Способ определения диффузионных констант в кристаллических телах с примесной неоднородностью Советский патент 1990 года по МПК G01N13/00 

i

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к способам определения параметров диффузии, и может быть использовано для определения диффузионных констант в различных областях материаловедения и физики твердого тела.

Цель изобретения - упрощение способа путем исключения необходимости нагрева образца до разных температур.

На фиг.1 изображено распределение температуры по длине образца в градиентной тепловой зоне; на фиг.2 - исходное распределение примеси хрома по длине образца оксида-алюминия до нагрева; на фиг.З - распределение примеси хрома по длине образца после выдержки в градиентной тепловой зоне; на фиг.1 - температурная зависимость коэффициента диффузии хрома в оксиде алюминия.

Пример. В качестве исходного образца служила монокристаллическая пластинка оксида алюминия размером 10 х 2 х 30 мм, вырезанная из монокристаллической були, выращенной методом Вернейля со средней концентрацией хрома мас.%.

Распределение концентрации диффундирующей примеси в этом образце исх следовалось известным способом, coi ласно которому образец,- распределение концентрации примеси в котором необходимо определить, и нулевой образец, не содержащий примеси, фото- ,графируют на отражении на одной пленке На эту же пленку впечатывают стандартный ослабитель. Для того, чтобы измеренное распределение почернения на пленке соответствовало распределению концентрации примеси на образце, выдержку подбирают с помощью ступенчэС71

Ј

00

sl

о со

315

того ослабителя. Она должна быть такой, чтобы оптическая плотность в максимуме и минимуме примесной полосы

соответствовала прямолинейному участку характеристической кривой I f(S) где I - интенсиЁность излучения; S - почернение.

По данным фотометриоования пленки определяют отношение lg I/I0, являю- щееся функцией концентрации С , где I - интенсивность света, прошедшего через фотопленку, снятую с исследуемого образца; 10 - интенсивность света, прошедшего через фотопленку от образца, не содержащего примеси. На фиг.2 показано распределение lg I/I0 в отдельных областях, т.е. дана картина распределения концентрации диффундирующей примеси в различных точках исходного образца. Затем образец помещали в высокочастотную печь типа Кристалл-бОб, тепловая зона которой характеризовалась распределением температуры, представленным на фиг.1 Температуру печи поднимали до расплавления одного торца образца (2050°С). Образец выдерживали при даном распределении температуры в течение 10 ч, после чего снижали темпе- ратуру со скоростью 350 град/ч. Зате повторно указанным способом исследовали распределение примеси в образце (фиг.З).

Имея в одних и тех же точках образца картину распределения примеси до отжига и после и зная время проведения диффузионного отжига t, a также температуру отжига данного участка кристалла, можно определить величину коэффициента диффузии при дан ной температуре. Для этого измеряется полуширина примесной полосы после отжига d и до &d,, разность этих величин, возведенная в квадрат и деленная на h t, дает величину коэффициента диффузии

,

D

(1)

Ud .d,)2

St.

Определив величину D в пяти точках интервала температур от предварительных 2050 до 1800°С, строят температурную зависимость D(T) (фиг.0. По тангенсу угла наклона определяют энергию активации процесса диффузии Q, а по отрезку, отсекаемому этой прямой на оси ординат,- величину пред- экспоненциального множителя Dn

т.е.

D БЛ

Q/кт

(2)

Диффузионные константы для диффузии хрома в оксиде алюминия, измеренные предлагаемым способом, равны

D it КГ см2/с, Q 3,5 эВ.

JQ ,

20 Формула изобретения

25

JQ ,

35

40

45

Способ определения диффузионных констант в кристаллических телах с примесной неоднородностью, заключающийся в нагреве образца, выдержке образца в нагретом состоянии, последующем охлаждении образца до комнатной температуры, измерении распределения концентрации диффундирующей примеси в образце и расчете диффузионных констант, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа путем исключения необходимости нагрева образца до разных температур, предварительно измеряют исходное распределение концентрации примеси по длине образца, выдержку образца в нагретом состоянии осуществляют в градиентной тепловой зоне с подплавлением одного из торцов образца, а расчет диффузионных констант проводят по изменению распределения концентрации примеси по длине образца в результате выдержки в нагретом состоянии с учетом измеренного распределения температуры по длине образца в градиентной тепловой зоне.

I

..,-:.;- : ..x.4av:i,-;s:.

W

..V.%-..-V -S--- -: -VvV- 4.:Mi.a

I

VvT

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения параметров диффузии примеси в твердых телах с примесной неородностью в материаловедении и физики твердого тела. Целью изобретения является упрощение способа путем исключения необходимости выдержки образца при различных температурах. Для этого образец выдерживают в градиентном тепловом поле, измеряют изменение распределения концентрации примеси по длине образца, по которому рассчитывают энергию активации диффузии и предэкспоненциальный множитель. 4 ил.

СП

о

Г-оо

8

s

s

1

11

§

... -A tSA

bi.vVt &Z- t - ..

8

..i-hv.. ft.

8

§ в

y; W. 4.i Я&УА ЧЗ: ,.1

4j

I

.

..|«..%J

«

I

55

y. .:: t: Is .w -Лс аа9«Ш«.Т

&

Л-ЯЧ -Г 1и ЧЛ-е

-i

I

O OQ

Г §

© ел eo r

эъ

ЦЗ Ю

0,44 U45 0,46 0,47

,град

ФигМ

woo

-1

,град

woo

-1