23 Рентгенография.

Рентгенографический метод (или рентгеноструктурный анализ) основан на дифракции рентгеновских лучей на узлах кристаллической решетки вещества.

За открытие рентгеновского излучения Вильгельму Рентгену в 1901 году была присуждена первая Нобелевская премия по физике, через пять лет после его открытия. Рентгеновские лучи в научной литературе часто называют X-лучами.

М.Лауэ в 1912 году получил задание от А.Зоммерфельда написать статью на тему «Волновая оптика», в процессе работы над которой и при оказании помощи по оптике П.Эвальду, ученику А.Зоммерфельда. Он пришел к выводу, что расстояние между кристаллическими плоскостями того же порядка, что и длина волны рентгеновских лучей. За открытие дифракции рентгеновских лучей на кристаллах Макс фон Лауэ в 1914 году получил Нобелевскую премию по физике. Интересно, что до этого (по предположению Уильяма Генри Брэгга, высказанным им в 1908 году) считалось, что рентгеновское излучение представляет поток частиц.

Рентгеновские лучи – электромагнитное излучение с длиной волны 0,1–10 нм взаимодействуют с электронными оболочками атомов и молекул (расстояния между которыми сравнимы с длиной волны рентгеновских лучей), дифрагируют и распространяются в направлениях (под углами, называемыми брэгговскими углами рассеяния), в которых разность хода дифрагированных лучей составляет целое число длин волн. Интерференционная картина подчиняется условиям, полученными в 1913 г. английским физиком Уильямом Лоренсом Брэггом и русским кристаллографом Георгием Викторовичем Вульфом [1],

(1)

где d – расстояния между соседними кристаллическими плоскостями, θ – угол скольжения, λ – длина волны рентгеновских лучей, а m – порядок отражения.

Наблюдая дифракцию рентгеновских лучей известной длины волны на кристаллической структуре неизвестного строения при регистрации ее, например, на фотопленке (лауэграмме), можно найти характерные особенности этой структуры, а именно, определить взаимные расстояния и положения ионов, атомов и молекул, составляющих кристалл. Следует иметь в виду, чем меньше электронов в атоме, тем слабее рефлексы рентгеновских лучей на лауэграмме и труднее определить положение этих атомов (например, атомов водорода) в кристалле.

В настоящее время для наноэлектронной технологии применяется далекое ультрафиолетовое (УФ) электромагнитное излучение, длины волн которого близки к мягкому рентгеновскому излучению (в 2008 году уже реализовался в промышленном исполнении 45-нанометровый диапазон). Чем меньше длина волны изучения, применяемая для изготовления масок, которые, в свою очередь используются для изготовления микросхем, тем меньше дифракция электромагнитного изучения на неоднородностях микроструктуры, тем больше на единице площади можно разместить микроэлектронных элементов (транзисторов, резисторов, диодов и т.п.). В качестве источников УФ излучения используются эксимерные лазеры. Известен лазер с длиной волны УФ излучения, равной 13,6 нм, близкой к условной границе рентгеновского изучения. Но, к сожалению, в настоящее время имеется проблема с рентгеновской «оптикой», что затрудняет использование технологии на длинах волн рентгеновского излучения.