Способ определения состава твердых растворов

Способ определения состава твердых растворов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ, включающий зондирование исследуемого образца пучком излучения, регистрацию параметров прошедшего через исследуемый образец излучения, по результатам коToiftix определяют состав исследуемого образца, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определений состава, зондирование исследуемого образца осуществляют при периодической модуляции его температуры, при этом варьируют энергию квантов зондирующего излучения и фиксируют величину К-Ор , соответствующую максимальной глубине модуляции интенсивности зондирующего излучения, затем осуществляют с той же частотой модуляцию энергии квантов зондирующего излучения вблизи значения Ь изменяют амплитуду и фазу модуляции энергии квантов до величины, при которой результирующая глубина модуляции tp интенсивности зондирую (П щего излучения равна нулю, а о составе твердого раствора судят по вес тшчине отношения и по ве4П личине разности фаз Ч-г Ч , где дТ, л{Ь0() - амплитуды, а Ч т 1 Ч - фазы модуляции температур 1 образца и энергии квантов зондирующего излучения, роответствующие m 0.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А (И)4 G 01 N 21/59

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3698158/24-25 (22) 13. 12. 83 (46) 07. 11. 85. Бюл. № 41 (71) Ленинградский ордена Ленина .политехнический институт им. N.È. Калинина (72) Л.Е. Воробьев, В. И. Стафеев, В.А. Шалыгин и А.В. Штурбин (53) 535.24(088.8) (56) Акцептованная заявка Великобритании № 1302196, кл. 0 01 N 2 1/59, 1973.

Scott М.M. Energy Gap in

Hg< „ Cd„ Te by орйical Absorption.

Journal of Applied Physics, 1969, ч. 40, ¹ 10, р.р. 4077-4081. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА

ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ, включающий зондирование исследуемого образца пучком . излучения, регистрацию -параметров прошедшего через исследуемый образец излучения, по результатам которых определяют состав исследуемого образца, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точ„„SU„„3 190241 ности определений состава, зондирование исследуемого образца осуществляют при периодической модуляции его температуры, при этом . варьируют энергию квантов зондирующего излучения и фиксируют величину 1 4, соответствующую максимальной глубине модуляции интенсивности зондирующего излучения, затем осуществляют с той же частотой модуляцию энергии квантов зондирующего излучения вблизи значения Ъ 1 t изю меняют амплитуду и фазу модуляции энергии квантов до величины, при которой результирующая глубина модуляции гр интенсивности зондирующего излучения равна нулю, а о сос,таве твердого раствора судят по веtl $41,) личине отношения и но ве4 ГВ личине разности фаз где 4Т1,, 4 j h91,) — амплитуды, а

Yz, Ч,1 — фазы модуляции температуры образца и энергии квантов зондирующего излучения, соответствующие е О.

COS(P - g<) =Sign

dl

1190241

Изобретение относится к области физических методов исследования состава веществ, конкретно к методам, в основе которых лежит анализ спектров оптического поглощения исследуемого вещества..

Целью изобретения является по,вышение точности определения твердых растворов.

При осуществлении периодического изменения температуры образца, например, по закону

Т=Т +4Т sin(2<+9ò ) (<) интенсивность света, прошедшего через образец, оказывается промодулированпой ио амплитуде с частотой Я, Амплитуда колебаний интенсивности света 4 1 зависит от энергии квантов зондирующего оптического излучения

4 l максимальна в точке, где производная кривой 1 (5q) достигает наибольшего значения. Обозначим это значение энергии квантов через

%40 °

Если одновременно с модуляцией температуры образца модулировать энергию квантов зондирующего излучения вблизи точки с частотой Я

Зная характер зависимости коэф5 фициента поглощения твердого раствора от его состава, а также вид спектральной и температурной зависимостей, можно установить однозначное соответствие между ве10 4h4 величиной отношения и вели4Т чиной разности фаз „, измеряе. мых в эксперименте в состоянии ком— пенсации, и составом Х твердого

15 раствора. Это позволяет по величи444 нам Т и Ч - Ч определять сосhÒ тав твердых растворов.

Способ осуществляется следующим образом.

Надо определить состав х пластины из твердого раствора Сс1 „Н „„ТР . Для этого материала завимость с((5-4 т) описывает1 ся соотношением Урбаха 0 = k> exP x х((М - E @ ) / о ), причем вблизи комнатной температуры оС (х) сою (x) 200схх ; (Х,Т) = 4, +y(x)7, 1,4 =44,.484 si,(qt+ V„), (2) то временная зависимость интенсивности 1 будет определяться величи.нами амплитуд 41 1, 4Т и разностью фаз Ч„ — . Если разность фаз выбрать такой, чтобы колебания интенсивности, связанные с модуляцией температуры (термомодуляция), и колебания интенсивности, обусловленные модуляцией энергии квантов (А = модуляция), оказались бы в противофазе, то, варьируя амплитуду

4h4, можно добиться взаимной компенсации термомодуляции и -модуляции (под состоянием компенсации подразумевается состояние, когда глубина модуляции результирующего сигнала равна О, и интенсивность излучения, прошедшего через образец неизменна во времени).

Условием противофазности указанных колебаний является

cats (V -× ) =1, при «О о11

ДТ сов (Ч -9

dI где ь - константа, принимающая различные значения в зависимости от технологии изготовления кристалла, 3®- параметр, медленно меняющийся с составом х и не зависящий от технологии (при изменении у от 0,2 до 1,0 у меняется от 2,1 10 эВВ/К до 1,4 10 эВ/К), Е (х,Т) — парау0 метр, имеющий смысл запрещенной эоны и зависящий от состава, давления и температуры.

В этом случае можно получить соотношение, устанавливающее однозначную связь между параметром 4) величиной разности фаз

1 47 и составом

50 4111 cos(v у4) db jd=50pcM471, cos (9 -ЧД d7

- Т(> „„=$6-1О (1-2х)-у(х)ЫООЗ, (М 17 )

55 где И вЂ” толщина, см.

Соотношение (4) указывает на возможность прямой калибровки изние попадает на исследуемый образец 9, который находится в контакте с электрической печью 10 сопротивления, подключенной к задающему генератору. Прошедшее через образец излучение зеркалом 11 фокусируется на фотоприемник 12, сигнал с послед" него усиливается резонансным усилителем 13, настроенным на частоту F .

Детектор 14 выделяет сигнал на частоте Я, величина последнего измеряется резонансным вольтметром

t5, настроенным на частоту Я

Термопара 16 и микровольтметр 17 служат для измерения амплитуды колебаний температуры образца. Амперметр 18 служит для измерения переменного тока в электромагните.

Выключателем 19 подключают печь

10 сопротивления к генератору 8 и после установления стационарного режима фиксируют амплитуду колебаний температуры образца CLT1, с помощью термопары 16 и микровольтметра 17.

Вращая барабан длин волн монохроматора 3, подбирают такое значение энергии квантов зондирующего излучения 84Î, при котором амплитуда сигнала, измеряемого вольтметром 15, достигает наибольшей величины, С помощью выключателя 20 ток от генератора 5 через аттенюатор 6 и фазовращатель 7 подают в электро- магнит 5.

Манипулируя фаэовращателем и аттенюатором, добиваются состояния компенсации, т. е. равенства нулю состав25! амплитуды сигнала, измеряемого вольтметром 1 5 . Фиксируют по ам пер†метру 18 величину тока 3 в электромагните 5 и по градуировочной таблице по значениям 5 4 и 3 опрео деляют амплитуду bb41, . По шкале фагчвращателя 7 определяют разность фаз —, вычисляют отношение

Ъ и по величинам Т„. 67 и q - y определяют состав твердого раствора аналогично описанному.

Экспериментальная установка собрана на базе монохроматора ИКМ-1 (с призмой NaC1 и зеркалом Литтрова).

