Способ определения диффузионных констант в кристаллических телах с примесной неоднородностью

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COLlHAЛИСТИЧЕСНИХ

Я.:СПУБЛИН (19) (И) А1

Р1) G 01 N 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4255048/24-25 (22) 02.06.87 (46) 07.03.90. Бюл. N 9 (72) Е.P.Добровинская, В.В.Пищик и Л.A.ËàòBèíoâ (53) 533.15(088.8) (56) Шьюман П. Диффузия в твердых телах. M.: Металлургия, 1966, с. 18-19.

Бокштейн Б.С. Атомы блуждают по кристаллу. M.: Наука, 1984, с. 54. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФУЗИОННЫХ

КОНСТАНТ В КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛАХ С

ПРИМЕСНОЙ НЕОДНОРОДНОСТЬЮ (57) Изобретение относится к области

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.3 - распределение примеси хрома по длине образца после выдержки в градиентной тепловой зоне; на фиг.4 - температурная зависимость коэффициента диффузии хрома в оксиде алюминия, 2 контрольно-измерительной техники и моможет быть использовано для определения параметров диффузии примеси в твердых телах с примесной неоднородностью в материаловедении и физике 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.!

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 5 10 мас. .

Распределение концентрации диффундирующей примеси в этом образце ис: следовалось известным способом, согласно 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 стандарт- З ный ослабитель. Для того, чтобы изме" ренное распределение почернения на пленке соответствовало распределению концентрации примеси на образце, выдержку подбирают с помощью ступенчв.1548709 того ослабителя. Она должна быть такой, чтобы оптическая плотность в максимуме и минимуме примесной полосы соот ветст вовала прямоли ней ному уча ст5 ку характеристической кривой I = f(S), где I - интенсивность излучения;

S - почернение.

Ио данным фотометрирования пленки определяют отношение 1p I/I„ ÿâëÿþщееся функцией концентрации С, где

I - интенсивность света, прошедшего через фотопленку, снятую с исследуемого образца; Х - интенсивность света прошедшего через фотопленку От образца, не содержащего примеси, Иа фиг.2 показано распределение 1g I/I в отдельных областях, т.е. дана картина распределения концентрации диффундирующвй примеси в различных точках исходного образца. Затем образец помещали в высокочастотную печь типа

"Кристалл-606"., тепловая зона которой характеризовалась распределением температуры, представленным на фиг.1. 25

Температуру печи поднимали до расплавления одного торца образца (2050 С), Образец выдерживали при данном распределении температуры в течение 10 ч, после чего снижали температуру со скоростью.350 град/ч. Затем повторно укаэанным способом исследовали распределение примеси в образце (фиг.3).

Имея в одних и тех же точках образца картину распределения примеси до отжига и после и зная время про Ф ведения диффузионного отжига t, а также температуру обжига данного уча1 стка кристалла можно определить веУ

40 личину коэффициента диффузии при данной температуре. Для этого измеряется полуширина примесной полосы после отжига gd< и до 5d<, разность этих величин, возведенная в квадрат и де;ленная на 4 t, дает величину коэффи45 циента диффузии (ddt — 5,,1,) р и (1)

4с.

Определив величину D в пяти точках интервала температур от предварительных 2050 до 1800 С, строят температурную зависимость D(T) (фиг.4). По тангенсу угла наклона определяют энергию активации процесса диффузии а по отрезку, отсекаемому этой прямой на оси ординат,- величину пред« экспоненциального множителя О, т.е.

Э=П, е (2)

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

D = 4 10 см2/с, q = 3,5 эВ.

Формула и з о б р е т е н и я

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 из- . меренного распределения температуры по длине образца в градиентной тепловой зоне.

1548709 2050

1УОО

1Â00

1 548709

Корректор Э.Лончакова

Редактор В.Данко

Заказ 138 Тираж 482 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета .по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина„101

18

043 ОФФ

Составитель А,Кощеев

Техред M.Õoäàíè÷

048 04 7

ИЮ 8)ОЮ