Dynamical X-Ray Diffraction Characterization of the Self-Organized Quantum Dot Formation In Imperfect Semiconductor Superlattices

The self-organized quantum dot (QD) formation in InGaAs/GaAs superlattices grown by molecular beam epitaxy was investigated by the high-resolution X-ray diffraction technique. The investigated samples had the identical structure consisting of fifteen periods of {InxGa1−xAs (8 ML)/GaAs (26 ML)} with the nominal In concentration x = 0.2. The diffraction profiles and reciprocal lattice maps for these samples have been measured at symmetrical (004) reflection by using the triple-crystal X-ray diffractometer. The analysis of the measured data was performed by using the proposed diffraction model based on the statistical theory of dynamical X-ray scattering in imperfect single crystals and multilayer structures

Double- and triple-crystal X-ray diffractometry of microdefects in silicon

The generalized dynamical theory of X-ray scattering by real single crystals allows to self-consistently describe intensities of coherent and diffuse scattering measured by double- and triple-crystal diffractometers (DCD and TCD) from single crystals with defects in crystal bulk and with strained subsurface layers. Being based on this theory, we offer the combined DCD+TCD method that exhibits the higher sensitivity to defect structures with wide size distributions as compared with any of these methods alone. In the investigated Czochralski-grown silicon crystals, the sizes and concentrations of small oxygen precipitates as well as small and large dislocation loops have been determined using this method

Models of Deformation Dependences of Total Integrated Intensity of Dynamical Diffraction in Single Crystals for Various Diffraction Conditions

В работе с помощью теории Чуховского—Петрашеня для деформационной зависимости (ДЗ) интегральной интенсивности динамической дифракции (ИИДД) в кристаллах без дефектов показан характер изменения ДЗ ИИДД с толщиной кристаллов и с вариацией других условий дифракции. На этой основе, а также при использовании ряда экспериментов с реальными дефектными кристаллами и результатов теории полной интегральной интенсивности динамической дифракции (ПИИДД) в кристаллах с дефектами без изгиба построена аналитическая модель ДЗ ПИИДД в кристаллах с дефектами, пригодная для диагностики параметров структурных дефектов в кристаллах.В роботі за допомогою теорії Чуховського—Петрашеня для деформаційної залежности (ДЗ) інтеґральної інтенсивности динамічної дифракції (ІІДД) у кристалах без дефектів показано характер зміни ДЗ ІІДД із товщиною кристалу та з варіяцією інших умов дифракції. На цій основі, а також при використанні ряду експериментів із реальними дефектними кристалами і результатів теорії повної інтеґральної інтенсивности динамічної дифракції (ПІІДД) у кристалах з дефектами без вигину побудовано аналітичну модель ДЗ ПІІДД у кристалах з дефектами, придатну для діягностики параметрів структурних дефектів у кристалах.The paper shows the pattern of change in the deformation dependences (DD) of integrated intensity of dynamical diffraction (IIDD) with crystal thickness and with variation of other diffraction conditions by means of the Chukhovskii—Petrashen theory for the DD of IIDD in defect-free crystals. Relying on this and numerous other experiments with real defective crystals as well as the results of total integrated intensity of dynamical diffraction (TIIDD) in crystals with defects without bend, an analytical model of the DD of TIIDD in crystals with defects is developed, which is feasible for the diagnostics of structural defects in crystals

Quantum-Mechanical Model of Interconsistent Amplitude and Dispersion Influences of Structure Imperfections on the Multiple Scattering Pattern for Mapping and Characterization of Strains and Defects in Ion-Implanted Garnet Films

Numerical simulation of the reciprocal-space maps for ion-implanted single-crystal yttrium—iron garnet films on gadolinium—gallium garnet substrates is carried out and based on the theoretical model of the triple-axes dynamical diffractometry of multilayer crystalline systems with inhomogeneous strain distributions and randomly distributed defects. In this model, the amplitude and dispersion mechanisms of influence of the structure imperfections on diffraction or refraction, absorption and extinction of radiation, respectively, for the coherent and diffuse scattering intensities are interconsistently taken into account for all the layers of the system, using derived recurrent relations between the coherent-scattering amplitudes. The presence of growth defects in both the film and the substrate as well as radiation defects created in subsurface layer of nanometre-scale thickness after 90 keV F⁺ ion implantation are taken into account in the proposed model of the multilayer systems. Using this model, the rocking curves measured from as-grown and ion-implanted samples are also treated for determination of realistic strain-profile parameters and structural-defect characteristics in both implanted films and substrates with the aim of numerical reconstruction of the diffraction patterns from multilayer imperfect single-crystal systems.Чисельне моделювання карт оберненого простору для йонно-імплантованих монокристалічних залізо-ітрійових плівок ферит-ґранатів на підложжях з ґадоліній-ґалійового ґранату здійснено на основі теоретичного моделю тривісної динамічної дифрактометрії для багатошарових кристалічних систем із неоднорідними розподілами деформації та випадково розподіленими дефектами. В цьому моделі амплітудний і дисперсійний механізми впливу недосконалостей структури відповідно на дифракцію чи на заломлення, поглинання й екстинкцію випромінення в інтенсивності когерентного та дифузного розсіяння взаємоузгоджено враховувалися для всіх шарів системи за допомогою одержаних рекурентних співвідношень між амплітудами когерентного розсіяння. В запропонованому моделі багатошарових систем враховано наявність ростових дефектів, як у плівці, так і в підложжі, а також радіяційних дефектів у приповерхневому шарі нанометрової товщини, утворених після імплантації йонів F⁺ з енергією у 90 кеВ. З використанням зазначеного моделю також оброблялися криві хитання вихідного та йонно-імплантованого зразків для визначення реалістичних параметрів профілів деформації та структурних характеристик дефектів у підложжях та імплантованих плівках з метою чисельної реконструкції картин динамічної дифракції від монокристалічних багатошарових зразків.Численное моделирование карт обратного пространства для ионно-имплантированных монокристаллических железо-иттриевых плёнок феррит-гранатов на подложках из гадолиний-галлиевого граната осуществлено на основе теоретической модели трёхосной динамической дифрактометрии для многослойных кристаллических систем с неоднородными распределениями деформации и случайно распределёнными дефектами. В этой модели амплитудный и дисперсионный механизмы влияния несовершенств структуры соответственно на дифракцию или на преломление, поглощение и экстинкцию излучений в интенсивности когерентного и диффузного рассеяния взаимосогласованно учитывались для всех слоёв системы с помощью полученных рекуррентных соотношений между амплитудами когерентного рассеяния. В предлагаемой модели многослойных систем учтено наличие ростовых дефектов, как в плёнке, так и в подложке, а также радиационных дефектов в приповерхностном слое нанометровой толщины, образованных после имплантации ионов F⁺ с энергией 90 кэВ. С использованием упомянутой модели также обрабатывались кривые качания исходного и ионно-имплантированного образцов для реалистичного определения параметров профилей деформации и структурных характеристик дефектов в подложках и имплантированных плёнках с целью численной реконструкции картин динамической дифракции от монокристаллических многослойных образцов