Способ определения диффузионных констант в кристаллических телах с примесной неоднородностью

(51) 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИ с"Ь),",3;,Е-.,; ЗОБ СКОМУ СВИ ЛЬСТВУ Яердых тес. 18-19. аюг по с. 54. зия в т 1966,мы блуж 198,ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФУЗИОННЫХРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛАХ СОДНОРОДНОСТЬЮение относится к области(54) СПОС КОНСТАНТ ПРИИЕСНОЙ (57) ИзобИзобретение относитсконтрольно-из мери тел ьноименно к способам опредРов диФфузии, и может бвано для определения диконстант в различных обаловедения и физики твЦель изобретения - усоба путем исключения ннагрева образца до разнНа фиг.1 изображенотемпературы по длине обдиентной тепловой зонеисходное распределениепо длине образца оксиданагрева на фиг.3 - рапримеси хрома по длиневыдержки в градиентнойна фиг.ч - температурнкоэффициента диФФузииалюминия,(21) 1 2550 Й 8/24-25(56) Шьюман П. Диффулах. И.: МеталлургияБокштейн Б.С. Атокристаллу. И.: Наука я к обла сти й техники, а еления парамет. ыть использоФфузионныхластях материердого тела. прощение споеобходимостиых температур.распределениеразца в грана Фиг.2 " примеси хромаалюминия до спределение образца после1 тепловой зоне; ая зависимость хрома в оксиде 2контрольно-измерительной техники и мо может быть использовано для определения параметров диффузии примеси в твердых телах с примесной неоднородностью в материаловедении и физике твердого тела. Целью изобретения явл ется 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. Й ил.П р и м е р. В качестве исходного образца служила монокристаллическая пластинка оксида алюминия размером 10 х 2 х 30 мм, вырезанная из моно- кристаллической були, выращенной методом Вернейля со средней концентрацией хрома 5 10- масРаспределение 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 стандартный ослабитель. Для того, чтобы изме" ренное распределение почернения на пленке соответствовало распределению концентрации примеси на образце, выдержку подбирают с помощью ступенчатого ослабителя. Она должна быть такой, чтобы оптическая плотность в максимуме и минимуме примеснойполосы соответствовала прямолинейному участ 5 ку характеристической кривой 1 = Й(8) где 1 - интенсивность излучения; Я - почернение.По данным фотометриоования пленки определяют отношение 1 я 1/1 являющееся функцией концентрации Сгде 1 - интенсивность света, прошедшего через фотопленку, снятую с исследуемого образца; 1 - интенсивность света, прошедшего через фотопленку от образца, не содержащего примеси, Иа фиг.2 показано распределение 1 р, 1/1 в отдельных областях т,е. дана картина распределения концентрации диффундирующвй примеси в различных точках исходного образца. Затем образец помещали в высокочастотную печь типа "Кристалл". 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 проведения диффузионного отжига с а также температуру обжига данного участка кристалла можно определить ве40 личину коэффициента диффузии при данной температуре. Для этого измеряется полуширина примесной полосы после отжига й и до Ьд разность этих величин, возведенная в квадрат и де;ленная на чдает величину коэффи 45 циента диффузии(Д 1, - 1,)т (1)4 с.Определив величину Э в пяти точках интервала температур от предварительных 2050 до 1800 С, строят температурную зависимость Э(Т) (Фиг.). По тангенсу угла наклона определяют энергию активации процесса диффузииа по отрезку, отсекаемому этой прямой на оси ординат,- величину пред" экспоненциального множителя 0 , т.е.В=П, е (2)Диффузионные константы для диффузии хрома в оксиде алюминия, измеренные предлагаемым способом, равныП = Ц 10 см 2/с, Ц = 3,5 эВ.формула изобретенияСпособ 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 о т л и ч а ю щ и й с я 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 ОФЗ ОФ У,Ф нко едактор Подписно и открытиаб., д. 4/ при ГКНТ СССР,роизв Заказ 138 8 НИИПИ Го Составитель А,КощеевТехред М.Ходанич Корректор Э.Лончаков Тираж 482 арственного комитета по изобретени 113035, Москва, И, Раушская