Новые методы исследования люминесцирующих материалов в растровой электронной микроскопии

Иванников, Петр Валентинович

Новые методы исследования люминесцирующих материалов в растровой электронной микроскопии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

Иванников, Петр Валентинович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Новые методы исследования люминесцирующих материалов в растровой электронной микроскопии»

Автореферат диссертации на тему "Новые методы исследования люминесцирующих материалов в растровой электронной микроскопии"

На правахн^описи____,

Иванников Петр Валентинович

Новые методы исследования люминесцирующих материалов в растровой электронной микроскопии

Специальность 01.04.04 - физическая электроника, 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА-2006г.

Работа выполнена на кафедре физической электроники физического факультета МГУ им М.В. Ломоносова

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, ст. н. с. Сапарин Геннадий Васильевич

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук Степович Михаил Адольфович

Доктор физико-математических наук Филиппов Михаил Николаевич

Ведущая организация: Институт кристаллографии РАН.

Защита диссертации состоится 22 июня 2006г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д. 501.001.66 физического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.ВЛомоносова, дом 1, строение 2, физический факультет, аудитория 5-19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

Автореферат разослан <//£> мая 2006 года.

Ученый секретарь

Ершов А.П.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Большим достоинством растрового электронного микроскопа (РЭМ) является возможность исследовать объекты в одном из множества функциональных режимов, либо нескольких режимах одновременно Такими режимами могут быть интегральная (КЛ) и цветная (ЦКЛ) катодолюминесценция, наведенный ток (НТ), полевой или потенциальный контраст, картирование по временам релаксации и т.д. Однако, развитие электроники и технологии производства электронных компонентов стимулирует совершенствование старых и разработку новых методов исследования с использованием РЭМ.

Количество способов отображения видеоинформации в РЭМ ограничено: черно-белый контраст, У-модуляция, реальный (ЦКЛ) и искусственный (цветокодирование) цветной контраст. Это связано с особенностями человеческого зрения и восприятия изображений Отсутствие в литературе четких правил и алгоритмов максимального использования пусть даже ограниченных, но до конца не исчерпанных, возможностей цветного контраста указывает на актуальность разработок не только прогрессивных методик получения, но и способов отображения видеоинформации, а также увеличения информативности конечных РЭМ-изображений.

Метод ЦКЛ является одним из самых информативных в растровой электронной микроскопии и позволяет исследовать не только интегральное значение квантового выхода материала, но и спектральный состав излучения с высоким пространственным разрешением. Основным недостатком данного метода является низкое спектральное разрешение, которое в ряде случаев не позволяет точно определить положение спектральных линий без дополнительного снятия спектра. Поэтому, актуальной задачей является повышение спектрального разрешения метода

Остается актуальным, так же развитие методов исследования перспективных материалов электроники, таких как алмазы, ваМ, БЮ и др. Развитие метода цветной катодолюминесценции позволяет проводить неразрушагощие исследования, а также входной и выходной контроль материалов, структур на их основе и готовых приборов. Особый интерес представляют катодолюминесцентные методы исследования в трех пространственных измерениях без разрушения образца.

Другой актуальной проблемой, является разработка новых алгоритмов статистической обработки видеоинформации в РЭМ для решения диагностических задач в медицине и экологического мониторинга окружающей среды.

Целью и основными задачами работы является создание новых методов анализа КЛ-свойств внутренней структуры микрообъектов, повышения спектрального разрешения и

ЦКЛ.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.-Петербург

информативности ЦКЛ-режима в РЭМ для решения ряда прикладных задач в электронике, медицине и экологии Так же решалась задача получения количественных данных на основе статистического анализа ЦКЛ-изображений объектов со сложным химическим составом

Научная новизна работы состоит в следующем-1 Сформулированы и реализованы физические принципы цветного композитного контраста в РЭМ, позволяющего осуществить топографическую и взаимную привязку изображений, полученных в различных режимах, повысить их информативность и облегчить интерпретацию.

2. Разработан и изготовлен новый интегрированный детектор, позволяющий одновременно получать 2 сигнала в обратноотраженных электронах (2хООЭ), сигнал вторичных электронов (ВЭ) и сигнал ЦКЛ за один проход развертки РЭМ.

3. Предложен неразрушающий метод трехмерной микротомографии катодолюминесцентных свойств материалов в РЭМ Проанализировано влияние различных факторов на погрешность метода.

4 Методом неразрушающей трехмерной катодолюминесцентной микротомографии исследованы эпитаксиальные структуры карбида кремния и выявлена тонкая структура чередования слоев политипов по глубине.

5 Разработан метод экспресс-анализа дегидратированной желчи и желчных камней человека с использованием сравнительных данных гистограмм ЯСВ-каналов ЦКЛ-изображений реальных препаратов и эталонных образцов холестерина, билирубина и протеина для оценки относительного содержания этих компонентов в пробах.

6 Разработан метод цветной катодолюминесценции с повышенным спектральным разрешением (ЦЮ1-ВСР), позволяющий повысить точность определения спектральных характеристик по сравнению с методом ЦКЛ в реальных цветах, а так же реконструировать оценочные КЛ-спектры для всех точек изображения всего за несколько проходов растра.

7 Методами композитного контраста с использованием режимов ВЭ, ООЭ, ЦКЛ, НТ и ЦКЛ-ВСР исследованы гетероэпитаксиальные островковые пленки, структуры с латеральным наращиванием и образцы светодиодных структур с квантовыми ямами на основе ОаЫ В островковых пленках обнаружен различный характер локализации примесей в процессе роста: вс - вблизи боковых граней кристаллитов, Хг\ - вблизи базовых плоскостей и Mg -неравномерно по всему объему кристаллитов. В полосковых слоях латерального роста ОаИ обнаружена повышенная концентрация (наследование) дислокаций в направлении нормального роста от подложки и их отсутствие в латеральных направлениях На основе сравнительных статистических исследований образцов пыли из различных районов

г Москвы по данным ЦКЛ и рентгеновского микроанализа выявлена корреляция химического состава и мест сбора образцов.

Практическая ценность работы заключается в дальнейшем развитии возможностей РЭМ за счет применения новых методов исследования и представления информации, а также полученных в работе практических результатах. Большинство предложенных методов в настоящее время успешно используется в практических работах, связанных с изучением материалов оптоэлектроники, геологических, медицинских и экологических образцов.

Метод трехмерной реконструкции люминесцентных свойств, может быть использован для неразрушающего контроля качества приборов оптоэлектроники и дефектоскопии материалов

Применение нового комбинированного детектора и модернизированной катодолюминесцентной приставки к РЭМ позволяет за один проход развертки получать изображения сразу в нескольких режимах: ВЭ, ООЭ, НТ и ЦКЛ, что дает возможность сократить время, требуемое для получения изображений, и уменьшить время облучения образца.

Использование нового принципа построения изображения - композитного контраста в РЭМ дает возможность повысить информативность конечных изображений, облегчить визуальный анализ и уменьшить вероятность ошибочной интерпретации полученных данных.

Результаты исследования состава проб дегидратированной желчи и желчных камней человека может быть использовано для ранней диагностики гастроэнтерологических заболеваний Накопленный практический материал и разработанные статистические методы анализа состава пылевых загрязнений на основе ЦКЛ позволяют проводить экспресс-монигоринг экологической обстановки в городе Москве и других регионах.

Использование системы узкополосных фильтров дает возможность с помощью регистрации всего четырех трехканальных изображений участка объекта и их компьютерной обработки проводить оценку спектрального состава излучения с разрешением около 30 нм в любой из 81 920 точек кадра размером 256x320 пикселей за время порядка 30 с.

Основные положения, выносимые на защиту: ). Усовершенствованная регистрирующая аппаратура ЦКЛ приставки к РЭМ, интегрированный 2хООЭ-ВЭ-ЦКЛ детектор и режим цветного композитного контраста в РЭМ.

2 Повышение спектрального разрешения ЦКЛ-изображений за счет использования набора

узкополосных светофильтров и многомерных КЛ-изображений. 3. Принципы и математическая модель метода неразрушающей трехмерной катодолюминесцентной микротомографии в РЭМ.

4 Метод и результаты экспресс-диагностики состава желчи, желчных камней человека и химического состава пылевых частиц на основе статистического анализа ЦКЛ-изображений

5 Результаты исследований эпитаксиальных мезаструктур SiC, островковых пленок, структур с латеральным наращиванием и светодиодных структур с квантовыми ямами на основе GaN Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• Х(1997), Х1(1999) и XIII (2003) Российские симпозиумы по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (г. Черноголовка);

• XVII(1998), XVIIIC2000) и Х1Х(2002) Российские конференции по .шектронной микроскопии (г. Черноголовка);

• Scanning 1995, 1996, 1997, 1999,2000 гг. (США);

• XXV ежегодная научная сессия ЦНИИ гастроэнтерологии (1998);

• 3-е Всероссийское совещание «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы» (1999);

• The Fourth European GaN Workshop, Nottingham 2000;

• Ш Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы» (2004).

Публикации

Основное содержание диссертации опубликовано в 16 работах (из них 9 статей в зарубежных или отечественных реферируемых журналах и 7 тезисов докладов на конференциях), список которых приводится в конце автореферата.

Личное участие автора в выполнении работы

Автором совместно с к.ф.-м.н. |Обыденым С.К | и к.ф -м н Сапариным Г В. разработан метод неразрушающей трехмерной микротомографии катодолюминесцентных свойств материалов в растровом электронном микроскопе Проведены исследования эпитаксиальных структур SiC методом неразрушающей трехмерной катодолюминесцентной микротомографии в РЭМ Разработаны статистические методы исследования медицинских и экологических образцов и проведены исследования дегидратированной желчи и желчных камней человека, а также образцов пыли собранной на главных магистралях г Москвы. Разработаны методы ЦКЛ-ВСР и композитного конграста в РЭМ, а также проведены исследования материалов электроники и геологических образцов этими методами.

Модернизирована ЦКЛ-приставка к РЭМ, разработано программное обеспечение для реализации предложенных методов.

В подготовке образцов и обсуждении результатов принимали участие Юнович А Э., Мохов F Н , Кононов О В , Макеев А Б., Назаров М В , Назарова Т.А., [чёбанов С М], и Шелеменгьев Ю Б. и др.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов к диссертации, заключения и списка цитируемой литературы из 147 наименований. Объем диссертации составляет 162 страницы текста, включающие в себя 81 рисунок и 5 таблиц

Краткое содержание работы

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследований, изложены новизна и практическая ценность работы, сформулированы основные защищаемые положения.

В первой главе приводится обзор основных работ по цветному контрасту в РЭМ, цветной Ю1 в реальных цветах, детекторам КЛ-излучения, а так же трехмерным катодолюминесцентным методам исследования в РЭМ.

Использование цвета в растровой электронной микроскопии позволяет существенно (по некоторым оценкам до 10' раз) повысить информативность изображений и применяется достаточно широко при работе в различных режимах РЭМ. Наиболее часто применяют метод цветокодирования, когда участки изображения с отличными свойствами искусственно окрашивают в разные цвета, увеличивая тем самым контраст и информативность снимков. Использование цветовых шкал позволяет перенести на РЭМ изображение количественные характеристики объекта.

Режим цветной катодолюминесценции в реальных цветах (ЦКЛ) в растровом электронном микроскопе позволяет получать наряду с информацией об интенсивности люминесценции, информацию о спектральном составе излучения в видимой области спектра Это значительно расширяет возможности исследований по сравнению с черно-белой интегральной или монохроматической КЛ.

Наибольший интерес для исследований материалов оптоэлектроники представляют методы, позволяющие реконструировать катодолюминесцентные свойства объектов без разрушения образца. Отмечено отсутствие методов катодолюминесцентной микротомографии пригодной для исследований многослойных структур

Вторая глава посвящена вопросам повышения спектрального разрешения и информативности метода ЦКЛ. Повышение информативности ЦКЛ изображений (а также любых других РЭМ изображений) может быть достигнуто за счет использования цветного композитного контраста, позволяющего отображать многоканальную видеоинформацию, получаемую с детекторов РЭМ, с помощью независимых психофизических параметров цветного

изображения В главе изложены принципы построения цветного композитного контраста, разделения смешанного контраста на независимые составляющие, описан новый комбинированный 2хООЭ-ВЭ-ЦКЛ детектор, представлены некоторые результаты исследований двухкомпонентных (Си-С) тестовых объектов, а так же образцов нитрида галлия, карбида кремния, искусственных алмазов и карбонадо.

Предложен метод повышения спектрального разрешения ЦКЛ-режима в РЭМ, за счет использования многоканального цветоанализатора с набором узкополосных светофильтров и многомерных КЛ-изображений. Показана возможность построения оценочных спектров в любой точке многомерного изображения. Представлены результаты исследований различных эпитаксиальных структур GaN латерального наращивания, промышленных образцов светодиодов на основе нитрида галлия, а также органических материалов с повышенным спектральным разрешением.

Одним из недостатков существующего метода цветной катодолюминесценции в реальных цветах в РЭМ является отсутствие точной привязки сигнала ЦКЛ к топографии и другим вторичным явлениям, а также невозможность определения в ряде случаев положения люминесцирующих областей относительно микрогеометрии и границ образца.

Ранее были разработаны различные варианты метода цветокодирования, когда на изображение во вторичных электронах наносится какой-либо сигнал, закодированный определенным цветом (например, наведенный ток или элементный состав). Таким образом, возможно осуществление топографической привязки одного или нескольких РЭМ-сигналов. Однако, метод цветокодирования не может быть использован напрямую в случае ЦКЛ без дополнительного анализа и преобразований исходных сигналов, поскольку ЦКЛ-изображение является цветным изначально и может иметь ахроматическую составляющую, что приведет к возникновению артефактов.

В данной главе предложены принципы построения контраста, позволяющего осуществить топографическую и взаимную привязку РЭМ-изображений в различных режимах (в том числе ЦКЛ и ЦКЛ-ВСР), повысить их информативность, облегчить их интерпретацию, выявление характерных особенностей и артефактов. Повышение информативности достигается путем более полного использования возможностей щечного изображения. Полученный контраст |Обыденым С.К| было предложено назвать «композитным», поскольку исходные изображения представлены в реальных цветах.

Метод композитного контраста - физический метод исследования микрообъектов в РЭМ, заключающийся в получении нескольких независимых сигналов, каждый из которых отражает только один физический параметр объекта, и отображении полученной многоканальной

видеоинформации с помощью независимых психофизических параметров цветного изображения

Под смешанным контрастом (сигналом) понимается контраст (сш нал) несущий смешанную информацию одновременно о нескольких физических явлениях.

Основные принципы получения цветного композитного контраста в РЭМ сформулированы следующим образом'

1 Комплексный анализ особенностей детекторов и физических механизмов формирования видеосигнала для всех используемых режимов РЭМ. Выявление причин приводящих к возникновению артефактов и смешанного контраста.

2. Модернизация схемы эксперимента (если необходимо) с целью получения независимых сигналов свободных от артефактов. Устранение факторов связанных с несовершенством регистрирующей аппаратуры способных вызвать появление артефактов и смешанных сигналов.

3. Реализация алгоритмов обработки видеоинформации, приводящих к разделению смешанного контраста на независимые составляющие. Выделение «чистых» контрастов.

4. Реализация алгоритмов получения новых типов «чистых» контрастов на основе обработки первичных данных.

5. Получение независимых изображений и их оценка на предмет пригодности для формирования композитного контраста

6 Предварительная коррекция параметров независимых изображений, например: коррекция

шумов, яркости, контрастности и т.д. 7. Выбор колориметрических характеристик для представления каждого из независимых изображений в композитном контрасте.

8 Формирование композитного изображения из нескольких независимых по определенному алгоритму, вытекающему из п.7.

9 Окончательная коррекция яркости и контрастности для улучшения личного восприятия и визуального анализа

На основе анализа физических механизмов формирования видеосигнала в режимах обратноотраженных электронов (ООЭ), медленных вторичных электронов (ВЭ) и цветной катодолюминесценции (ЦКЛ) разработан новый интегрированный детектор 2хООЭ ВЭ-ЦКЛ (Рис 1), позволяющий одновременно регистрировать сигналы во всех перечисленных режимах.

Проблема нарушения симметрии светового потока и влияния микрогеометрии объекта на ЦКЛ-изображение была решена за счёт разработки и изготовления стохастической волоконной оптики с локальным разделением светового потока.

Фотоумножители

Рис. 1. Конструкция интегрированного детектора позволяющего одновременно регистрировать сигналы ЦКЛ, медленных вторичных электронов и парного детектора ООЭ

е - электронный зонд; SE - вторичные электроны; BSE - обратноотраженные электроны; h v - КЛ-излучение; Um - потенциал зеркала.

Получение «чистого» контраста от атомного номера (Z) в режиме обратноотраженных электронов осуществлялось хорошо зарекомендовавшим себя методом суммирования сигнала двух датчиков С = А + В, где А - сигнал левого датчика, В - сигнал правого датчика, С -суммарный сигнал.

Для выделения топографического контраста вместо обычно используемого разностного алгоритма С = А-В, был применен более корректный алгоритм обработки сигналов от парносимметричных датчиков А и В, позволяющим уменьшить зависимость от атомного номера, который до настоящего времени не использовался для построения изображений

объектов с сильно отличными Z: С = ———, где А - сигнал левого датчика, В - сигнал правого

А + В

датчика, С -сигнал, несущий информацию о рельефе образца.

Принципиально возможно формирование большого количества разновидностей композитного контраста, путем комбинирования всего множества известных на данный момент

контрастов. В работе использовались следующие разновидности композитного контраста:

^_g

ООЭ+ЦКЛ; ВЭ+ЦКЛ; топография (скорректированная по формуле С = ^ + д) +ЦКЛ;

наеденный ток (НТ) + ВЭ + ЦКЛ.

Упрощенная схема формирования ООЭ+ЦКЛ композитного контраста показана на рисунке 4. Эксперименты проводились на серийном РЭМ «STEREOSCAN МК-ПА» фирмы «Cambridge Instruments» 1967 года выпуска, с максимальным рабочим напряжением 20 кВ и током пучка до Ю-4 А.

Прибор был снабжён дополнительно усовершенствованной многоканальной специализированной цифровой приставкой с компьютерным интерфейсом оригинальной разработки (Рис. 2). Для проведения исследований в режиме композитного контраста была изготовлена и установлена описанная выше коллекторная система (Рис. 1), а также система для быстрой смены светофильтров.

Рис. 2. Блок-схема установки на основе РЭМ для проведения исследований в режимах ЦКЛ, ЦКЛ-ВСР и композитного контраста. Обозначения: ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь; АЦП - аналогово-цифровой преобразователь; ФЭУ - фотоэлектронный умножитель.

КЛ-излучение, возбужденное в образце электронным пучком РЭМ, собирается зеркалом, фокусируется на входном окне волоконно-оптической системы и разделяется на три эквивалентных оптических канала: "красный", "зеленый" и "синий" (Рис. 2).

I Для спектрального анализа КЛ

излучения в реальных цветах используются широкополосные перекрывающиеся

светофильтры, имеющие максимумы пропускания на длинах волн 450 нм - В, 540 нм - в и 670 нм - Я, аналогичные по своим характеристикам, применяемым в цветном телевидении (Рис.3) После Рис' 3- Нормированные характеристики

„ , широкополосных ИСВ-светофильтров.

оптической фильтрации в каждом канале

т(Х) [arfa, unit]

КЛ-сигналы преобразуются в электрические и усиливаются с помощью ФЭУ, оцифровываются с помощью АЦП и накапливаются в памяти компьютера, формируя, таким образом, цифровое РЭМ-изображение.

Приставка была дополнена предварительными усилителями-интеграторами и коммутационными схемами, позволяющими считывать видеосигналы НТ, датчика ВЭ (Эверхарта-Торнли), парного детектора ООЭ и ЦКЛ-коллектора созданного нами интегрированного 2хООЭ-ВЭ-ЦКЛ детектора. Применение новых более чувствительных фотоумножителей и новых разработанных нами малошумящих предварительных усилителей, построенных на современной элементной базе, позволило повысить чувствительность аппаратуры и улучшить соотношение сигнал-шум Что дало возможность исследовать в режиме ЦКЛ новые классы объектов с малым квантовым выходом, а также радиационно-нестойкие объекты, такие как желчь, желчные камни и биологические фракции пыли, за счет уменьшения рабочего тока пучка.

Для построения композитных изображений была разработана специализированная программа «СошроБЕМ», применение которой позволило сократить время построения одного композитного изображения, до одной - нескольких минут, что практически на порядок повысило производительность труда при исследовании больших количеств образцов

Методом композитного контраста были исследованы: эпитаксиальные мезаструктуры гетероэпитаксиальные слои ОаК'Эс и ОаМ:7п выращенные на подложках из сапфира и карбида кремния, тллурид цинка, легированный серебром на подложке из сульфида цинка (7п$-ZnTe•Ag); а также микрокристаллы искусственного алмаза и природные карбонадо

На рисунке 5 представлены 4 микрофотографии участка мезаструктуры в^СМЧ, выращенной на подложке 2111-81С'А1, сделанные в 4-х режимах РЭМ. Для политипа 21К А1 является примесью, подавляющей КЛ. Азот создаёт в различных политипах излучающие центры различного спектрального состава КЛ: красные - в ЧС, зелёные - в 2Ж и синие - в 4Н.

На первом снимке, в режиме интегральной (ахроматической) КЛ, можно увидеть лишь разную интенсивность КЛ для различных элементов мезаструктуры, отметить разную форму эпитаксиальных слоёв, но нельзя определить политипы слоёв и границы мезаэлементов

На втором снимке, в режиме ЦКЛ можно идентифицировать политипы верхних слоёв мезаэлементов, но трудно локализовать границы и оценить политипы каждого мезаэлемента.

Топографический снимок, сделанный в режиме ООЭ, напротив, демонстрирует все особенности микрорельефа, позволяет оценить толщины мезаэлементов и уровни залегания эпитаксиальных слоёв, но не позволяет идентифицировать их политип

Рис. 4. Схема формирования ООЭ+ЦКЛ композитного контраста.

SiC цкл

ЗС % 4Н

ООЭ 1-500 um -I ООЭ+ЦКЛ

i ' ., • /М A:

\ life % # ** ^.^mmmmm. « -i. -

V'.^T

Рис. 5. Сравнительные изображения участка эпитаксиальной мезаструктуры SiC:N, выращенной на подложке 21R-SiC:Al, полученные в четырёх различных режимах РЭМ: яркостная KJ1; ЦКЛ; ООЭ и композитный ООЭ+ЦКЛ контраст. Цвет на изображениях ЦКЛ и ООЭ+ЦКЛ определяется политипом эпитаксиальной плёнки SiC: ЗС - красный, 21R - зелёный, 4Н -синий.

Sample SB01

Рис. б. Оценочные спектры боковой и торцевой части эпитаксиальиых слоев латерального наращивания, построенные с помощью метода ЦКЛ-ВСР.

gj p-GaN:Mg-0.27 нм (покровный слой)

06p<ucuGII9j^" время наращивания 3 мин

inuaiN (к*ант

n-GaN:Si - 3 мкм (базовый слой)

G1191

ШГ4"!

Набор фильтров - л.т...[пт] R(670), G(540). В(450)

Образец G1191

HdGop фильтров - Хлмх[пт] (510), (480). (450)

Спектральный

отображении

0 г

е л 04

< 03

0 1

И) 0

^Образец G1190

(время нар.1||[ип.1нмя 4 мин

G1190

г) I— 250 цт -Ч

ir ' ?

^'Г.^?. 1

ШЩ шМ

G1190

Ж) К 250 цт -Н

) t

' J *•

¿¡¿П2-

400 440 480 520 X (nm]

Рис. 7. ЦКЛ-исследования двух светодиодных мезаструктур GaN/InGaN/AlGaN с разной толщиной активного слоя (образцы G1191 и G1190). а) - схема расположения слоев в мезаструктуре; б), в), г) - ЦКЛ-изображения, полученные с помощью RGB- светофильтров; д), е), ж) - ЦКЛ-ВСР-изображення, полученные с помощью узкополосных светофильтров; з) тонкая структура пространственной спектральной неоднородности КЛ-эмисснн, обнаруженная методом ЦКЛ-ВСР; и) - спектральные характеристики используемых узкополосных светофильтров.

Рис. 8. Компьютерная трехмерная реконструкция сечений участка мезаструктуры вЮ, полученная методом трехмерной катодолюминесцентной микротомографии в РЭМ при энергиях электронного пучка от 2 до 20 кэВ с шагом 2 кэВ.

Рис. 9. ЦКЛ-изображения сухого осадка нормальной (а) и литогенной (б) желчи человека, а также их статистические характеристики: гистограммы, значения математического ожидания и дисперсии, полученные по интенсивности и компонентам - К, С, В. Горизонтальный размер ЦКЛ-нзображеннй: а) - 0.5 мм; б) - 5 мм.

Рис. 10. Статистический анализ корреляции цвета люминесценции и состава пылевой частицы.

Рис. 11. Цветовой график с нанесенными областями цветности люминесценции различных по химическому составу пылевых частиц и области, соответствующие районам г. Москвы, в которых превалируют пылевые частицы с отмеченными цветовыми характеристиками.

Наиболее информативным является композитное изображение ООО > ЦКЛ Здесь можно отметить, что в двух средних элементах происходил, в основном, латеральный рост политипа 21R-SiC:N, то есть рост, перпендикулярный боковым стенкам затравочных мезаэлементов 21R-SiC:AI, контуры которых совпадают с тёмными квадратами На остальных 4-х мезаэлеменгах происходил преимущественно нормальный рост SiC'N, то есть рост в направлении, перпендикулярном поверхности подложки 21R-SiC'Al, и с равной вероятностью образовывались слои политипов ЗС и 4Н

В эпитаксиальных мезаструктурах на основе SiC (Рис. 5) обнаружены следующие ростовые особенности политипных слоёв-

а) нормальный (к поверхности подложки) рост с большой вероятностью трансформации политипов и характерным периодом чередования слоёв политипов 21R-3C менее 1 мкм;

б) латеральный рост с захватом примеси, присущий, в основном, политипу подложки 21R;

в) инклинационный рост, с характерным периодом чередования слоёв 21R-4H Юмкм

В гетероэпитаксиальных слоях GaN:Sc и GaNZn обнаружен принципиально разный механизм внедрения примеси в ростовую поверхность кристаллитов, с преимущественным внедрением Sc на боковые поверхности и Zn - на базовые гексагональные плоскости, с последующей концентрацией легирующих компонентов в процессе роста вдоль сродственных поверхностей.

Обнаружены различные дефекты и вариации толщины слоя ZnTe Ag, области с пониженным содержанием легирующей примеси Ag.

Продемонстрирована эффективность использования метода композитного контраста для пространственной локализации дефектных и беспримесных областей в микрокристаллах искусственного алмаза и природных карбонадо.

Другим недостатком существующего метода цветной катодолюминесценции в реальных цветах в РЭМ является недостаточное для некоторых приложений спектральное разрешение метода ЦКЛ. Традиционное в таких случаях получение КЛ-спектров с высоким спектральным и пространственным разрешением требует много времени, а в случае радиационно-нестойких материалов не позволяет получить достоверных результатов из-за разрушения образца

Метод цветной катодолюминесценции высокого спектрального разрешения (ЦЮ1-ВСР) позволяет повысить спектральное разрешение метода ЦКЛ за счет использования набора узкополосных светофильтров и многомерных KJI-изображений.

Переход от трёхмерной RGB-регистрации цветовых характеристик КЛ-излучения к N-канальной, где N - число выбранных спектральных интервалов, эквивалентен переходу от трехмерного цветового пространства RGB, связанного с психофизическими особенностями человеческого зрения, к абстрактному N-мерному линейному пространству цветовых

координат, определяемому исключительно спектральными характеристиками каналов многоканального цветоанализатора (МЦА).

Пусть /(Я) - истинный спектр исследуемого КЛ-излучения, тогда, приближённое значение функции /(Л) в ТОЧК€ Л, € [А, дщд, Xj („дх ] МОЖНО З&ПИСЭТЬ КЗК

л,-

¡fWMX)dX

/Ш-4^-(1)

'\A,{X)dl

где /, - регистрируемый сигнал в i-ом канале МЦА, At (Я) - аппаратная функция i-oro канала, к,

Xt них

\Ut{l)dX

- весовые коэффициенты, а Я, = -.

/С( max

J лдяуя

л,-

Физический смысл этих выражений заключается в том, что значение спектра /(Я) в точке Л 6ГЛти.>Л|ш«]> которая является "центром тяжести" функции спектральной чувствительности i-oro канала А,(Я), мы заменяем свёрткой спектра /(Я) с этой аппаратной функцией А,(Я), т.е взвешенным КЛ сигналом i-oro канала к,1,, а весовые коэффициенты

л- 1

*/ =

X„i.

учитывают интегральную спектральную чувствительность каналов

МЦА. Таким образом, для Ы-канального МЦА мы получаем Ы-чисел (1), которые являются дискретным приближением спектральной функции /(х,у,Я) в точке объекта (х,у).

Для практической реализации МЦА, были разработаны и изготовлены 11 специализированных интерференционных светофильтров, спектральные характеристики которых представлены на рисунке 12. Были измерены компоненты А, (Я) векторной аппаратной функции Л(Л) (т.е. спектральной чувствительности каналов МЦА).

Используя трехканальную систему регистрации ЦКЛ-изображений (Рис. 2) и применяя сменные светофильтры для каждого прохода кадра РЭМ, число измерений сокращено в три раза. Для изображения 256x320=81920 пикселов время одного прохода растра составляет ~ 6,5 секунд. Таким образом, с учетом времени смены фильтров, за одну минуту мы получаем около 80000 КЛ-спектров со спектральным разрешением порядка 30 нм, причем каждый элемент

объекта подвергается облучению в течение лишь 65мкс х 4 = 260 мкс, что особенно важно при исследовании радиационно-нестойких объектов.

Рис. 12. Характеристики узкополосных светофильтров, нормированные на максимумы пропускания.

Методом ЦКЛ-ВСР исследовались гетероэпитаксиальные слои ваК с латеральным наращиванием, выращенные на кремниевой подложке. Построены оценочные спектры для характерных областей структуры (Рис 6), выявлена узкая синяя полоса, связанная с рекомбинацией носителей на донорно-акцепторных парах и широкая желтая линия (возможно имеющая сложную структуру), обусловленная рекомбинацией на дефектах структуры Обнаружено наследование дефектов подложки только в областях нормального роста.

Проведены исследования промышленных образцов многослойных светодиодных структур на основе ваИ с квантовыми ямами, обнаружены регулярные и стохастические пространственные флуктуации квантового выхода люминесценции и положения максимума рабочей спектральной линии (Рис. 7). Применение метода ЦКЛ-ВСР позволило выявить тонкую структуру пространственной спектральной неоднородности КЛ-эмиссии для образца 01191 (Рис. 7з), которая не обнаруживалась методом ЦКЛ в реальных цветах.

Малое время облучения образца и возможность работы при малых токах пучка позволил расширить класс исследуемых объектов и получить оценочные спектры для органических материалов. Исследована динамика изменения интенсивности спектральных полос КЛ-излучения под действием электронного облучения в микросферах из полистирола. Для различных полос выявлены монотонные и осциллирующие зависимости интенсивности от дозы облучения.

Третья глава посвящена методу трехмерной катодолюминссцентной микротомотрафии в РЭМ, оценке погрешностей и оптимизации метода, а так же представлены результаты исследований эпитаксиальных мезаструктур карбида кремния

Предлагаемый метод изучения материалов основан на известном факте, что электронный пучок при разных энергиях проникает в объем твердого тела на разную глубину Следовательно, записав в цифровом виде несколько изображений при разных энергиях и решив с помощью компьютера для них соответствующую обратную задачу, при определенных условиях, мы можем получить информацию о нижних слоях.

Регистрируемый в эксперименте КЛ сигнал связан с квантовым выходом следующим выражением:

где 1л(Е,х,у) - интегральный спектр КЛ - излучения из исследуемой области образца, а Ф(Е,г) - функция распределения концентрации неравновесных носителей заряда по глубине г при энергии электронов зонда (ускоряющем напряжении) Е.

В случае цветной катодолюминесценции для любой точки образца выражение (2) можно записать в следующем виде:

где с(е) - интегральный вектор-цвет, а- некоторый коэффициент, который зависит от усиления регистрирующей аппаратуры и тока зонда. Функция ((г) - вектор-цвет квантового выхода являющийся функцией от исходного квантового выхода £"д(х,у,г,) и зависит только от материала образца и глубины г. Функция Ф(Е,г) есть распределение концентрации неравновесных носителей заряда по глубине г.

Задача метода трехмерного КЛ - анализа заключается в нахождении квантового выхода ¿¡? (х,у\2,) по измеренной величине 1л(Е,х, у), то есть является классической обратной задачей и сводится к решению системы интегральных уравнений Попытки ее решения традиционными методами наталкиваются на ряд серьезных трудностей, а в ряде случаев принципиально невозможно. Однако, путем допущения ряда приближений оказалось возможным свести решение обратной задачи к решению системы линейных уравнений.

В итоге, для N экспериментов в серии мы получаем систему линейных уравнений, которая будет всегда разрешима.

(2)

(3)

«I ¡1

С(Ег) = а2(С, |Ф(£2,2)& |ф(£2,7)^)

О г, ' '

Коэффициенты а,, которые зависят от усиления прибора, фокусировки луча и многих других факторов, могут быть определены в процессе эксперимента, если на образце имеется точка, в которой квантовый выход не зависит от глубины. Для этой точки справедливо соотношение =|4"2 =... = !£/,' = Си > которое следует из однородности, и (4) для данной точки примет вид:

С(£2)--а2<Г0}ф(£2,г)</г (5)

С(Е „) = <*„$„

Так как определение абсолютного значения квантового выхода выходит за рамки нашей задачи, можно принять ах= 1, остальные коэффициенты а, находятся из решения системы (5).

Эффективная глубина проникновения электронов в материал образца г, могут быть рассчитаны по двум критериям:

1) как решение уравнения е1 - ''--, где е, - относительная погрешность в определении

вектора-цвета при соответствующей энергии первичного пучка. ]ф (Я„2)&

2) как решение уравнения * ---= С,, где параметр С, =0 07.. 013 и определяется

|ф (£„г)&

путем минимизации систематической погрешности метода путем компьютерного

моделирования при выбранных параметрах образца.

Для практической реализации метода трехмерной катодолюминесцентной микротомографии

был создан пакет программ на языке С++, включающий в себя сам алюритм плюс набор

сервисных функций, необходимых для предварительной обработки данных.

Методом трехмерной катодолюминесцентной микротомографии исследован ряд многослойных эпитаксиальных структур на основе SiC при энергиях электронного пучка от 2 до 20 кэВ. Обнаружены дефекты в объеме материала и определена глубина их залегания. Выявлена динамика трансформации политипов SiC в процессе роста эпитаксиальных слоев при различных условиях. Пример трехмерной реконструкции сечений участка мезаструктуры SiC представлен на рисунке 8. Разрешение по глубине (оцененное как толщина реконструированного слоя) для данного материала составило 0.06 - 0 5/jm при шаге изменения ускоряющего напряжения 2 кВ.

В четвертой главе представлен метод статистического анализа ЦКЛ-изображений образцов со сложным химическим составом в медицине и экологии, даны результаты катодолюминесцентных исследований дегидратированных осадков литогенной желчи и желчных камней человека Там же представлены результаты анализа корреляционных характеристик химического состава и мест сбора для образцов пылевых частиц из различных районов г. Москвы по данным ЦКЛ и рентгеновского микроанализа (РМА).

Определены спектральные характеристики образцов основных компонент, являющихся строительным материалом желчных камней: холестерина, билирубина и белка. На основе полученных данных исследованы срезы желчных камней человека в режиме ЦКЛ. Путем сравнения спектральных характеристик люминесценции камней и эталонных образцов холестерина, билирубина и белка выявлено распределение этих компонент в объеме желчного камня.

Предложен метод количественного анализа ЦКЛ изображений в реальных цветах путем анализа гистограмм трех основных цветов (RGB) и интенсивности для исследований состава желчных камней и дегидратированной желчи человека. Произведены статистические исследования люминесценции дегидратированной литогенной желчи человека. Выявлены различия в спектральных характеристиках люминесценции кристаллов желчи здоровых и больных людей (Рис. 9). Построена цветовая диаграмма для определения отклонений в химическом составе дегидратированной желчи человека, которая может быть применена для ранней диагностики желчно-каменной болезни, включая предкаменную стадию этого заболевания.

Основной целью данных исследований являлась разработка для практического применения методики экспресс-оценки минералогического и элементного состава частиц пыли и установка корреляционных закономерностей между составом и местом сбора образцов. Эта задача была решена в данной работе на базе метода ЦКЛ путем разработки метода статистического анализа спектральных характеристик люминесценции большого числа пылевых частиц с параллельным сопоставлением этих характеристик с химическим составом по данным рентгеновского микроанализа.

На основе сравнения полученных на РЭМ оснащенном энергетическим рентгеновским микроанализатором данных поэлементного качественного анализа отдельных частиц из проб и их спектральных характеристик, полученных в режиме ЦКЛ, выявлена корреляция между цветом люминесценции и химическим составом (Рис. 10).

На основе статистического анализа накопленных и систематизированных данных по спектральным люминесцентным характеристикам, рентгеновским спектрам, морфологии пылевых частиц построены цветовые диаграммы для идентификации химического состава частиц и количественных оценок состава загрязнений по данным ЦКЛ (Рис 10, Рис 11)

Проведен статистический анализ большого числа образцов, собранных на 16 магистралях г. Москвы. Выявлен ряд корреляционных закономерностей, устанавливающих связь между составом исследованных проб и районами города (Рис. 11)

Основные результаты и выводы

1 Сформулированы и реализованы принципы цветного композитного контраста для визуального представления многомерных векторных видеосигналов в РЭМ и повышения информативности РЭМ-изображений.

2 Разработан и изготовлен новый интегрированный детектор для параллельной регистрации в РЭМ сигнала цветной катодолюминесценции, обратноотраженных и вторичных электронов.

3. Разработан и реализован метод ЦКЛ с высоким спектральным разрешением. Показана возможность реконструкции оценочных КЛ-спектров для всех точек изображения всего за несколько проходов растра.

4. Методами композитного контраста и ЦКЛ с высоким спектральным разрешением исследованы образцы GaN, в которых обнаружены- избирательный характер локализации примесей Se, Zn и Mg в островковых пленках, эффект наследования дислокаций подложки в нормальном направлении в полосковых структурах GaN, регулярные и стохастические пространственные флуктуации квантового выхода люминесценции и положения максимума рабочей спектральной линии в светодиодных структурах с квантовыми ямами.

5 Предложен и реализован неразрушающий метод трехмерной катодолюминесцентной микротомографии в РЭМ, проведен численный анализ влияния различных факторов на погрешность метода и выработан критерий определения эффективной глубины проникновения электронов.

6. Методом трехмерной катодолюминесцентной микротомографии в РЭМ исследованы эпитаксиальные структуры карбида кремния, в которых обнаружена гонкая структура чередования политипов SiC по глубине

7. Разработан метод сравнительного статистического анализа микрообъектов со сложным составом по данным ЦКЛ и РМА Исследованы образцы пыли из различных районов

г Москвы и получены корреляционные характеристики химического состава и мест сбора А также проведены исследования содержания холестерина, билирубина и протеина в образцах дегидратированной желчи и желчных камней человека

Список публикаций по теме диссертации

1. Saparin GV, Obyden S.K., Ivannikov Р V A Nondestructive Method for Three-Dimensional Reconstruction of Luminescence Materials: Principles, Data Acquisition, Image Processing //Scanning. - 1996. - Vol 18. - №4. - p.281-290.

2. Saparin G V, Obyden S.K., Ivannikov P V, Shishkin E.B., Mokhov E.N., Roenkov A D., л Hoffman D H Three-Dimensional studies of SiC Polytype Transformations. //Scanning. - 1997 -

Vol.19.-№4.-p.269-274.

X *

3 Obyden S.K., Ivannikov P.V, Saparin G.V. Color Cathodoluminescence Display in the Scanning Electron Microscope of Deep Relief Surfaces. //Scanning. - 1997.- Vol 19. - №8. - p 533-540.

4. Loginov A.S., Chebanov S.M, Petrakov A V., Saparin G V., Obyden S.K., Ivannikov P.V. Investigation of Cholesterol, Bilirubin and Protein Distribution in Human Gallstones by Color Cathodoluminescence Scanning Electron Microscopy and Transmission Electron Microscopy. //Scanning. - 1998. - Vol.20. - №1. - p. 17-22.

5. Обыден С К., Иванников П. В., Сапарин Г.В. Получение изображений рельефных объектов в растровом электронном микроскопе в режиме цветной катодолюминесценции. //Известия академии наук, Серия физическая. - 1998. - т.62. - № 3. - с.641-649.

6. Иванников П.В., Дронов С.В, Сапарин Г.В., Обыден С.К. Компьютерное моделирование алгоритма трехмерной реконструкции катодолюминесцентных свойств материалов и оптимизация варьируемых параметров. //XI Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел. - 1999. -с.21-22.

7 Кирюхин С.Ю., Обыден С.К., Сапарин Г.В., Иванников П.В. Реальный и искусственный

цветной композитный контраст в РЭМ: Алгебра изображений. //XI Российский симпозиум **

по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел.-1999 - с.24-25.

8 Obyden S.K, Philipp М., Ivannikov PV., Saparin G.V., Dronov S.V. Kirukhin S.Y Approximation of CL-spectra by Monochrome CL-Images Taken with the Aid of Narrow-band Optical Filter Set //Scanning - 2000 - Vol 22. - №2,-p 107

9 Сапарин Г.В., Иванников П В, Туркин А Н., Чукичев M В., С К. Обыден, Юнович А.Э., Leroux M, Dalmasso S , Beamont G , Mierry D Исследование дефектов в гетероструктурах InGaN/AIGaN/GaN методами катодолюминесцентной растровой электронной микроскопии. //Известия вузов, сер Материалы электронной техники. - 2000 - №4. - с.55-59.

10. Обыден С.К , Сапарин Г.В., Иванников П В., Юнович А.Э., Leroux M., Dalmasso S., Beamont G. Исследование гетероэпитаксиальных структур InGaN/AIGaN/GaN в режиме композитного контраста в РЭМ. //XVIII Российская конференция по электронной микроскопии. Тезисы докладов. - 2000. - с. 130-131.

11. Обыден С.К., Иванников П.В., Сапарин Г. В., Дронов С. В., Кирюхин С.Ю. Оценка KJ1-спектров по монохроматическим КЛ-изображениям, полученным с помощью набора узкополосных светофильтров. //XV1I1 Российская конференция по электронной микроскопии. Тезисы докладов. - 2000. - с 127-129.

12. Обыден С.К., Сапарин Г.В., Иванников П.В., Чукичев М.В., Юнович А.Э., Шелементьев Ю.Б., Викторов М.А. Применение методов цветной катодолюминесценции в РЭМ для исследования синтетических алмазов и структур на основе нитрида галлия. //Алмазные пленки и пленки родственных материалов, Сборник докладов 12-го Международною симпозиума «Тонкие пленки в электронике». - 2001. - с.72-76.

13. Мохов E.H., Сапарин Г.В., Обыден С.К., Иванников П.В. Изучение влияния ориентации подложки на трансформацию политипов эпитаксиальных слоев SiC методом цветной катодолюминесценции в РЭМ. //Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2001. - № 8. - с.45-50.

14. Ivannikov P.V., Dronov S V, Saparin G.V., Obyden S.K. Computer Modeling of Three-Dimensional Reconstruction Algorithm of Cathodolummescence Material Properties, Analysis of Errors, and Optimization of Variable Parameters //Scanning. - 2002. - Vol.24. - №3 - p.127-135

15. Макеев А.Б., Иванух В., Обыден С.К., Брянчанинова Н.И, Иванников П В , Сапарин Г В Взаимоотношения алмаза и карбонадо (По материалам исследования Бразильской и Среднетиманской коллекции) //Доклады академии наук. - 2003. - т 393. - №3. - с.393-397.

16 Макеев А Б., Иванух В , Обыден С К , Филиппов В H , Иванников П.В., Брянчанинова H И , Носик Л.П, Сапарин Г.В. Взаимоотношение алмаза и карбонадо //Углерод: минералогия, геохимия и космохимия Материалы Международной конференции. Сыктывкар, Республика Коми, Россия - 2003. - с 47-49

Подписано к печати 45 ОЯ РЬ Тираж ¿00 Заказ ЦК

Отпечатано в отделе оперативной печати физического факультета МГУ

шз

И 1623

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Иванников, Петр Валентинович

Введение.

1 Аналитические возможности цветного контраста в различных режимах работы растрового электронного микроскопа (РЭМ) (обзор литературы).

1.1 Режим катодолюминесценции в РЭМ. Методы регистрации KJI-сигнала.

1.1.1 Информативность режимов KJ1.

1.1.2 Интегральная и монохромная KJI в РЭМ.

1.1.3 Катодолюминесцентные спектры.

1.1.4 Коллекторные системы для KJI.

1.1.5 Режим цветной катодолюминесценции в реальных цветах (ЦКЛ) в РЭМ.

1.1.6 Коллекторные системы для ЦКЛ режима.

1.1.7 Комбинированные KJI - ООЭ коллекторные системы.

1.2 Цветокодирование.

1.3 Трехмерные методы исследования люминесцентных свойств объектов в РЭМ.

2 Повышение спектрального разрешения и информативности метода ЦКЛ.

2.1 Цветной композитный контраст в РЭМ.

2.1.1 Принципы формирования цветного композитного контраста в РЭМ.

2.1.2 Математическое представление сигналов многоканального РЭМ и алгоритм получения цветного композитного контраста.

2.2 Разделение смешанного контраста на независимые составляющие. Интегрированный 2хООЭ-ВЭ-ЦКЛ детектор для РЭМ.

2.2.1 Коллекторная система для ЦКЛ с локальным разделением светового потока.

2.2.2 Регистрация медленных ВЭ в интегрированном детекторе.

2.2.3 Регистрация ООЭ в интегрированном детекторе.

2.3 Экспериментальная установка.

2.4 Практическая реализация метода композитного контраста.

2.4.1 Программное обеспечение.

2.4.2 Исследование стохастической волоконной оптики.

2.4.3 Экспериментальная проверка метода на двухкомпонентном образце Си-С с люминесцирующими включениями.

2.5 Метод цветной катодолюминесценции высокого спектрального разрешения (ЦКЛ-ВСР).

2.5.1 Оценка локальных спектров КЛ-эмиссии с помощью многомерных KJI-изображений в РЭМ.

2.5.2 Расчет цветовых координат КЛ-излучения по данным многоканальной спектральной KJI.

2.6 Практическая реализация многоканального цветоанализатора для исследования люминесцирующих материалов в РЭМ.

2.6.1 Измерение спектральных характеристик узкополосных светофильтров.

2.6.2 Методика измерения сигналов МЦА.

2.6.3 Экспериментальная установка для измерения спектральных характеристик МЦА.

2.6.4 Методика измерений спектральной чувствительности.

2.6.5 Измерение векторной аппаратной функции МЦА.

2.7 Практическое применение метода композитного контраста для исследований в электронике, медицине и геологии.

2.7.1 Исследование ростовых особенностей эпитаксиальных мезаструктур на базе карбида кремния.

2.7.2 Изучение локализации примеси в процессе гетероэпитаксиального роста слоев нитрида галлия, легированного скандием и цинком.

2.7.3 Теллурид цинка, легированный серебром на подложке из сульфида цинка - ZnS-ZnTe:Ag.

2.7.4 Искусственные алмазы.

2.7.5 Изучение бразильских карбонадо из штатов Байя и Минас Жерайс.

2.8 Исследования эпитаксиальных структур на основе GaN и органических материалов методом ЦКЛ-ВСР.

2.8.1 Эпитаксиальные структуры GaN латерального наращивания.

2.8.2 Исследование промышленных образцов светодиодов на основе GaN.

2.8.3 Исследование катодолюминесценции микросфер из полистирола.

3 Метод неразрушающей трехмерной катодолюминесцентной микротомографии в РЭМ.

3.1 Физические основы неразрушающего метода трехмерной микротомографии

КЛ-эмиссии.

3.1.1 Постановка задачи.

3.1.2 Физические основы метода.

3.2 Реализация метода без учета диффузионной длины и эффекта поверхностной рекомбинации носителей зарядов.

3.2.1 Выбор функции генерации.

3.2.2 Определение нормировочных коэффициентов.

3.2.3 Определение глубины проникновения первичных электронов.

3.2.4 Оценка погрешностей метода.

3.3 Учет эффекта диффузии и поверхностной рекомбинации зарядов.

3.4 Влияние различных факторов на точность метода трехмерной микротомографии KJI-свойств.

3.5 Исследование погрешностей метода путем компьютерного моделирования и выработка критерия определения глубины проникновения первичных электронов в образец для разных энергий.

3.5.1 Математическое моделирование алгоритма метода трехмерной микротомографии KJI-свойств.

3.5.2 Моделирование образца с заданными характеристиками.

3.5.3 Решение обратной задачи.

3.5.4 Подсчет погрешности метода реконструкции.

3.5.5 Исследование погрешностей метода трехмерной катодолюминесцентной микротомографии в зависимости от изменения входных параметров.

3.6 Исследование процессов трансформации политипов в эпитаксиальных мезаструктурах на основе карбида кремния методом трехмерной катодолюминесцентной микротомографии.

3.6.1 Экспериментальная установка и программное обеспечение.

3. б. 2 Исследуемые объекты.

3.6.3 Трехмерная реконструкция катодолюминесцентных свойств эпитаксиальных мезаструктур SiC.

4 Методы статистического KJI-анализа биомедицинских и экологических образцов.

4.1 Исследования желчных камней и дегидратированных осадков литогенной желчи человека методами компьютерной статистической обработки ЦКЛ-изображений.

4.1.1 Исследование желчных камней человека методом катодолюминесцентной микроскопии.

4.1.2 Количественная оценка цветных катодолюминесцентных изображений дегидратированной желчи человека.

4.2 Статистические исследования корреляционных характеристик химического состава и мест сбора для образцов пылевых частиц из различных районов г. Москвы по данным ЦКЛ и РМА.

4.2.1 Пыль и оценка ее агрессивности.

4.2.2 Места и методика отбора проб.

4.2.3 Методы приготовления образцов и проведения анализов.

4.2.4 Наработка банка данных, систематизация результатов.

Выводы к диссертации.

Введение диссертация по физике, на тему "Новые методы исследования люминесцирующих материалов в растровой электронной микроскопии"

Актуальность проблемы. Большим достоинством растрового электронного микроскопа (РЭМ) является возможность исследовать объекты в одном из множества функциональных режимов, либо нескольких режимах одновременно. Такими режимами могут быть интегральная (KJI) и цветная (ЦКЛ) катодолюминесценция, наведенный ток (НТ), полевой или потенциальный контраст, картирование по временам релаксации и т.д.[1, 2, 3, 4, 5]. Однако, развитие электроники и технологии производства электронных компонентов стимулирует совершенствование старых и разработку новых методов исследования с использованием РЭМ.

Количество способов отображения видеоинформации в РЭМ ограничено: черно-белый контраст, Y-модуляция, реальный (ЦКЛ) и искусственный (цветокодирование) цветной контраст. Это связано с особенностями человеческого зрения и восприятия изображений [6]. Отсутствие в литературе четких правил и алгоритмов максимального использования пусть даже ограниченных, но до конца не исчерпанных, возможностей цветного контраста указывает на актуальность разработок не только прогрессивных методик получения, но и способов отображения видеоинформации, а также увеличения информативности конечных РЭМ-изображений.

Остается актуальным, так же развитие методов исследования перспективных материалов электроники, таких как алмазы, GaN, SiC и др. Развитие метода цветной катодолюминесценции позволяет проводить неразрушающие исследования, а также входной и выходной контроль материалов, структур на их основе и готовых приборов. Особый интерес представляют катодолюминесцентные методы исследования в трех пространственных измерениях без разрушения образца.

Целью и основными задачами работы является создание новых методов анализа КЛ-свойств внутренней структуры микрообъектов, повышения спектрального разрешения и информативности ЦКЛ-режима в РЭМ для решения ряда прикладных задач в электронике, медицине и экологии. Так же решалась задача получения количественных данных на основе статистического анализа ЦКЛ-изображений объектов со сложным химическим составом.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Сформулированы и реализованы физические принципы цветного композитного контраста в РЭМ, позволяющего осуществить топографическую и взаимную привязку изображений, полученных в различных режимах, повысить их информативность и облегчить интерпретацию.

3. Предложен неразрушающий метод трехмерной микротомографии катодолюминесцентных свойств материалов в РЭМ. Проанализировано влияние различных факторов на погрешность метода.

4. Методом неразрушающей трехмерной катодолюминесцентной микротомографии исследованы эпитаксиальные структуры карбида кремния и выявлена тонкая структура чередования слоев политипов по глубине.

5. Разработан метод экспресс-анализа дегидратированной желчи и желчных камней человека с использованием сравнительных данных гистограмм RGB-каналов ЦКЛ-изображений реальных препаратов и эталонных образцов холестерина, билирубина и протеина для оценки относительного содержания этих компонентов в пробах.

6. Разработан метод цветной катодолюминесценции с повышенным спектральным разрешением (ЦКЛ-ВСР), позволяющий повысить точность определения спектральных характеристик по сравнению с методом ЦКЛ в реальных цветах, а так же реконструировать оценочные КЛ-спектры для всех точек изображения всего за несколько проходов растра.

7. Методами композитного контраста с использованием режимов ВЭ, ООЭ, ЦКЛ, НТ и ЦКЛ-ВСР исследованы гетероэпитаксиальные островковые пленки, структуры с латеральным наращиванием и образцы светодиодных структур с квантовыми ямами на основе GaN. В островковых пленках обнаружен различный характер локализации примесей в процессе роста: Sc - вблизи боковых граней кристаллитов, Zn - вблизи базовых плоскостей и Mg - неравномерно по всему объему кристаллитов. В полосковых слоях латерального роста GaN обнаружена повышенная концентрация (наследование) дислокаций в направлении нормального роста от подложки и их отсутствие в латеральных направлениях. На основе сравнительных статистических исследований образцов пыли из различных районов г. Москвы по данным ЦКЛ и рентгеновского микроанализа выявлена корреляция химического состава и мест сбора образцов.

Результаты исследования состава проб дегидратированной желчи и желчных камней человека может быть использовано для ранней диагностики гастроэнтерологических заболеваний. Накопленный практический материал и разработанные статистические методы анализа состава пылевых загрязнений на основе ЦКЛ позволяют проводить экспресс-мониторинг экологической обстановки в городе Москве и других регионах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Усовершенствованная регистрирующая аппаратура ЦКЛ приставки к РЭМ, интегрированный 2хООЭ-ВЭ-ЦКЛ детектор и режим цветного композитного контраста в РЭМ.

2. Повышение спектрального разрешения ЦКЛ-изображений за счет использования набора узкополосных светофильтров и многомерных КЛ-изображений.

3. Принципы и математическая модель метода неразрушаю щей трехмерной катодолюминесцентной микротомографии в РЭМ.

4. Метод и результаты экспресс-диагностики состава желчи, желчных камней человека и химического состава пылевых частиц на основе статистического анализа ЦКЛ-изображений.

5. Результаты исследований эпитаксиальных мезаструктур SiC, островковых пленок, структур с латеральным наращиванием и светодиодных структур с квантовыми ямами на основе GaN.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов к диссертации, заключения и списка литературы. В первой главе приводится обзор основных работ по КЛ-режиму в РЭМ, цветной катодолюминесценции в реальных цветах и цветокодированию, а так же трехмерным катодолюминесцентным методам исследования объектов в РЭМ, рассмотрены различные типы детекторов КЛ-излучения. Во второй главе предложены методы повышения информативности и спектрального разрешения режима ЦКЛ в РЭМ. Изложены принципы построения композитного контраста, разделения смешанного контраста на независимые составляющие, описан новый комбинированный 2хООЭ-ВЭ-ЦКЛ детектор, представлены некоторые результаты исследований тестовых объектов, а так же образцов нитрида галлия, карбида кремния, искусственных алмазов и карбонадо. Предложен метод повышения спектрального разрешения ЦКЛ-режима РЭМ, за счет использования многоканального цветоанализатора с набором узкополосных светофильтров и многомерных КЛ-изображений. Представлены результаты исследований различных материалов с повышенным спектральным разрешением. Третья глава посвящена методу неразрушающей катодолюминесцентной трехмерной микротомографии в РЭМ, оценке погрешностей и оптимизации метода, а так же представлены результаты исследований эпитаксиальных мезаструктур карбида кремния. В четвертой главе даны

Заключение диссертации по теме "Физическая электроника"

Выводы к диссертации.

1. Сформулированы и реализованы принципы цветного композитного контраста для визуального представления многомерных векторных видеосигналов в РЭМ и повышения информативности РЭМ-изображений.

2. Разработан и изготовлен новый интегрированный детектор для параллельной регистрации в РЭМ сигнала цветной катодолюминесценции, обратноотраженных и вторичных электронов.

3. Разработан и реализован метод ЦКЛ с высоким спектральным разрешением. Показана возможность реконструкции оценочных KJI-спектров для всех точек изображения всего за несколько проходов растра.

4. Методами композитного контраста и ЦКЛ с высоким спектральным разрешением исследованы образцы GaN, в которых обнаружены: избирательный характер локализации примесей Sc, Zn и Mg в островковых пленках, эффект наследования дислокаций подложки в нормальном направлении в полосковых структурах GaN, регулярные и стохастические пространственные флуктуации квантового выхода люминесценции и положения максимума рабочей спектральной линии в светодиодных структурах с квантовыми ямами.

5. Предложен и реализован неразрушающий метод трехмерной катодолюминесцентной микротомографии в РЭМ, проведен численный анализ влияния различных факторов на погрешность метода и выработан критерий определения эффективной глубины проникновения электронов.

6. Методом трехмерной катодолюминесцентной микротомографии в РЭМ исследованы эпитаксиальные структуры карбида кремния, в которых обнаружена тонкая структура чередования политипов SiC по глубине.

7. Разработан метод сравнительного статистического анализа микрообъектов со сложным составом по данным ЦКЛ и РМА. Исследованы образцы пыли из различных районов г. Москвы и получены корреляционные характеристики химического состава и мест сбора. А также проведены исследования содержания холестерина, билирубина и протеина в образцах дегидратированной желчи и желчных камней человека.

Заключение.

В заключение хочу выразить глубокую благодарность моему научному руководителю Сапарину Г.В. за предоставленную интересную тему исследований и всестороннюю помощь в работе над диссертацией. Благодарю Обыдена С.К. за неоценимую поддержку и помощь в научной работе. Искренне признателен Филиппову М.Н. и Степовичу М.А за полезные замечания и советы. Хочу также поблагодарить Юновича А.Э., Мохова Е.Н., Кононова О.В., Макеева А.Б., Назарова М.В., Назарову Т.А.,

Чебанова С. М.|, и Шелементьева Ю.Б. за предоставленные образцы и обсуждение результатов экспериментов. Благодарю также всех сотрудников, аспирантов и студентов кафедры электроники, оказавших мне помощь в работе над диссертацией.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Иванников, Петр Валентинович, Москва

1. Гоулдстейн Дж., Яковиц X, Практическая растровая электронная микроскопия. - М.: Мир, 1978.

2. Спивак Г.В., Сапарин Г.В., Быков М.В., Растровая электронная микроскопия. //УФН.-1969.-т.99.-№4.-с.635-672.

3. Сапарин Г.В. Введение в растровую электронную микроскопию. М.: Изд-во МГУ, 1990.

4. Thornton P.R. Scanning Electron Microscopy. Chapman and Hall Ltd., London, 1968.

5. Обыден C.K. Локальные кинетические и спектральные особенности люминесцирующих сред: Кандн. диссертация. Москва, 1985.

6. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. М.: Мир, 1978.

7. Спивак Г.В., Сапарин Г.В., Антошин М.К. Цветной контраст в растровой электронной микроскопии. //УФН.-1974.- т.113.-№4.-с.695-699.

8. Кононов О.В., Спивак Г.В., Сапарин Г.В., Антошин М.К., Нестеров И.В., Бородаев Ю.С. Цветной контраст в растровой электронной микроскопии. //Изв. АН СССР, сер. физ.-1974.-т.38.-с.2234.

9. Saparin G.V., Obyden S.K. Colour display of video information in scanning electron microscopy: Principles and applications to physics, geology, solid science, biology, and medicine. //Scanning.-1988.-Vol.10.- №3.- p.87-106.

10. Saparin G.V. Cathotoluminescence in Scanning Electron Microscopy. Electron Microscopy in Materials Science.-1991.-p.547-602.

11. Yacobi B.G., Holt D.B. Cathodoluminescence Microscopy of Inorganic Solids. New York, London: Plenum Press.-1990.

12. Спивак Г.В., Комолова Л.Ф., Ефременкова B.M., Сапарин Г.В. Выявление влияния ионной бомбардировки на полупроводники при помощи катодолюминесценции в растровом электронном микроскопе. //Изв. АН СССР. сер. физ.- 1977.-C.933-938.

13. Брук А.С., Воронков В.В. и Говорков А.В. Исследования неоднородности полуизолирующего арсенида галлия на РЭМ в режиме микрокатодолюминесценции. //Изв. Ан. СССР, сер. физ.-Т.52.- №7.- с. 1368.

14. Liebiedzik J., White E.W. and Bhalla R.J.R.S.B. Simple instrumentation for risi decay time measurement of cathodoluminescense in an electron microprobe. //Rev. Saci. Instr.-1974.-V.45.- p.451-452.

15. Rich D.H., Ksendzov A., Terhune R.W., Grunthaner F.J., Wilson B.A., Shen H., Dutta M., Vernon S.M., Dixon T.M. Polarized-cathodoluminescense study of uniaxial and biaxial stress in GaAs/Si. //Physical Review B.-1991.-V.43.- №8.- p.6836-6839.

16. Спивак Г.В., Филиппов M.H., Антошин M.K. О поляризационном контрасте катодолюминесценции в растровой электронной микроскопии. //Изв. АН СССР, сер. физ.-1977.-Т.41.-№ 5.-С.876-879.

17. Cusano D.A. Radiative recombination from GaAs directly excited by electron beams. //Solid State Communications.-1964.-V.2.- Issue 11.- p.353-358.

18. Kayser D.F., Wittry D.B. The Microprobe. (Eds T. D. McKinley, K.F.J. Henrich, D.B. Wittry). - New York: Wiley.- 1964.- p.691.

19. Петров В.И., Гореева A.P. Применение метода локальной катодолюминесценции для исследования монокристаллов HgCdTe. //Изв. АН СССР, сер. физ.- 1988.- Т.52.- №7.-с.1373-1375.

20. Horl Е. Cathodoluminescence: Actual State of Instrumentation. //Microscopica Acta Suppl 2.- Microprobe analysis in Biology and Medicine.- 1978.- V.2.- p.236-248.

21. Bond E.F, Beresford D, Haggis G.H. Improved cathodoluminescence microscopy. //J. Microsc.- 1974.- Apr.- V.100(3).- p.271-282.

22. Horl E.M., Mugshl E. Scanning Electron Microscopy of Metals Using Light Emission. //Proc. of 5th European Congress on Electron Microscopy.-1972.- p.502-503.

23. Тепляков А.Г. Использование принципа стробоскопии для цветного катодолюминесцентного анализа в РЭМ: Дипл. Работа.- МГУ, физ. фак.- 1979.

24. Тарасов К.Н. Спектральные приборы. Л.: Машиностроение, 1968.

25. Лебедева В.В. Экспериментальная оптика. М.: Изд. М.У., 1994.

26. Koschek G., Kubalek Е. Application of a New Detector for Cathodoluminescence Measurements in the Wavelength Range to 1.8 (im. //Scanning.- 1985.-V.7.- №7.- p. 199204.

27. Steyn J.B., Giles P., Holt D.B. An efficient spectroscopic detection system for cathodoluminescence mode scanning electron microscopy (SEM). Hi. Microscopy.- 1976.-V.197(2).- p.107-128.

28. Trigg A.D. A high efficiency cathodoluminescence system and its application to optical materials. //Scanning Electron Microscopy.-1985.-III.- p.1011-1022.

29. Davidson S., Cuberbatch T.J., Huang E., Mychajlenko S. A new scanning cathodoluminescence microprobe system. //Inst. Phys. Conf.- 1981.- Ser. No. 60(4).- p. 191196.

30. Monochromator CL-system for CL-imaging and Spectral Analysis. Oxford Instruments Ltd. Technical Information, 1991.

31. Obyden S.K., Saparin G.V., Spivak G.V. Observation of Long Persistance Luminescent Materials Using Colour TV SEM. //Scanning.- 1980.- Vol. 3.- №3,- p.181-192.

32. Obyden S.K., Saparin G.V., Spivak G.V. New Imaging Technique and Stroboscopy in Colour SEM. //IITRI/SEM/1980/IV, SEM Inc. AMF ed. O'Hare, Chicago.- 1980.- p.41-48.

33. Обыден С.К., Николаев А.Г., Перловский Г.А., Сапарин Г.В. Многофункциональный цветной дисплей с покадровой памятью для растрового электронного микроскопа. //Известия АН СССР, сер. физ.- 1989.- т.52.- № 2.- с.385 388.

34. Grassmann Н. Zur Theorie der Farbenmischung, Poggendorffs Ann.- 1853.-89, p.69.

35. Spaprin G.V., Spivak G.V. Development of Methods in the SEM and its Application. //BEDO.- 1976.- V.8.- p.245-254.

36. Сапарин Г.В., Обыден C.K. Коллектор светового излучения. Авт. свид. №1064347, 1983.

37. Obyden S.K., Saparin G.V., Spivak G.V. Angular Distribution of CL-Intensity and Efficiency of Ellipsoidal and Parabolic Light Collectors. //IITRI/SEM/1980/IV, SEM Inc. AMF ed. O'Hare, Chicago.- 1980.-p. 33-40.39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52.

38. Сапарин Г.В., Обыден С.К., Попов С.И. Коллектор светового излучения. Авт. свид. №982117,1982.http://www.cameca.fr/. Официальный сайт фирмы Сашеса.http://www.gatan.com/sem/monocl3.html. Официальный сайт фирмы Gatan Inc.

39. Autrata R, Jirak J, Hutar O. Integrated single crystal detector for simultaneous detection of cathodoluminescence and backscattered electrons in scanning electron microscopy. //Scan Microsc.- 1992.- 6.- p.69-79.

40. Troyon M., Pastre D., Jouart J.P., Beaudoin J.L. Scanning near-field cathodoluminescence microscopy. //ICEM14, Cabcun, Mexico.- 31 August to 4 September 1998.- Symposium O.-Volume I.- p.453-454.

41. Rau E.I., Sasov A.Yu., Spivak G.V. Colour encoding of video signals in SEM. //Scanning.-1980,- Vol. 3.-№3.- p.242-248.

42. Обыден C.K., Попов С.И., Сапарин Г.В. Аналоговое цветокодирование с яркостной модуляцией в растровом электронном микроскопе. //Поверхность. 1982.-№11.-с.97-104.

43. Oatley C.W. Isolation of potential contrast in the scanning electron microscope. //J. Sci. Instrum. (J. Phys. E).- 1969.- 2.- p.742-744.

44. Obyden S.K., Saparin G.V., Babin S.V. The developement of stroboscopic methods in the SEM. //Electron Microscopy.- 1980.- V.I.- p.324.

45. Sardo A., Vansi M. Digital Beam Control for Fast Differential Voltage Contrast. //Scanning.- 1984.- V.6.- №3.- p. 122.

46. Obyden S.K., Saparin G.V., Popov S.I. Principle and Possibilities of Differential (Poliphase) Stroboscopy in the SEM. //Scanning.- 1984.-Vol.6.-№2.- p.55-57.

47. Cleton F., Jouneau P.H., Henry S., Gaumann M., Buffat P.A. Crystallographic Orientation Assessment by Electron Backscattered Diffraction. //Scanning.- 1999.-Vol.21.- №4.- p.231-237.

48. Porwol Т., A.R. Strohmaier A.R., Spiess E., Acker H. Microscopical Tomography in Tree dimensions. //Microscopy and analysis.- 1997.- July.- p.21-25.

49. Martinez-Nistal A., Alonso M. 3D reconstruction of wood fibres using confocal microscopy. //Microscopy and analysis.- 1998.-Jan.- p.23-27.

50. Marschallinger R., Hock V., Toppa D. A method for the 3D reconstruction of chemically zoned minerals from microprobe scanned serial sections. //Microscopy and analysis.- 1993.-Nov.- p.5-9.

51. Marschallinger R. Tree-Dimensional Reconstruction and Modeling of Microstructures and Microchemistry in Geological Materials. //Scanning. 1998.- Vol.20.- №2.- p.65-73.

52. Pawley James B. Handbook of biological confocal microscopy. ed. New York: Plenum Press, 1995.

53. Norris C.B., Barnes C.E., Zanio K.R. Cathodoluminescence studies of anomalous ion implantation defect introduction in CdTe. //J. Appl. Phys.- 1977.- 48.- Issue 4.- p. 16591667.

54. Киреев B.A. Формирование сигнала модуляционной катодолюминесценции в пространственно неоднородных полупроводниках. Канд. диссертация, Черноголовка, 1997.

55. Everhart Т.Е., Hoff Р.Н. Determination of kilovolt electron energy dissipation vs. penetration distance in solid materials. //J. Appl. Phys.- 1971.- 42.- p.5837- 5846.

56. Wells O.C., Savoy R.J., Bailey P.J. Backscattered electron imaging in SEM-measurement of surface layer mass-thickness. Electron beam interactions with solids for microscopy, microanalysis & microlithography. SEM, Inc., AMF O'Hare, 1982,- p.287-298.

57. Kanaya K., Okayama S. Penetration and energy-loss theory of electrons in solid targets. //J. Phys. D: Appl. Phys.- 1972.- 5.- p.43-58.

58. Goldstein J.I., Newbury D.E., Echlin P., Joy D.C., Fiori C., Lifshin E. Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis. Plenum Press, New York, 1981.

59. Leamy H.J. Charge collection scanning electron microscopy. //J. Appl. Phys.- 1982.- 53(6).-p.51-86.

60. Комолова Л.Ф. Исследование полупроводников с повышенным разрешением в РЭМ. -Канд. дисс., М.:МГУ, физ. фак., 1977.

61. Епифанов Г.И., Мома Ю. А. Твердотельная электроника. М.: Высшая Школа, 1986.

62. Packwood R.H., Brown J.D. A Gaussian expression to describe f(rz) curves for quantitative electron probe microanalysis. //X-Ray Spectrom.- 1981 .-10.- p.138-146.

63. Packwood R.H., Brown J.D. Quantitative electron probe microanalysis using Gaussian f(rz) curves. //X-Ray Spectrom.- 1982.-11.- p.187-193.

64. Pouchou J-L., Pichoir F. Quantitative analysis of homogeneous or stratified microvolumes applying the model 'PAP'. Electron Probe Quantitation. Edited by K.F.J.Heinrich and D.E.Newbury. PlenumPress, 1991.-p.31-77.

65. Pouchou J-L., Pichoir F. Surface Film X-ray Microanalysis. //Scanning.- 1990.-Vol.12.-№4.-p.212-224.

66. Packwood R.H. A comprehensive theory of electron probe microanalysis. //Electron Probe Quantitation. Edited by K.F.J.Heinrich and D.E.Newbury. 1991.- p.83-104.

67. Van Roosbroeck. Injected Current Currier Transport in a Semi-Infinite Semiconductor and the Determination of Lifetime and Surface Recombination Velocities. //J. Appl. Phys.- 1955.-38.-p.380.

68. Обыден С. К., Иванников П. В., Сапарин Г.В. Получение изображений рельефных объектов в растровом электронном микроскопе в режиме цветной катодолюминесценции. //Известия академии наук, серия физическая. 1998.- Т.62,-№3.- с.641-649.

69. Obyden S.K., Ivannikov P.V., Saparin G.V. Color Cathodoluminescence Display in the Scanning Electron Microscope of Deep Relief Surfaces. //Scanning.- 1997.- Vol.19.- №8.-p.533-540.

70. Reimer L., Riepenhausen М. Detector strategy for secondary and backscattered electrons using multiple detector systems. //Scanning.- 1985.-V.7.- №5.- p.221-238.

71. Hejna J., Reimer L. Backscattered Electron Multidetector Systems for Improved Quantitative Topographic Contrast. //Scanning.- 1987.-Vol.9.- №4.- p. 162-172.

