單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法
【專(zhuān)利摘要】單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法屬于單晶材料定向檢測(cè)及加工【技術(shù)領(lǐng)域】。現(xiàn)有技術(shù)需要反復(fù)對(duì)晶體做偏角定向。本發(fā)明采用X射線晶體定向儀測(cè)量待測(cè)晶面上位于同一平面上的任意三點(diǎn)衍射角，標(biāo)注所測(cè)三點(diǎn)的位置；連接所測(cè)三點(diǎn)成三角形，量出所述三角形邊長(zhǎng)并計(jì)算內(nèi)角；建立空間直角坐標(biāo)系；基于所述空間直角坐標(biāo)系列出已知量與未知量方程組，求解所述三點(diǎn)及其投影點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算得到待測(cè)晶面法向向量與理想晶面的法向向量；根據(jù)晶系晶面夾角公式計(jì)算出待測(cè)晶面相對(duì)于理想晶面的偏角，再根據(jù)空間兩方向向量夾角公式計(jì)算出待測(cè)晶面相對(duì)于理想晶面的偏向；根據(jù)所獲得的偏角、偏向，調(diào)整晶體切割方向，一次切割加工出與晶體定向相符的晶面。
【專(zhuān)利說(shuō)明】單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法，基于普通X射線晶體定向儀，測(cè)算單晶晶面偏角及偏向，屬于單晶材料定向檢測(cè)及加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]單晶材料存在各向異性特征，用其制作的光學(xué)元件在光學(xué)領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。加工單晶材料光學(xué)元件的坯料是生長(zhǎng)成形的單晶棒料，粗切后對(duì)任意晶面進(jìn)行準(zhǔn)確定向檢測(cè)再精切。所述的對(duì)任意晶面進(jìn)行準(zhǔn)確定向檢測(cè)被稱(chēng)為晶體定向，對(duì)于單晶材料的實(shí)際加工來(lái)說(shuō)，晶體定向通常是測(cè)定被測(cè)晶體不同部位與該晶體的結(jié)晶幾何參數(shù)之間的關(guān)系。由于單晶材料具有各向異性特征，不同方向具有不同的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)以及其它性能，所以在單晶的外延生長(zhǎng)、制造加工以及器件制作等方面，都需要考慮晶體定向的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)使用目的和要求的不同，選擇晶向不同的單晶，單晶材料的定向切割工藝由此產(chǎn)生。
[0003]采用X射線晶體定向儀對(duì)單晶晶面進(jìn)行偏角定向，讀出其衍射角，也就是被測(cè)晶面的實(shí)際衍射角，再與參考面理論衍射角進(jìn)行對(duì)比，求出被測(cè)晶面實(shí)際衍射角相對(duì)于參考面理論衍射角的一個(gè)偏差值。在完成一個(gè)點(diǎn)陣面的測(cè)量出后，根據(jù)所獲得的偏差值進(jìn)行加工。然而，由于缺乏準(zhǔn)確測(cè)算方法，所述偏角定向求偏差過(guò)程要反復(fù)進(jìn)行，最終使切割面逐漸趨近理想晶面，因此，這種方法生產(chǎn)效率低，成本高。
[0004]勞厄照相法根據(jù)晶體對(duì)連續(xù)X射線的衍射和極射赤面投影圖來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體定向，對(duì)晶體材料無(wú)破壞性。但是，該方法對(duì)被測(cè)晶體的結(jié)晶質(zhì)量要求高，并且，需要預(yù)知被測(cè)晶體的理想晶面和晶向分布圖譜，這樣才能方便地與檢測(cè)出的圖譜比對(duì)，從而給出被測(cè)晶面的晶向偏差數(shù)據(jù)。此外，該方法測(cè)試設(shè)備價(jià)格昂貴，且隨設(shè)備提供的晶體圖譜種類(lèi)有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有采用X射線晶體定向儀需要反復(fù)對(duì)晶體做偏角定向的問(wèn)題，同時(shí)，擺脫現(xiàn)有采用勞厄照相法對(duì)被測(cè)晶體的理想晶面和晶向分布圖譜以及昂貴設(shè)備的依賴(lài)，我們發(fā)明了一種單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法。
[0006]本發(fā)明之單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法其特征在于:
