Программа опережающей профессиональной переподготовки в области метрологического обеспечения измерений размеров в нанодиапазоне (стр. 9 )

После выполнения практических занятий у слушателя формируются практические навыки измерения размерных параметров различного класса нанообъектов методами просвечивающей электронной микроскопии.

1.3.4 Программа учебного курса «Исследование нанообъектов методами рентгеновской дифракции, рентгеновской рефлектометрии, малоуглового рассеяния рентгеновских лучей»

1.  Список тем лекционного курса. (Объем лекционного курса - 10 часов)

1.1 Темы лекций базового модуля.

№ лекции	Название/Тезисы
1	Рентгеновское излучение (РИ) и его взаимодействие с веществом.
Взаимодействие рентгеновского излучения (РИ) с веществом. Томсоновское рассеяние, комптоновское рассеяние, фотоэффект. Линейный коэффициент поглощения. Зависимость коэффициента поглощения от длины волны – край полосы поглощения. Уравнения Гамильтона-Дарвина. Когерентное упругое рассеяние – дифракция РИ.
2	Техника дифракционного эксперимента.
Источники и детекторы РИ. Типы рентгеновских дифрактометров. Понятие о геометрии съемки. Выбор оптимальной геометрии. Рентгеновская оптика. Планирование эксперимента: выбор излучения, параметров съемки. Юстировка прибора для решения разных типов задач. Понятие инструментальной функции и спектральной функции. Ошибки эксперимента.
3	Дифракция рентгеновского излучения на монокристаллических и поликристаллических пробах.
Взаимосвязь кристаллической структуры и дифрактограммы соединения. Трансляционная симметрия кристалла и обратная решетка. Закон Брегга в векторной и скалярной форме. Сфера Эвальда. Форм-факторы атомов, параметры атомного смещения, заселенность. Структурная амплитуда. Дифракция на монокристаллических и полкиристаллических образцах. Интенсивность рефлекса: влияние LPG-фактора, абсорбционного фактора, экстинкции.
4	Дифракция рентгеновского излучения на нанообъектах.
Дифракция рентгеновского излучения на конечной системе с распределенной электронной плотностью. Понятие области когерентного рассеяния. Интерференционная функция Лауэ. Формула Шеррера, метод Уоррена-Ауэрбаха. Микронапряжения в твердом теле. Угловая зависимость вклада образца в полуширину рефлекса: изотропный и анизотропный случаи. Когерентное рассеяние РИ на протяженных дефектах. Метод WPPM.
5	Рентгеновская рефлектометрия. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей.
Преломление рентгеновского излучения. Явление полного внешнего отражения, понятие о рентгеновской рефлектометрии. Отражение от подложки, системы пленка-подложка, гетероструктуры. Рефлектограмма и ее связь с Фурье-образом распределения электронной плотности в образце. Малоугловое рассяение рентгеновских лучей. Рассеяние на случайно неоднородных средах. Формула Гинье. Рассмотрение общего случая рассеяния на полидисперсной системе.

1.2. Темы практических занятий по модулю «Методы рентгеновской дифракции и рефлектометрии для измерения размерных параметров тонких пленок». (Объем модуля - 12 часов)

1	Дифракция на тонких пленках. Геометрия скользящего пучка.
Исследование тонких пленок в геометрии скользящего пучка. Оптика параллельного пучка, геометрия Гинье. Зависимость интенсивности рефлекса от тощины пленки и угла падения первичного пучка. Юстировка прибора для работы в режиме скользящего пучка.
2	Обработка результатов дифракционного эксперимента. Профильный анализ. Качественный рентгенофазовый анализ. Базы данных ICDD.
Профильная функция. Фон дифрактограммы. Профильный анализ как вариационная задача. Результаты профильного анализа. Порошковая дифрактограмма смеси фаз. Качественный рентгенофазовый анализ. Базы данных ICDD. Порядок проведения качественного РФА.
3	Уточнение кристаллических структур. Метод Ритвельда.
Математические основы методы Ритвельда. Пространство вариационных переменных. Порядок проведения уточнения. Показатели качества уточнения. Практические аспекты работы с программными пакетами (на примере Jana). Количественный рентгенофазовый анализ.
4	Текстура и ее исследование методами рентгеновской дифракции.
Понятие о текстурировании пробы. Функция распределения ориентировок (ODF). Взаимосвязь с интенсивностью рефлексов на дифрактограмме. Прямые и обратные полюсные фигуры. Расчет ODF из полюсных фигур, дефокус пучка.
5	Регистрация и обработка рефлектограмм.
ГОСТ 8.698-2010. Планирование эксперимента по регистрации рефлектограмм. Аттенюаторы. Вид рефлектограммы. Расчет критических углов из данных о составе/структуре пленки. Расчет толщин тонких пленок из данных рефлектометрии. Полнопрофильное уточнение рефлектограмм. Использование данных о химическом составе тонкой пленки.

1.3. Темы практических занятий по модулю «Методы рентгеновской дифракции для измерения размерных параметров нанообъектов». (Объем модуля - 12 часов)

1	Обработка результатов дифракционного эксперимента. Профильный анализ. Качественный рентгенофазовый анализ. Базы данных ICDD.
Профильная функция. Фон дифрактограммы. Профильный анализ как вариационная задача. Результаты профильного анализа. Порошковая дифрактограмма смеси фаз. Качественный рентгенофазовый анализ. Базы данных ICDD. Порядок проведения качественного РФА.
2	Уточнение кристаллических структур. Метод Ритвельда.
Математические основы методы Ритвельда. Пространство вариационных переменных. Порядок проведения уточнения. Показатели качества уточнения. Практические аспекты работы с программными пакетами (на примере Jana). Количественный рентгенофазовый анализ.
3	Определение размеров ОКР из данных рентгеновской дифракции.
Планирование эксперимента. Определение инструментальной функции. Методы Шеррера, Уоррена-Ауэрбаха, Вильямсона-Холла. Метод Ритвельда в приближении фундаментальных параметров. Анизотропное приближение. Когерентное рассеяние на протяженных дефектах (на примере ПО «DIFFaX»).

1.4. Темы практических занятий по модулю «Методы рентгеновской дифракции и рефлектометрии для измерения размерных параметров наноструктурированных покрытий». (Объем модуля - 12 часов)

1	Дифракция на тонких пленках. Геометрия скользящего пучка.
Исследование тонких пленок в геометрии скользящего пучка. Оптика параллельного пучка, геометрия Гинье. Зависимость интенсивности рефлекса от тощины пленки и угла падения первичного пучка. Юстировка прибора для работы в режиме скользящего пучка.
2	Обработка результатов дифракционного эксперимента. Профильный анализ. Качественный рентгенофазовый анализ. Базы данных ICDD.
Профильная функция. Фон дифрактограммы. Профильный анализ как вариационная задача. Результаты профильного анализа. Порошковая дифрактограмма смеси фаз. Качественный рентгенофазовый анализ. Базы данных ICDD. Порядок проведения качественного РФА.
3	Уточнение кристаллических структур. Метод Ритвельда.
Математические основы методы Ритвельда. Пространство вариационных переменных. Порядок проведения уточнения. Показатели качества уточнения. Практические аспекты работы с программными пакетами (на примере ПО «Jana 2000»). Количественный рентгенофазовый анализ.
4	Исследование микроструктуры образцов методами рентгеновской дифракции.
Текстура как явление примущественной ориентации кристаллитов в образце. Функция распределения ориентировок (ODF). Взаимосвязь с интенсивностью рефлексов на дифрактограмме. Прямые и обратные полюсные фигуры. Расчет ODF из полюсных фигур, дефокус пучка. Экспериментальные методы определения размеров ОКР из данных порошковой рентгеновской дифракции: методы Шеррера, Уоррена-Ауэрбаха, Вильямсона-Холла. Определение инструментальной функции. Метод Ритвельда в приближении фундаментальных параметров. Анизотропное приближение.
5	Регистрация и обработка рефлектограмм.
ГОСТ 8.698-2010. Планирование эксперимента по регистрации рефлектограмм. Аттенюаторы. Вид рефлектограммы. Расчет критических углов из данных о составе/структуре пленки. Расчет толщин тонких пленок из данных рефлектометрии. Полнопрофильное уточнение рефлектограмм. Использование данных о химическом составе тонкой пленки.

2.  Краткое описание актуальности заявленных тем.

Рентгеновское излучение (РИ) и его взаимодействие с веществом – в ходе данной лекции рассматриваются базовые вопросы физики рентгеновского излучения (длины волн, спектральный состав, поляризация) и его взаимодействия с веществом. Описываются три основных канала рассеяния (упругое – томсоновское - рассеяние, комптоновское рассеяние, фотоэффект), рассматривается зависимость сечения рассеяния для этих каналов от длины волны и природы рассеивающего вещества. Для феноменологического описания распространения РИ в образце вводятся дифференциальные уравнения Гамильтона-Дарвина, в дальнейшем необходимые при обсуждении вопросов дифракции на тонких пленках. Рассматривается процесс когерентного упругого рассеяния и дальнейшей интерференции вторичных волн, выводится формула для расчета пространственного распределения амплитуды рассеянного излучения.