В качестве источника излучения использован осветитель от инфракрасного спектроиетра ИКС-12, причем источником света служит глобар. В з 1190241 4 мерительной установки, предназначенной для определения величин вМ„ — и М вЂ” ч" по составу твердт„, т дого раствора 5

При этом абсолютная точность d" определения состава твердого раствора определяется той абсюлютной погрешностью, с которой может быть

10 измерена величина отношения

"1

Для модуляционных методик, работающих на синусоидальном сигнале с некогерентными источниками излуче- ния, минимально фиксируемые глуби- 15

/aI 1 ны модуляции ляют величину 10- . При такой величине в,„ абсолютная погрешность .Ь1 в измерении параметра 1 не

I аТ„ превышает 10. 6 эВ/К, что соответствует погрешности д< в определении состава твердого раствора СЫ Hg „ Те порядка 0,001.

Если не прибегать к методу прямой калибровки, .а при определении состава по величине параметра

° й9„ использовать непосредствен т„ 30 но соотношение (4), то необходимо .знать зависимость у (x) . В ли— тературе имеются данные только . для двух точек: у(0,2) = 2,1 х10- эВ/К и у (1,0) = 1,4 -1О эВ/К.

Можно в качестве первого приближения линейно экстраполировать ) (д) по этим точкам на весь интервал у. от О до 1.

Даже при такой грубой экстраполя- 4п ции погрешность в определении не превысит 0 005.

На чертеже .показан пример измерительной установки для нахождения И величии и М

ДТ

i5

1с

Оптическое излучение от осветителя 1 (5 — источник света) прерывается с частотой F обтюратором 2, после чего попадает на входную щель призменного монохроматора 3. Вращающееся зеркало 4 (О" ось вращения)

/ монохроматора управляется электромагнитом 5, синусоидальный ток в который поступает через аттенюа- у тор 6 и фазовращатель 7 от задающего генератора 8 (частота тока — ).

Я

Выходящее из монохроматора излуч 2

1190241

« 2=О, 2и

Х-"

Заказ 6971/45

Подписное

ВНИИПИ

Тираж 896 качестве модуль типа МГ-30. Обтюратор 2 модулирует излучение с частотой F 91 Гц. Сигнал, снимаемый с фотоприемника, подается на селективный микровольтметр типа В6-2.,: настроенный на частоту 91 Гц.

Эксперимент проводится на образце твердого раствора Col x H TP с неопределеннык составом (паспортное значение x 0,2) . Образец имеет площадь 1 см и толщину 0,6 мм, его плоские грани оптически отполированы. Образец 9 помещается в специальную тонкостенную медную камеру, что обеспечивает

его равномерный нагрев. Датчиком температуры. образца служит.термопара 16 медь-константан. В качестве источника 8 мадулирующих напряжений выступает отечественный генератор сигналов специальной формы

Гб-26 с последующим. транзисторным усилителем мощности. Частота тока, питающего печь 10 сопротивления и электромагнит 5, выбрана равной

10 Гц (что соответствует и = 2»10 з Гц) ° При такой частоте модуляции роль детектора 14 и измерителя 15 выполняет цифровой вольтметр В7-23. Измерение амплитуды колебания температуры образца осуществпяяется также на основе приборов постоянного тока (микровольтметр

В2-15 в сочетании с потенциометром

Р306 в качестве компенсатора). Аттенюатором. служит магазин сопротивлений РЗЗ. Толщина образца 8 состав" ляет 68011 мкм. Энергия кванта соответствующая наибольшей крутизне кривой пропускания, имеет величину

0,171+0,002 эВ. Амплитуда модуляции температурыл Гк образца в точке. компенсации составляет 16,82+0,02 К, а амплитуда модуляции энергии кван1О тов dh4< зондирующего излучения в точке компенсации — (3,91+0,01) х10 5 эВ.

Фазовый множитель ОФТ Ч )

f5 -+1

3 eos(Чт- Ч ) I

Полагая, что г = 2,1 10 эВ/К, и используя соотношение. (4), полу чаем

20 ДИ% СЮВРт-VV) 25 Абсолютная ошибка, определения состава д"() при этом не превышает

0,006. Следовательно, x = 0,226 +

+ 0,006.

Основной вклад в погрешность

ЗО полученного результата вносит член,. связанный с неопределенностью величины (Х). Если иметь эмпирическую зависимость величины у от состава, то, подставив ее в выражение (4), можно существенно увеличить точность результатов, полученных с помощью данной методики.

Филиал Kill "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4