Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Двойное лучепреломление и двойникование в кремнии

05.12.2018

На образцах полированного кремния обнаруживаются сложные картины двойного лучепреломления при наблюдении между скрещенными николями с применением электронно-оптического преобразователя инфракрасного света (снуперскопа). В настоящем исследовании наблюдались и ниже обсуждаются параллельные, резко очерченные полосы двойного лучепреломления, ориентированные по отношению к структуре кремния (фигура).

Когда образцы были протравлены, то в соответствии с каждой полосой двойного лучепреломления можно было наблюдать тонкие параллельные следы шириной приблизительно 0,1 мм. Эти структурные свойства позволяют точно направлять рентгеновский

луч для исследования ориентации. Рентгенограммы, полученные методом обратного отражения Лауэ, обнаруживают наличие двойникования первого порядка. Более того, сегментированный характер каждого отражения, соответствующего двойниковой ориентации, указывает на сложную природу двойникования. Плоскостями двойникования являются октаэдрические плоскости; они параллельны поверхностным следам, т. е. параллельны направлению полос двойного лучепреломления (см. фигуру).
Двойное лучепреломление и двойникование в кремнии

Исследование образцов кремния между скрещенными николями параллельным, практически монохроматическим светом (край полосы поглощения для Si около 1,1 мк; предел снуперскопа около 1,2 мк) обнаруживает следующие явления.

1. Направление наблюдения — вдоль плоскости двойникования (т. е. перпендикулярно плоскости, соответствующей фигуре). При вращении образца относительно линии света полосы двойного лучепреломления исчезают через интервалы в 90° (направление поляризации параллельно и перпендикулярно направлению полосы).

2. Направление наблюдения перпендикулярно плоскостям двойникования. По существу никакого двойного лучепреломления не наблюдается.

3. Направление наблюдения такое же, как в п. 1. Каждая полоса двойного лучепреломления в свою очередь компенсировалась по всей ее длине кварцевым клином, вставленным перпендикулярно направлению полосы. Когда кварцевый клин вставлялся параллельно направлению полосы, скомпенсированная область, захватывающая отдельные полосы двойного лучепреломления, перемещалась в направлении введения кварцевого клина; части полос, соответствующие одной и той же толщине кварцевого клина, компенсировались одновременно. Эти последние экспериментальные данные указывают на то, что оптическое различие одинаково не только по всей длине данной полосы, но и при переходе от одной полосы к другой. Так как в этих исследованиях толщина образца была постоянна, то двойное лучепреломление (An) должно быть одинаково для всех наблюдаемых полос. С помощью кварцевого клина было найдено, что Дп равно приблизительно 8*10в-3; оптический характер положителен. При компенсации полос двойного лучепреломления кварцевым клином не наблюдалось остаточного двойного лучепреломления вдоль краев полосы. Отсюда можно сделать вывод, что в исследованных образцах напряжения, обусловленные двойникованием, сравнительно малы. В связи с этим следует также отметить, что на лауэграмме, описанной ранее, нет указаний на существование направленных напряжений вдоль оси двойникования.

Поведение полос двойного лучепреломления, указанное выше, аналогично поведению полос от оптически одноосных кристаллических слоев. Нужно отметить, что оптическая ось одноосных слоев перпендикулярна слоям, т. е. параллельна [111]. Наличие одноосных слоев можно объяснить следующим.

Двойникование вносит в кубическую структуру кремния слой, имеющий гексагональную структуру и распространяющийся на несколько атомных плоскостей по обе стороны от границы двойникования. Ось с анизотропного слоя перпендикулярна плоскости двойникования. Этот слон действует как одноосная кристаллическая пластина и приводит к появлению двойного лучепреломления.

Протравленные образцы были исследованы под микроскопом для определения степени расщепления двойниковых следов. При увеличении 1300, используя масляный иммерсионный объектив, верхняя (более яркая) полоса (см. фигуру) была разложена приблизительно на 20 двойниковых границ. В нижней (более слабой) полосе обнаружилось приблизительно 10 границ. В образцах, дающих несколько более слабые полосы, обнаружилось еще меньшее число границ. Можно, конечно, ожидать, что большее увеличение выявило бы в каждом случае большее число границ.

Итак, предполагается, что полосы двойного лучепреломления, наблюдаемые в кремнии, обусловлены анизотропными зонами, образованными сложным параллельным двойникованием. В связи с этим следует отметить, что в электронном микроскопе были замечены тонкие следы, имеющие сходство с двойниками в кремнии и отдаленные друг от друга всего на 100 А. Было также высказано предположение, что аномальное двойное отражение, обычно наблюдаемое в кубических тетраэдрических структурах и связываемое с напряжениями, на самом деле обусловлено многократным параллельным двойникованием.

Другое объяснение наблюдаемого оптического поведения заключается в допущении присутствия дискретных слоев кремния гексагональной структуры. Последняя имела бы такую же связь с нормальной кубической структурой кремния, какую имеет вюрцит со сфалеритом. Возможно, что предполагаемые слои гексагональной структуры могут чередоваться со сложными двойниками и являться причиной наблюдаемого двойного лучепреломления. Доказательства существования таких аллотропических модификаций кремния и германия были представлены Кенигом, который указывает на присутствие гексагональной формы при образовании кубической структуры из первоначальной аморфной пленки. Для сравнения, однако, следует отметить, что температура отжига в его экспериментах по кремнию (900°) была значительно ниже, чем температура (1450°), которая имеет место при вытягивании образцов из расплава. Тем не менее была сделана попытка определить такую структуру рентгеновским методом и методом электронной дифракции. Рентгенограммы вращения с большой экспозицией, взятые относительно оси двойникования (потенциальная ось с гексагональной структуры), не дали расстояния с0, ожидаемого для предполагаемой модификации. Подобный же отрицательный результат был получен при применении метода электронной дифракции. Аналогично вычисление поверхностной энергии показало, что гексагональная модификация вещества со структурой типа алмаза маловероятна, за исключением стадии зародыша.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: