3. Сучасні методи дослідження поверхні твердого тіла
3.1. Вимоги до методів діагностики поверхні
Прогрес в галузі мікро- та оптоелектроніки вимагає нових методів дослідження приповерхневих шарів кристалів [1-3], які дозволяли б аналізувати рельєф надгладких поверхонь із середньоарифметичною висотою нерівностей Ra<10 нм. Методи дослідження поверхні повинні бути, по можливості, неруйнівними й дозволяти отримувати дані про склад та структуру шарів товщиною від кількох мікрон до окремих моношарів [4].
Існуючі методи електронної та іонної мікроскопії, дифракції нейтральних та заряджених частинок дозволяють діагностувати поверхні із достатньо високою роздільною здатністю за глибиною, але в більшості випадків реалізація цих методів технічно складна. Водночас Х-променеві методи (повного зовнішнього відбивання ПЗВ, асимптотичної бреггівської дифракції) дозволяють досягти роздільної здатності за глибиною, характерної для методів електронної мікроскопії й дифракції [5].
3.2. Класифікація методів дослідження поверхні твердого тіла
Розглянемо класифікацію методів дослідження поверхні, виходячи з критерію "фізичний принцип методу", за яким усі методи діагностики поверхні можна поділити на три групи:
1) емісійні методи;
2) методи розсіяння мікрочастинок;
3) діагностика за допомогою твердотільних зондів.
Емісійні методи, фізичною основою яких є емісійні явища, поділяються на суто емісійні та вторинно-емісійні. До суто емісійних належать явища виривання з поверхні мікрочастинок під дією нагрівання або електричного поля (польовий зовнішній вплив). Вторинно-емісійні явища виявляються при дії на поверхню тіла фотонів, електронів або атомарних (молекулярних) частинок (первинні частинки). Отже, емісійні методи полягають у вириванні (отриманні) мікрочастинок поверхні та їх наступному аналізу. У методах розсіяння мікрочастинок на досліджувану поверхню падає пучок мікрочастинок (наприклад фотони), який розсіюється (відбивається) поверхнею й несе інформацію про її параметри. Діагностика за допомогою твердотільних зондів (мікрозондова діагностика) полягає в скануванні поверхні спеціальним зондом (голкою, щупом), рух вістря якого залежить від рельєфу поверхні та інших її властивостей (наприклад магнітних).
Методи дослідження поверхні також можна поділити за ступенем локалізації, тобто на топографічні (локальні) та інтегральні [6, С.58-59]. Якщо для дослідження поверхні використовується електромагнітне випромінювання, то методи класифікуються за діапазоном випромінювання: інфрачервоні, видимі, ультрафіолетові та Х-промені. Методи дослідження поверхні також поділяються на руйнівні й неруйнівні, контактні та безконтактні [6, С.59-60]. Оцінка якісних і кількісних параметрів геометрії поверхні виробів із різних матеріалів має ряд особливостей, що визначаються фізико-хімічними властивостями цих матеріалів. Перш за все, це твердість і міцність матеріалу, що обмежує застосування контактних методів. До переваг більшості методів, де використовуються Х-промені, належить їх безконтактність та неруйнівний спосіб дослідження. Розглянемо область застосування кожного методу за визначеною нами класифікацією та окремо те місце, яке займають Х-променеві методи серед інших методів діагностики поверхні.