Способ определения концентрации радиационных дефектов в полупроводниках и изоляторах Советский патент 1992 года по МПК G01N24/00 

Изобретение относится к исследованию материалов, в частности определению в них радиационных дефектов, и может найти применение в материаловедении для контроля чистоты кристаллов и в прикладной радиогеологии.

Известен способ определения концентрации радиационных дефектов в полупроводниках по измерению концентрации основных носителей заряда методом эффекта Холла.

Однако этот способ ограничен классом исследуемых веществ, так как применим только для материалов, обладающих остаточной проводимостью.

Наиболее близким является способ определения концентрации радиационных дефектов в полупроводниках и изоляторах на основе электронного парамагнитного резонанса, заключающийся в том, что образец материала помещают в магнитное поле, что вызывает в нем прецессию парамагнитных центров. Измеряют параметры, характеризующие прецессию парамагнитных

центров и определяют по их значениям концентрацию радиационных дефектов. Измеряемым параметром, характеризующим прецессию парамагнитных центров является доза поглощенной энергии электромагнитного поля, пропорциональная концентрации парамагнитной примеси в исследуемом образце.

Недостатком метода является невйз- можность определения в исследуемых образцах дефектов, не обладающих парамагнетизмом. Кроме того, способ работает при концентрации дефектов не менее 1014деф/см

Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение класса исследуемых веществ.

Указанная цель достигается тем, что образец помещают в постоянное магнитное поле, измеряют параметры, характеризующие прецессию парамагнитных центров, и по величине этих параметров определяют концентрацию дефектов, сравнивая с эталонным Образцом, при этом образец облучают пучком поляризованных положительно заряженных мюонов, снимают временной спектр позитронов от распада мюонов и в качестве параметров прецессии выбирают коэффициент асимметрии и скорость релаксации спина поглотившихся в образце моюнов на частоте прецессии свободного мюона и мюония, образовавшегося в процессе поглощения мюонов в образце.

На чертеже представлена блок-схема установки для осуществления способа.

Установка содержит мишень 1, изготовленную из исследуемого вещества и расположенную в центре установки. Регистрация событий осуществляется с помощью сцин- тилляционных счетчиков 2-6, коллиматоры 7 и 8 служат для формирования пучка на мишень, фильтр 9 выбирается из условия создания максимальной плотности остановок мюонов в исследуемой мишени. Кольца Гельмгольца 10 создают в области расположения мишени однородное магнитное поле, направление которого перпендикулярно направлению спина мюона.

Измерения на установке производятся следующим образом.

Пучок продольно поляризованных положительно заряженных мюонов тормозится и останавливается в мишени 1. Производится регистрация актов распада . Для каждого зарегистрированного акта распада измеряется интервал времени между остановкой //-мезона и вылетом позитрона распада в данном телесном угле и строится спектр или гистограмма событий Ne(t). Временная функция Ne+(t) зависит от типа состояния, в котором находится //-мезон, а также величины и направления внешнего магнитного поля. В перпендикулярном относительно направления спина мюона магнитном поле для состояний // функция

Ne (t) имеет вид

где No - множитель, определяемый суммарной статистикой эксперимента;

т 2,2 с - время жизни мюона;

Cj.C,,,, А,,Км- коэффициенты асимметрии и скорость релаксации спина // соответственно в состояниях// и Цц

(о/,, Q) круговая частота прецессии спина мюона в состояниях /л и ц.

й примернов 103 раза больше, чем (о что дает возможность экспериментального разграничения этих двух состояний. Как показывает эксперимент, параметры С, С,

Ауц , А зависят от материала образца и наличия в нем радиационных дефектов.

Пример. Мишень из исследуемого материала размером 80x80x15 мм3 помещают в постоянное магнитное поле величиной

160 Э, вектор напряженности которого перпендикулярен направлению пучка мезонов. Интенсивность // мезонного пучка синхроциклотрона составляет 2-104///с. Интегральная величина числа //мезонов,

остановившихся в образце для каждого измерения равна 5-104. Факт остановки в мишени //мезона и вылета позитрона распада регистировался телескопом сцинтиляционных счетчиков размерами

100x100x5 мм3 150x150x10 мм3, 60x3 м3, 180x180x10 мм . Информация о зарегистрированных событиях заносилась в память ЭВМ. Обработка полученного спектра производилась по формулам (1) и (2) методом

максимального правдоподобия. Полученные после обработки параметры С.С, , А определялись для исходных слаболегированных образцов кремния и кварца, и образцов, подверженных облучению фиксированными потоками быстрых нейтронов

реактора. Концентрация введенных радиационнцх дефектов определялась методом

эффекта Холла на контрольных образцах

кремния, облучаемых в месте с исследуемыми образцами. Результаты экспериментов представлены в таблице. Как видно из таблицы для кремния наиболее чувствительным параметром, зависящим от концентрации в образце радиационных де фектов, является параметр А, для кварца - С , что связано с различными механизмами взаимодействия мюония с радиационными дефектами в кремнии и кварце. Как видно из приведенных данных, параметры Ал

для кремния и С// для кварца обладают высокой чувствительностью к концентрации в образце радиационных дефектов и могут служить индикаторами их содержания в исследуемых образцах.

Способ имеет следующие преимущества, обладает высокой чувствительностью (работает при концентрации дефектов 5 -10 деф/см , т.е. при относительном содержании дефектов к структурным элементам образца«-5 10 не имеет ограничений на наличие парамагнетизма в искомых дефектах, не зависит от наличия остаточной проводимости образца, не требуется специальной подготовки образцов.

Формула изобретения Способ определения концентрации радиационных дефектов в полупроводниках и изоляторах, заключающийся в том, что обр азец помещают в постоянное магнитное поле, измеряют параметры, характеризую- щие прецессию парамагнитных центров, и по величине этих параметров определяют концентрацию дефектов, сравнивая с эталонным образцом,отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения класса исследуемых веществ,

образец облучают пучком поляризованных положительно заряженных мюонов и помещают в магнитное поле, вектор напряженности которого перпендикулярен к

направлению спина моюна, снимают временной спектр позитронов от распада мюонов и в качестве параметров прецессии выбирают коэффициент асимметрии и скорость релаксации спина поглотившихся в

образце мюонов на частоте прецессии свободного мюона и мюония, образовавшегося в процессе поглощения мюонов в образце

Использование: исследование материалов. Сущность изобретения: образец облучают пучком поляризованных положительно заряженных мюонов, помещают в магнитное поле, снимают временной спектр позитронов от распада мюонов и в качестве параметров прецессии выбирают коэффициент асимметрии и скорость релаксации спина мюона и мюония. 1 ил., 1 табл.

Оценка концентрации дефектов в предположении, что равные потоки нейтронов в кварце и кремнии создают одинаковое число радиационных дефектов;

Концентрация дефектов в образце после отжига не оценивалась из-за отсутствия адекватных методов их определения;

Параметры |Ци-сигнала для данного #5К-спектра не определялись из-за ограниченной статистики.J

л

V

fO

f56

W

/