Rentgenowska topografia dyfrakcyjna defektów sieci krystalicznej w monokryształach MgAl₂O₄ i ScAlMgO₄ otrzymywanych w różnych warunkach technologicznych

• Autorzy: Wierzbicka E. , Malinowska A. , Wierzchowski W. , Kisielewski J. , Świrkowicz M. , Szyrski W. , Romaniec M. , Mazur K.

Warianty tytułu

EN

X-ray diffraction topography of lattice defects in MgAl₂O₄ and ScAlMgO₄ crystals grown under different technological conditions

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Za pomocą konwencjonalnej rentgenowskiej topografii dyfrakcyjnej scharakteryzowana została realna struktura monokryształów spinelu magnezowego MgAl₂O₄ i monokryształów ScAlMgO₄ (SCAM). Badania uzupełniające prowadzono za pomocą dyfraktometrii wysokorozdzielczej, skaningowej mikroskopii elektronowej, mikroanalizy rentgenowskiej oraz metod polaryskopowych. Topogramy MgAl₂O₄ wskazują na jakość kryształów pozwalającą na przeprowadzenie szczegółowych badań realnej struktury metodami rentgenowskiej topografii dyfrakcyjnej. W żadnej z badanych próbek nie zaobserwowano kontrastów pochodzących od pasm segregacyjnych. Topogramy badanych kryształów ujawniają obecność rdzenia w centralnej części próbek, często z wyraźnie zaznaczonymi obszarami ściankowanymi odpowiadającymi wzrostowi na niskowskaźnikowych płaszczyznach krystalograficznych. W zewnętrznej części rdzenia zaobserwowano liczne kontrasty dyfrakcyjne związane najprawdopodobniej z defektami objętościowymi typu solute trails oraz wyraźne kontrasty związane z grupą dyslokacji. Za pomocą topografii dwukrystalicznej ujawniono naprężenia związane z rdzeniem oraz defektami objętościowymi solute trails. Ze względu na tendencję do rozwarstwiania się kryształu ScAlMgO₄ badania przeprowadzono na wybranych próbkach otrzymanych przez mechaniczne rozdzielenie materiału. Topogramy dwukrystaliczne ujawniły kontrast dyfrakcyjny odzwierciedlający poszczególne warstwy materiału. Szczegóły rozdzielania się warstw ujawniły obserwacje SEM.

EN

Conventional X-ray diffraction topography was used for characterization of the real structure of MgAl₂O₄ and ScAlMgO₄ (SCAM) single crystals. Complementary investigations were performed by means of high resolution X-ray diffractometry, scanning electron microscopy and polariscopic methods. The obtained topographs indicated a good crystallographic quality of the examined MgAl₂O₄ crystals. In all investigated crystals no segregation fringes were observed. A distinct core region was revealed in all samples, often including three or more facetted regions. Some contrast connected with solute trails and groups of dislocations were observed in the region outside the core. The double-crystal topographs indicated the presence of distinct residual strains connected with the core and other defects. In view of the tendency for ScAlMgO₄ to split into layers, the investigations were performed using the samples obtained by mechanical cleavage. The double-crystal topographs revealed diffraction contrast corresponding to consecutive “layers” of the material. The details of splitting were shown by SEM investigation, which also confirmed the homogeneity of the crystal.

Słowa kluczowe

PL

topografia rentgenowska; MgAl2O4; ScAlMgO4; defekty krystaliczne; metoda Czochralskiego

EN

X-ray diffraction topography; MgAl2O4; ScAlMgO4; crystal lattice defects; Czochralski method

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 43, nr 1
• Strony: 29--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys.

Twórcy

autor

Wierzbicka E.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Malinowska A.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Wierzchowski W.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Kisielewski J.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Świrkowicz M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Szyrski W.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Romaniec M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Mazur K.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

