СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И МОМЕНТА НАЧАЛА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ РАСТВОРА-РАСПЛАВА Советский патент 1996 года по МПК G01N25/02 

Изобретение относится к физико-химическому анализу, а именно к способам определения температуры и момента начала кристаллизации раствора-расплава. Оно является усовершенствованием известного способа.

Целью дополнительного изобретения является повышение точности определения момента начала кристаллизации раствора-расплава.

П р и м е р 1. Производят определение температуры раствора-расплава As в Ga. Для этого берут чистый Ga весом Р 500 мг и подложку монокристаллического GaAs размером 10 х 50 мм² и размещают их в графитовой кассете изолированно друг от друга. Подложку размещают в специально предназначенном гнезде графитового слайдера так, чтобы при перемещении ее в сторону ячейки она двигалась бы вдоль длинной стороны (50 мм). Ga помещают в ячейку, имеющую длину 1 мм в направлении перемещения и ширину 5 мм в перпендикулярном направлении. Всю систему нагревают при помощи печи сопротивления в кварцевом реакторе в атмосфере водорода до начальной температуре T_о 1000^oC. Затем начинают охлаждать систему со скоростью V_охл 0,7^oC/c и одновременно перемещают раствор-расплав по поверхности подложки-кристалла GaAs со скоростью V_x 0,1 мм/c. После охлаждения до комнатной температуры подложку вынимают из реактора и изучают профиль ее поверхности под микроскопом МИИ-4. В силу того, что ширина раствора-расплава меньше ширины подложки, профиль травления имеет вид канавки переменной вдоль направления движения глубины, которая определяется как перепад высот у края канавки. В ряде экспериментов было установлено, что в пределах погрешности измерений микроскопа глубина травления постоянна по ширине и меняется линейно по длине канавки от максимальной у края подложки до нулей в точке перехода травления в кристаллизацию. Тогда объем V растворившегося GaAs можно найти по формуле
V a•b•c/2, (1)
где а ширина канавки, мм;
b расстояние от края подложки до точки перехода травления в кристаллизацию, мм;
c глубина канавки у края подложки, мм.

Величины а и b измеряют по шкале лимба микроскопа с точностью ± 0,1 мм, а величину с определяют, изучая интерференционную картину на поверхности подложки с точностью ± 0,2 мкм.

В данном случае а 5 мм, b 42,5 мм, с 8,8 х 10^-3 мм, следовательно, V 0,94 мм³.

Затем определяют вес Р растворившейся части по формуле
P = ρ×V, (2)
где ρ плотность GaAs,
ρ = 5,4 г/см³= 5,4 мг/мм³,
P 5,4 x 0,94 5,05 мг,
и пересчитывают его в концентрацию As по формуле
XlAs

X'/(1 + 2 x X'), (3)
X' (P/P_Ga) x (A_Ga/M_GaAs) (4)
P_Ga исходный вес Ga, P_Ga 500 мг, A_Ga атомный вес Ga, A_Ga 69,72, M_GaAs молекулярный вес GaAs, M_GaAs 144,69.

5,05 x 69,72/(500 x 144,64) 4,9 x 10^-3 отн. ед.

X_As 4,9 x 10^-3/(1 + 2 x 4,9 x 10^-3) 4,8 x 10^-3 ат. дол.

По фазовой диаграмме определяют температуру Т 680^oC. Эта температура равна температуре раствора-расплава в момент времени, определяемый по формуле
t b/V_x 425 c (5)
Как видно из формул (1 4), точность определения температуры определяется точностью измерения величин a, b и с. Можно считать, что относительная погрешность концентрации равна сумме относительных погрешностей величин а, b и с. В данном случае

Тогда относительная погрешность δX^l измерения концентрации δX^l = 0,04,, а абсолютная погрешность ΔX^l= δX^l•X^l= 0,2•10^-3 ат. дол. При температуре Т 680^oC отклонение в концен- к ошибке в определении температуры ±3^oC. Таким образом, через t 425±1 c после начала охлаждения температура раствора-расплава равняется Т 680±3^oC.

После этого повторно определяют момент начала кристаллизации. Для этого в расплав Ga весом P_Ga 500 мг вводят GaAs в количестве P_GaAs 5,05 мг. Затем повторяют все операции, необходимые для определения момента начала кристаллизации. Но перемещение раствора-расплава по поверхности кристалла GaAs начинают в момент времени t_y 425 1 c после начала охлаждения, так как Δt = ±ΔL/V_x±0,1/0,1 = 1c, и производят его со скоростью
(6)
Измеренное с точностью ± 0,1 мм расстояние b 20 мм. Тогда момент начала кристаллизации будет
t t_y + b/V_x' 424 + 20/25 424,8 c (7)
Точность его определения составляет
Δt = 0,1/25 = 4×10^-3c
П р и м е р 2. Производят определение температуры раствора-расплава фосфора в галлии. Для этого берут такое же количество Ga (P_Ga 500 мг), как и примере N 1. В качестве подложки берут кристалл GaP размером 10 х 50 мм². Далее производят те же действия, что и в примере 1. При начальной температуре Т₀ 1000^oC устанавливают скорость охлаждения V_охл 0,15^oC/c и скорость перемещения V_x 0,002 мм/с. После измерения величин а, b и с получаем
a 5 мм
b 3,3 мм
c 13,3 x 10^-3 мм
Температуру рассчитывают по формулам (1 5), используя следующие параметры:
ρ_Gap= 4,13 мг/мм³,,
A_Ga 69,72,
M_GaP 100,69,
и получают, что через время t 1650±50 c после начала охлаждения температура раствора-расплава равнялась Т 715 ±3^oC.

Повторно определяют момент начала кристаллизации. Для этого в расплав Ga весом 500 мг вводят GaP весом 0,46 мг. До момента начала перемещения производят все действия аналогично описанным выше. В момент времени t_y 1600 c начинают перемещение со скоростью V_x 0,1 мм/с. Измеренное с точностью ±0,1 мм расстояние b 36 мм. Кристаллизация началась в момент времени t 1600 + 72 1672 c. Точность определения при этом составляет Δt = 0,1/0,1=1 c.

Изобретение относится к физико-химическому анализу, а именно к способам определения температуры и момента начала кристаллизации раствора-расплава. Целью изобретения является повышение точности определения момента начала кристаллизации раствора-расплава. Расплав элемента III группы охлаждают и одновременно перемещают по поверхности кристалла A^IIIB^V c постоянной скоростью V_x. Фиксируют расстояние от края подложки до точки перехода растворения кристалла в кристаллизацию раствора-расплава и определяют количество растворившегося кристалла A^IIIB^V. По равновесной фазовой диаграмме определяют температуру Т кристаллизации раствора-расплава, а момент t_о начала кристаллизации рассчитывают, исходя из скорости V_x и длины растворенной поверхности кристалла A^IIIB^V. Проводят повторное измерение, для этого в расплав элемента III группы вводят добавки соединения A^IIIB^V достаточное для образования насыщенного раствора-расплава при температуре Т. Повторно со скоростью V_x<V1x

≅L/2Δt, где L - длина кристалла A^IIIB^V в направлении перемещения, Δt - точность определения момента кристаллизации, перемещают раствор-расплав по поверхности кристалла, начиная с момента времени t_y= t₀-Δt.. При этом момент начала кристаллизации определяют из соотношения , где L' - расстояние от начала кристалла до границы области перехода от растворения до кристаллизации при повторном перемещении раствора-расплава, Δt - точность определения момента начала кристаллизации при повторном измерении.

Способ определения температуры и момента начала кристаллизации раствора-расплава по авт. св. N 1543319, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения момента начала кристаллизации раствора-расплава, после первоначального определения момента начала кристаллизации в расплав элемента III группы вводят дополнительное количество соединения A^IIIB^V для образования насыщенного раствора-расплава при температуре начала кристаллизации раствора-расплава, повторно перемещают раствор-расплав по поверхности кристалла A^IIIB^V со скоростью , где V_x и V'_x скорости перемещения раствора-расплава при первоначальном и повторном измерениях соответственно; L длина кристалла в направлении перемещения; Δt точность определения момента начала кристаллизации при первоначальном измерении, причем перемещение начинают в момент t_y= t_o-Δt, где t₀ момент начала кристаллизации, определенный при первоначальном измерении, а момент начала кристаллизации при повторном измерении определяют из соотношения где L' расстояние от начала кристалла до границы области перехода от растворения до кристаллизации при повторном перемещении раствора-расплава, Δt′ точность определения момента начала кристаллизации при повторном измерении.