Моделирование кривых дифракционного отражения рентгеновских лучей от протонообменных слоев монокристалла ниобата лития

Оксана Семенова (Oksana R. Semenova), Алексей Владимирович Сосунов (Alexey V. Sosunov), Алена Чуракова (Alyona Churakova)

Аннотация


В работе в рамках динамической теории рассеяния рентгеновских лучей построена модель, описывающая кривые дифракционного отражения, полученные от протонообменных слоев монокристалла ниобата лития, подвергнутых постобменному отжигу. Экспериментально получены планарные протонообменные волноводы, созданные на основе Х-среза монокристалла ниобата лития. Показано, что протонная имплантация приводит к формированию новых кристаллических фаз с бόльшим параметром решетки. Исследованы изменения структуры (методом дифракционного структурного анализа) и оптические свойства (методом модовой спектроскопии) полученных волноводов в различных температурных режимах. По уширению дифракционных максимумов проведена оценка величины микродеформации кристаллической решетки, обусловленной протонной имплантацией. Показано, что толщина волноводного слоя и количество новых кристаллических фаз зависят не только от температурного режима протонного обмена, но и от продолжительности постобменного отжига. Проведено моделирование экспериментально полученных кривых дифракционного отражения в рамках описанной модели. В результате моделирования определена глубина волноводного слоя, которая согласуется с данными, полученными методом модовой спектроскопии. Представлены модели предполагаемых профилей деформации кристаллической решетки, обусловленных протонной имплантацией, определены средние значения микродеформации решетки и фазовый состав протонообменных слоев ниобата лития.


Ключевые слова


ниобат лития; протонный обмен; кривые дифракционного отражения

Полный текст:

PDF

Литература


Wooten E. L. , Kissa K. M., Yan A. Yi, Mur-phy E. J., Lafaw D., Hallemeier P. F., Maack D. R., Attanasio D.V., Fritz D. J., McBrien G. J., Bossie D. E. A review of lithium niobate modulators for fiber-optic communications systems. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2000, vol. 6, no. 1, pp. 69–82. DOI: 10.1109/2944.826874

Bazzan M., Cinzia S. Optical waveguides in lithium niobate: Recent developments and applications. Applied Physics Reviews, 2015, vol. 2, 040603. DOI: 10.1063/1.4931601

Jackel J. L., Rice C. E. Topotactic LiNbO3 to cubic perovskite structural transformation in LiTaO3 and LiNbO3. Ferrolectrics, 1981, vol. 38, pp. 801–811. DOI: 10.1016/0022-4596(82)90150-5

Jackel J. L, Rice C. E., Veselka J. J. Proton exchange for high-index waveguides in LiNbO3. Appl. Phys. Lett., 1982, vol. 41, no. 7, pp. 607–608. DOI: 10.1063/1.93615

Korkishko Ju. N., Fedorov V. A. Strukturno-fazovaja diagramma protonoobmennyh HxLi1-xNbO3 volnovodov v kristallah niobata litija. Kristallografija, 1999, vol. 44, no. 2, pp. 271–280. (In Russian)

Afanas’ev A. M., Imamov R. M. Structural characterization of quantum-well layers by double-crystal X-ray diffractometry. Crystallography Reports, 2003, vol. 5, no. 5, pp. 728–743. DOI: 10.1134/1.1612593

Fewster P. F. The simulation and interpretation of diffraction profiles from partially relaxed layer structures. J. Appl. Cryst., 1992, vol. 25, pp. 714–723.

Punegov V. I. Dynamical theory of X-ray diffraction in a crystal with a surface grating of another material. J. Exp. Theor. Phys, 2019, vol. 129, pp. 197–209. DOI: 10.1134/S1063776119070185

Takagi S. Dynamical theory of diffraction applicable to crystals with any kind of small distortion. Acta Crystallogr., 1962, vol. 15, no. 12, pp. 1131–1312. DOI: 10.1107/S0365110X62003473

Takagi S. A dynamical theory of diffraction for a distorted crystal. J. Phys. Soc. Jpn., 1969, vol. 26, no. 5, pp. 1239–1253. DOI: 10.1143/JPSJ.26.1239

Afanas’ev A. M. Dynamical theory of X-ray diffraction in crystals with defects. Acta Crystallogr., 1971, vol. 27, pp. 421–430. DOI: 10.1107/S0567739471000962

Afanas'ev A. M., Aleksandrov P. A., Imamov R. M. Rentgenovskaja strukturnaja diagnostika v issledovanii pripoverhnostnyh sloev monokristallov. M.: Nauka, 1986, 96 p. (In Russian).

Kato N. Perdellosung fringers in distorted crystals. II. Application to two-beam cases. J. Phys. Soc. Jpn., 1964, vol. 19, no. 1, pp. 67–77. DOI: 10.1143/JPSJ.19.67

Suvorov E. V., Smirnova I. A. A new approach to understanding the mechanisms of diffraction imaging of dislocations in X-ray topography. Technical Physisc Letters, 2012, vol. 38, no. 11, pp. 991–994. DOI: 10.1134/S1063785012110132

Taupin D. Theorie dynamique de la diffraction des rayons X par les cristaux deformes. Bull. Soc. Franc. Miner. Cryst., 1964, vol. 87, no. 2, pp. 469–511. DOI:10.3406/bulmi.1964.5769

Bowen D. K., Tanner B. K. High resolution X-ray diffractometry and topography. CRC Press, 1998, 252 p.

Bublik V. T., Shherbachev K. D., Voronova M. I., Mil'vidskij A. M. Difrakcionnye metody izuchenija materialov i pribornyh struktur : ionnaja implantacija: ucheb. posobie. M.: Izd. dom MISiS, 2013. 67 p. (In Russian).

Wie C. R., Tombrello T. A., Vreeland T. Dynamical X-ray diffraction from nonuniform crystalline films: Application to X-ray rocking curve analysis. J. Appl. Phys., 1986, vol. 59, no. 11, pp. 3743–3746. DOI: 10.1063/1.336759

Pinsker Z. G. Dinamicheskoe rassejanie rentgenovskih luchej v ideal'nyh kristallah. M.: Nauka, 1974, 368 p. (In Russian).

Kitajgorodskij A. I. Rentgenostrukturnyj analiz. M.; L.: Gos. izd-vo tehn.-teor. lit., 1950, 650 p. (In Russian).

Korkishko Y. N., Fedorov V. A. Structural phase diagram of HxLi1-xNbO3 waveguides: The correlation between optical and structural properties. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron, 1996, vol. 2 (2), pp. 187–196.

Zhundrikov A. V., Kichigin V. I., Petuhov I. V., Shevcov D. I. Processy starenija i izmenenija struktury protonoobmennyh volnovodov v kristallah niobata litija. Trudy MAI, 2011, vol. 42, pp. 1–9. (In Russian).

Kolosovskij E. A., Petrov D. V., Carev A. V. Numerical method for the reconstruction of the refractive index profile of diffused waveguides. Soviet Journal of Quantum Electronics, 1981, vol. 11 (12), pp. 1560–1566. DOI: 10.1070/QE1981v011n12ABEH008650

Ostafiychuk B. K., Yaremiy I. P., Fedoriv V. D., Kravets V. I., Kotsubunskiy V. O, Morushko O. V. Possibility of one-valued definition of a relative modification of interplanar distance profilesin surface layers of single crystals from datas of a two-crystalline X-ray diffractometry. Physics and Chemistry of Solid State, 2002, vol. 3, no. 1, pp. 148–153.




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2020-4-17-28

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (специальности: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы; 01.04.07 - Физика конденсированного состояния).

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).