Bibliografia

• [1] Hamlin S. J., Alan D. Hays, C. Ward Trussell, Vernon King: Eyesafe erbium glass microlaser, Proc. SPIE 5332, Solid State Lasers XIII: Technology and Devices, 97 (July 8, 2004)
• [2] Micro-Laser Range Finder Development: Using the Monolithic Approach. Raport US ARMY CECOM RDEC NVESD Fort Belvoir, VA 00021999
• [3] Tamura K., Ohtomo A., Saikusa K., Osaka Y., Makino T., Segawa Y., Sumiya M., Fuke S., Koinuma S., Kawasaki M.: Epitaxial growth of ZnO film on lattice matched ScAlMgO4 substrates, J. Cryst. Growth, 2000, 214/215, 59 – 42
• [4] Schmidt-Mende L., McManus-Driscoll J.: ZnO-nanostructures, defects, and devices, Materials Today, 2007, 10, 40 – 48
• [5] Wessler B., Steinecker A., Mader W.: Epitaxial growth of ZnO thin films on ScAlMgO4 (0001) by chemical solution deposition, J. Cryst. Growth, 2002, 242, 283 – 292
• [6] Katase T., Nomura K., Ohta H., Yanagi H., Kamiya T., Hirano M., Hosono H.: Fabrication of ScAlMgO4 epitaxial thin films using ScGaO3(ZnO)m buffer layers and its application to lattice-matched buffer layer for ZnO epitaxial growth, Thin Solid Films, 2008, 516, 5842 – 5846
• [7] Koyama T., Fouda A. N., Shibata N., Chichibu S. F.: Effects of the high - temperature - annealed self - buffer layer on the improved properties of ZnO epilayers grown by helicon - wave - excited – plasma sputtering epitaxy on a-plane sapphire substrates, J. Appl. Phys., 2007, 102, 073505
• [8] Katasea T., Nomura K., Ohta H., Yanagi H., Kamiya T., Hirano M., Hosonoa H.: Large domain growth of GaN epitaxial films on lattice-matched buffer layer ScAlMgO4, Mater. Sci. Eng. B-Adv., 2009, 161, 66 – 70
• [9] Tang H., Xua J., Dong Y., Lin H., Wu F.: Study on growth and characterization of ScAlMgO4 substrate crystal, J. Alloys and Comp., 2009, 471, L43 – L46
• [10] Obata T., Takahashi R., Ohkubo I., Oshima M., Na kajima K. et al.: Epitaxial ScAlMgO4 (0001) films grown on sapphire substrates by fluxmediated epitaxy, Appl. Phys. Lett., 2006, 89, 191910
• [11] Fregola R. A., Scandale E., De Lorenzo G.: XRDT study of spinel magnesium aluminate natural crystals growth dislocations, Mater. Chem. Phys., 2000, 66, 149 – 154
• [12] McFarlane S. H., Wang C. C.: Lang topographic studies of III-V heteroepitaxial films grown on sapphire and spinel, J. Appl. Phys., 1972, 43, 1724
• [13] Klapper H., Hahn Th.: The application of eigen symmetries of face forms to X-ray diffraction intensities of crystals twinned by ‘reticular merohedry’, Acta Crystallogr. A, 2012, A68, 82 – 109
• [14] Wierzchowski W., Wieteska K., Malinowska A., Wierzbicka E., Lefeld-Sosnowska M., Świrkowicz M., Łukasiewicz T., Pajączkowska A., Paulmann C.: Synchrotron diffraction topography in studying of the defect structure in crystals grown by the Czochralski method, Acta Phys. Pol. A, 2013, 124, 350 – 359
• [15] Bonse U., Kappler E.: Röntgenographisches Abbildung des Verzerrungsfeldes einzelner Versetzungen in Germanium - Einkristallen, Z. Naturforsch., 1958, 13A, 348 - 349
• [16] Bonse U.: Zur röntgenographishen Bestimmung des Types einzelner Versetzungen in Germanium - Einkristallen, Z. Physik, 1958, 153, 278 – 296
• [17] Bond W. L., Andrus J.: Structural imperfections in quartz crystals, Am. Minneralogist, 1952, 37, 622 –632
• [18] Renninger M.: Doppeldiffraktometrische Transmissions- Topographie, Z. Naturforsch. (a) 1964, 19, 783 – 787
• [19] Bedyńska T.: Contrast of dislocation image in the Bragg case, Phys. Stat. Sol. (a), 1973, 18, 147
• [20] Gronkowski J.: X-Ray diffraction contrast of the dislocation image in the Bragg case, Phys. Stat. Sol. (a), 1980, 57, 105
• [21] Wierzchowski W., Mazur K., Wieteska K.: Numerical simulation of Bragg - case topographic images of dislocations and precipitates in GaAs epitaxial layers, J. Phys. D. 1995, 28, A33
• [22] Bubakova R.: Exact adjustment of monocrystals on many-crystal X-ray equipment, Czech. J. Phys. B, 1958, 12, 695 – 702
• [23] Szmid Z., Ler B., Deluga A., Bubakova R., Drahokoupil J., Fingerland A., Electron Technology, 1973, 6, 31 – 37
• [24] Renninger M.: Beiträge zur doppeldiffraktometrische Kristall-Topographie mit Röntgenstrahlen, Z. Angew. Phys., 1965, 19, 20 – 33
• [25] Chabli A., Molva E., George A., Bertin F., Bunod B., Bletry J.: Photoluminescence studies near residual dislocations in In-alloyed GaAs. E-Î/1RS, Strasbourg, June 1986, 27
• [26] Ponce F. A., Wang F. C., Hiskes R.: Structure of defects in semi-insulating LEC GaAs crystals. Semi - Insulating III-V materials, Kah-nee-ta OR-USA 24 – 26 April 1984, Shiva publishing 1984, 68
• [27] Kitano T., Ishikawa T., Matsui J.: Contrast formation around the cell walls in equi-lattice-spacing mapping X-ray topographs for an undoped GaAs crystal, Phys. Stat. Sol. (a), 1989, 115, 383
• [28] Adamkiewicz G., Bajor A., Wierzchowski W.: Photoelastic and X-ray topographic studies of residual stress and lattice deformation in GaAs single crystals, Cryst. Res. Techn. 1988, 23, 901 – 909