Способ локального определения концентрации окрашивающей примеси в кристаллах

Способ локального определения концентрации окрашивающей примеси в кристаллах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистическмк республик

< >872976 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.01. 80 (21) 2863032/18-25 с присоединением заявки М (23)Приоритет

Опубликовано 15.10.81 Бюллетень Фв 38

Дата опубликования описания 15.10.81 (5l)at. Кл .

G 01 J I/52

G 01 И 23/02

Эаулврстваавй кюмятвт

ВСТР.ве лвлаи вмвретевкк н открытки (53) УДК 535.242-,, .2(088.8) (72) Авторы изобретения

А.Н.Белая, Е.P.Äîáðîâèíñêàÿ и,:Л.А.Литвинов

1 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ОКРАШИВАЮЩЕЙ ПРИМЕСИ В КРИСТАЛЛАХ

Изобретение относится к способам определения концентрации примеси в кристаллических материалах и может найти применение в химической промышленности при контроле процессов выращивания монокристаллов, содержащих окрашивающие примеси, и для определения концентрации примесей в гото" вых изделиях.

Известны способы определения концентрации примесей в кристаллах, которые условно можно разбить на две группы; К первой группе относятся способы определения концентрации окрашивающей примеси, изоморфно входящей в узел кристаллической решетки, ко второй — способы определения суммарной концентрации примеси, входящей как в узлы кристаллической решет" ки, так и находящейся вне их.

Известен способ первой группы (оптический), заключающийся в том, что концентрацию примеси определяют по интенеивности поглощения в максиму"

2 ме полосы. При йтом концентрацию примеси определяют в большом объеме кри- / сталла. Например, о концентраций изоморфного хрома в кристалле рубина судят по интенсивности поглощения в максимуме полос ы U обыкновенной волны 555 нм. Измерения обычно проводят на спектрофотоиетрах СФ-4 или СФ-8.

Для измерения необходимы плоскопараллельные образцы $1 ).

Недостатками этого способа являются отсутствие возможности локального определения концентрации примеси, так как локальность определения не

15 может быть меньше 1 мм, что обусловлено недостаточной чувствительностью, прибора, необходимость изготовления образцов определенной конфигурации с помощью сложной механической обработки. Кроме того, если образец вырезан под углом к оптической оси кристалла или параллельно ей, то для измерения поглощения обыкновен872976

3 ной волны необходимо пользоваться поляризованным светом.

Известен способ второй группы (способ эмиссионного спектрального анализа), пбзволяющий определить суммарную концентрацию примеси в объеме кристалла и заключающийся в том, что измеряют интенсивность излучения атомных линий при возбуждении спектров в дуговом источнике. Способ осуще„"твляется с помощью спектрографа

ИСП-28 и генератора ДГ-2 (23, Недостатками этого способа являются разрушение образца (т,е. это способ разрушающего контроля) и отсутствие возможности локального определения концентрации примеси.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ микрорентгеноспектрального определения суммарной концентрации примеси.

Этот способ локального определения концентрации примеси заключается в том, что на малый объем исследуемой поверхности, выбранной с помощью оптического микроскопа, направляют сфокусированный пучок электронов (электронный зонд) . Под влиянием электронной бомбардировки облучаемый микрообъем диаметром 2-5 мкм дает характеристическое рентгеновское излучение, позволяющее получить информацию о суммарной концентрации исследуемой примеси при сопоставлении с характеристическим излучением эталонного образца. Для определения распределения концентрации примеси в различных точках образца применяют сканирование.

Исследование проводят с помощью приборов, например, типа NAP,(СССР), JXA (Япония), Сameca (Франция}. Размер исследуемого кристалла не может быть более 15 15 мм, что обусловлено размером камеры, в которую помещают излучаемий образец. Оборудование обслуживает высококвалифицированный персонал. Для размещения прибора необходимо помещение площадью не менее

15 м . Точность определения локальной концентрации примеси 15Х Г33 .

Недостатками этого способа являются необходимость использования дорогостоящего оборудования, слож.ного в эксплуатации, размеры образцов для исследования не могут превы- ss вать 15х15 мм. Кроме того, работы проводятся с рентненовским излучением .

В связи с необходимостью получения оптически однородных монокристаллов уже недостаточно иметь информацию только о суммарной концентрации примеси или о концентрации примеси, изоморфно замещающей узлы кристаллической решетки. Необходимо знать ту или другую величину, причем нужна информация не об общем содержании примеси, а о ее локальном:распределении.

Цель изобретения — упрощение процесса и одновременное определение суммарной концентрации примеси и концентрации примеси, иэоморфно входя-. щей в кристалл.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу локального определения концентрации окрашивающей примеси в кристаллах, включающему сканирование образца, о концентрации судят по относительной интенсивности почерненияД,1/0 фотопленки, получаемой экспонированием образца в отраженном свете в оптическом микроскопе, при этом величину концентрации

С определяют, исходя из зависимости

891/191о=Г(с), где J — интенсивность почернения исследуемого образца ,10 — интенсивность почернения нулевого образца.

На чертеже представлен график градуировочной зависимости 193 /Lgdq =

=f(c) .

Способ осуществляется следующим образом.

Образец, концентрацию окрашивающей примеси в котором необходмо определить, и контрольный .образец, не содержащий примеси (нулевой образец), фотографируют на отражение на одной пленке с помощью оптического микро1 скопа. На эту..же пленку впечатывают стандартный ослабитель, пленка промывается и закрепляется. Затем эту пленку сканируют и фотометрируют. Зная табличные данные интенсивности почернения ступеней ослабителя, прежде всего строят характеристическую кривую для данного ослабителя, а затем полученное значение почернения в отдельных точках исследуемоге и нулевого образца пересчитывают по характеристической кривой и определяют значение логарифмов интенсивности нулевого 1ф 0 и исследуемого образца Eg .

Зная отношени kgb/191 0 и предварительно построив градуировочную кривую

gg J / tg J > =f (с) для образцов с извествеличину отношения tg3/ @о для образцов с известной концентрацией как суммарного хрома, так и хрома, изоморфно входящего в кристалл, строят градуировочную зависимость tg3/ggJo=, =f (c) см. черт. Для определения концентрации хрома в исследуемом образце проводят те же операции, что и при построении градуировочной кривой.

<о Исследуемый образец и нулевой образец одновременно фотографируют на микроскопе МИМ-7 на отражение. На эту же . пленку впечатывают стандартный ослабитель, пленку проявляют, закрепляют, фотометрируют ео сканированием на микрофотометре МФ-4. Строят характе-. :. ристическую кривую для стандартного ослабителя и по ней, зная величину почернения пленки для исследуемого и нулевого образца, определяют 1ф и

LgJg в каждой точке. В данном случае для исследуемого образца 193=*1,32, а отношение 3g3/а@о =0,84 суммарная концентрация хрома 6 ° 10 7, концентрация хрома; изоморфно входящего в исследуемый кристалл, равна 4 10 Х.

Зная величину С в различных участках. кристалла, получают информацию о распределении хрома по объему всего

Зо кристалла

Пример 2. Определение концентрации железа в монокристаллах рутила. Проводятся те же самые .one"", .рации, что и при осуществлении примера 1. Строят градуировочную кривую

gg3=)gJo=f(c). По ней, зная в каждой точке почернение фтопленки для исследуемого и нулевого образца и построив предварительно характеристическую кри" вую для стандартного ослабителя, опре40 деляют отношение логарифмов интенсив" ности исследуемого и нулевого образца.

По градуировочной кривой определяют концентрацию железа в исследуемом образце рутила. Аналогично можно:-постро45 ить градуировочную кривую для определения никеля в окиси алюминия, иттрия в алюмоиттриевом гранате, хрома в алю" момагниевой шпинеди и т.д.

В таблице иредставлены сравнительно ные характеристики предлагаемого оп. тического и микрорентгеноспектрального способов.

Из таблицы следует, что стоимость оборудования, необходимого для осуществления предлагаемого способа, в 50 раз меньше, чем для осуществле-. ния микрорентгеноспектрального,:требу5 872976 6 ной концентрацией примеси, определяют концентрацию примеси в исследуемом образце ° Одновременное фотографирование исследуемого, нулевого образца и стандартного ослабителя, а затем проявление и закрепление фотопленки, позволяют избежать ошибки, связанной с условиями экспонирования и обработки фотопленки. Условия съемки подбираются таким образом, что почернение образцов соответствует линейному участку характеристической кривой. Если имеется пропорциональность между концентрацией примеси изоморфно замещающей узлы кристаллической решетки и не входящей в них, то по градуировочной кривой определяется суммарная кон центрация примеси и концентрация при-. меси, изоморфно входящей в кристалл.

Предлагаемый способ прост в исполнении, состоит фактически из двух простых операций: фотографирования выбранного участка поверхности образц и последукицего фотометрирования фотопленки, не требует специального сложного дорогостоящего оборудования, нет необходимости работать с рентгеновским излучением, позволяет одновре менно определять суммарную концентрацию примеси и,примеси, изоморфно входящей в кристалл. Локальность опреде ления концентрации примеси мкм.

Ошибка определения концентрации не превышает 153.

Пример 1. Определение распре деления концентрации хрома в монокристаллах рубина. Прежде всего строят градуировочную кривую. Для этого берут набор образцов с известной, в значительной мере отличающейся концентрацией примеси. Каждый из этих образцов одновременно с образцом, не содержащим. хрома (нулевым образцом) > фотографируют на отражение на оптическом микроскопе MHM-7 при увеличении х 70-200. На эту же пленку впечатывают стандартный ослабитель.

Время экспонирования при впечатывании стандратного ослабителя такое же, как и при экспонировании образцов. Пленку проявляют, закрепляют, затем фотометрируют со сканированием на микрофотометре МФ-4. Строят. характеристическую кривую для стан» дартного ослабителя и по ней; вная величину почернения фотопленки в месте, где сфотографирован образец с хромом и нулевой образец, определяют величины kgJ u Eg Jo. Зная

872976

Оптический

Спектрофотометр СФ-4, СФ-8

4500

Микроскоп

МИМ-7, микрофотометр МФ-.4

Предлагаемый

8!О

Формула изобретения

C fe ется в 7 раз меньшая площадь и предлагаемый способ позволяет определить суммарную концентрацию примеси и концентрацию изоморфнб замещающей примеси, причем локально. Предлагаемый способ широко применяется для опредеМикрорентгено- Микроанализаспектральный тор МАР-2

Способ локального определения концентрации окрашивающей примеси в кристаллах, включающий сканирование образца, отличающийся тем,.что, с целью упрощения процесса и одновременного определения суммарной концетрации примеси и концентрации примеси, изоморфно входящей в кристалл, о концентрации примеси судят .по относительной интенсивности почернения 493/1фб фотопленки, получаемой экспонированием образца в отраженном свете в оптическом микроскопе, при этом величину концентрации

C определяют, исходят из зависимости пения локальных концентраций окрашивающих примесей, для решения вопроса о неоднородности распределения этих примесей в выращиваемых кристаллах, позволяет проводить локальный

Определяется средняя концентрация примеси, изоморфно входящей в кристалл

Определяется локально

40000 суммарная концентрация примеси

Определяется локально суммарная концентрация примеси и концентрация примеси, изоморфно входящей в кристалл

В в =f (с) где — интенсивность

6Юо почернения исследуемого образца, 30 I — интенсивность почернения нулевого образца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Рубин и сапфир. Под ред. Л.М.Беляева. М., "Наука", 1974, с. 100.

2. Несанелис М.З. и др. СпектроФ графическое определение примесей в тугоплавких материалах. — "Монокристаллы и техника", ВНИИМ, Харьков, 4 1971, вып ° 5, с. !34-140 °

3. Боровский И.Б. и др. Локальные методы анализа материалов, М., "Металлургия", 1973, с. 109-111 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 9012/61

Тираж 910 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород.ул.Проектная,4