Просвечивающая электронная микроскопия (ТЁМ) и технология фокусированного ионного пучка

В просвечивающей электронной микроскопии регистрируются эффекты дифракционного контраста, возникающего в результате взаимодействия электронного пучка со смещёнными атомами в полях напряжений вокруг дислокаций [70 -73] .

Выпускаемые промышленностью микроскопы обеспечивают высокое разрешение, но толщина просвечиваемого образца ограничена [72-73]. При прочих равных условиях она тем меньше, чем выше плотность материала образца. При заданной яркости изображения проникающая способность пучка и соответственно допустимая толщина образца, который ещё можно исследовать,

увеличиваются с ростом ускоряющего напряжения. Следовательно, высоковольтная электронная микроскопия позволяет исследовать сравнительно толстые образцы. Она особенно пригодна для исследования пороговых толщин, выше которых фольга начинает проявлять свойства объёмного материала, а дефекты - динамическое поведение.

Применение электронных микроскопов с большой разрешающей способностью позволяет в принципе непосредственно наблюдать специфичное для краевой дислокации расположение атомных рядов. Винтовую дислокацию можно представить как результат сдвига на период решётки одной части кристалла относительно другой вдоль некоторой полуплоскости параллельно её краю, играющему роль оси дислокации. Таким образом, порождающий винтовую дислокацию сдвиг параллелен её оси.

Между предельными типами краевой и винтовой дислокациями возможны любые промежуточные, в которых линия дислокации может представлять собой произвольную плоскую или пространственную кривую. Порождающий дислокацию сдвиг описывается постоянным вдоль линии дислокации вектором Бюргерса 6, совпадающим с одним из трансляционных периодов кристаллической решётки. Плоскость, проходящая через bи касающаяся линии дислокации в рассматриваемой точке, является плоскостью скольжения данного элемента дислокации. Возможные системы плоскостей скольжения определяются структурой кристаллической решётки. Огибающая

плоскостей скольжения всех элементов дислокации называется её поверхностью скольжения (цилиндрическая поверхность, образующие которой параллельны Ь, а направляющей служит линия дислокации). Линии дислокации не могут обрываться внутри кристалла и должны либо быть замкнутыми (петли дислокаций), либо выходить на поверхность кристалла, либо разветвляться на другой дислокации. В последнем случае образуется сетка дислокаций, в каждом узле которой выполняется закон сохранения: сумма векторов Бюргерса дислокаций, входящих в узел, равна сумме векторов Бюргерса дислокаций, выходящих из узла.

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) предоставляет богатые возможности исследования процессов формирования разнообразных наноразмерных дефектов структуры германия и других полупроводниковых материалов [70-73].

Важным достижением последних лет явилась разработка технологии фокусированного ионного пучка (Focused Ion Beam) - (ФИП, FIB) для подготовки препаратов для ПЭМ [74-77]. Технологии ФИП обеспечивают ряд преимуществ по сравнению с общепринятыми методиками электролитического утоныпения препаратов для ПЭМ: 1) универсальность методики; 2) возможность равномерного утоныпения гетерогенных образцов композитных материалов; 3) возможность получения больших площадей равномерно утоньшенных образцов; 4) возможность точной локализации областей интереса образца; 5) возможность непрерывного контроля процесса утоныпения. Вместе с тем при реализации ФИП-технологии следует учитывать опасность образования дефектов исследуемого образца при недостаточно корректном выборе параметров ионного пучка и режимов обработки. В частности, ионная бомбардировка может приводить к аморфизации объекта исследования, а также к образованию рельефа поверхности, который будет препятствовать выявлению истинной структуры материала [78,79].

Технология ФИП позволила развить новое направление в просвечивающей электронной микроскопии - электронную микроскопию поперечных сечений - срезов тонкоплёночных структур в направлениях, перпендикулярных плоскости образца - XTEM (Cross-sectional Transmission Electron Microscopy) [80-90]. Метод X-TEM был разработан в связи с необходимостью исследования прорастающих дислокационных структур плёночных многослойных эпитаксиальных гетероструктур.

Отличительной особенностью этих структур является относительно высокая разность параметров кристаллических решёток составляющих компонентов, что может вызывать появление дислокаций несоответствия, прорастающих дислокаций и других дефектов, модифицирующих зонную структуру полупроводникового материала, что, в свою очередь, может приводить как к желательным с точки зрения технических применений, так и нежелательным изменениям электрических и оптических свойств [79]. В этой связи с экспериментальной точки зрения необходимы детальные нано- и микроструктурные исследования, причем особую ценность и информативность приобретают сведения о структуре переходных слоёв между компонентами гетероструктуры.

1.4.4