Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Цифровая обработка рентгенотопографических и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры монокристаллов

Диссертация: Цифровая обработка рентгенотопографических и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры монокристаллов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Одной из основных задач рентгеновской топографии и поляризационно-оптического анализа является правильная расшифровка экспериментальных изображений и надёжная идентификация дефектов. На практике расшифровка топограмм и фотоснимков, идентификация дефектов проводятся путем сопоставления экспериментального и расчетного (смоделированного на компьютере) контраста от дефектов. При этом возникает… Читать ещё >

Цифровая обработка рентгенотопографических и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры монокристаллов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
  • ГЛАВА 1. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
    • 1. 1. Основные топографические методы и методики исследования дефектов структуры монокристаллов
    • 1. 2. Поляризационно-оптический метод исследования дефектов структуры монокристаллов
    • 1. 3. Актуальные проблемы анализа изображений дефектов структуры монокристаллов
    • 1. 4. Выводы и постановка задач диссертационного исследования
  • ГЛАВА 2. МЕТОДИКА И ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО КОНТРАСТА ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ МОНОКРИСТАЛЛОВ
    • 2. 1. Аппаратная организация цифровой обработки рентгенотопографических и поляризационно-оптических изображений
    • 2. 2. Программное обеспечение цифровой обработки топографических и поляризационно-оптических изображений
    • 2. 3. Выбор и обоснование методов цифровой обработки изображений
      • 2. 3. 1. Линейная фильтрация
      • 2. 3. 2. Нелинейная фильтрация
    • 2. 4. Особенности экспериментального контраста: слабый контраст, фоновая неоднородность, зернистость фотоэмульсии
    • 2. 5. Выводы
  • ГЛАВА 3. МЕТОДЫ И ПРОГРАММЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ВЫСОКОЙ ФОНОВОЙ НЕОДНОРОДНОСТЬЮ
    • 3. 1. Метод устранения слабого контраста
    • 3. 2. Методы устранения неравномерного фона
      • 3. 2. 1. Метод, основанный на оценке среднего значения фона в различных областях изображения и вычитании его из исходного изображения
      • 3. 2. 2. Метод, основанный на прямом изменении амплитудного спектра изображения
      • 3. 2. 3. Методы, основанные на высокочастотной фильтрации с предварительным логарифмированием и экспоненцированием изображения
      • 3. 2. 4. Метод, основанный на высокочастотной фильтрации с предварительной обработкой изображения нелинейным фильтром
    • 3. 3. Выводы
  • ГЛАВА 4. МЕТОДЫ И ПРОГРАММЫ УСТРАНЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ЗЕРНИСТОСТИ ФОТОЭМУЛЬСИИ НА КАЧЕСТВО ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЕФЕКТОВ
    • 4. 1. Методы на основе прямого изменения амплитудного спектра изображения и линейной фильтрации
    • 4. 2. Метод на основе фильтра усреднения зерна с порогом
    • 4. 3. Метод на основе фильтра с рекурсивным накоплением
    • 4. 4. Методы представления изображения в виде, удобном для визуального анализа и измерения на изображениях
    • 4. 5. Выводы
  • ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ РАСШИФРОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО КОНТРАСТА И ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ РАЗЛИЧНОГО ТИПА В МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ
    • 5. 1. Исследуемые образцы, их подготовка для топографических и поляризационно-оптических исследований, методика цифровой обработки
    • 5. 2. Цифровая обработка экспериментального контраста, содержащего изображения винтовых и краевых дислокаций
      • 5. 2. 1. Экспериментальный и теоретический контраст от винтовых дислокаций
      • 5. 2. 2. Экспериментальный и теоретический контрасты от краевых дислокаций
    • 5. 3. Сопоставление информативности и эффективности цифровой обработки экспериментального контраста, полученного топографическими методами
  • АПРЛ и Ланга
    • 5. 4. Применение метода АПРЛ для исследования микродефектов
      • 5. 4. 1. Теоретический расчет контраста от микродефектов
      • 5. 4. 2. Цифровая обработка экспериментального контраста, содержащего изображения микродефектов
    • 5. 5. Выводы

Высокий уровень современной микроэлектроники, достижения последних лет в области субмикронной технологии во многом связаны с применением новых структурно совершенных полупроводниковых материалов. Широкое применение в полупроводниковом производстве получили малодислокационные и бездислокационные материалы. Наличие в активной области приборов и микросхем или вблизи её даже одного дефекта может привести к браку, к нестабильности параметров и характеристик, к деградационным процессам, т. е. существенно снижает надежность как самих приборов и микросхем, так и изделий микроэлектроники на их основе. Поэтому актуальной задачей на сегодняшний день является как разработка прямых, неразрушающих, высокочувствительных и высокоразрешающих методов и методик регистрации, так и надежная идентификация дефектов структуры основных полупроводниковых материалов, применяемых в технологии производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

К таким методам, наиболее полно удовлетворяющим перечисленным требованиям, относятся методы рентгеновской топографии и поляризационно-оптического анализа. Совместное применение этих методов для исследования одного и того же образца позволяет повысить достоверность и информативность эксперимента. Простота реализации данных методов для исследования дефектов структуры полупроводниковых материалов приводит к их широкому применению в научно-исследовательских и производственных лабораториях.

Одной из основных задач рентгеновской топографии и поляризационно-оптического анализа является правильная расшифровка экспериментальных изображений и надёжная идентификация дефектов. На практике расшифровка топограмм и фотоснимков, идентификация дефектов проводятся путем сопоставления экспериментального и расчетного (смоделированного на компьютере) контраста от дефектов. При этом возникает проблема, связанная с тем, что теория дифракционного контраста от дефектов структуры до конца не создана, а на экспериментальный контраст влияют много факторов, затрудняющих его анализ. Не всегда удается выявить всю имеющуюся на топограммах и фотоплёнках информацию, часть её не удается расшифровать, а часть просто не регистрируется человеческим глазом и, следовательно, не подвергается анализу. Возникающие при этом проблемы можно попытаться устранить или, по крайней мере, существенно уменьшить, применив методы цифровой обработки изображений.

Цель работы. Целью данной диссертационной работы является разработка методов и методик цифровой обработки топографических и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры монокристаллических полупроводников, позволяющих повысить информативность, достоверность, экспрессность рентгеновской топографии и поляризационно-оптического анализа, надёжно идентифицировать выявленные дефекты.

Методы исследования. Цифровая обработка применялась к изображениям, полученным поляризационно-оптическим методом (метод фотоупругости) и топографическими методами на основе явления аномального прохождения рентгеновских лучей (метод АПРЛ) и Ланга. Цифровые методы обработки направлены на улучшение качества изображения (устранение слабого контраста, фоновой неоднородности, влияния зернистости фотоэмульсии) и представления анализируемых изображений в виде, более удобном для их расшифровки и идентификации дефектов.

Компьютерное моделирование теоретического контраста интенсивности от дефектов структуры полупроводников проводилось решением модифицированных уравнений Инденбома-Чамрова. Теоретический контраст сопоставлялся с экспериментальным и, таким образом, проходила идентификация выявленного дефекта.

Научная новизна. Диссертационная работа характеризуется следующей научной новизной.

1. Впервые для повышения информативности, чувствительности, экспрессности и достоверности методов АПРЛ, Ланга и фотоупругости, была применена цифровая обработка экспериментального контраста интенсивности.

2. Определено аппаратное и программное обеспечение, позволяющее применять рассмотренные в работе методы цифровой обработки экспериментальных изображений практически во всех лабораториях физического материаловедения и структурного анализа.

3. Предложены методы цифровой обработки, позволяющие устранить наиболее распространённые дефекты изображений, — слабый контраст, фоновую неоднородность, влияние зернистости фотоэмульсии и представить экспериментальный контраст в виде, более удобном для надёжной идентификации выявленных дефектов.

4. Разработаны и апробированы на большом количестве изображений методы обработки, позволившие практически полностью устранить фоновую неоднородность экспериментального контраста и влияние на него зернистости фотоэмульсии.

5. Проведено сопоставление информативности и эффективности цифровой обработки экспериментального контраста, полученного топографическими методами АПРЛ и Ланга.

6. Показана возможность выявления методом АПРЛ в кремнии микродефектов не только А-типа с размерами 20−50 мкм, но и В-типа с размерами 2−5 мкм.

Обоснованность и достоверность теоретических и экспериментальных исследований доказывается широким апробированием основных результатов работы на конференциях и семинарах различного ранга, включая международные, публикациями в академических журналах.

Практическая значимость полученных результатов состоит в следующем:

— предложены и проверены алгоритмы построения фильтров, разработаны программы для персонального компьютера, позволившие устранить основные недостатки экспериментальных изображений (слабый контраст, фоновую неоднородность, влияние зернистости фотоэмульсии);

— повышена надёжность идентификации дефекта за счёт представления его в виде трехмерных графиков, построения областей равного контраста, профилей интенсивности, цветового контрастирования, выявления дополнительных особенностей экспериментального контрастаповышена информативность, достоверность и экспрессность топографических методов АПРЛ и Ланга, поляризационно-оптического анализа;

— определены требования к аппаратному и программному обеспечению цифровой обработки изображенийпоказана высокая эффективность применения цифровой обработки экспериментальных изображений и возможность выявления дефектов, трудно регистрируемых традиционным способом;

Результаты диссертационной работы могут представлять практический и научный интерес для специалистов, работающих в области физического материаловедения и структурного анализа, используются в Совместной с ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН научно-учебной лаборатории рентгенотопографических методов исследования материалов электронной техники при подготовке диссертаций, дипломных работ, чтении спецкурсов для студентов физических и инженерных специальностей НовГУ им. Ярослава Мудрого.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Цифровая обработка топографических и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры монокристаллов позволяет выявить из экспериментального контраста дополнительную количественную и качественную информацию, что существенно повышает информативность, чувствительность, достоверность, экспрессность методов АПРЛ и поляризационно-оптического анализа, надёжно идентифицировать дефекты по типу, более точно локализовать их в объёме монокристалла.

2. Устранение сильной фоновой неоднородности топограмм и фотоснимков наиболее эффективно достигается применением при цифровой обработке топографических и поляризационно-оптических изображений дефектов разработанного метода на основе высокочастотной фильтрации с предварительной обработкой изображения нелинейным фильтром.

3. Устранение влияния на качество топографических и поляризационно-оптических изображений зернистости фотоэмульсии наиболее эффективно достигается применением при цифровой обработке экспериментального контраста разработанного метода на основе фильтра с рекурсивным накоплением.

4. Предложенные методы цифровой обработки изображений дефектов структуры монокристаллов наиболее эффективны при анализе экспериментального топографического контраста, полученного методом АПРЛ и его розеточной методикой, и идентификации дефектов. Идентификация дефектов, зарегистрированных по методу Ланга, и эффективность последующей цифровой обработки экспериментального контраста в большей степени зависят от выбора отражающих плоскостей (порядка отражения).

5. При определении природы микродефектов в кремнии, имеющих различные размеры, цифровая обработка экспериментального контраста позволила однозначно идентифицировать тип дефектов, более точно оценить их концентрацию, глубину залегания и установить, что контраст, создаваемый крупными и мелкими микродефектами, идентичен и интенсивность от ядра розетки к её краю убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. При этом методом АПРЛ выявляются микродефекты не только А-типа с размерами 20−50 мкм, но и В-типа с размерами 2−5 мкм.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1. Вторая всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой оптои наноэлектронике. 4 — 8 декабря 2000 г., Санкт — Петербург, Научно-образовательный центр ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН.

2. Седьмая всероссийская научная конференция студентовфизиков и молодых учёных. 5−10 апреля 2001 г., Санкт-Петербург.

3. Третья национальная конференция по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (РСНЭ). 21−25 мая 2001 г., Москва, Институт кристаллографии РАН.

4. Восьмая всероссийская научная конференция студентовфизиков и молодых учёных. 29 марта — 4 апреля 2002 г., Екатеринбург.

5. Международный научный семинар «Современные методы анализа дифракционных данных (рентгенотопография, дифрактометрия, электронная микроскопия)». 18−20 ноября 2002 г., Великий Новгород.

6. 10-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика — 2003». 23 — 24 апреля 2003 г., Москва, Зеленоград, Московский государственный институт электронной техники (технический университет) (МИЭТ).

7. Научно-практических семинарах ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН.

8. Научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого 2000;2003 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано и подготовлено к печати 24 работы, из них 8 в академических журналах. Перечень публикаций приведён в заключении.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 152 наименования и приложения. Объем диссертации составляет 233 страницы, включая 55 рисунков, 10 таблиц, 22 листинга программ.

Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в следующих работах:

1. Дроздов Ю. А., Васильева Е. В. Рентгенотопографические исследования дефектов монокристаллического Б ¡-С на основе эффекта Бормана // Вторая всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто — и наноэлектронике: Тезисы докладов. — Санкт-Петербург. 2000. — С.74.

2. Васильева Е. В., Дроздов Ю. А. Компьютерное моделирование рентгенотопографических изображений дефектов в монокристаллах карбида кремния // Вторая всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто — и наноэлектронике: Тезисы докладов. — Санкт-Петербург. 2000. — С.71.

3. Дроздов Ю. А., Васильева Е. В. Компьютерная обработка изображений дефектов структуры монокристаллического БЮ, выявляемых рентгенотопографическими и поляризационно-оптическими методами // Седьмая всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых учёных: Тезисы докладов. — Санкт-Петербург. 2001. — С. 164.

4. Дроздов Ю. А., Васильева Е. В. Исследование рентгенотопографического контраста от дефектов структуры монокристаллического карбида кремния в случае эффекта Бормана // Седьмая всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых учёных:

Тезисы докладов. — Санкт-Петербург. 2001. — С. 166.

5. Дроздов Ю. А., Васильева Е. В. Подготовка монокристаллического карбида кремния для рентгенотопографических исследований // Седьмая всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых учёных: Тезисы докладов. — Санкт-Петербург. 2001. — С.520.

6. Степанова Е. Ю., Дроздов Ю. А., Васильева Е. В. Исследование дислокаций в карбиде кремния методом поляризационно-оптического анализа // Седьмая всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых учёных: Тезисы докладов. — Санкт-Петербург. 2001. — С.261.

7. Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А. Компьютерная обработка рентгенотопографических изображений дефектов структуры монокристаллов // III национальная конференция по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов РСНЭ-2001: Тезисы докладов. — Москва, 2001. — С.329.

8. Дроздов Ю. А. Компьютерная обработка рентгенотопографических изображений дефектов структуры полупроводников // Восьмая всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых учёных: Тезисы докладов. — Екатеринбург, 2002. — С. 179.

9. Дроздов Ю. А. Применение поляризационно-оптического метода для исследования дефектов структуры монокристаллического 6H-SiC // Восьмая всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых учёных: Тезисы докладов. — Екатеринбург, 2002. — С. 180.

10. Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А. Компьютерная обработка рентгенотопографических изображений дефектов структуры монокристаллов Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2002, № 8.-с. 6−11.

11. Буйлов А. Н., Данильчук Л. Н., Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А. Сравнительная характеристика «розеточных» методик исследования дислокаций в монокристаллах // Международный научный семинар «Современные методы анализа дифракционных данных (рентгенотопография, дифрактометрия, электронная микроскопия)»: Тезисы докладов. — Великий Новгород, 2002. — С. 35−37.

12. Буйлов А. Н., Данильчук Л. Н., Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А. Экспериментальное определение чувствительности рентгено-топографического метода на основе эффекта Бормана к упругим микродеформациям // Международный научный семинар «Современные методы анализа дифракционных данных (рентгенотопография, дифрактометрия, электронная микроскопия)»: Тезисы докладов. — Великий Новгород, 2002. — С. 38−40.

13. Данильчук Л. Н., Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А., Шульпина И. Л. Диагностика монокристаллов с применением компьютерной обработки дифракционных и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры // Международный научный семинар «Современные методы анализа дифракционных данных (рентгенотопография, дифрактометрия, электронная микроскопия)»: Тезисы докладов. — Великий Новгород, 2002. — С. 47−49.

14. Данильчук Л. Н., Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А. Исследование дефектов в бездислокационном кремнии рентгенотопографическим методом на основе эффекта Бормана // Международный научный семинар «Современные методы анализа дифракционных данных (рентгенотопография, дифрактометрия, электронная микроскопия)»: Тезисы докладов. — Великий Новгород, 2002. — С. 50−52.

15. Данильчук Л. Н., Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А., Шульпина И. Л. Рентгеновская топография дефектов структуры монокристаллических полупроводников на основе эффекта Бормана (обзор) Заводская лаборатория. Диагностика материалов, Т. 68, № 11, 2002. — С. 24−33.

16. Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А., Шульпина И. Л. Применение компьютерной обработки рентгенотопографических изображений для идентификации дефектов структуры монокристаллов Заводская лаборатория. Диагностика материалов, Т. 68, № 12, 2002. — С. 30−36.

17. Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А., Шульпина ИЛ. Исследование дислокаций в монокристаллическом карбиде кремния поляризационно-оптическим методом Заводская лаборатория. Диагностика материалов, Т 69, № 1, 2003. — С. 24−29.

18. Дроздов Ю. А., Белехов Я. С. Компьютерная обработка и анализ топографических изображений краевых дислокаций в монокристаллах бН-БЮ // 10-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов Микроэлектроника и информатика — 2003. Московский государственный институт электронной техники (технический университет) (МИЭТ): Тезисы докладов. — Москва, Зеленоград, 2003. — С. 12.

19. Анисимов В. Г., Данильчук Л. Н., Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А. Рентгенотопографическое исследование ростовых дефектов упаковки в монокристаллическом кремнии // Третья Российская конференция по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на его основе («Кремний-2003»). МИСиС: Тезисы докладов. — Москва, 2003. — С. 31−32.

20. Данильчук Л. Н., Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А., Шульпина И. Л. Диагностика монокристаллов применением компьютерной обработки дифракционных и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры Заводская лаборатория. Диагностика материалов (принята к печати в 2003 г., № 11).

21. Дроздов Ю. А., Ткаль В. А., Окунев А. О., Данильчук Л. Н. Устранение фоновой неоднородности и влияния зернистости фотоматериалов на топографические и поляризационно-оптические изображения дефектов структуры монокристаллов Заводская лаборатория. Диагностика материалов (принята к печати в 2003 г.).

22. Окунев А. О., Ткаль В. А., Дроздов Ю. А., Данильчук Л. Н. Топографический контраст винтовых дислокаций в монокристаллах бН-БГС и его компьютерная обработка. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования (принята к печати в 2003 г.).

23. Ткаль В. А., Окунев А. О., Дроздов Ю. А., Шульпина И. Л., Данильчук Л. Н. Компьютерная обработка и анализ топографических изображений краевых дислокаций в монокристаллах бН-БЮ Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования (принята к печати в 2003 г.).

24. Дроздов Ю. А., Окунев А. О., Ткаль В. А., Данильчук Л. Н. Применение цифровой обработки экспериментального контраста дефектов структуры, выявленных методом АПРЛ в монокристаллах бН-БЮ // 4 национальная конференция по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов РСНЭ-2003: Тезисы докладов (приняты к печати в 2003 г.).

Работа поддержана:

1. грантом РФФИ № 02−02−17 661а;

2. программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», программа: 202 Новые материалы, раздел 202.01 Материалы для микрои наноэлектроники, код Проекта 01.02.048.

3. персональным грантом 2002 года для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по исследованиям в области гуманитарных, естественных, технических и медицинских наук № М02−3.9к-88.

Доклад «Компьютерная обработка изображений дефектов структуры монокристаллического БЮ, выявляемых рентгенотопографическими и поляризационно-оптическими методами», представленный на Седьмой Всероссийской научной конференция студентов — физиков и молодых ученых, проходившей 54−10 апреля 2001 г. в СанктПетербурге, отмечен в числе победителей дипломом второй степени.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю Л. Н. Данильчуку, всем сотрудникам Совместной с ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН научно-учебной лаборатории рентгенотопографических методов исследования материалов электронной техники, её научному руководителю со стороны ФТИ И. Л. Шульпиной за помощь в проведении исследований и обсуждении основных результатов работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Цифровая обработка топографического и поляризационно-оптического экспериментального контраста от дефектов структуры монокристаллов позволила при сопоставлении изображений дефектов с теоретически рассчитанными по модифицированным уравнениям Инденбома-Чамрова надёжно их идентифицировать, повысить информативность, чувствительность, достоверность и экспрессность методов АПРЛ и фотоупругости (поляризационно-оптический анализ). Показана перспективность цифровой обработки для расшифровки экспериментального контраста и идентификации дефектов структуры монокристаллов.

В ходе выполнения диссертационной работы автором были получены следующие основные научные результаты.

1. Разработаны и апробированы методы цифровой обработки, позволяющие эффективно устранить сильную фоновую неоднородность экспериментального топографического и поляризационно-оптического контраста от дефектов структуры монокристаллов. При этом наилучшие результаты получены при использовании метода, основанного на высокочастотной фильтрации с предварительной обработкой изображения нелинейным фильтром.

2. Разработаны и опробированы методы цифровой обработки, позволяющие эффективно устранить влияние зернистости фотоэмульсии на качество топографического и поляризационно-оптического контраста от дефектов структуры монокристаллов. Наилучшие результаты при этом получены при использовании метода на основе фильтра с рекурсивным накоплением.

3. Последовательное применение нескольких фильтров позволило при цифровой обработке существенно повысить качество экспериментальных изображений и выявить дополнительную количественную и качественную информацию позволившую однозначно идентифицировать тип дефекта и его локализацию в объёме монокристалла.

4. Представление экспериментального контраста в цвете, включая цветовое контрастирование, позволяет в ряде случаев выявить ядро розетки интенсивности и локализовать дефект.

5. Показана более высокая эффективность и информативность метода АПРЛ и его розеточной методики в сравнении с методом Ланга в выявлении дефектов структуры малодислокационных и бездислокационных монокристаллов.

6. Цифровая обработка изображений дефектов структуры монокристаллов наиболее эффективна при анализе экспериментального топографического контраста, полученного методом АПРЛ и его розеточной методикой, и идентификации дефектов.

7. Идентификация дефектов, зарегистрированных по методу Ланга, и эффективность последующей цифровой обработки экспериментального контраста в большей степени зависят от выбора отражающих плоскостей (порядка отражения).

8. Размытие экспериментального топографического и поляризационно-оптического контраста от дефектов структуры монокристаллов с помощью линейных низкочастотных фильтров («гаусс-размытие» и «усреднение») не приводит к потере информации о дефекте. При этом уменьшается влияние зернистости на качество анализируемого экспериментального контраста.

9. Представление экспериментального контраста в виде трёхмерных графиков и областей равного контраста, построение профилей интенсивности позволяет представить изображение дефекта в виде, более удобном для его надёжной идентификации.

10. При определении природы микродефектов в кремнии цифровая обработка экспериментального контраста, позволила однозначно идентифицировать тип дефектов, более точно оценить концентрацию и глубину их залегания, установить, что контраст, создаваемый крупными и мелкими микродефектами, идентичен, выявить микродефекты В-типа с размерами 2−5 мкм, ранее регистрируемые только электронной микроскопией.

Полученные в данной диссертационной работе научные и практические результаты свидетельствуют о высокой перспективности цифровой обработки экспериментального топографического и поляризационно-оптического контраста и необходимости её применения для расшифровки изображений дефектов и их надёжной идентификации. Представляет научный и практический интерес дальнейшая разработка методов обработки изображений с помощью вейвлет преобразования.

Показать весь текст

Список литературы

  1. И.Л. / Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2000. № 4. С. 3−18.
  2. Э.В., Шульпина И. Л. / Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2001. № 7. С. 3−22.
  3. Ван Бюрен. Дефекты в кристаллах. М.: Иностр. литер., 1962. — 584 с.
  4. В.Л., Никитенко В. И., Миусков В. Ф. Напряжения и дислокации в полупроводниках. -М.: изд. АН СССР, 1962.
  5. X., Финн М., Лавин М. // Несовершенства в кристаллах полупроводников. М.: Металлургия, 1964. — 432 с.
  6. Несовершенства в кристаллах полупроводников. Сб. статей / Под ред. Петрова Д. А. — М.: Металлургия. — 1964. — 302 с.
  7. . Дислокации. М.: Мир, 1967. — 626 с.
  8. Дефекты в кристаллах полупроводников / Под ред. С. Н. Горина М.: Мир, 1969.-312 с.
  9. Дж. Дислокации в решетке алмаза // Дефекты в кристаллах полупроводников. М.: Мир, 1969. — С. 15−37.
  10. Д.Б. Дислокации несоответствия в полупроводниках // Дефекты в кристаллах полупроводников. -М.: Мир, 1969. С.140−163.
  11. В.Б., Шифрин С. С., Мильвидский М. Г. // Дефекты структуры в полупроводниках. Новосибирск: изд. ИФП СО АН СССР, 1973. -212 с.
  12. М.Г., Освенский В. Б. Структурные дефекты в монокристаллах полупроводников. М.: Металлургия, 1984. — 256 с.
  13. N. / J. Phys. Soc. Japan. 1963. V. 18. № 6. P.1785- 1963. V. 19. № 1. P. 67- 1964. V. 19. № 6. P. 971.
  14. В.Л., Чуховский Ф. Н. / Кристаллография. 1971. Т. 16. № 6. С. 1101.
  15. В.Л., Чуховский Ф. Н. / УФН. 1972. Т. 107. № 2. С. 229.
  16. S. / Acta Cryst. 1962. V. 15. Р. 1311.
  17. A., Slimon D. / Acta Cryst. 1968. V. A24. P.517.
  18. A., Malgrange C., Tournarie M. / Acta Cryst. 1968. V. A24. P.
  19. И.Ш., Чуховский Ф. Н., Инденбом B.JI. / Письма в ЖЭТФ. 1968. Т. 8. № 2. С. 90.
  20. И.Ш., Чуховский Ф. Н. / Кристаллография. 1970. Т. 15. № 6. С. 1101.
  21. И.Л. Рентгеновская дифракционная плосковолновая топография. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 1999. — Т.66, № 2. -С. 25−37.
  22. В.И., Ревкевич Г. П. Теория рассеяния рентгеновских лучей. М.: изд. МГУ, 1978. — 277 с.
  23. Bonse U. Zur rontgenographischen. Bestimmung des Typs einzelner Versetzungen in Einkristallen // Zeit. Phys. 1958. — Bd. 153, № 2. — S. 278−296.
  24. У. Рентгеновское изображение поля нарушений решетки вокруг отдельных дислокаций. В кн.: Прямые методы исследования дефектов в кристаллах. — М.: Мир, 1965. — С. 184−204.351
  25. A.R. /Acta met. 5, 358,1957.
  26. A.R. /J.App. Phys. 29, 597,1958.
  27. A.R. /Acta Cryst. 12, 249,1959.
  28. Authier A. Contrast of dislocation images in X-ray transmission topography // Adv. in X-ray Analisis. 1967. — V. 10, № 1. — P. 9−31.
  29. Ю.М. Эффективность использования трубки БСВ-10 (БСВ-11) в методе Ланга // Аппаратура и методы рентгеновского анализа. 1970. Вып. VI.-С. 16−20.
  30. G. / Uber Exinktion der Rontgenstrahlen von Quarz. Physik Zeit. 1941. Bd. 42. № 9/10. S. 157−162.
  31. Borrmann G. Die Absorption von Rontgenstrahlen im Fall der Interferenz // Physik Zeit. 1950. — Bd. 127, № 4. — S. 297−323.
  32. Jl.И. Исследование дефектов и их взаимодействия в монокристаллах германия методом аномального прохождения рентгеновских лучей. Дис. на соискание уч. ст. канд. физ.-мат. наук. — Киев, 1966.
  33. Hirsch P.B. The reflexion and transmission of X-rays in perfect absorbing crystals // Acta Crystallographies 1952. — V. 5, № 3. — P. 176−181.
  34. Laue M. Die Energiesstromung bei Rontgenstrahl Interferenzen im Kristallen // Acta Crystallographica. — 1952. — Bd. 5, № 8. — S. 619−625.
  35. Zachariasen W.H. On the anomalous transparency of thick crystals to X-rays // Proc.N.A.S., USA. 1952. — V. 38, № 4. — P. 378−382.
  36. H., Hosemann R. / Use of parallel beam transmission method for the X-ray examination of crystal structure. Zeit. Naturforsch. 1958. V. 13 A. № 4. P. 792.
  37. V., Meier F. / Der Rontgenographische Nachweis von Versetzungen in Germanium. Zeit. Physik. 1959. Bd. 155. № 4. S. 387−394.
  38. Л.Н. Бормановская рентгеновская топография дефектов в кристаллах с медленно изменяющимися полями деформации Дис. на соискание уч. ст. докт. физ.-мат. наук. — К.: ИМФ АН Украины, 1992. — 361 с.
  39. А.О. Рентгенотопографический анализ дефектов структуры монокристаллического карбида кремния. Дис. на соискание уч. ст. канд. физ.-мат. наук. — Новгород: Нов. ГУ, 1999. — 263 с.
  40. В.Л., Томиловский Г. Е. / Макроскопические краевые дислокации в кристалле корунда. Кристаллография. 1957. — Т. 2. № 1. — С. 190 194.
  41. Л.Н., Никитенко В. И. Прямые наблюдения винтовых дислокаций, перпендикулярных поверхности монокристалла кремния // ФТТ. -1967. Т. 9, № 7. — С. 2027−2034.
  42. Л.С. / Дислокационная структура полупроводников и методы ее исследования. В кн.: Дислокации и физические свойства полупроводников. Под ред. А. Р. Регеля. -Л., «Наука», 1967. — С. 5−29.
  43. By Ge Chuan-zhen, Ming Nai-ben, Freng Duan / A study of screw dislocations in gadolinium gallium garnet and yttrium aluminium garnet crystals bybirefringence topography. Philosophical Magazine A, 1986, Vol.53, No.2, 285−296.
  44. Ming Nai-ben, By Ge Chuan-zhen / Direct observation of defects in transparent crystals by optical microscopy. Journal of Crystal Growth 99, 1990, 1309−1314.
  45. B.JI., Никитенко В. И., Милевский JI.C. / Поляризационно-оптический анализ дислокационной структуры кристалла. ФТТ, 1962, т.4, № 1, С. 231−235.
  46. Н., Basson J.H. / The application of elastobirefringence to the study of strain fields and dislocations in III-V compounds. J. of Appl. Phys. 1980. -V. 51, № 8.-P. 4368−4374.
  47. JI.H., Окунев A.O. / Исследования дефектов структуры монокристаллического карбида кремния прямыми физическими методами. Вестник Новгородского государственного университета. Серия «Естественные и технические науки». 1998. № 10. — С. 12.
  48. В.И., Осипьян Ю. А. Влияние дислокаций на оптические, электрические и магнитные свойства кристаллов. В кн.: Проблемы современной кристаллографии. — М.: Наук, 1975. — С. 240.
  49. P., Polder D. / Philips Res. Rep. 1961. V. 16. № 2. P. 419.
  50. В. JI. Чуховский Ф. Н. / Успехи физических наук. 1972. Т. 102. № 2. С. 229.
  51. Т., Kato N. / Acta Cryst. 1974. V. АЗО. № 6. P. 830.
  52. F. N., Petrashen P. V. / Acta Cryst. 1977. V. A33. № 2. P. 311
  53. N., Patel J. R. / Appl. Phus. 1973. V. 14 № 3. p. 965.
  54. Takagi S. Dynamical theory of diffraction applicable to crystals with any kind of small distortion//Acta Cryst. 1962.-V. 15,№ 10.-P. 1311−1312.
  55. З.Г. Рентгеновская кристаллооптика. М.: Наука, 1982. — 392 с.
  56. Authier A. Contrast of dislocation images in X-ray transmission topography // Adv. in X-ray Analisis. 1967. — V.10, № 1. — P. 9−31.
  57. Taupin D. Prevision de queloques Images de Dislocations par Transmission des Rayons X (Cas de Laue symetrique) // Acta Cryst. 1967. — V. 23, № 1. — P. 2535.
  58. Balibar F., Authier A. Etude theorique et experimentale du contraste des images de dislocations // Phys. stat. sol. 1967. — V. 21, № 2. — P. 413−422.
  59. Sauvage M., Malgrange S. Observation of X-ray stacking fault fringes in the plane wave case // Phys. stat. sol. 1970. — V. 37, № 3. — P. 759−771.
  60. Chukhovskii F.N., Stolberg A. A. On the dynamical theory of X-ray images of real crystal // Phys. stat. sol. 1970. — V. 41, № 3. — P. 815−825.
  61. B.JI., Чуховский Ф. Н. Проблема изображения в рентгеновской оптике // Украинский физический журнал. 1972. — Т. 107, № 6. -С. 229−265.
  62. Е.А. Теория бормановского дислокационного контраста // Украинский физический журнал. 1976. — Т. 21. — С. 709−734.
  63. Dislocation contrast in the case of anomalous X-ray transmission / Suvorov E.V., Jndenbom V.L., и др. // Phys. stat. sol.(a). 1980. — V. 60, № 1.-P. 27−35.
  64. S. // Phus. Soc. Japan. 1969. — V. 26, № 5. p. 1239.
  65. Taupin D // Bull. Soc. Franc. Miner. Crist. 1964. V. 87. P. 469.
  66. G., Hartwig W., Jrmler H. / Schatten von Versetzungslinien im Rontgen-Diagramm. Zeit Naturforsch. 1958. Bd. 13A. № 5. S. 423−425.
  67. И.Л. / Применение АГТРЛ для обнаружения и исследования дефектов в достаточно совершенных кристаллах. В кн.: Рост кристаллов. — М.: Наука, 1965. Т. 5. С. 285−299.
  68. А. / Observation des dislocations dans le silicium a l’aide des rayons X dans le cas la transmission anomale. J. Phys. Radium. 1960. V. 21. № 8/9. P. 655−661.
  69. Л.H., Смородина T.A. / Наблюдение полей напряженийвокруг отдельных дислокаций методом АПРЛ. ФТТ. 1965. Т. 7. № 4. С. 12 451 247.
  70. Л.Н. / Рентгеновское наблюдение полей деформаций вокруг краевых дислокаций в монокристаллах германия. ФТТ. 1969. Т. 11. С. 3085−3091.
  71. Л.Н., Анисимов В. Г. / Природа гигантских дефектов упаковки в монокристаллах кремния. В кн.: Карбид кремния и родственные материалы. Сборник докладов III Международного семинара. — Великий Новгород. 2000. — С. 63−74.
  72. S.J., Hazzledine P.M. / The displacement and stress fields of a general dislocation close to a free surface of an isotropic solid. Phil. Mag.(A). 1981. V. 44. № 3. P. 657−665.
  73. Э.В., Мухин К. Ю. Секционное изображение дефекта упаковки. // Материалы IV Совещания по динамическим эффектам рассеяния рентгеновских лучей и электронов. Ленинград: АН СССР, 1977. — С. 42−45.
  74. А.И., Данильчук Л. Н. Изучение дефектов упаковки в эпитаксиальных слоях германия // Изв. АН СССР. Сер. неорг. материалы. -1968. — Т. 4, № 10. — С. 1627−1632.
  75. А.И., Данильчук Л. Н., Смородина Т. А. Сопоставление метода АПРЛ и химического травления поверхности германия при изучении дефектов упаковки // Вопросы радиофизики и спектроскопии. М.: Сов. радио, — 1966.-Вып. 2.-С. 306−310.
  76. В.Л., Чуховский Ф. Н. Рентгеновское изображение дефекта упаковки, перпендикулярного поверхности кристалла // Кристаллография. -1974.-Т. 19, № 1.-С. 35−41.
  77. Г., Силе В. Рентгеновский анализ структур дефектов упаковки в эпитаксиальном наращенном кремнии. В кн.: Прямые методы исследования дефектов в кристаллах. — М.: Мир, 1965. — С. 246−258.
  78. Н.О., Мелинг В., Шульпина И. Л., Шейхет Э. Г. Выявление и исследование микродефектов в кремнии методами рентгеновской топографии.
  79. Физика твердого тела. 1986. — Т. 28, № 2. — С. 440−446.
  80. В.М., Инденбом B.JI. Рентгенотопографические изображения микродефектов при дифракции по Бреггу // Кристаллография. 1987. — Т. 32, № 2. — С. 297−304.
  81. Indenbom V.L., Kaganer V.M. The formation of X-ray images of microdefects // Phys. stat. sol. (a). 1985. — V. 87, № 1. — P. 253−265.
  82. JI.H. Ростовые включения второй фазы в кремнии, выращенном по методу Чохральского: Тез. докл. // 6-я Международная конференция по росту кристаллов. М.: АН СССР, 1980. — Т. 4. — С. 294 — 296.
  83. JI.H. Бормановский контраст интенсивности от когерентных включений второй фазы в монокристаллах полупроводников. В кн.: Тезисы второго совещания по Всесоюзной межвузовской комплексной программе «Рентген». — Ереван: изд. ЕГУ, 1987. — С. 40−41.
  84. JI.H. Бормановский контраст интенсивности от когерентных квазиточечных дефектов в кремнии // Вторая конференция по динамическому рассеянию рентгеновских лучей в кристаллах с динамическими и статическими искажениями. Киев, 1991. — С. 119−127.
  85. И.Л., Даценко Л. И. Об изображении линейных дефектов в методе АПРЛ // Укр.Ф.Ж. 1967. — Т. 12, № 9. — С. 1474−1482.
  86. Л.Н. Данильчук. Исследование дислокационной структуры монокристаллов и пленок с решеткой типа алмаза методом аномального прохождения рентгеновских лучей. Дис. на соискание уч. ст. канд. физ.-мат. наук. — Новгород, 1967. -177 с.
  87. Л.И., Молодкин В. Б., Осиновский М. Е. Динамическое рассеяние рентгеновских лучей реальными кристаллами. Киев: Наук. Думка, 1988.- 196 с.
  88. О.Н. Влияние различного типа нарушений периодичности на аномальное прохождение рентгеновских лучей в монокристаллах германия. -Дис. на соискание уч. ст. канд. физ.-мат. наук. Ленинград, 1964.
  89. Л.Н., Смородина Т. А. Смещение изображения дислокаций при аномальном прохождении рентгеновских лучей. В кн.: Рост кристаллов. -М.: Наука, 1965. — Т. 5. — С. 321 — 326.
  90. А. Л., Красный-Адмони Л. В. Химия и физика фотографических процессов. Изд. 2-е, — Л.: Химия, 1987. — 137с.
  91. А. Р. Дифракционные и микроскопические методы в материаловедении.-М.: Металлургия, 1984.
  92. Методы компьютерной обработки изображений. / Под ред. В. А. Сойфера. М.: Физматлит, 2001. — 784 с.
  93. У. К. Цифровая обработка изображений. М.: Мир, 1982. — 790 с.
  94. Дж. Введение в Фурье-оптику. М.: Мир, 1970. — 364 с.
  95. Обработка изображений и цифровая фильтрация / Под ред. Хуанга Т. С., -М.: Мир, 1979.-318 с.
  96. Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений / Под ред. Хуанга Т. С., М.: Радио и связь, 1984.
