xGa_1-xAs_1-yN_y. Знайдено концентрації та вказано переважні напрямки дифузії атомів Ga та In у щойно вирощених КЯ за наявності буферних шарів та в залежності від температури підкладки.

Використовуючи чисельні методи розв’язку основних рівнянь динамічної теорії розсіяння Х-променів проведено аналіз механізмів і закономірностей формування борманівського Х-променевого дифракцій-ного контрасту дефектів (дислокацій, дислокаційних петель та бар’єрів) у кремнії в залежності від їх просторового розміщення, а також досліджено структурні зміни на границях розділу в багатошарових нанорозмірних системах на основі GaAs за даними двокристальної спектрометрії.

1. Розглянуто найбільш імовірні моделі дислокаційних петель в монокристалі кремнію, які розташовані в площинах типу {111} та побудо-вано об’ємні функції локальних розорієнтацій з урахуванням анізотро-пії та релаксаційних процесів на поверхні. Це дозволило розглядати перерізи не тільки у площині дифракції, але й ті що паралельні вихідній поверхні, та провести більш повний і точний аналіз її особливостей.

2. За допомогою чисельного розв’язку рівнянь Такагі проведено моделювання Х-променевих топографічних зображень деформаційних полів дислокаційних петель, дислокаційних бар’єрів Ломера-Котрела та їх комплексів у залежності від їх просторового розташування при переході від тонкого (mt 1) до товстого (mt >10) кристалів.

Спостережувані на топограмах осциляції інтенсивності вздовж вектора дифракції стають менш контрастними або зникають зовсім, що зумовлено впливом деформаційного поля, яке створюється іншими сегментами ДП, на інтерференційну взаємодію між хвильовими полями, які сильно та слабко поглинаються. Зображення дислокаційної петлі при таких умовах максимально наближається до експериментального.

3. Встановлено механізми формування дифракційних зображень деформаційних полів дефектів (дислокацій, дислокаційних петель та бар’єрів) та їх вплив на відбивну здатність кристалу при переході від тонкого (mt 1) до товстого (mt >10) кристалу. Різноманітність Х-променевих зображень петель у залежності від просторового розташування пояснюється сумарним внеском добутків кожного із сегментів петлі у загальну функцію локальних розорієнтацій та орієнтацією окремих її сегментів по відношенню до вектора дифракції та до напрямків розповсюдження дифрагованих променів. Зазначено, що області з різними знаками функцій a() по різному відхиляють блохiвськi хвилі. Ділянки з негативною кривизною a() збирають аномально заломлені промені i розсіюють нормальні. I навпаки – області з позитивною кривизною a() протилежно впливають на хід променів. У товстому кристалі промені нормального типу затухають в об’ємі, не дійшовши до вихідної поверхні, i на цьому участку топограми виникає негативний контраст. Промені, що аномально проходять, навпаки, створюють позитивний контраст.

4. Створено програмне забезпечення, за допомогою якого можна розрахувати секційні та проекційні зображення любого типу дефектів та проводити уточнення функціональної залежності локальних розорієнтацій атомних площин поблизу дефектів. Складено атлас розрахункових борманівських дифракційних зображень дислокаційних петель та дислокаційних бар'єрів при їх різному просторовому розташуванні по відношенню до вектора дифракції. Показано, що за виглядом багатопелюсткової розетки розподілу інтенсивності на експериментальних топограмах стає можливим вiдтворити функцію локальних розорiєнтацiй дислокаційних дефектів i визначити величину і знак їх вектора Бюргерса.

5. На основі теорії динамічного розсіяння Х- променів запропоновано алгоритм чисельного моделювання кривих гойдання, в якому враховано різні структурні параметри багатошарових нанорозмірних гетерошарів (товщини шарів, концентрації компонент, параметри релаксації). При врахуванні розмиття шару квантової ями відбувається задовільне узгодження експериментальних і теоретичних кривих дифракційного відбивання.

6. Для багатошарової структури із КЯ типу In_xGa_1-xAs_1-yN_y/GaAs внаслідок взаємодифузії атоми Ga біля поверхні розділу дифундують в шар КЯ, а атоми In – в бар’єрний. Концентрація Ga в центральній області шару КЯ не змінюється, а довжина дифузії зростає від 0 до 1.1 нм. Для щойно вирощеного шару з КЯ деформація невідповідності при N=1% складає ~2.4% для нерозмитої ями. Напруги стиску в бар’єрному шарі досягають ~0.14% для першого варіанта розмиття і 0.28% - для другого при довжині дифузії L_d=0.565 нм.

Список цитованої літератури

1^*. Authier A. Dynamical Theory of X-Ray Diffraction. – N.Y.: Oxford University Press, 2001. – p.661.

2^*. Carvalho C.A.M., Epelboin Y. Simulation of X-Ray Topographs: a New Method to Calculate the Diffracted Field // Acta Crys. –1993. –A49. – p.460-467.

