วิธีหาความบกพร่องในความสมบูรณ์ของผลึก : เทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูง

สกุลธรรม เสนาะพิมพ์ *

รูปที่ 1 (ก) แบรกก์ผู้พ่อ ( Sir William Henry Bragg พ.ศ. 2405 - 2485) และ (ข) แบรกก์ผู้ลูก ( Sir William Lawrence Bragg , พ.ศ.2433 - 2514 ) เป็นนักฟิสิกส์เชื้อสายออสเตรเลียน [1] ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ร่วมกันในปี พ.ศ. 2458 จากการศึกษาการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ในโครงผลึกโดยให้รังสีเอกซ์สะท้อนจากโครงผลึก และได้เสนอสมการเพื่ออธิบายรูปแบบการเลี้ยวเบน ในโครงผลึก ปัจจุบันเรียกว่า “ เงื่อนไขของแบรกก์ ” ( Bragg's condition ) ซึ่งได้อธิบายถึง “ รังสีเอกซ์ที่ตกกระทบอะตอมในโครงผลึก จะเกิดการกระเจิง และรังสีเอกซ์ที่กระเจิงไปเปรียบเสมือนคลื่นสะท้อน จะรวมกันและเกิดการแทรกสอดเช่นเดียวกับคลื่นแสง ” ทำให้มีการใช้รังสีเอกซ์วิเคราะห์โครงสร้างผลึกอย่างกว้างขวางจนถึงปัจจุบัน

     ในบทความนี้ผู้เขียนจะนำเสนอคำตอบของโจทย์ปัญหาที่นักวิจัยทางด้านฟิสิกส์สารกึ่งตัวนำมักจะพบบ่อยครั้ง คือ ทำอย่างไรจึงจะตรวจสอบหาความบกพร่องของโครงผลึกของวัสดุสารกึ่งตัวนำที่ต้องการผลิตขึ้นมาให้มีความสมบูรณ์สูงมาก ๆ เพื่อประสิทธิภาพที่ดีในการนำไปใช้งานต่อไปซึ่งโดยทั่วไปเราอาจคิดว่าการตรวจสอบสิ่งของที่มีความสมบูรณ์สูง น่าจะทำได้ง่ายและสะดวกกว่า แต่ในความเป็นจริงการที่จะหาลักษณะและความหนาแน่นของความบกพร่องในสิ่งของที่สมบูรณ์มาก ๆ นั้นจะทำได้ยากเพราะว่าความบกพร่องต่าง ๆ เหล่านั้นมักจะมีขนาดเล็กและมีจำนวนน้อยมากจนเราไม่สามารถที่จะใช้เครื่องมือวัด แบบทั่ว ๆ ไปได้ ทำให้มีความจำเป็นต้องพัฒนาเครื่องมือวัดที่มีกำลังแยกสูงพอที่จะใช้ในการตรวจสอบความบกพร่องที่มีขนาดเล็กในระดับไมครอน (หนึ่งในล้านส่วนของหน่วยเมตร) ระดับนาโน (หนึ่งในหนึ่งพันล้านส่วนของหน่วยเมตร) และในระดับอังสตรอม (หนึ่งในหนึ่งหมื่นล้านส่วนในหน่วยเมตร) ตามลำดับ สำหรับวัสดุที่มีความสมบูรณ์สูงมาก ๆ นั้น ความบกพร่องที่พบมักจะอยู่ในระดับขนาดเดียวกันกับขนาดโครงผลึกของวัสดุ ซึ่งมีขนาดเล็กมากอยู่ในช่วง 3 ถึง 10 อังสตรอมเท่านั้น ทำให้จำเป็นต้องใช้เทคนิคที่เฉพาะและอาศัยเทคโนโลยีขั้นสูงในการตรวจวัด เทคนิคที่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย คือ เทคนิคการตรวจสอบด้วยการกระเจิงของอิเล็กตรอน นิวตรอน หรือรังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่น (?) ในช่วง 1 ถึง 2 อังสตรอมผ่านโครงสร้างผลึก โดยที่เราสามารถตรวจสอบหาความบกพร่องของผลึกได้ด้วยการศึกษาจากรูปแบบการเลี้ยวเบน (diffraction pattern) และการศึกษาภาพที่เกิดจากการกระเจิงของอิเล็กตรอน นิวตรอน หรือรังสีเอกซ์ดังกล่าว โดยกลุ่มผู้ที่สนใจในการปลูกฟิล์มบาง (thin film) และการปลูกผลึกแบบบัลค์ (bulk crystal) ของสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) จะนิยมใช้วิธีการตรวจสอบข้างต้นเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะวิธีการตรวจสอบด้วยการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (X-ray diffraction หรือ XRD) เนื่องจากเป็นวิธีตรวจวัดที่ไม่ทำลายโครงสร้างผลึกภายในชิ้นงาน อีกทั้งการเตรียมชิ้นงานสำหรับการตรวจสอบก็สะดวกกว่าการตรวจสอบด้วยการกระเจิงของอิเล็กตรอนอีกด้วย

