Способ определения параметров диффузии в твердых телах Советский патент 1982 года по МПК G01N13/00 

в объем образца из этих зон легирования диффундирующего элемента.

В процессе диффузионного отжига внедренные атомы мигрируют из зоны легирования к поверхностям образца, и их появ ление можно зарегистрировать каким-либо способом (Оже-спектроскопией; массспектрометрией, регистрацией тока вторичных ионов диффундирующего элемента и т. п.) При этом первые атомы продиффундировавщего вещества появятся на регистрируемой поверхности против близлежащей к ней зоны. Регистрация их является началом отчета времени миграции диффундирующих атомов из более удаленной зоны легирования, которым еще необходимо пройти путь, равный толщине поглощающего фильтра. С появлением того же количества продиффундировавшего элемента на регистрируемой поверхности образца против другой более удаленной от нее зоны фиксируют конец отсчета времени. Таким образом, зная время миграции, за которое диффундирующее вещество проходит путь в материале образца, равный известнрй толщине поглощающего фильтра, легко рассчитать все соответствующие параметры диффузии. Измерения, проводимые на поверхности со стороны входа бомбардирующих ионов, характеризуют параметры диффузии внедренных атомов через радиационно поврежденный объем образца, в то время как с противоположной поверхности- параметры диффузии через неповрежденный объем образца. Сравнение этих результатов позволит делать вывод о роли радиационных нарушений в изменении диффузионных параметров.

Толщину образца и поглощающего фильтра выбирают, исходя из длины пробега бомбардирующих ионов в исследуемом материале и времени, необходимого для перемещения образца с целью поочередной регистрации появления продиффундировавших атомов к участкам поверхности образца против близлежащей и удаленной зон легирования.

Пример. Ниобий бомбардировался ионами железа с энергией 280 МэВ, и при толщине фильтра 10 мкм время между появлением определенных количеств продиффундированных ионов железа составляет 100 с. При этом коэффициент диффузии . Диаметр отверстий коллиматора, т. е. площадь облучения образца, выбирайэт в соответствии с чувствительностью метода регистрации, а также возможностью регистрации на поверхности твердых тел малых количеств продиффундированного элемента. Поглощающий фильтр изготавливают из материала образца.

Использование предлагаемого способа определения параметров диффузии обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможность изучения параметров диффузии практически любых элементов в различных твердых телах, поскольку в настоящее время возможно ускорение любых ионов и существуют надежные методы их регистрации на поверхности образца; полное исключение сложной и трудоемкой методики прецезионного снятия тонких слоев; в десятки раз сокращается время проведения эксперимента, которое определяется и варьируется изменением расстояния между зонами легирования, т. е. толщиной фильтра; надежное поддержание температуры диффузионного отжига в связи с небольшим его временем, а следовательно, сведение к минимуму вклада в ощибку определения параметров диффузии непостоянства температуры; возможность непосредственного определения на одном образце различия в диффузионных параметрах элемента, мигрирующего через радиационно поврежденный и неповрежденный объем материала.

Формула, изобретения

Способ определения параметров диффузии в твердых телах, основанный на бомбардировке образца ионами диффундирующего элемента и последующем отжиге, отличающийся тем, что, с целью упрощения и расширения области применения способа, при бомбардировке ионами часть бомбардируемой поверхности образца закрывают пластиной известной толщины из того же материала, что и исследуемый образец, в процессе отжига измеряют время между появлением на участках поверхности атомов диффундирующего вещества и определяют расчетным путем параметры диффузии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Шиняев А. Я. Диффузионные процессы в сплавах. М., «Наука, 1975, с. 47.

2.Rickers G., Sorensen G. Phys. Statis Solicli. 32, 597, 1969 (прототип).

«; „

ч, Is