Способ определения качества высокотемпературных сверхпроводящих материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 02 91 (11 БР ОПИСАН К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ амэле-мпераСП) и держах метоя канали х восокот иков (ВТ овления с физическ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Миркин А.Е., Томашпольский Ю.Я. Рентгеноспектральное определение дефицитакислорода в сложных окислах. - Заводскаялаборатория, 1978, т.44, М 8, 962-963,Патент США М. 3461306,кл, Н 011 37/26, 1969.бой И.Э. Влияние кислородной нест метрии на структуру и физические Изобретение относит ментного состава оксиднь урных сверхпроводн редназначено для устан ия кислорода с помощьюдов.Сверхпроводящие свойства ВТСП материалов находятся в сильной зависимости от количества кислорода в структуре, дефицит которого приводит к переходу сверхпроводящих свойств в полупроводниковые уже при степени дефицита д в несколько десятых моля, Количественный контроль дефицита кислорода составляет основную проблему технологии ВТСП.Известен способ измерения концентраций элементов с помощью микрорентгеноспектрального анализа, в котором производят облучение в вакууме потоком электронов образца и эталона и измеряют отношение интенсивности характеристичея) 6 01 М 23/227, Н 01 Е. 39/00 свойства Ва 2 Сиз 07-х, - Физика твердого тела, 1988, т,30, вып.11, с.3436-3442.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к области анализа элементного состава оксидных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и предназначено для установления содержания кислорода с помощью физических методов, Цель изобретения - повышение экспрессности и осуществление неразрушающего контроля. Объект облучают электронами с энергией 18-22 кэВ, Регистрируют интенсивность истинновторичных электронов и определяют дефицит кислорода, 1 табл. ского рентгеновского излучения образца иэталона.Недостатком этого способа является необходимость полирования поверхности образца, а также сложностьспектрометрической аппаратуры.Известен также способ оже-электронной спектроскопии. Образец и эталон облучают потоком электронов в вакууме,регистрируют оже-электроны и определяютсодержание кислорода по отношению интенсивности оже-излучения образца и эталона,Недостатками способа являются сложность спектрометрической аппаратуры,длительность откачки для получения сверхвысокого вакуума (от нескольких часов донескольких днеи в зависимости от степенивакуума), а также низкая относительная чувствительность в определении кислорода (нелучше 15 моль/%), вследствие загрязненииповерхности в реальных условиях лзмсрений молекулами СО, СО 2, Н 20,Кроме того известен способ-прототип, согласно которому содержание кислорода проводят методом иодометрического титрования,Укаэанный способ требует разрушения образца и осуществляется в течение длительного времени, Абсолютная чувствительность и точность способа 0,02 моль.Цель изобретения - повышение экспрессности и осуществление неразруша ощего контроля.Сущность способа состоит в облучении образца в вакууме потоком электронов, измерении и сравнении уровней эмиссии истинновторичных электронов с энергией до 50 эВ). Зти уровни определяются взаимодействием вторичных электронов с электоонами в зоне проводимости, концентрация которых в сверхпроводнике выше Тс оцень высока. В результате уровень вторичной эмиссии из сверхпроводника, например, при комнатной температуре, где он является квазиметаллом. низок. Квазиметаллицеский характер электронной структуры (незаполненные перекрывающиеся эоны) проявляется при содержании кислорода, близком к стехиометрии, При потере кислорода происходит изменение в электронной структуре сверхпроводника. заклнчающееся, в частности, в непрерывном ум: ньшении концентрации свободных носителей .- зоне проодмоси с ростом дефицита кислорода. В этом случае независимо от донорн ого или акцепторного типа проводимости число эмиттированных вторичных электронов будет возрастать за счет уменьшения электрон-электронного взаимодейств я, Таким образом, уровень вторичной электронной эмиссии в ВТСП-материалах является функцией степени кислородного дефицита, цто позволяет провести измерения относительного содержания кислорода, Для абсолютных измерений следует применять эталоны.Определим возможность выбора ог,тимальнь 1 х у;ловий измерений, Наибоее существенным является выбор энергии первичного электронного потока Ер, Так как для квазиметалла глубина выхода истинной вторичной эмиссии слабо зависит от глубины проникновения первицных электронов, а для полупроводников э га зависимость сильно выражена (увеличение глубины выхода при уменьшен ли концентрации носителей), то с ростом энергии первичных электронов разность уровней вторичной эмиссии из слабо дефектных по кислороду,вазиметаллических) материалов и сильно дефектных по кислороду (полупроводниковых) материалов будет расти до тех пор, пока при больших энергиях первичных электронов выход эмиссии из сильнодефектных по кислороду материалов не уменьшится за счет большой 5 глубины проникновения первичного потока. В оезультате зависимость разности уровней эмиссии от энергии первичных электронов, которая пропорциональна чувствительности, буде иметь максимум, отвечающий оп тимальной энергии первичных электронов и циаксимальной чувствительности,П р и м е р 1. Берут две эталонные керамики ВТСП-материала УВа 2 Сиз 07- д,в которых д 1 = 0,15, д 2 = 0.65 определены 15 независимым методом, и помещают в камеру с вакуумом 10Па, снабженную источником первичных электронов и детектором вторичных электронов. Облучают обе керамики потоком первичных электронов с энер гиями Ея = 10, 15, 8, 20, 25 кэВ и регистрируют уровни эмиссии из обеих керамик для каждой энергии. Результаты приведены в таблице, из, них следует, что оптимальной энергией первичных электро нов является энергия от 18 до 22 кэВ, которая соответствует максимальной относительной чувствительности,П р и м е р 2. Бер,-; керамики составовУВа 2 СвзОг,в 5д= 0,15) и УВа 2 СцзОб,з 5 ( ЗО д 2 = 0,65) в качестве згалонов, а также керамики с неизвестным дефицитом кислорода, с закалкой от температур 600-900 С, все обрзазцы помещают в камеру с вакуумом ",О Па, снабженную источником первичных З 5 электронов и детектором вторичных электроноа. Облучают все образцы потоком электронов с энергией 20 кэВ и регистрируют ,ровни эмиссии истинно-вторичньх электронов отн.ед,):= ЗО + 1; 2 = 44 ф: 1: 3 = 40 36 + 1; 4 = 41 -1; 5= 42 1.Неизвестные абсолютные знацения дефицита кислорода определяют по формуле д х =д 1+2ГДЕ 1, 2, х УРОВНИ ЭМИССИИ ВТОРИЧНЫХ электронов соответственно из эталонов и пробы;д 1, о 2 - дефицит кислорода для эталонов, 50Подставляя соответствующие значения, получают дз = О,З 6; д 4 = 0,55; Д 5= 0,58. со. ответственно формулы УВа 2 Сщ 0664: УБЭ 2 СОЗОб,45; УВа 2 СО 306,42,Относительная чувствительность во всем интервале измерений составляет 76. Время измерений не превышает 50 мин.Предлагаемый способ обладает простотой и зкспрессностью, не требует сложной1702269 спектрометрической аппаратуры, сверхвысокого вакуума,Составитель В,ПростаковРедактор Ю.Середа Техред М.Моргентал Корректор Т,Малец Заказ 4538 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Формула изобретения Способ Определения качества высокотемпературных сверхпроводящих материалов, включающий определение дефицита кислорода, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения экспрессности и осуще.ствления нераэрушающего контроля, объект облучают в вакууме электронами с 5 энергией 18-22 кэВ и регистрируют интенсивность истинновторичных электронов, по которой определяют дефицит кислорода.