     ถึงแม้ว่าการตรวจสอบด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์จะให้กำลังแยกสูงมากพอที่จะบอกขนาดของโครงผลึกได้ ในระดับอังสตรอม แต่กำลังแยกของเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (X-ray Diffractometer) ก็ยังถูกจำกัดด้วยปัจจัยหลายอย่างซึ่งมีผลให้การเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์คลาดเคลื่อนจาก เงื่อนไขของแบรกก์ (Bragg's condition) นั่นคือสมการ

   ( 1 )

สำหรับผลึกที่มีความสมบูรณ์สูง ปัจจัยที่มีผลมากที่สุด คือ ช่วงความกว้างของความยาวคลื่น (??) ของรังสีเอกซ์ที่ผลิตได้จากแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ (X-ray source) ที่อยู่ภายในเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ โดยความยาวคลื่นรังสีเอกซ์จากแหล่งกำเนิดจะมีหลายค่าความยาวคลื่นโดยผสมกันทั้งแบบต่อเนื่อง (ซึ่งเกิดจากกระบวน
การเบรมสตราลุง “Bremsstrahlung” ) และแบบไม่ต่อเนื่องที่เกิดจากกระบวนการดังที่แสดงไว้ใน รูปที่ 2 โดยสำหรับการถ่ายภาพปอดที่โรงพยาบาลจะใช้รังสีเบรมสตราลุงเป็นสำคัญ แต่ในที่นี้จะสนใจแต่รังสีเอกซ์แบบไม่ต่อเนื่อง      หรือ “ รังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะ ” ( characteristic X-rays) ใน รูปที่ 2 (ค) ซึ่งจะเห็นว่าความเข้มของรังสีเอกซ์ในช่วงความยาวคลื่นของ รังสีเอกซ์ชั้น จะมีความเข้มสูงสุดเมื่อเทียบกับ  ความยาวคลื่นของ รังสีเอกซ์ชั้น อื่น ดังนั้นสำหรับการทดลองการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์เราจะเลือกใช้เฉพาะความยาวคลื่นของ รังสีเอกซ์ชั้น เท่านั้น แต่เนื่องจากรังสีเอกซ์ชั้น K ? ยังสามารถแยกได้เป็น K ?1 และ K ?2 ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่มีสปินต่างกันจากชั้น L ดู รูปที่ 2 (ก) และ ( ข ) ทำให้ต้องใช้ความยาวคลื่นเฉลี่ยของรังสีเอกซ์ชั้น K ?1 และ K ?2 สำหรับการวิเคราะห์ผลที่ได้จากการทดลอง เมื่อพิจารณาจากความเข้มพบว่ารังสีเอกซ์ชั้น K ?1 มีความเข้มมากกว่ารังสีเอกซ์ชั้น K ?2 ประมาณ 2 เท่า ดังนั้นจะหาค่า ความยาวคลื่นเฉลี่ย ของ รังสีเอกซ์ชั้น และ ได้ดังสมการ

     ( 2 )

เมื่อเลือกใช้ รังสีเอกซ์ชั้น ซึ่งประกอบไปด้วย รังสีเอกซ์ชั้น (สำหรับธาตุ Cu มี = 0.154056 nm ) และ รังสีเอกซ์ชั้น ( สำหรับธาตุ Cu มี = 0.154439 nm) ซึ่งมีความยาวคลื่นแตกต่างกันเล็กน้อยดังที่ได้กล่าวข้างต้นทำการตรวจสอบโครงสร้างผลึกที่มีระยะระหว่างระนาบของผลึกท ี่เท่ากันหรือเกือบเท่ากัน จะปรากฏความเข้มของการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ที่ค่ามุมเลี้ยวเบนต่างกัน 2 ค่า ซึ่งจะแยกออกจากกันอย่างชัดเจน ปรากฏการณ์นี้เกิดเนื่องมาจากการมีค่า ? สองค่าที่ต่างกันเล็กน้อยในเงื่อนไขของแบรกก์ จะส่งผลให้เกิดมุมเลี้ยวเบน ที่มี 2 ค่าซึ่งต่างกันเล็กน้อยด้วย แต่สำหรับการทดลองจริงโครงสร้างผลึกอาจไม่สมบูรณ์เหมือนในกรณีอุดมคติ ทำให้ระยะระหว่างระนาบของผลึกที่คิดว่าควรจะเท่ากันนั้นเกิดการกระจายตัวเล็กน้อย โดยการกระจายตัวของระยะห่างระหว่างระนาบจะส่งผลให้ความเข้มของการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ที่แยกออกจากกันด้วยค่ามุม ที่แตกต่างกัน 2 ค่าดังในกรณีอุดมคติดังกล่าว เกิดรวมกันที่ค่ามุมเดียว ทำให้ระยะระหว่างระนาบของผลึกที่คำนวณได้มีความคลาดเคลื่อนสูง

รูปที่ 2 (ก) แผนภาพแสดงกระบวนการเกิดรังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะในหลอดผลิตรังสีเอกซ์ ซึ่งประกอบด้วยขั้นตอนดังนี้ : (I) การใช้ความต่างศักย์สูงเร่งให้อิเล็กตรอนอิสระจากไส้หลอดให้มีพลังงานจลน์มากพอที่จะวิ่งเข้าชนอะตอมเป้าโลหะแล้วทำให้ ( II ) อิเล็กตรอน ที่อยู่ในวงโคจรชั้นในสุด ของอะตอมเป้าโลหะหลุดออกมา (III) อิเล็กตรอนในอะตอมเป้าที่ระดับพลังงานสูงกว่าเข้าไปแทนที่ช่องว่างอิเล็กตรอนในระดับพลังงาน n = 1 และ ปลดปล่อยรังสีเอกซ์ โดยรังสีเอกซ์ที่เปล่งออกมาจากการแทนที่ในชั้นนี้เรียกว่า “ รังสีเอกซ์ชั้น K” ( K-shell X-ray) ซึ่งรังสีเอกซ์นี้เปล่งออกมาจากการลดระดับพลังงานของอิเล็กตรอนจากชั้น L (n = 2) หรือ M (n = 3) หรือ N (n = 4) ฯลฯ โดยรังสีเอกซ์ชั้น K ที่เกิดจากการลดระดับพลังงานของอิเล็กตรอนจากชั้น L ว่า รังสีเอกซ์ชั้น K ? และรังสีเอกซ์ชั้น K ที่เกิดจากการลดระดับพลังงานของอิเล็กตรอนจากชั้น M และ N ว่า รังสีเอกซ์ชั้น K ? และ K ? ตามลำดับ

(ข)แสดงอนุกรมของรังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะที่เป็นผลจากการเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอมเป้าที่ต้อง สอดคล้องกับหลักการกีดกันของเพาลี สำหรับ ? l = 1 และ ? j = 0, 1

(ค) กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มและความยาวคลื่นของ รังสีเอกซ์แบบต่อเนื่อง (continuum X-rays หรือ bremsstrahlung X-rays) และ รังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะ (รังสีเอกซ์ชั้น K ? และ K ? )

     จะเห็นว่าสำหรับผลึกที่มีการกระจายตัวของระยะห่างระหว่างระนาบของผลึกเพียงเล็กน้อย เครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ที่ใช้รังสีเอกซ์ที่มีช่วงความกว้างของความยาวคลื่น ( ) มากและต่อเนื่องกันจะไม่สามารถบอกถึงการกระจายตัวของระยะห่างระหว่างระนาบของผลึกได้อย่างถูกต้อง ดังนั้นถ้าใช้รังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่นค่าเดียวหรือ มีค่าน้อยมากจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของ เครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ในการแยกระยะห่างระหว่างระนาบของผลึก ที่มีค่าแตกต่างกันเล็กน้อยนี้ได้ ด้วยเหตุผลดังกล่าว  นี้จึงทำให้ เทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูง (High Resolution X-ray Diffraction หรือ HRXRD) ถูกพัฒนาขึ้นโดยการเพิ่มตัวทำแสงเอกรงค์ (monochromator) สำหรับกรองรังสีเอกซ์เพื่อให้ได้รังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่นค่าเดียวหรือให้ ?? มีค่าน้อยที่สุด

อย่างไรก็ตามการเพิ่มตัวแยกแสงเอกรงค์สำหรับกรองรังสีเอกซ์มิใช่องค์ประกอบเพียงหนึ่งเดียวที่จะทำให้ได้เครื่องเลี้ยวเบน รังสีเอกซ์สำหรับ “ เทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูงที่สมบูรณ์ ” แต่ยังมีหลักการที่สำคัญสำหรับเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูง คือ “ การทำให้การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์อยู่ภายใต้เงื่อนไขที่ใกล้เคียงกับเงื่อนไขของแบรกก์มากที่สุด ” ดังนั้น การพัฒนาระบบการปรับฐานวางชิ้นงานเพื่อให้สามารถปรับหาระนาบที่สอดคล้องกับเงื่อนไขของแบรกก์ได้อย่างอิสระจึง เป็นประเด็นที่สำคัญด้วยเช่นกันและสุดท้ายจะต้องพัฒนาระบบการเก็บข้อมูลของการเลี้ยวเบนของเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ให้ ้มีความละเอียดสูงสุด โดยปัจจุบันความละเอียดสูงสุดที่สามารถบันทึกได้นั้น มีค่าถึงทศนิยมตำแหน่งที่ 4 คือ 0.0002 องศาหรือ สองในหนึ่งหมื่นส่วนของหน่วยองศา

     เทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูงเป็นเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ที่ทำให้ข้อมูล เช่น ค่าคงที่โครงผลึก ที่ได้จากการทดลองมีความแม่นยำสูงถึงทศนิยมตำแหน่งที่สามสำหรับผลึกที่มีความสมบูรณ์สูง และมีประสิทธิภาพสูงสำหรับการตรวจสอบการกระจายตัวของระยะห่างระหว่างระนาบของผลึกถึงแม้ว่าระยะห่างระหว่างระนาบ ของผลึกนั้นจะมีค่าใกล้เคียงกัน จากกฎของแบรกก์สำหรับรังสีเอกซ์ที่มีช่วงความกว้างของความยาวคลื่น แคบมาก จะได้ว่า

     (3)

เมื่อ คือ ความคลาดเคลื่อนของระยะห่างระหว่างระนาบของอะตอม, คือ ช่วงความกว้างของความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์, และ คือ การกระจายตัวของมุมตกกระทบ จากสมการจะเห็นว่าเมื่อค่า มีค่าน้อยจะส่งผลให้มีค่า น้อยด้วย ตัวอย่างเช่น รังสีเอกซ์ที่ผลิตออกมาจากเป้าทองแดง (Cu) ที่ใช้สำหรับเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ในงานทั่วไป จะมีค่า ส่วนเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูงนั้นจะมีค่า ทำให้ จากเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ที่ใช้กันทั่ว ๆ ไปมีค่ามากกว่าจากเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูง ด้วยเหตุนี้จึงทำให้การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูงนี้มีความแม่นยำสูงกว่าการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ที่ใช้สำหรับงานทั่วไปมาก

นอกจากนี้สำหรับเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์กำลังแยกสูง ฐานสำหรับวางชิ้นงานที่ต้องการตรวจสอบโครงสร้างผลึกนั้นจะสามารถหมุนได้ใน 3 ทิศทาง เพื่อกำหนดการวางตัวของระนาบของผลึกในชิ้นงาน โดยเฉพาะผลึกเดี่ยว ให้ตรงตามเงื่อนไขของแบรกก์ ซึ่งการที่ฐานวางชิ้นงานสามารถหมุนได้ใน 3 ทิศทางนี้จะทำให้สัญญาณที่ได้จากการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์มีความเข้มสูงขึ้น รูปที่ 3(ก) แสดงเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูงที่มีฐานวางชิ้นงานสามารถหมุนได้ 3 ทิศทาง คือ หมุนตามมุม ซึ่งเป็นการหมุนชิ้นงานรอบแกนที่มีทิศขนานกับระนาบทางเดินรังสีเอ็กซ์ และตั้งฉากกับเส้นปกติ หมุนตามมุม ซึ่งเป็นการหมุนชิ้นงานรอบแกนที่มีทิศตั้งฉากกับระนาบรังสีเอกซ์และเส้นปกติ และสุดท้ายหมุนตามมุม ซึ่งเป็นการหมุนชิ้นงานรอบแกนเส้นปกติ ดังใน รูปที่ 3 (ข) ซึ่งแสดงภาพจำลองการหมุนในแต่ละทิศทาง

รูปที่ 3 (ก) เครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูง (รูปถ่ายจากศูนย์เครื่องมือวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย) (ข) แสดงภาพจำลองฐานวางชิ้นงานที่สามารถหมุนได้ 3 ทิศทาง คือหมุนตามมุม ? , ? และ ?

องค์ประกอบเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูง

     รังสีเอกซ์ที่ออกมาจากแหล่งกำเนิดจะมีค่าความยาวคลื่นหลายค่า เมื่อนำรังสีเอกซ์ไปใช้ในการทดลองจะทำให้ได้ข้อมูลที่มีความซับซ้อนและยากต่อการวิเคราะห์ผล เพื่อลดปัญหาดังกล่าว ความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่ใช้ในการทดลองจึงจำเป็นต้องมีเพียงค่าเดียว ( coherent source ) หรือช่วงความกว้างของความยาวคลื่นแคบมาก (หรือ มีค่าน้อยมาก) สามารถทำได้โดยการใส่ตัวกรองรังสีเอกซ์เข้าไปด้านหน้าของหลอดผลิตรังสีเอกซ์ซึ่งเรียกว่า ตัวทำแสงเอกรงค์ และอีกตัวข้างหน้าตัวตรวจจับรังสีเอกซ์ (X-ray detector) ซึ่งเรียกว่า ตัววิเคราะห์ ( analyzer ) เพื่อจะทำหน้าที่ในการกรองรังสีเอกซ์ที่เลี้ยวเบนมาจากชิ้นงาน สำหรับความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่ใช้ในการทดลองนั้นจะใช้รังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่นรังสีเอกซ์ชั้น เนื่องจากเป็นความยาวคลื่นที่มีความเข้มสูงสุด (ดู รูปที่ 2 (ค) ) โดยตัวกรองส่วนใหญ่จะประดิษฐ์จากผลึกของของแข็ง เช่น      Ge (220) และ Si (220) เนื่องจากเป็นผลึกของแข็งที่สามารถขึ้นรูปได้ง่ายและมีคุณภาพเชิงผลึกสูงที่สุดในโลกปัจจุบัน ตัวทำแสงเอกรงค์ที่แสดงใน รูปที่ 4 (ก) นั้นเป็นการออกแบบโดยใช้ผลึกตัวกรอง 4 ชิ้น เรียกว่า 4-bounce monochromator สำหรับตัววิเคราะห์นั้นทำจากแท่งผลึกตัวกรองเพียง 2 ชิ้นเท่านั้น จาก รูปที่ 4 พบว่ารังสีเอกซ์ที่ออกมาจากแหล่งกำเนิดจะตกกระทบทำมุมกับผลึกตัวกรอง ซึ่งการตกกระทบบนผลึกตัวกรองแต่ละครั้งส่งผลให้รังสีเอกซ์ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันกระเจิงออกมาด้วยมุมที่ต่างกันตาม กฎของแบรกก์ จะเห็นได้ว่าผลึกตัวกรองแต่ละอันสามารถแยกความยาวคลื่นเฉพาะของรังสีเอกซ์ที่ต้องการโดยใช้ช่องเปิด ( aperture ) ในการเลือกช่วงของความยาวคลื่นที่จะใช้ในการวิเคราะห์โครงสร้างผลึก เมื่อรังสีเอกซ์ความยาวคลื่นที่เลือกดังกล่าวตกกระทบกับชิ้นงานจะได้รังสีเอกซ์เลี้ยวเบนออกมาจากชิ้นงาน แต่ก่อนที่รังสีเอกซ์เลี้ยวเบนจะเข้าสู่ตัวตรวจจับรังสีเอกซ์นั้น รังสีเอกซ์ดังกล่าวจะผ่านการกรองอีกครั้งหนึ่งที่ตัววิเคราะห์ซึ่งใช้หลักการเดียวกับตัวทำแสงเอกรงค์ ดังนั้นรังสีเอ็กซ์ที่ตัวตรวจจับรังสีเอ็กซ์รับได้จะมีค่าความคลาดเคลื่อนในระดับ เท่านั้น

อย่างไรก็ตามพบว่าเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูงนี้เป็นเทคนิคที่มีข้อจำกัดบางประการ คือ สามารถใช้ในการตรวจสอบโครงสร้างผลึกที่มีความสมบูรณ์สูงเท่านั้น ซึ่งข้อจำกัดนี้เกิดจากการที่รังสีเอกซ์จากแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ถูกกรองด้วยตัวกรองรังสีเอกซ์ถึง 2 ครั้ง ทำให้ความเข้มของรังสีเอกซ์ที่เข้าสู่ตัวตรวจจับรังสีเอกซ์ลดลงอย่างมาก ส่งผลให้การวัดสัญญาณความเข้มรังสีเอกซ์ที่เลี้ยวเบนจากโครงสร้างผลึกที่มีความสมบูรณ์ต่ำทำได้ยาก สามารถเรียกได้ว่าเป็นเทคนิคที่ใช้ “ หาความบกพร่องในความสมบูรณ์ ” ดังนั้นเทคนิคการเลี้ยวเบนนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูงจึงมักถูกนำไปประยุกต์ใช้กับการตรวจสอบหาความบกพร่องในผลึกที่มี ความสมบูรณ์สูง เช่น การตรวจสอบผลึกของชั้นฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำที่ปลูกด้วยวิธีเอพิแทก ซี (ดูในบทความ “ สารกึ่งตัวนำ-ตัวนำไซเบอร์ ” วารสารฟิสิกส์ไทย, ก.ย.-พ.ย. 2550 ) ใน อุตสาหกรรมสารกึ่งตัวนำ หรือผลึกเชิงเดี่ยวแบบบัลค์ที่มีทิศทางของผลึกที่แน่นอนซึ่งนำมาเป็นวัตถุดิบในการผลิตแผ่นเวเฟอร์ (wafer) ที่เป็นฐานรองสำหรับการประดิษฐ์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น

รูปที่ 4 (ก) แสดงภาพจำลองขององค์ ประกอบในเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์กำลังแยกสูง (ข) แสดงภาพองค์ประกอบของเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ที่สอดคล้องกับในรูป (ก) (รูปถ่ายจากศูนย์เครื่องมือวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย)

กิตติกรรมประกาศ

     ขอขอบคุณกองบรรณาธิการที่ให้คำแนะนำแก่ผู้เขียนได้ปรับปรุงบทความนี้ให้มีเนื้อหาและการใช้ภาษาไทยที่สมบูรณ์ ชัดเจนมากขึ้น อันจะเป็นประโยชน์ต่อผู้สนใจนำไปประยุกต์ใช้ต่อไป

แหล่งอ้างอิง

•  http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/

•  Thin Film Analysis by X-ray Scattering ของ Mario Birkholz บทที่ 7 หน้า 297 .

•  ศูนย์เครื่องมือวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

---------------------------------------------------------

* ผู้ช่วยศาสตราจารย์ (ดร.) ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย