Способ определения состава твердых растворов Советский патент 1985 года по МПК G01N21/59 

I . Изобретение относится к области физических методов исследования состава веществ, конкретно к методам, в основе которых лежит анализ спектров оптического поглощения ис следуемого вещества. Целью изобретения является Повьппение точности определения твердых растворов. При осуществлении периодического изменения температуры образца, например, по закону (2иУ) (1) интенсивность света, прошедшего че рез образец, оказывается промодули рованиой по амплитуде с частотой Я Амплитуда колебаний интенсивности света 1 зависит от энергии квант зондирующего оптического излучения hV . 4Г максимальна в точке, где производная кривой 1 (Ь) достигае наибольшего значения. Обозначим это значение энергии квантов через Если одновременно с модуляцией температуры образца модулировать энергию квантов зондирующего излучения вблизи точки с частотой 51 )g-f4bA)Sin(S ti-4) , (i то временная зависимость интенсивности 1 будет определяться величи.нами амплитуд bi) йТ и разность фаз - 4. Если разность фаз выбрать таюой, чтобы колебания интен сивности, связанные с модуляцией температуры (термомодуляция), и колебания интенсивности, обусловле ные модуляцией энергии квантов ( А модуляция), оказались Вьг в противофазе, то, варьируя амплитуд ЛЬ-О , можно добиться взаимной компенсации термомодуляции и -м дуляции (под состоянием компенсаци подразумевается состояние, когда глубина модуляции результирующего сигнала равна О, и интенсивность и лучения, прошедшего через образец неизменна во времени). Условием противофазности указан ных колебаний, является cosCV), пр. cos()-i, np«iL oV 12 bos()Si. Зная характер зависимости коэффициента поглощения твердого раствора от его состава, а также вид спектральной и температурной зависимостей di , можно установить однозначное соответствие между веи веливеличинои отношения чиной разности фаз Y,-- {лt измеряемых в эксперименте в состоянии компенсации, и составом X твердого раствора. Это позволяет по величи г i) определять состав твердых растворов. Способ осуществляется следующим образом. Надо определить состав х пластины из твердого раствора х STi-y этого материала завимость o((h-V,Tj описывается соотношением Урбаха ot oin хр к - Е о.) / 6 )-j причем вблизи комнатной . температуры V(x)c: consiCx 1 200см () . где - константа, принимаю1цая различные значения в зависимости от технологии изготовления кристалла, 2Г(}- параметр, медленно меняющийся с составом X и не зависящий от технологии (при изменении х от 0,2 до IjO у меняется от 2,1 до 1,4 ), EJ (х,Г) - параметр, имеющий смысл запрещенной зоны и зависящий от состава, давления и температуры. В этом случае можно получить соотношение, устанавливающее однозначную связь между параметром Ь- , величиной разности фаз . и составом X )} ofbMfoirfOOCM - ТСх) Ь - ) , (2x)-Y(x)th5QOJ, где ol - толщина, см. Соотношение (4) указывает на возможность прямой калибровки из3мерительной установки, предназначенной для определения величин ЛЬл),. л . JL и t по составу твер dTv V дого раствора х. При этом абсолютная точность определения состава твердого раствора определяется той абсюлютной погрешностью, с которой может быть измерена величина-отношения --- Для модуляционных методик, рабо тающих на синусоидальном сигнале с некогерентными источниками излуч ния , минимально фиксируемые глуби/йГГ) соста ны модуляции ляют величину 10-. При такой ве личине , абсолютная погрешност Ч в измерении параметра превьшает 10 зВ/К, что соответст ет погрешности fn в определении со тава твердого раствора Те порядка 0,001. Если не прибегать к методу прямой калибровки, .а при определении состава по величине параметра ЛЫи использовать непосредстве но Соотношение (4), то необходимо ; знать зависимость г(х). В ли тературе данные только для двух точек : у(0,2} 2,1 и f(},0) 1,4-10- зВ/К Можно в качестве первого приближения линейно экстраполировать i((x по этим точкам на весь интервал X от О до 1.. Даже при такой грубой экстрапол ции погрешность в определении не-превысит 0,005. На чертеже показан пример измер тельной уртановки для нахождения ir- iвеличинОптическое излучение от осветителя 1 (5 источник света) прерывается с чacтotoй F обтюратором 2 после чего попадает на входную щел призменного монохроматора 3. Вращающееся зеркало 4;(О- ось вращени монохроматора управляется электромагнитом 5, синусоидальный ток в который поступает через аттенюатор 6 и фазовращатель 7 от задающего генератора 8 (частота тока - Выходящее из монохроматора излучр414ние 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 последнего усиливается резонансным усилителем 13, настроенным на частоту F . Детектор 14 выделяет сигнал на частоте SI , величина последнего измеряется резонансным вольтметром 15, настроенным на частоту S . 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 колебаНИИ температуры образца ДТ. с .помощью термопары 16 и микровольтметра 17. Вращая барабан длин волн монохроматора 3, подбирают такое значение энергии квантов зондирующего излучения Ьл)о , при котором амплитуда сигнала, измеряемого вольтметром 15, достигает наибольшей величины . С помощью выключателя 20 ток от генератора & через аттенюатор 6 и фазовращатель 7 подают в электромагнит 5. Манипулируя фазовращателем и аттенюатором, добиваются состояния компенсации, т.е. равенства нулю амплитуды сигнала, измеряемого вольтметром 15. Фиксируют по амперметру 18 величину тока J в электромагните 5 и по градуировочной таблице по значениям hNJg и J определяют амплитуду дЬд) . По шкале фаговращателя 7 определяют разность фаз у - Ч , вычисляют отношение и по величинам и U (. определяют состав твердого раствора аналогично описанному. Экспериментальная установка собрана на базе монохроматора ИКМ-1 (с призмой NaCI и зеркалом Литтрова). В качестве источника излучения использован осветитель от инфракрасного спектроиетра ИКС-12, причем источником света служит глобар. В

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.