Таль Валерий Алексеевич

1. Повышение надёжности регистрации и идентификации дефектов структуры, локализации их в объёме монокристаллических полупроводников, получение дополнительной количественной и качественной информации о дефектах, устранение слабой контрастности, фоновой неоднородности и зернистости изображений, повышение информативности и достоверности методов РТБ, Ланга и фотоупругости, экспрессности исследований достигаются цифровой обработкой, основанной на анализе яркостных характеристик и частотном вейвлет-анализе экспериментального контраста дефектов структуры, представлением изображений дефектов структуры в виде трёхмерных графиков, областей равного контраста, построением профилей интенсивности, цветовым контрастированием.
2. Для метода РТБ эффективность идентификации дефектов структуры монокристаллов при цифровой обработке изображений, основанной на анализе яркостных характеристик, значительно выше, чем для метода Ланга, для которого она в сильной степени зависит от выбора отражающих плоскостей (порядка отражения). Для метода РТБ устранение сильной фоновой неоднородности экспериментального контраста топографических и поляризационно-оптических изображений эффективно достигается методом на основе высокочастотной фильтрации с предварительной обработкой нелинейным фильтром, а зернистости изображений - методом на основе фильтра с рекурсивным накоплением.
3. При определении природы микродефектов различных размеров в кремнии можно, используя цифровую обработку экспериментального контраста, однозначно идентифицировать тип дефекта, более точно оценить их концентрацию и глубину залегания. Контраст, создаваемый крупными и мелкими микродефектами, идентичен, а интенсивность от ядра розетки к её краю убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Методом РТБ и последующей цифровой обработкой контраста выявляются микродефекты не только А-типа с размерами 20 - 50 мкм, но и В-типа с размерами 2 - 5 мкм.
4. Информация о скрытых деталях ближних и дальних полей деформаций от дефектов структуры монокристаллов, не регистрируемая ранее традиционным путём, может быть получена в пространстве вейвлет-коэффициентов при частотном анализе экспериментального контраста, полученного методами РТБ, Ланга и фотоупругости. Объём частотной информации вейвлет-разложения позволяет осуществить на уровне их спектров точное и эффективное разделение контраста розеток интенсивности от контраста зерна и фоновой неоднородности.
5. Полосовой низкочастотной фильтрацией и удалением частотной структуры зерна на выходе полосовых (НЧ) фильтров удаётся эффективно отделить спектр зерна от спектра розеток интенсивности и получить необходимую информацию о дефектах структуры монокристаллических полупроводников. Топографический контраст имеет сложную частотную структуру и в рамках вейвлет-преобразования изображение ключевых деталей розеток интенсивности занимает диапазон от самых низких до средних частот (уровней разложения). Контраст фонового зерна имеет диапазон от самых высоких до средних частот (уровней разложения). В области средних частот контраст зерна и дефектов структуры имеют широкую зону перекрытия, вследствие чего некоторые низкочастотные детали зерна сопоставимы по частоте и структуре со среднечастотными деталями дислокаций и их разделение на уровне спектров затруднительно.
6. Ключевые протяжённые детали дефектов структуры (розеток интенсивности) занимают последние уровни дискретной вейвлет-декомпозиции (самые низкие частоты), следовательно, их форма и «тонкая» структура деталей определяются аппроксимирующими свойствами вейвлет-базиса. Из группы наиболее распространённых вейвлет-базисов двухмерного анализа, входящих в программный пакет «Matlab», наилучшими аппроксимирующими свойствами обладают вейвлеты с максимальной гладкостью и длиной КИХ-фильтра - вейвлеты Коифлета, Симлета, Добеши и дискретный вейвлет Мейера. Эти вейвлет-функции накапливают незначительную ошибку аппроксимации на последних уровнях приближения и позволяют получить достоверную информацию о НЧ деталях контраста розеток. Вейвлет-функции малой гладкости менее пригодны для обработки топографического контраста, поскольку ошибка аппроксимации слишком велика и НЧ детали контраста претерпевают заметные искажения. Использование при обработке топографического контраста наиболее гладких вейвлет-базисов позволяет выявить дополнительные особенности контраста полей поверхностной релаксации от дислокаций, которые имеют гораздо более сложную структуру, чем это имело место при моделировании теоретического контраста, и обладают значительной протяжённостью, приводящей к образованию зон пересечений с соседними дислокациями.
7. Ключевые детали поляризационно-оптического контраста дефектов структуры занимают диапазон от самых высоких до средних частот (уровней вейвлет-декомпозиции) и содержатся в детализирующих вейвлет- коэффициентах. Фоновая неоднородность поляризационно-оптических и топографических снимков занимает наиболее низкие частоты и легко отделима от частотной полосы дефектов структуры при реконструкции изображений обнулением масштабных вейвлет-коэффициентов, что позволяет выявить информацию о дефектах структуры в областях полного почернения (засветки). Детали поляризационно-оптического контраста имеют многоуровневую структуру, на каждом уровне которой наиболее выражены детали соответствующей протяжённости, и в рамках предложенной вейвлет-обработки могут быть чётко выявлены при использовании постепенно сужающейся полосы ВЧ фильтра. В итоге получается набор отдельных изображений для высокочастотных и среднечастотных деталей контраста.
8. Для методов РТБ, Ланга и фотоупругости объём полезной информации о дефектах структуры и основных особенностях их экспериментального контраста в значительной степени зависит от масштаба (размера) изображения, подвергаемого вейвлет-обработке. Изменяя масштаб изображения (число отсчётов для одного и того же сигнала), смещаем полосы частот дефектов структуры и негативных факторов изображения относительно друг друга, получая дополнительную информацию, ранее скрытую на низких частотах. То же самое происходит в случае вырезания отдельных фрагментов из целого изображения. В этом случае уменьшается общая длина сигнала, характеризующая изображение фрагмента, а значит, увеличивается протяжённость деталей фрагмента относительно новой длины сигнала. Проводя вейвлет-обработку изображения отдельного или небольшой группы дефектов, смещаем частоты розеток и с большей эффективностью выделяем дополнительную информацию, скрытую ранее на низких частотах.
9. НDR-изображения (32-битный формат) содержат значительно больше качественной и количественной информации о дефектах структуры. Вейвлет-обработка HDR-изображений, включая разделение по цветовым каналам, более полно выявляет «тонкую» структуру розеток интенсивности по сравнению с 8- и 16-битными изображениями и повышает надёжность идентификации дефектов структуры монокристаллических полупроводников.

1.Данильчук Л.Н., Ткаль В.А., Окунев А.О., Дроздов Ю.А. Цифровая обработка рентгенотопографических и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры монокристаллов. – Великий Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2004. – 227 с.

2.Данильчук Л.Н., Окунев А.О., Ткаль В.А. Рентгеновская дифракционная топография дефектов структуры в кристаллах на основе эффекта Бормана. – Великий Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2006. – 493 с.

3.Данильчук Л.Н., Окунев А.О., Ткаль В.А., Труханов Е.М., Фёдоров А.А., Василенко А.П. Рентгеновская топография кремния на основе плёночной интерферометрии эпитаксиальных систем и эффекта Бормана. – Великий Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого. 2006. – 351 с.

4.Ткаль В.А., Окунев А.О., Емельянов Г.М., Петров М.Н., Данильчук Л.Н. Вейвлет-анализ топографических и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры монокристаллов. – Великий Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого. 2006. – 397 с.

5.Окунев А.О., Ткаль В.А., Данильчук Л.Н. Исследование дефектов структуры монокристаллического карбида кремния прямыми физическими методами. – Великий Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого. 2006. – 253 с.

Статьи

1.Анисимов В.Г., Буйлов А.Н., Окунев А.О., Ткаль В.А. Подготовка монокристаллического карбида кремния для рентгенотопографических исследований. – М.: 1999. – 14 с. – Деп. в ВИНИТИ, 09.09.99, 2809-В99.

2.Дроздов Ю.А., Окунев А.О., Ткаль В.А. Компьютерная обработка рентгенотопографических изображений дефектов структуры монокристаллов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2002. № 8. С. 6 – 11.

3.Данильчук Л.Н., Дроздов Ю.А., Окунев А.О., Ткаль В.А., Шульпина И.Л. Рентгеновская топография дефектов структуры монокристаллических полупроводников на основе эффекта Бормана (обзор) // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2002. – Т. 68, № 11. – С. 24 – 33.

4.Дроздов Ю.А., Окунев А.О., Ткаль В.А., Шульпина И.Л. Применение компьютерной обработки рентгенотопографических изображений для идентификации дефектов структуры монокристаллов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2002. – Т. 68, № 12. – С. 30 – 36.

5.Дроздов Ю.А., Окунев А.О., Ткаль В.А., Шульпина И.Л. Исследование дислокаций в монокристаллическом карбиде кремния поляризационно-оптическим методом // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2003. – Т. 69, № 1. – С. 24 – 29.

6.Данильчук Л.Н., Дроздов Ю.А., Окунев А.О., Ткаль В.А., Шульпина И.Л. Диагностика монокристаллов применением компьютерной обработки дифракционных и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2003. – Т. 69, № 11. – С. 26 – 32.

7.Ткаль В.А., Окунев А.О., Дроздов Ю.А., Шульпина И.Л., Данильчук Л.Н. Компьютерная обработка и анализ топографических изображений краевых дислокаций в монокристаллах 6H-SiC // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2004. № 1. – С. 32 – 38.

8.Дроздов Ю.А., Ткаль В.А., Окунев А.О., Данильчук Л.Н. Устранение фоновой неоднородности и влияния зернистости фотоматериалов на топографические и поляризационно-оптические изображения дефектов структуры монокристаллов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2004. – Т. 70, № 7. – С. 25 – 34.

9.Окунев А.О., Ткаль В.А., Дроздов Ю.А., Данильчук Л.Н. Топографический контраст винтовых дислокаций в монокристаллах 6H-SiC и его компьютерная обработка // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2004. №

9.– С. 58 – 63.

10.Ткаль В.А., Окунев А.О., Дроздов Ю.А., Данильчук Л.Н. Применение цифровой обработки для выявления топографических изображений микродефектов и дефектов фотоэмульсии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2004. – Т 70, №

11.– С. 23 – 28.

11.Анисимов В.Г., Данильчук Л.Н., Дроздов Ю.А., Окунев А.О., Ткаль В.А. Исследование сложных дефектов упаковки в монокристаллах кремния // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2004. № 11. – С. 74 – 81.

12.Окунев А.О., Данильчук Л.Н., Ткаль В.А., Дроздов Ю.А. Секционные топограммы дислокаций в 6H-SiC // Вестник Новгородского государственного университета. Серия «Естественные и технические науки». – 2004. № 28. – С. 143 – 149.

13.Данильчук Л.Н., Окунев А.О., Ткаль В.А., Дроздов Ю.А. Экспериментальное определение физической природы ростовых микродефектов в бездислокационном кремнии, выращенном методом Чохральского // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2005. № 7. – С. 13 – 22.

14.Белехов Я.С., Ткаль В.А., Окунев А.О., Петров М.Н. "Устранение фоновой неоднородности поляризационно-оптических изображений". Электронный журнал "Исследовано в России", 142, стр. 1434 – 1441, 2005 г.

http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/142.pdf

15.Ткаль В.А., Окунев А.О., Данильчук Л.Н., Белехов Я.С. "Фоновая неоднородность топографических и поляризационно-оптических изображений дефектов структуры монокристаллов (способы устранения)". Электронный журнал "Исследовано в России", 210, стр. 2171 – 2180, 2005 г. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/210.pdf

16.Ткаль В.А., Окунев А.О, Белехов Я.С., Петров М.Н., Данильчук Л.Н. "Цифровая обработка топографических изображений дефектов структуры монокристаллов на основе вейвлет-анализа". Электронный журнал "Исследовано в России", 211, стр. 2181 – 2190, 2005 г. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/211.pdf

17.Данильчук Л.Н., Окунев А.О., Тимофеева Ю.В., Анисимов В.Г., Ткаль В.А. "Изучение дефектов структуры монокристаллических сплавов Bi+Sb методом двухкристальной топографии в геометрии Брэгга". Электронный журнал "Исследовано в России", 224, стр. 2307 – 2314, 2005 г. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/224.pdf

18.Окунев А.О., Ткаль В.А., Данильчук Л.Н. Изображения винтовых дислокаций, перпендикулярных поверхности монокристалла 6H-SiC, в методе Ланга // Вестник Новгородского государственного университета. Серия «Естественные и технические науки». – 2005. № 34. – С. 106 – 111.

19.Окунев А.О., Данильчук Л.Н., Ткаль В.А. Секционные изображения дислокаций, перпендикулярных поверхности монокристаллов 6H-SiC // Физика твёрдого тела. – 2006. – Т. 48, вып. 11. – С. 1962 – 1969.

20.Okunev A. O., Danil´chuk L. N., and Tkal´ V. A. Section Images of Dislocations Normal to the Surface of a 6H-SiC Single Crystal // Physics of the Solid State. – 2006. – V. 48, №. 11. – P. 2084 – 2090.

21.Ткаль В.А., Окунев А.О., Белехов Я.С., Петров М.Н., Данильчук Л.Н. Применение вейвлет-анализа для устранения фоновой неоднородности поляризационно-оптических изображений дефектов структуры монокристаллов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2006. – Т. 72, № 7. – С. 22 – 29.

22.Ткаль В.А., Окунев А.О., Белехов Я.С., Петров М.Н., Данильчук Л.Н. Устранение зернистости топографических изображений дефектов структуры монокристаллов с помощью вейвлет-анализа // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2006. – Т. 72, № 8. – С. 27 – 32.

23.Ткаль В.А., Окунев А.О., Белехов Я.С., Петров М.Н., Данильчук Л.Н. Выявление особенностей экспериментального контраста при перемасштабировании изображений на основе вейвлет-анализа // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2006. – Т. 72, № 9. – С. 25 – 33.

24.Ткаль В.А., Окунев А.О., Белехов Я.С., Петров М.Н., Данильчук Л.Н. Устранение зернистости топографических изображений дефектов структуры монокристаллов различными вейвлет-базисами // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2006. – Т. 72, № 10. – С. 23 – 30.

25.Ткаль В.А., Окунев А.О., Белехов Я.С., Петров М.Н., Данильчук Л.Н. Сопоставление результатов цифровой обработки топографического контраста на основе вейвлет-анализа и нелинейной фильтрации с рекурсивным накоплением // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2007. – Т. 73, № 2. – С. 36–45.

26.Ткаль В.А., Окунев А.О., Белехов Я.С., Петров М.Н., Данильчук Л.Н. Устранение фоновой неоднородности изображений дефектов структуры монокристаллов различными вейвлетами // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2007. – Т. 73, № 3. – С. 28–37.

27.Ткаль В.А., Окунев А.О., Петров М.Н., Данильчук Л.Н. Вейвлет-обработка топографических изображений с расширенным динамическим диапазоном // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2007. № 5. – С. 1–11.