Методическое пособие к лабораторным работам по курсу «Материалы электронной техники» (стр. 8 )

Согласно справочным данным параметр a кубических кристаллов сернистого цинка равен 5,42 A. В результате имеем

Эту сумму можно получить только при значениях индексов h, k и l, равных 3, 1 и 1. Следовательно, индексы рассматриваемого интерференционного пятна будут 311. Перестановка индексов и изменение их знака во внимание не принимаются.

Симметричное расположение интерференционных пятен на электронограмме рис.4. относительно вертикальной оси Х дает основание предполагать, что ось текстуры пленки сульфида цинка направлена перпендикулярно подложке. Чтобы проверить это предположение, достаточно сделать контрольный снимок, поворачивая образец на небольшой угол (45 – 500) в плоскости подложки. Если вид электронограммы при этом не изменится, предположение следует считать верным.

Индексы пятен, расположенных на вертикальной оси Х симметричной электронограммы, указывают, какие кристаллографические плоскости располагаются параллельно плоскости пленки или подложки. Направление перпендикулярное плоскостям, и будет осью текстуры. На приведенной электронограмме сернистого цинка (рис.6) на вертикальной оси Х располагаются рефлексы с индексами 111, 222, 333 и т. д. Это означает, что в кристаллах пленки ZnS параллельно подложке располагаются плоскости, имеющие один символ (111). Нормаль к этим плоскостям обозначают в кубических кристаллах теми же индексами. Следовательно, осью текстуры в пленке будет кристаллографическое направление [111]. Для некубических кристаллов индексы плоскости и нормали к ней совпадают только в некоторых частных случаях.

Далее необходимо проверить, что в пленке имеет место только один вид текстуры, причем именно аксиальная. Для этого, считая, что осью текстуры является кристаллографическое направление [mnp], вычисляют всевозможные углы ? между этой осью и нормалями к различным плоскостям (h1k1l1), (h2k2l2), (h3k3l3) и т. д. Как было показано ранее, под такими же углами должны располагаться и соответствующие интерференционные пятна h1k1l1; h2k2l2; h3k3l3 относительно вертикальной оси Х на электронограмме. Для кристаллов кубической системы углы рассчитываются на основе соотношения

  (14)

где m, n, p – индексы оси текстуры; hn, kn, ln – индексы произвольной кристаллографической плоскости.

       Вычисляя по формуле (14) всевозможные углы ?, учитывают не только численные значения индексов нормалей, но и различные перестановки индексов, а также комбинации знаков. Так, например, при определении всевозможных положений интерференционных пятен [311] подставляют последовательно в формулу (14) индексы [311], [131], [311], [131] и т. д. производя перестановки чисел и знаков. При этом могут получаться различные значения ?. Полученные расчетные данные сводят в таблицу и сопоставляют со значениями угла ? для различных интерференционных пятен, установленными экспериментально. Если имеется расхождение, то можно предположить наличие в образце другой структуры или второй кристаллической фазы.

       Угол же рассеяния текстуры ? определяют по угловой протяженности дуг, расположенных на оси симметрии электронограммы.

Порядок выполнения работы.

Рассчитать постоянную прибора L?, длину волны электронов по формуле (4) или (5), имея электронограмму известного вещества. Данные занести в таблицу

№ интерф. кольца	Радиус интерф. кольца, r, мм	Межплоскостное расстояние, d, А	Постоянная прибора L?	L?ср

Используя полученное значение L?ср.,  определить межплоскостные расстояния для электронограммы  ZnO и сравнить с табличными данными. Данные занести в таблицу

№ интерф. кольца	Радиус интерф. кольца, r, мм	Постоянная прибора L?ср	Межплоск. расстояние, dтеор., А	Межплоск. расстояние, dспр., А

По электронограмме поликристалла, не имеющего текстуры, установить состав исследуемого образца и рассчитать параметры, входящих в него фаз. Данные измерений и расчеты внести в таблицу.

№ интерф. кольца	Радиус интерф. кольца, r, мм	Межплоскостное расстояние, d, А	Индексы кольца hkl	Наименование вещества

Произвести индицирование электронограммы текстурированного образца, снятой на «отражение». Установить индексы оси текстуры, если известно, что ось текстуры направлена перпендикулярно поверхности пленки, а в состав пленки входят кристаллы только кубической сингонии. Определить угол разориентации текстуры ?.

Контрольные вопросы.

В чем заключается корпускулярно – волновой дуализм? Объясните, что такое волна де Бройля. Чем отличается монокристалл от поликристалла, аморфного тела? Дифракция электронов, особенности взаимодействия электронов с кристаллической решеткой. Условие Вульфа - Брэгга. Что такое параметр решетки? Что такое текстура, мозаичность?

Литература.

Дифракция электронов: Учебное пособие. – М.: Изд. АН СССР, 1949. – 186 с. , Физика твердого тела: Учебник. - М.: Высш. школа, 2000. - 494 с. Структурная электронография: Учебное пособие. – М.:Изд. АН СССР, 1956. - с. 5 – 12, 28 – 38, 54 – 88, 244 – 249.

Межплоскостные расстояния и интенсивности.

ZnO	NH4Cl
d, A	I	d, A	I
2,816	71	3,85	15
2,602	56	2,72	100
2,476	100	2,22	2
1,911	29	1,92	12
1,626	40	1,72	8
1,477	35	1,57	25
1,407	6	1,37	5
1,379	28	1,288	3
1,359	14	1,221	7
1,301	3	1,165	1
1,225	5	1,115	1
1,1812	3	1,033	4
1,0929	10	0,912	1
1,0639	4	0,864	1
1,0422	10	ZnO a = 3,25 A; c = 5,205 A;  2L? = 62,21 мм А
1,0158	5
0,9848	4
0,9764	7
0,9555	1
0,9382	4
0,9069	12
0,8826	6
0,8675	1
0,8369	6
0,8290	2
0,8237	2
0,8125	5

Рис.1. Дифракционная картина от монокристалла.

Рис.2. Дифракционная картина от поликристалла.

Рис.3. Интерпретация дифракции электронов в монокристаллическом образце с помощью обратной решетки и сферы отражения.

Рис.4. Схема дифракции электронов в поликристаллическом образце, не имеющем текстуры.

Рис.5. Схема аксиальной текстуры в пленке на подложке.

Рис.6. Вид электронограммы текстурированной пленки

  кубической модификации с осью текстуры ???,

  направленной перпендикулярно подложке.

Лабораторная работа №5

Изучение изменения удельного сопротивления

полупроводника в магнитном поле.

Цель работы: изучение зависимости сопротивления полупроводника от внешнего магнитного поля. Измерения проводятся при постоянном магнитном поле на образцах германия.

Теория.

Магнетосопротивление (магниторезистивный эффект) — изменение электрического сопротивления материала в магнитном поле. Впервые эффект был обнаружен в 1856 г. Уильямом Томсоном. В общем случае можно говорить о любом изменении тока через образец при том же приложенном напряжении и изменении магнитного поля. Все вещества в той или иной мере обладают магнетосопротивлением. Для сверхпроводников, способных без сопротивления проводить электрический ток, существует критическое магнитное поле, которое разрушает этот эффект и вещество переходит в нормальное состояние, в котором наблюдается сопротивление. В нормальных металлах эффект магнетосопротивления выражен слабее. В полупроводниках относительное изменение сопротивления может быть в 100 - 10 000 раз больше, чем в металлах, и может достигать сотен тысяч процентов.