72. Obyden S.K., Philipp М., Ivannikov P.V., Saparin G.V., Dronov S.V. Kirukhin S.Y. Approximation of CL-spectra by Monochrome CL-Images Taken with the Aid of Narrowband Optical Filter Set. //Scanning. 2000. - Vol. 22. - №2. - p. 107.

73. Мосс Т., Баррел Г., Эллис Б. Полупроводниковая оптоэлектроиика. М.: Мир, 1976, с. 432.

74. Saparin G.V., Obyden S.K., Mokhov E.N., Roenkov A.D., Ahmedov B.A. Polytype Transformations in SiC-Epitaxial Layers: The Color Cathodoluminescence-SEM Studies. //Scanning.- 1994.- Vol.16.- №1.- p.21-25.

75. Mokhov E.N., Roenkov A.D., Saparin G.V., Obyden S.K., Ivannikov P.V., Freitas J. Characterization of GaN Epitaxial Layers by Color Cathodoluminescence Scanning Electron Microscopy Method. //Scanning.- 1997.- Vol.19.- №3.- p. 191-192.

76. Гурвич A.M. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. М.: Высшая школа, 1978.- 376 с.

77. Болтакс Б.И. Диффузия в полупроводниках. М.: Физматгиз, 1961.- 462 с.

78. Saparin G.V., Obyden S.K., Zezin R.B., Smirnova E.P., Chukhichev M.V. CL of natural diamonds from Jacutian deposits. //Scanning.- 1990.- V.12.- №6.- p.326-333.

79. Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза, М.: Наука, 1973.

80. Макеев А.Б., Иванух В., Обыден С.К., Брянчанинова Н.И., Иванников П.В., Сапарин Г.В. Взаимоотношения алмаза и карбонадо (По материалам исследования Бразильской и Среднетиманской коллекции). //Доклады академии наук. 2003.-т.393.- №3.- с.393-397.

81. Бокий Г.Б., Безруков Г.Н., Клюев Ю.А. и др. Природные и синтетические алмазы. -М.: Наука, 1986,- 222 с.

82. Соболев Е.В., Лисовайн В.И. Примесные центры в алмазе. //Тезисы докладов. Восьмая отчётная научная конференция, Новосибирск. -1971.

83. Макеев А.Б., Обыден С.К, Сапарин Г.В. Катодолюминесценция алмазов месторождения Ичетью. //Вест. Института геологии Коми НЦ УрО PAH.-2000.-c.9-l 1.

84. Obyden S.K., Saparin G.V., Ivannikov P.V., Yunovich A.E., Leroux M., Dalmasso S., Beamont G., Lomonosov M.V. Application of Composite Contrast SEM-Mode to Study of Defects in InGaN/AlGaN/GaN-Heterostructures. //Scanning. 2000.-V.22.-№2.-p.l26-127.

85. Kaufmann U., Kunzer M., Maier M., Obloh H., Ramakrishnan A., Santic В., Schlotter P. Nature of the 2.8 eV photoluminescence band in Mg doped GaN. //Applied Physics Letters.-1998.- 72.-p. 1326.

86. Leroux M., Beaumont В., Grandjean N., Lorenzini P., Haffouz S., Vennegues P., Massies J., Gibart P. Luminescence and reflectivity studies of undoped, n- and p-doped GaN on (0001) sapphire. //Mats. Sci. & Eng. 1997.- B50.- p.97-104.

87. Leroux M., Grandjean N., Beaumont В., Nataf G., Semond F., Massies J., Gibart P. Temperature quenching of photoluminescence intensities in undoped and doped GaN. //J. Appl. Phys. 1999.- V.86.- №7.- p.3721-3728.

88. Yunovich A.E., Kudryashov V.E., Mamakin S.S., Turkin A.N., Kovalev A.N., Manyakhin F.I. Spectra and quantum efficiency of light-emitting diodes based on GaN heterostructures with quantum wells. //Phys. Stat. Sol. (a). 1999.- V.176.- №1,- p.125-130.

89. Galloway S. Cathodoluminescence studies of Ill-Nitrides. //Compound Semiconductors. -1999. 5. - №7. - p.44-47.

90. Chichibu S., Wada K., Nakamura S. Spatially-resolved cathodoluminescence spectra of InGaN quantum wells. //Appl. Phys. Lett. 1997.- 71(16).- p.2346-2348.

91. Saparin G.V, Obyden S.K, Ivannikov P.V. A Nondestructive Method for Three-Dimensional Reconstruction of Luminescence Materials: Principles, Data Acquisition, Image Processing. //Scanning. 1996. - Vol.18. - №4. -p.281-290.

92. Бахвалов H.C., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: Наука, 1987.

93. Armstrong J.T. Quantitative elemental analysis of individual microparticles with electron beam instruments. //Electron probe quantitation. Edited by K.F.J. Heinrich and D.E. Newbury. -1991.-p.261-315.

94. Heinrich K.F.J. Electron probe microanalysis by specimen current measurement. //Optique desReyons X et Microanalyse, R. Castaing, P. Deschamps, and J. Philibert, eds., Herman, Paris.-1966.-p. 159-167.

95. Love G., Scott V.D. Evaluation of a new correction procedure for quantitative electron probe microanalysis. //J. Phys. 1978. - 11. - p. 1369-1376.

96. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок. М.: Мир, 1985.

97. Тихонов А.Н., Васильева А.Б., Свешников А.Г. Дифференциальные уравнения. //М.: Наука, 1980.

98. Saparin G.V, Obyden S.K, Ivannikov P.V, Shishkin E.B, Mokhov E.N, Roenkov A.D, Hoffman D.H. Three-Dimensional studies of SiC Polytype Transformations. //Scanning. -1997. Vol.19. - №4. - p.269-274.

99. Wang G., Lin Т.Н., Cheng Р.С. Error Analysis on a Generalized Feldkamp's Cone-Beam Computed Tomography Algorithm. //Scanning. 1995. - Vol.17. - 6. - p.361-370.

100. Верма А., Кришна П. Полиморфизм и политипизм в кристаллах. //М.: Мир, 1969. -274 с.

101. Сапарин Г.В., Обыден С.К., Мохов Е.Н., Роенков А.Д., Ахмедов Б.А. Политипные превращения в эпитаксиальных слоях карбида кремния, наблюдаемые цветовой катодолюминесцентной сканирующей микроскопией. //Изв. Академии Наук. 1993.-N8.- с.51-55.

102. Saparin G.V., Obyden S.K., Mokhov E.N., Roenkov A.D., Ahmedov B.A. Polytype transformation in SiC-Epitaxial layers: The color cathdoluminescence-SEM studies. //Scanning. 1994.- Vol.16.- p.21-25.

103. Saparin G.V., Mokhov E.N., Obyden S.K., Chukichev M.V., Roenkov A.D., Ivanov A.I. Space Heterogeneity of Luminescent Centers in SiC-Epitaxial Layers Defected by the Color CL-SEM. //Scanning. 1992,- V.14.- №4.- p.204-211.

104. Vodakov Y.A., Mokhov E.N., Ramm M.G., Roenkov A.D. Epataxial Growth of Silicon Carbide Layers by Sublimation "Sandwich-method". //Kristal und Technik. 1979.- V.14.-p.729-741.

105. Small D.M. The staging of cholesterol gallstones with respect to nucleation and growth. //Falk Symposium 29. Bile acids and lipids. (Eds. Paumgartner J, Stiehl A, Gerok W). MTP Press Limited, England. 1981.- p.291-300.

106. Smith B.F., La Mont J.T. Identification of gallbladder mucin-bilirubin complex in human cholesterol gallstone matrix. //J. Clin. Invest. 1985.- 76.- p.439-445.

107. Pearson J.P., Foster S.N. Mucus glycoprotein content of human cholesterol gallstones. //Digestion. 1987.- 16.- №3,- p.132-140.

108. Harvey P.R.C., Rupar C.A., Gallinger S., Petrunka C.N., Strasberg S.M. Quantitative and qualitaive comparison of gull bladder mucus glycoprotein from patients with and without gall stones. //Gut. 1986.- 27.- №4.- p.374-384.

109. Bills P.M., Lewis D.L. A structural study of gallstones. //Gut. 1979.- 16.- p.630-637.

110. Been J.M., Bills P.M., Lewis D.L. Microstructure of gallstones. //Gastroenterology. -1979,- 76.- p.548-555.

111. Moriyasu F., Ban N., Nishida O., Nakamura Т., Soh Y., Kavasaki Т., Tamada Т., Sakai • M., Miyake Т., Ucnino H. Central signals of gallstones in magnetic resonance imaging.

112. Amer. J. Gastroenterol. 1987.- 82.- 2.

113. Ravenborg L., Teilum D., Pedersen L.R. Gallbladder stones classified by chemical analysis of cholesterol content. //Scand J. Gastroenterol. 1990.- 25.- 7.- p.720-724.

114. Saparin G.V. Cathodoluminescence: New methods in scanning electron microscopy. //Biophysical electron microscopy, Ch 12, Academic Press, New York.- 1990 p.451-478.

115. Saparin G.V., Obyden S.K., Golovanov S.A. Investigation of urinary stones by colour cathodoluminescent scanning electron microscopy (CCL-SEM). //Scanning. 1990.- 12.-p.319-325.

116. Chebanov S.M., Saparin G.V., Obyden S.K., Ivannikov P.V. Statistical Estimation of Color Cathodoluminescence Scanning Electron Microscopy Images of a Man's Bile. //Scanning. 1999.-Vol.21.-№2,- p.151-152.

117. Barron D., Casuccio G., Heller J. Analysis of Bosnia PM-10 Air Samples for Aerodynamic Mass Distribution by Computer Controlled Electron Microscopy. //Scanning. 1998.-v.20.- № 3.- p.241.

118. О состоянии окружающей природной среды г.Москвы в 1992 году. -Государственный доклад. Москва. 1993.

119. Пенни Мосер. Чего только нет в пыли! //Наука и жизнь. 1988.- №6.- с.46-51.

120. Casuccio G. Analysis of PM-10 air samples for elemental composition and aerodynamic mass distribution by computer controlled scanning electron microscopy. //R.J.LeeGroup, Inc.Monroeville, Pa., 15 Dec. 1997.

121. Нормативы проведения основных санитарно-бактериологических исследований объектов окружающей среды (методические указания). Главное санитарно-эпидемиологическое управление, Москва, 1983.

122. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Методы санитарно-микробиологического анализа питьевой воды. Методические указания, МУК 4.2.671-97, Минздрав России, Москва, 1997.