Способ определения температуры кристалла при импульсном нагреве Советский патент 1983 года по МПК G01J5/50 

Изобретение относится к измерению температур, а именно к измерениям температур кристаллических твердых тел при импульсном нагрев и может быть использовано для измерения температуры при лазерных методах обработки кристаллов.

Известен способ определения температуры кристалла при импульсном, нагреве путем измерения спектрального распределения интенсивности излучения нагретого тела 1.

Наиболее близким к изобретению является способ определения температуры кристалла при импульсном нагреве путем регистрации изменения температуро-зависимого параметра кристалла под действием импульсного нагрева и сравнения с зависимостью изменения этого параметра при непрерывном нагреве 2

В этом способе ia кристалл воздействуют нагревающим импульсом излучения и во время действия нагревающего импульса излучения снимают спектр теплового излучения этого образца. Для этого тепловое излучение пропускают через спектрометр, настроенный на определенную длину волны, и регистрируют интенсивность излучения на этой длине волны с помощью высокочувствительного фотоприем-,

ника с временным разрешением Таким способом измеряется интенсивность теплового излучения на данной длине волны. После этог перестраивают спектромсггр ка новую длину волны, noBTopfo облучают образец идентичным иг дпульсом излучения и внозь измеряют интенсивность теплового излучения на новой длине волны. Повторяя эту операцию несколько раз на разных длинах золн, полу-1ают кривую зависимости распределения интенсивности теплового излу гения от длины волны (спектр теплового излучения ). Знание спектра позволяет определить температуру обра.зца при импульсном нагреве путем сравнения с кривой Планка для теплового излучения черного тела при разных температурах .

.Недостатком известных способов является то, что процесс измерения температуры требует многократного воздействия на кристалл, что существенно удлиняет время измерения и увеличивает трудоемкость. Кроме того, из-за невозможности обеспечить идентичность нагрева образца в условиях нестабильности импульса излучения от вспышки к вспьшже значительно ухудшается точность и воспроизводигЮсть измеремой тeг 1пepaтypы.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения температуры кристаллгн при импульсном нагреве путем регистрации изменения температурно-зависимого параметра кристалла под действием импульсного нагрева и сравнения с зависимостью изменения этого параметра при непрерывном нагреве кристалл облучают пучком электронов с энергией 30-150 кэВ и регистрируют изменение интенсивности одного из рефлексов электронно-дифракционной картины на отражение.

На фиг. 1 дана схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг, 2 приведен график зависимости интенсивности рефлекса 620 от температуры для монокристалла кремния; нг фиг. 3 - осциллограмма ослабления интенсивно--. рефлекса 620 при импульсном чагреве.

Устройство для реализации способа содержит колонну электрографа 1, электроннуо пушку 2, смотровое огсно 3, отклоняющие катушки 4, откидной экран 5, ПОК.РЫТЫЙ люминофором, входную диафрагму 6 системы регистрации 7, лазер 8, систему синхронизации 9, осциллограф 10.

Способ реализуется следующим обра3ом.Ксследуелътй кристалл 11 помещаю3 колонну электронографа 1 и устанавливают в положение зеркального отрагкения под малым у.глом относительно пучка быстрых электронов, исходящих из злектронзой пушки 2,

Энергия электронов выбирается в интервале 30-150 кэ15. Верхний предел соответствует энергии электронов, при превышении которой уже наблюдается радиационное повреждение исследуемого кр.исталла, а нижний - энергии необходимой для получения достаточно яркой электрон нодифракционной картины.

Электроны проникаю вглубь кристалла на 100-150 Л, дифрагируют на его периодической атомной структуре и при выходе из кристалла интерферируют между собой. В результате на поверхнос.ти откидного экрана 5, покрытого люминофором, на фоне темного поля наблюдаются ярко освещенные участки (там, где выполнились условия Брэгга для интерферирующих пучков / - брэгговские максимумы .{рефлексы ).

Таким образом, на откидном экране 5 наблюдается картина дифракции быстрых электронов на отражение от поверхности исследуемого кристалла 11.

Вращением и наклоном исследуемого кристалла 11 относительно пучка электронов на откидном экране 5 получают по возможности более яркую дифракционную картину. Затем откидной экран 5 откидывается, и с помощью отклоняющих электронный пучок катушек 4 один из рефлексов заводит ся в диафрагму б системы регистрации 7. На выходе системы регистрации появляется сигнал: наблюдается отклонение луча регистрирующего осциллографа Ю.

Последующим термическим нагревом исследуемого кристалла 11 при помощ специальной приставки для нагрева получают тарировочный график зависимости интенсивности рефлекса от температуры кристалла.

С помощью систекял синхронизации 9 запуск осциллографа 10 производится одновременно с действием нагрева щего импульса.

Пример. При нагреве монокристалла кремния импульсным излучением регистрировалась интенсивность рефлекса 620. Из осциллограмм на фиг. 3 следует, что интенсивность рефлекса 620 снизилась до А/65% от интенсивности рефлекса при комнатной температуре в одном случае импульсного нагрева (кривая-12 и до Скривая 13/ в другом случае.,(Кривая 14 соответствует нулевому уровню сигнала ).

Из графика на фиг. 2 следует, что первому случаю нагрева соответствует температура кристалла

, а второму - 800°С.

Применение предлагаемого способа позволяет уменьшить время и трудоемкость процесса измерения температуры кристаллов при импульсном нагреве и повысить точность измерения по сравнению с известными способами .

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕ РАТУРЫ КРИСТАЛЛА ПРИ ИМПУЛЬСНОМ НАГРЕВЕ путем регистрации изменения температурно-зависимого параметра кристалла под действием импульсного нагрева и сравнения с зависимостью изменения этого параметра при непрерывном нагреве, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия определения, кристалл облучают пучком электронов с энергией 30-150 кэВ и регистрируют изменение интенсивности одного из рефлексов электронно-дифракционной картины на отражение. Фиг1