Способ определения скорости объемной диффузии л1еталлоб

, Союа Советских Социалистических Республик ,Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 19.7.1969 ( 1326654/26-25)с присоединением заявкиПриоритетОпубликовано 19.И 1,1971. Бюллетень25Дата опубликования описания 20,Х,1971 МПК б 01 п 13/ОО Комитет по делам иаобретеиий и открытий при Совете Министров СССРУДК 539,219.3(088.8) Авторыизобретения А, Д, Абраменков, В. В. Слезов, Л, В, Танотаров и Я. М. Фогель Заявитель СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ОБЪЕМНОЙ ДИФФУЗИИ МЕТАЛЛОВ Известен способ определения скорости объемной диффузии металлов путем ионизации атомов, диффундирующих через пластинку, изготовленную из второго металла, и регистрации количества этих атомов с помощью масс-спектрометра.Предложенный способ отличается от известного тем, что пленку, нанесенную на подложку, бомбардируют пучком ионов и регистрируют ток вторичных ионов элемента, из которого изготовлена подложка. По величине тока судят о скорости диффузии атомов подложки в пленку.Способ можно использовать значительно шире, чем известные способы, с помощью которых определяли скорость диффузии главным образом щелочных металлов.Согласно предложенному способу, испарением в вакууме конденсируют атомы материала пленки на металлическую подложку, находящуюся при определенной температуре, при которой необходимо изучить диффузию атомов подложки в пленку. Одновременно с ростом толщины пленки на нее направляют пучок ионов благородного газа, например Аг+, с энергией, равной нескольким килоэлектронвольтам, и плотностью тока, значительно меньшей (на 3 - 4 порядка) плотности потока атомов материала пленки.В результате бомбардировки с поверхностного слоя выбиваются вторичные ионы атомов как самой пленки, так и ионы атомовподложки. Если пробег первичных ионовменьше толщины пленки в какой-то момент5 времени, то вторичные ионы атомов подложки образуются в результате выбивания продиффундировавших атомов подложки в пленку при определенной температуре отжига,Таким образом исследуется зависимость тока10 вторичной эмиссии 1+атомов подложки врастущей пленке от времени конденсации илитолщины пленки. При толстой пленке диффузия атомов подложки в основном проходитчерез объем растущей пленки, и получаемые15 зависимости 1(1) (1 - ток вторичных ионоватомов подложки, 1 - время конденсации)характеризуют распределение концентрациидиффундирующих атомов подложки в объемепленки,20 Способ осуществляется с помощью установ.ки, показанной на фиг. 1,Установка состоит из двух основных частей:камеры, содержащей молибденовую ленту, являющуюся одновременно и мишенью для бом 25 бардировки пучком первичных ионов и подложкой, на которую наносят титановое покрытие, и ионную пушку, и секторного магнитного масс-спектрометр а,Молибденов ая подложка 1 размером30 20 Х 5 Х 0,1 мм крепится на двух молибденовыхвводах и подогревается пропусканием через нее электрического тока. Температура подложки измеряется вольфрам-рениевой термопарой. С помощью сильфонного приспособления 2 подложка может перемещаться в горизонтальном направлении и устанавливаться в правильном положении относительно испарителя титана и ионной пушки.Испаритель титана представляет собой титановый стержень 3, подогреваемый пучками трех пирсовых электронных пушек 4. Температура титанового испарителя измеряется оптическим пирометром через окошко б, а также вольфрам-рениевой термопарой, прикрепленной к титановому стержню на некотором расстоянии от места испарения. Испаритель титана отделен от остальной части камеры экраном б со щелью. Атомный пучок титана перекрывается с помощью заслонки 7 с магнитным управлением. В качестве ионной пушки 8 может быть использован стандартный ионный источник от масс-спектрометра. Для получения ионов Аг+ в ионную пушку впускается аргон до давления 5 10 -лл рт. ст, Перепад давления в ионной пушке и остальных частях установки создается системой из трех щелей 9. Ионная пушка создает пучок первичных ионов Аг+ с энергией 4 кэв и плотностью тока 10 -а/слР.Вторичные ионы, выбитые с поверхности молибденовой подложки пучком первичных ионов Аг+, фокусируются на входную щель 10 масс-спектрометра с помощью четырехэлектродной электростатической линзы 11. Анализ пучка вторичных ионов по значениям удельного заряда производится с помощью секторного магнитного спектрометра 12 с углом поворо. Детектирование вторичных ионов производится вторичным электронным умножителем 13, сигнал от которого усиливается электрометрическим усилителем. Чувствительность системы, измерявшей ток пучка вторичных ионов на выходе масс-спектрометра, рав. на 10-" А/дел. 3121844На фиг, 2 приведена одна из кривых 1(1)токов вторичной эмиссии Мо+, полученная при непрерывном нанесении титанового покрытия на молибденовую подложку при Т=900 С, а5 также теоретическая кривая. Обе кривые хорошо согласуются в области времен нанесения, соответствующих большим толщинам титановой пленки. С помощью взвешивания образовавшегося титанового слоя определяют 10 скорость нанесения покрытия 1 (в данномслучае 1=2,16 10- сл/сек) .Ошибка измерения коэффициента диффузии, определенная по разбросу полученных значений коэффициентов диффузии, не пре 15 вышает 10%.На фиг. 2 приведена также зависимость 1токов вторичных ионов Т 1+ от времени роста толщины титанового покрытия. Токи вторичных ионов 1 Я для Т 1+ не изменяются при 20 дальнейшем росте толщины пленки начинаяот 100 - 150 монослоев, что свидетельствуег о полном закрытии поверхности молибденовой подложки титаном с этого момента времени,25Предмет изобретен ия1, Способ определения скорости объемнойдиффузии металлов с нанесением пленки изодного металла на подложку, изготовленнуюЗО из второго металла, нагреванием подложки иопределением продиффундировавших атомовметодом масс-спектрометрического анализа,отличающийся тем, что, с целью расширенияобласти использования способа и рабочего55 диапазона температуры, пленку, нанесеннуюна подложку, бомбардируют пучком ионов ирегистрируют ток вторичных ионов элемента,из которого изготовлена подложка, по которому судят о скорости диффузии атомов40 подложки в пленку,2. Способ по п. 1, отличающийся тем, чтобомбардировку пленки пучком ионов осуществляют в процессе нанесения этой пленки наподложку, 312184