Strukturelle Charakterisierung und Optimierung der Beugungseigenschaften von Si1-xGex Gradientenkristallen, die aus der Gasphase gezogen wurden

Klaus-Dieter Liß

 

Zusammenfassung

 Im ersten Teil der Arbeit wurden zwei theoretische Modelle zur Beschreibung der Beugungseigenschaften von Gradientenkristallen, eines im Rahmen der kinematischen Theorie, das andere auf einer Transfermatrizenmethode basierend, aufgestellt und hergeleitet. Das erste führt zu analytischen Ergebnissen, die insbesonders für eine Beschreibung der Breiten der Reflektionskurven und der Plateauoszillationen geeignet erscheint. Das zweite liefert die exakten, extinktionsbestimmten Intensitätsverteilungen. Es beschreibt durch eine Matrix die Kopplung der vorwärts- und abgebeugten Wellenfunktionen, sowie deren Propagation durch eine planparallele Kristallschicht. So können beliebige Kristallmedien, deren Eigenschaften sich entlang der Grenzflächennormalen ändern, beschrieben werden.
 
Vom Standpunkt der Kristallzucht wurden erstmals neuartige Si1-xGex Gradientenkristalle mit 0 < x < 0,4 großflächig, mit Wachstumsraten bis zu 0,6›µm/min hergestellt. Die Schichtdicken betragen bis zu einigen 100›µm. Ihre Struktur wurde lichtmikroskopisch, elektronenmikroskopisch mit µ-Sondenanalyse und durch Beugungseigenschaften bestimmt. Letztere liefern sowohl Mosaikverteilung als auch die Aufweitung durch den Gittergradienten. Insbesonders wurde eine tetragonale Verzerrung aufgrund unterschiedlicher, thermischer Ausdehnungskoeffizienten entdeckt. Eine anisotrope Mosaikverteilung deutet auf die Anwesenheit von Fehlanpassungsversetzungen hin.
 
Die Überprüfung der Beugungseigenschaften wurde sowohl mit Neutronen- als auch Röntgenstrahlen durchgeführt. Die verwendeten Neutronenrückstreu- und Flugzeitspektrometer, sowie die hochenergetische Röntgendreikistalldiffraktometrie zeichnen sich durch ihre hohe Impulsauflösung des reziproken Raumes aus. Die mit der Transfermatrixmethode berechneten Reflektionskurven schmiegen sich gut an die experimentellen Ergebnisse an.
 
Mit Hinblick auf einen Neutronenmonochromator zeigen die Diffraktionsergebnisse einen bis zu 25-fachen Intensitätsgewinn gegenüber der gemessenen Auflösungsfunktion. Vergleicht man diesen Wert mit der berechneten Reflektivität perfekten Siliziums, so ergibt sich ein Faktor 40. Dabei wurden die Gradienten zugunsten der Analyse und Machbarkeitsstudie zu steil gezogen, so daß die Maximalreflektivität von 100›% noch nicht erreicht ist. Die Aufweitung des reziproken Gittervektors beträgt in diesem Beispiel das 70-fache der natürlichen Linienbreite eines Idealkristalls und wurde mit Dd/d = 1,4·10-2 bis auf das 700-fache vorangetrieben.
 
 


 
K.-D. Liß, žStrukturelle Charakterisierung und Optimierung der Beugungseigenschaften von Si 1-x Ge x Gradientenkristallen, die aus der Gasphase gezogen wurdenÓ . Dissertationsschrift, Rheinisch Westfälische Technische Hochschule Aachen, (27 Oktober 1994) 
 

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Bibliothekseintrag der RWTH Aachen


Last modified: 18. January 2004
Author: Klaus-Dieter Liß