[0007](a)采用X射線晶體定向儀測(cè)量待測(cè)晶面上位于同一平面上的任意三點(diǎn)A、B、C的衍射角，標(biāo)注所測(cè)三點(diǎn)的位置，并將該待測(cè)晶面記為ABC面；
[0008](b)連接所測(cè)三點(diǎn)成三角形Λ ABC，量出所述三角形邊長(zhǎng)并計(jì)算內(nèi)角；
[0009](c)A、B、C在理想晶面上的投影點(diǎn)分別為A'、B'、C'，以A'為坐標(biāo)原點(diǎn)、A' C'為Y軸建立空間直角坐標(biāo)系，并將所述理想晶面記為A' B' C'面；
[0010](d)基于所述空間直角坐標(biāo)系列出已知量與未知量方程組，求解A、B、C、A'、B'、C'六點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算得到ABC面的法向向量與A' B' C'面的法向向量；
[0011](e)根據(jù)晶系晶面夾角公式計(jì)算出待測(cè)晶面相對(duì)于理想晶面的偏角，再根據(jù)空間兩方向向量夾角公式計(jì)算出待測(cè)晶面相對(duì)于理想晶面的偏向；[0012]( f )根據(jù)所獲得的偏角、偏向，調(diào)整晶體切割方向，一次切割加工出與晶體定向相符的晶面。[0013]可見(jiàn)，本發(fā)明先根據(jù)晶體定向大致切割，獲得待測(cè)晶面，再通過(guò)X射線晶體定向儀與數(shù)學(xué)計(jì)算方法的結(jié)合，運(yùn)用三點(diǎn)法準(zhǔn)確計(jì)算出待測(cè)晶面任意方向與理想晶面之間的夾角，據(jù)此能夠采用切割裝置一次性切割出所需要的晶面。本發(fā)明其技術(shù)效果在于:[0014]1、采用X射線晶體定向儀測(cè)量待測(cè)晶面上位于同一平面上的任意三點(diǎn)的衍射角，技術(shù)成熟，準(zhǔn)確度高，操作簡(jiǎn)便。[0015]2、在確定待測(cè)晶面與理想晶面的偏角、偏向后，一次性調(diào)整晶體切割方向，一次切割即可準(zhǔn)確地加工出符合要求的晶面，節(jié)省晶體，加工效率提高。[0016]3、與勞厄照相法相比，本發(fā)明使用常規(guī)儀器，造價(jià)低，而且，不需要改造切割設(shè)備，也不需要預(yù)知被測(cè)晶體的理想晶面和晶向分布圖譜，依據(jù)一臺(tái)X射線晶體定向儀、被加工晶體晶系晶面夾角公式以及空間解析幾何中的空間兩方向向量夾角公式，即可完成待測(cè)晶面偏角、偏向的測(cè)算?？梢?jiàn)，本發(fā)明還具有適用面廣的特點(diǎn)，只要被加工晶體晶系晶面夾角公式已知，即可由本發(fā)明之方法測(cè)算待測(cè)晶面偏角和偏向。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0017]附圖是本發(fā)明之單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法示意圖，該圖同時(shí)作為摘要附圖。
【具體實(shí)施方式】[0018]下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明之方法，如附圖所示。[0019]擬切割加工的晶體為鍺單晶，切割理想晶面為(111)晶面。[0020]按照本發(fā)明之方法實(shí)現(xiàn)一次性定向切割的步驟如下:[0021](a)先根據(jù)晶體定向大致切割，獲得待測(cè)晶面，也就是根據(jù)擬切割加工的鍺單晶(111)晶面定向切割，所產(chǎn)生的切割面為待測(cè)晶面，該待測(cè)晶面與擬切割加工的鍺單晶(111)晶面之間存在偏角、偏向，所述擬切割加工的鍺單晶(111)晶面為理想晶面，其衍射角0 ^ = 13° 39’，將其作為參考面。此時(shí)，將擬切割加工的鍺單晶吸附在YX-2型X射線晶體定向儀上，測(cè)量其待測(cè)晶面上位于同一平面上的任意三點(diǎn)A、B、C的衍射角，依次為Θ i =15。37’30’’、θ2 = 11。41，40’’、Θ3 = 9。44’，衍射角偏差依次為 Λ Θ i = | Θ 廠 θ 0=1。58，30，，、Λ θ 2 = I θ 2-θ Q| = I。57，20，，、Λ θ 3 = I θ 3-θ Q| = 3。55，，在測(cè)量過(guò)程中用筆標(biāo)注所測(cè)三點(diǎn)的位置，并將待測(cè)晶面記為ABC面。[0022](b)自YX-2型X射線晶體定向儀上取下擬切割加工的鍺單晶平放在樣品臺(tái)上，連接所測(cè)三點(diǎn)成三角形Λ ABC，采用游標(biāo)卡尺量出所述三角形邊長(zhǎng)，AB邊長(zhǎng)L1 = 1.738cm, BC邊長(zhǎng)L2= 1.226cm，AC邊長(zhǎng)L3 = 1.244cm，計(jì)算出三角形Λ ABC三個(gè)內(nèi)角余弦值cos Z BAC=0.7088、cos Z ABC = 0.6984、cos Z ACB = 0.0098。[0023](c)A、B、C在理想晶面上的投影點(diǎn)分別為A'、B'、C'，以A'為坐標(biāo)原點(diǎn)、A' C'為Y軸建立空間直角坐標(biāo)系，并將理想晶面記為A' B' C'面。[0024]Cd)基于所述空間直角坐標(biāo)系列出已知量與未知量方程組,所述已知量包括ABC面上A、B、C各點(diǎn)衍射角各自與其在A' B' C'面上投影點(diǎn)A'、B'、C'各點(diǎn)衍射角偏差Λ Λ θ2、Λ θ3，還包括AABC的三個(gè)邊長(zhǎng)Lp L2、L3，以及AABC的三個(gè)內(nèi)角的余弦值cos Z BAC、cos Z ABC、cos Z ACB,所述未知量包括ABC面上A、B、C各點(diǎn)各自與其在A' B' C1面上投影點(diǎn)A'、B'、C'各點(diǎn)之間的距離Vh^h3，以及Λ ABC的AB邊、AC邊分別由其與A' B' C'面交點(diǎn)E、F分為兩段后的長(zhǎng)度AE和EB、AF和FC。
[0025]所述方程組由以下方程組成:
[0026]Ii1=AO1SinA Q1 (I)
[0027]h2 = BO2SinA Θ 2 (2)
[0028]h3 = CO3Sin Δ Θ 3 (3)
[0029]Ii1EB = h2AE (4)
[0030]AE+EB = L1 (5)
[0031]Ii1FC = h3AF (6)
[0032]AF+FC = L3 (7)
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法，其特征在于: Ca)采用X射線晶體定向儀測(cè)量待測(cè)晶面上位于同一平面上的任意三點(diǎn)A、B、C的衍射角，標(biāo)注所測(cè)三點(diǎn)的位置，并將該待測(cè)晶面記為ABC面； (b)連接所測(cè)三點(diǎn)成三角形AABC，量出所述三角形邊長(zhǎng)并計(jì)算內(nèi)角； (c)A、B、C在理想晶面上的投影點(diǎn)分別為A'、B'、C'，以A'為坐標(biāo)原點(diǎn)、A'C'為Y軸建立空間直角坐標(biāo)系，并將所述理想晶面記為A' B' C'面； (d)基于所述空間直角坐標(biāo)系列出已知量與未知量方程組，求解A、B、C、A'、B'、C'六點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算得到ABC面的法向向量與V Bi CT面的法向向量； (e)根據(jù)晶系晶面夾角公式計(jì)算出待測(cè)晶面相對(duì)于理想晶面的偏角，再根據(jù)空間兩方向向量夾角公式計(jì)算出待測(cè)晶面相對(duì)于理想晶面的偏向； (f)根據(jù)所獲得的偏角、偏向，調(diào)整晶體切割方向，一次切割加工出與晶體定向相符的晶面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法，其特征在于，先根據(jù)晶體定向大致切割，獲得待測(cè)晶面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法，其特征在于，所述三角形AABC內(nèi)角能夠由余弦值反求,包括cos Z BAC> cos Z ABC、cos Z ACB。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法，其特征在于，所述已知量包括ABC面上A、B、C各點(diǎn)衍射角各自與其在A' B' C1面上投影點(diǎn)A'、B'、C'各點(diǎn)衍射角偏差Λ Θ^Δ Θ2、Λ θ3，還包括AABC的三個(gè)邊長(zhǎng)LpL2、L3，以及AABC的三個(gè)內(nèi)角的余弦值cos Z BAC、cos Z ABC、cos Z ACB,所述未知量包括ABC面上A、B、C各點(diǎn)各自與其在A' B' C1面上投影點(diǎn)A'、B'、C'各點(diǎn)之間的距離Vh^h3，以及Λ ABC的AB邊、AC邊分別由其與A' B' C'面交點(diǎn)E、F分為兩段后的長(zhǎng)度AE和EB、AF和FC。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶晶面偏角及偏向測(cè)算方法，其特征在于，在計(jì)算ABC面的法向向量與V Bi C1面的法向向量之前，由A、B、C、A, ,Bi ,C1六點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出以下向量:
【文檔編號(hào)】G01N23/207GK103592322SQ201310637248
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】石廣豐, 史國(guó)權(quán), 胡明亮 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)