3^*. Данильчук Л.Н. Бормановская рентгеновская топография дефектов в кристаллах с медленно изменяющимися полями деформаций. Автореферат диссертации д. физ.-мат. наук. Киев: ИМФ АН Украины. (1992).

4^*. Хирт Дж., Лоте И. Теория диcлокаций. – М.: Атомиздат, 1972. - с.600.

Основні результати роботи викладені в публікаціях:

1. Молодкин В.Б., Кисловский Е.Н., Олиховский С.И., Фодчук І.М., Гевик В.Б. Журавлев Б.Ф. Двухкристальная рентгеновская дифрактометрия наноразмерных многослойных систем // Металлофизика и новейшие технологии. - 2003. - т.25, №12. - С.1605-1616.

2. Фодчук И.М., Кройтор О.П., Гевик В.Б., Гимчинский О.Г., Молодкин В.Б., Кисловский Е.М., Олиховский С.И., Песса М., Павелеску Е.М. Структура многослойных систем In_хGa_1-хAs_1-уN_у/GaAs по данным двухкристальной рентгеновской дифрактометрии // Металлофизика и новейшие технологии. - 2003. - т.25, №8. - С.1019-1030.

3. Fodchuk I.M., Gevyk V.B., Gimchinsky O.G., Kislovskii E.N., Kroytor O.P., Molodkin V.B., Olihovskii S.I., Pavelescu E.M., Pessa M. Structural changes in the multilayer systems containing In_хGa_1-хAs_1-уN_у quantum wells // Semiconductor physics, quantum electronics and optoelectronics. - 2003. - Vol. 6. - №3. - Р.227-234.

4. Markus, Emil-Mihai, Igor M., V. B., A. P., V. B., E. N., and S. I. X-ray analysis of strain relaxation in multilayer systems In_xGa_1-xAs_1-yN_y/GaAs Proc. of SPIE. – 2004. - V. 5477. – P.229-237.

5. Гімчинський О.Г., Гуцуляк Т.Г., Гевик В.Б., Маслюк В.Т., Раранський М.Д., Фодчук І.М.. Ренгеноакустичні дослідження кристалів Si, опромінених високоенергетичними електронами // Науковий вісник Чернівецького університету. Вип. 92: Фізика. Електроніка.- Чернівці: ЧНУ, 2000. - С.20-25.

6. Фодчук І.М., Кройтор О.П., Гевик В.Б., Гімчинський О.Г., Молодкін В.Б., Кисловський Є.М., Оліховський С.І., Песса М., Павелеску Е.М. Міжшарова взаємодифузія у багатошарових структурах In_хGa_1-хAs_1-уN_у/GaAs за даними двокристальної Х-променевої дифрактометрії // Науковий вісник Чернівецького університету. Фізика. Електроніка. - 2003. - в.157. - С.5-18.

7. Гевик В.Б., Новиков С.М., Федорцов Д.Г., Фодчук І.М. Х-променева топографія дислокаційних петель у кристалах кремнію // Науковий вісник Чернівецького університету. Вип. 237: Фізика. Електроніка.- Чернівці: ЧНУ, 2005. - С.25-35.

8. В.Б. Гевик, С.Н. Новиков, Д.Г. Федорцов И.М. Фодчук. Моделирование рентгеновских дифракционных изображений дислокацион-ных петель в кристаллах// Металлофизика и новейшие технологии. - 2005. - т.27, №9 - С.

9. М. Песса, М.Е.Павелеску, И.М.Фодчук, О.П.Кройтор, В.Б. Гевик, В.Б.Молодкин, Е.Н.Кисловский, С.И.Олиховский. Анализ релаксации напряжений в In_хGa_1-хAs_1-уN_у/GaAs многослойных структурах по данным двухкристальной дифрактометрии. // IV Национальная конференция по применению Рентгеновского синхротронного излучений нейтронов и электронов для исследования материалов, Москва. -2003.

10. I.Fodchuk, M. Pessa, E. M. Pavelesku, V. Molodkin, and V. Gevyk Strain and composition analysis of In_хGa_1-хAs_1-уN_у/GaAs multilayer by X-ray two-crystal diffractometry // 7^th Biennial Conference on High Resolution X-Ray Diffraction and Imaging. -2004, Congress Center Pruhonice near Prague. - P-19.

11. Гевик В.Б., Фодчук И.М., Песса М., Павелеску М.Е., Молодкин В.Б., Кисловский Е.Н., Олиховский С.И. Анализ релаксации напряжений в многослойных структурах In_хGa_1-хAs_1-уN_у/GaAs // ІІ Українська наукова конференція з фізики напівпровідників УНКФН-2. –Чернівці. – 2004. – т.2. С.422.

12. Кройтор О.П., Гевик В.Б, Фодчук И.М. Рентгендифракционные исследования многослойных систем InGaAsN/GaAs // IX Международная конференция "Фізика і технологія тонких плівок" (МКФТТП-ІХ). - Івано-Франківськ. - 2003. - С.142-143.