  97. Л.П. Введение в цифровую обработку изображений М.: Сов. радио, 1979.
  98. Г. Применение вычислительных машин для обработки изображений. -М.: Энергия, 1977.
  99. Обработка изображений при помощи цифровых вычислительных машин / Под ред. Эндрюса Г. и Инло Л. М.: Мир, 1973.
  100. А. Распознавание и обработка изображений с помощьювычислительных машин. М.: Мир, 1972.
  101. Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. М.: Радио и связь, 1986.
  102. Д. Алгоритмические основы машинной графики. М.: Мир, 1989.
  103. JI. П. Устройства ввода-вывода изображений для цифровых вычислительных машин. -М.: Энергия, 1968.
  104. Pilard М., Epelboin Y., Soyer A. Fourier Filtering of Synchrotron White-Beam Topographs. / Journal of Applied Crystallography № 28, 1995, c.279−288.
  105. E.B., Садыков P.А., Марук C.B. Метод компьютерной обработки плёнок рентгеновской дифракции. / Приборы и техника эксперимента № 2,1996, с.
  106. Р., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978. — 848 с.
  107. А.В., Шафер Р. В. Цифровая обработка сигналов. М.: Связь, 1979.-416 с.
  108. ., Рэйдер Ч. Цифровая обработка сигналов. М.: Сов. Радио, 1973.-368 с.
  109. Применение цифровой обработки сигналов. / Под ред. А. В. Оппенгейма. М.: Мир, 1980. — 552 с.
  110. Г. Ю. Цифровая обработка цветных изображений. М.: ЭКОМ, 1997.-336 с.
  111. Я.С. Рентгенография металлов и полупроводников. М.: Металлургия, 1969.-496 с.
  112. Nyquist Н. Certain topics in telegraph transmission. Transactions A.l.E.E. Vol.47, No.2, pp.617−644, 1928.
  113. В. А. Теория потенциальной помехоустойчивости. М.-JL, Энергоиздат 1956.
  114. Д., Ван Райпер У. Энциклопедия форматов графических файлов. Киев: BHV, 1997.
  115. С., Петров М. Corel PHOTO-PAINT 9. Руководство пользователя с примерами и упражнениями. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000 — 448 с.
  116. Петров М. Н, Молочков В. П. Компьютерная графика. Учебник (+CD). СПб.: Питер. 2002. 736с.
  117. В., Калинин Г. Обработка изображений на языке С для IBM PC. М.: Мир. 1994.
  118. П.И., Сафонов В. И. Обработка сигналов и изображений. MATLAB 5.x. М.: Диалог — МИФИ, 2000. — 416 с.
  119. В.П., Абраменкова И.В. MATLAB. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник. СПб.: Питер. 2002.
  120. Дьяконов В.П. MATLAB 6. Учебный курс. СПб.: Питер. 2001.
  121. В.П. Компьютерная математика. Теория и практика. М.: Нолидж. 2001.
  122. Дьяконов В.П. MathCAD 2001. Специальный справочник. СПб.: Питер. 2002.
  123. Дьяконов В.П. MathCAD 2001. Учебный курс. СПб.: Питер. 2001.
  124. Дьяконов В.П. Mathematica 4. Учебный курс. С.Пб.: Питер. 2001.
  125. Дьяконов В.П. Maple 7. Учебный курс. С.Пб.: Питер. 2001
  126. Ю.А., Окунев А. О., Ткаль В. А. Компьютерная обработка рентгенотопографических изображений дефектов структуры монокристаллов Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2002, № 8.-с. 6−11.
  127. Ю.А., Окунев А. О., Ткаль В. А., Шульпина И. Л. Применение компьютерной обработки рентгенотопографических изображений дляидентификации дефектов структуры монокристаллов Заводская лаборатория. Диагностика материалов, Т. 68, № 12,2002. С. 30−36.
  128. Ю.А., Окунев А. О., Ткаль В. А., Шульпина И. Л. Исследование дислокаций в монокристаллическом карбиде кремния поляризационно-оптическим методом Заводская лаборатория. Диагностика материалов, Т 69, № 1, 2003. С. 24−29.
  129. Тезисы докладов. Екатеринбург, 2002. — С. 180.
  130. А.О., Ткаль В. А., Дроздов Ю. А., Данильчук Л. Н. Топографический контраст винтовых дислокаций в монокристаллах 6H-SIC и его компьютерная обработка Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования (принята к печати в 2003 г.).
  131. В.Г., Буйлов А. Н., Окунев А. О., Ткаль В. А. / Подготовка монокристаллического карбида кремния для рентгенотопографических исследований. М.: 14 с. Деп. в ВИНИТИ 09.09.99. 2809-В99.
  132. Д., Лоте И. //Теория дислокаций. М.: Атомиздат. 1972. 599 с.
  133. S.J., Hazzledine P.M. / The displacement and stress fields of a general dislocation close to a free surface of an isotropic solid. Phil. Mag.(A). 1981. V. 44. № 3. P. 657−665.
  134. M., Браун Л. // Дифракционный контраст, обусловленный сферически симметричными полями деформации. В кн.: Прямые методы исследования дефектов в кристаллах. — М.: Мир, 1965. — С. 89−108.
  135. Л.Н., Буйлов А. Н., Окунев А. О. // Карбид кремния и родственные материалы. Сборник докладов III Международного семинара. Великий Новгород. 2000. С. 179.
  136. Л.Н. Рентгеновская топография дефектов в кристаллах на основе эффекта Бормана // Вестник Новгородского гос. университета. Великий Новгород, 1995. № 1. С. 12.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!