Способ определения параметров диффузии в твердых телах

Способ определения параметров диффузии в твердых телах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

((() 797341

О П

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

Сок)з Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.07.79 (21) 2801583/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.09.82. Бюллетень ¹ 34 (45) Дата опубликования описания 15.09,82. (51) М. Кл з

G 01N 13/00

Государственный комитет (53) УДК 621.382 (088.8) по делам изобретении и открытий (72) Автор изобретения

В. Ф. Реутов

Институт ядерной физики АН Казахской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИФФУЗИИ

В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ

Изобретение относится к области исследования физических свойств веществ и может быть использовано для контроля параметров диффузии в твердых телах.

Известен способ определения параметров 5 диффузии в твердых телах, основанный на послойном снятии слоев и измерении их радиоактивности (1).

Недостатком этого способа является его сложность, обусловленная необходимостью 1() внедрения радиоактивного диффузанта и повторения измерений после каждого снятия слоя.

Известен также способ определения параметров диффузии в твердых телах, осно- 15 ванный на бомбардировке образца ионами диффундирующего элемента и последуюш,ем отжиге,(2).

Недостатком этого способа является его сложность, обусловленная необходимостью 20 последовательного снятия тонких слоев заданной толщины. Кроме этого, такой способ имеет узкую облаеть применения, так как не все вещества имеют долгоживущие радиоактивные изотопы. 25

Целью изобретения является упрощение способа и расширение области его применения.

Цель достигается тем, что при бомбардировке ионами часть бомбардируемой по- з() верхности образца закрывают пластиной известной толщины из того же материала, что и исследуемый образец, в процессе отжига изменяют время между появлением на участках поверхности атомов диффундирующего вещества и определяют расчетным путем параметры диффузии.

Способ поясняется чертежом, где приведена схема облучения образца.

Бомбардирующие ионы, прошедшие через отверстие коллиматора 1, потеряв долю энергии при прохождении через пластину 2 известной толщины, внедряются в образец 3 и образуют зону 4, насыщенную атомами диффузанта. Ионы, прошедшие через другое отверстие коллиматора 1, внедряются непосредственно в образец, образуя другую зону 5 легирования, отстоящую от зоны 4 вдоль движения бомбардирующего пучка на расстояние, точно соответствующее толщине поглощающего фильтра 2.

При одинаковой плотности моноэнергетического пучка бомбардирующих частиц размер зон 4 и 5 легирования, а также концентрация легирующего элемента и их распределение по ширине зон полностью эквивалентны. Это предопределяет адекватные условия одновременной генерации

79734! в объем образца из этих зон легирования диффундирующего элемента.

В процессе диффузионного отжига внедренные атомы мигрируют из зоны легирования к поверхностям образца, и их появление можно зарегистрировать каким-либо способом (Оже-спектроскопией; массспектрометрией, регистрацией тока вторичных ионов диффундирующего элемента и т. п.) При этом первые атомы продиффун- 1 дировавшего вещества появятся на регистрируемой поверхности против близлежащей к ней зоны. Регистрация их является началом отчета времени миграции диффундирующих атомов из более удаленной зоны легирования, которым еще необходимо пройти путь, равный толщине поглощающего фильтра. С появлением того же количества продиффундировавшего элемента на регистрируемой поверхности образца против другой более удаленной от нее зоны фиксируют конец отсчета времени. Таким образом, зная время миграции, за которое диффундирующее вещество проходит путь в материале образца, равный известной толщине поглощающего фильтра, легко рассчитать все соответствующие параметры диффузии. Измерения, проводимые на поверхности со стороны входа бомбардирующих ионов, характеризуют параметры диффузии внедренных атомов через радиационно поврежденный объем образца, в то время как с противоположной поверхности — параметры диффузии через неповрежденный объем образца. Сравнение этих результатов позволит делать вывод о роли радиационных нарушений в изменении диффузионных параметров.

Толщину образца и поглощающего фильтра выбирают, исходя из длины про- 4 бега бомбардирующих ионов в исследуемом материале и времени, необходимого для перемещения образца с целью поочередной регистрации появления продиффундировавших атомов к участкам поверхности образца против близлежащей и удаленной зон легирования.

Пример. Ниобий бомбардировался ионами железа с энергией 280 МэВ, и при толщине фильтра 10 мкм время между появлением определенных количеств продиффундированных ионов железа составляет 100 с. При этом коэффициент диффузии 10 — см с. Диаметр отверстий коллиматора, т. е. площадь облучения образца, выбирают в соответствии с чувствительностью метода регистрации, а также возможностью регистрации на поверхности твердых тел малых количеств продиффундированного элемента. Поглощающий фильтр изготавливают из материала образца.

Использование предлагаемого способа определения параметров диффузии обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества; возможность изучения параметров диффузии практически любых элементов в различных твердых телах, поскольку в настоящее время возможно ускорение любых ионов и существуют надежные методы их регистрации на поверхности образца; полное исключение сложной и трудоемкой методики прецезионного снятия тонких слоев; в десятки раз сокращается время проведения эксперимента, которое определяется и варьируется изменением расстояния между зонами легирования, т. е. толщиной фильтра; надежное поддержание температуры диффузионного отжига в связи с небольшим его временем, а следовательно, сведение к минимуму вклада в ошибку определения параметров диффузии непостоянства температуры; возможность непосредственного определения на одном образце различия в диффузионных параметрах элемента, мигрирующего через радиационно поврежденный и неповрежденный объем материала.

Формула изобретения

Способ определения параметров диффузии в твердых телах, основанный на бомбардировке образца ионами диффундирующего элемента и последующем отжиге, отличающийсяя тем, что, с целью упрощения и расширения области применения способа, при бомбардировке ионами часть бомбардируемой поверхности образца закрывают пластиной известной толщины из того же материала, что и исследуемый образец, в процессе отжига измеряют время между появлением на участках поверхности атомов диффундирующего вещества и определяют расчетным путем параметры диффузии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шиняев А. Я. Диффузионные процессы в сплавах. М., «Наука», 1975, с. 47.

2. Rickers G., Sorensen G. Phys. Statis

Solicli. 32, 597, 1969 (прототип).

797341

Составитель Л. Смирнов

Техред А. Камышникова

Корректор Е. Михеева

Редактор E. Месропова

Твпография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1441/3 Изд. № 217 Тираж 883 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам .изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5