Способ локального определения концентрации окрашивающей примеси в кристаллах

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоцмвлмстмческмкРеспубики и 872976(54) СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКРАШИВАЮЩЕЙ ПРИМЕСИ В КРИСТАЛЛАХ Изобретение относится к способамопределения концентрации примеси вкристаллических материалах и можетнайти применение в химической промышленности при контроле процессоввыращивания монокристаллов, содержащих окрашивающие примеси, и для определения концентрации нрнмесей в гото"вых изделиях,Известны способы определения концентрации примесей в кристаллах, которые условно можно разбить на двегруппы; К первой группе относятсяспособы определения концентрацииокрашивающей примеси, изоморфновходящей в узел кристаллической решетки,ко второй - способы определения суммарной концентрации примеси, входящей как в узлы кристаллической решет"ки, так и находящейся вне их.Известен способ первой группы (оптический), заключающийся в том, чтоконцентрацию примеси определяют поинтенеивности поглощения в максиму"Г 2ме полосы. При йтом концентрацию примеси определяют в большом объеме кри- /сталла, Например, о концентраций изоморфного хрома в кристалле рубинасудят по интенсивности поглощения вмаксимуме полобы 0 обыкновенной волны 555 нм. Измерения обычно проводятна спектрофотоиетрах СФили СФ,Для измерения необходимы плоскопараллельные образцы 1,1.10 Недостатками этого способа являются отсутствие возможности локального определения концентрации примеси, так как локальность определения не 1может быть меньше 1 мм, что обусловлено недостаточной чувствительностью, прибора, необходимость изготовления образцов определенной конфигурации с помощью сложной механической обработки. Кроме того, если образец вырезан под углом к оптической оси кристалла или параллельно ей, то для измерения поглощения обыкновен872976 0 15 3ной волны необходимо пользоватьсяполяризованным светом.Известен способ второй группы(способ эмиссионного спектральногоанализа), позволяющий определитьсуммарную концентрацию примеси в объеме кристалла и заключающийся в том,что измеряют интенсивность излученияатомных линий при возбуждении спектров в дуговом источнике. Способ осущетвляется с помощью спектрографаИСПи генератора ДГ1.21,Недостатками этого способа являются разрушение образца (т,е. этоспособ разрушающего контроля) и отсутствие возможности локального определения концентрации примеси. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ микрорентгеноспектрального определения суммарной концентрации примеси. Этот способ локального определения концентрации примеси заключается в том, что на малый объем исследуемой поверхности, выбранной с помощью оптического микроскопа, направляют сфокусированный пучок электронов (электронный зонд) . Под влиянием электронной бомбардировки облучаемый микро- объем диаметром 2-5 мкм дает характеристическое рентгеновское излучение, позволяющее получить информацию о суммарной концентрации исследуемой примеси при сопоставлении с характеристическим излучением эталонного образца. Для определения распределения концентрации примеси в различных точках образца применяют сканирование. Исследование проводят с помощью при - боров, например, типа ИАР,(СССР), ,)ХА (Япония), Сааеса (Франция). Размер исследуемого кристалла не может быть более 15 х 15 мм, что обусловлено размером камеры, в которую помещают излучаемюйобразец, Оборудование обслуживает высококвалифицированный персонал. Для размещения прибора необходимо помещение площадью не менее 15 м. Точность определения локальной концентрации примеси 153 Г 33 50Недостатками этого способа являются необходимость использования дорогостоящего оборудования, слож,ногов эксплуатации, размеры образцов для исследования не могут превы вать 15 х 15 мм. Кроме того, работы проводятся с рентненовским излучением. 4В связи с необходимостью получения оптически однородных монокристаллов уже недостаточно иметь информацию только о суммарной концентрации примеси или о концентрации примеси, изоморфно замещающей узлы кристаллической решетки, Необходимо знать ту или другую величину, причем нужна информация не об общем содержании примеси, а о ее локальном:распределении.Цель изобретения - упрощение процесса и одновременное определение суммарной концентрации примеси и концентрации примеси, иэоморфно входящей в кристалл.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу локального определения концентрации окрашивающей примеси в кристаллах, включающему сканирование образца, о концентрации судят по относительной интенсивности почернения 6;1/Ьр Фотопленки, получаемой экспонированием образца в отраженном свете в оптическом микроскопе, при этом величину концентрации С определяют, исходя из зависимости 1 ф /1 ф о =Г (с), где Д - интенсивность почернения исследуемого образца 30 - интенсивность почернения нулевого образца.На чертеже представлен график градуировочной зависимости 193 /4930 = =Г(с).Способ осуществляется следующим образом.Образец, концентрацию окрашивающей примеси в котором необходимо определить, и контрольный образец, не содержащий примеси (нулевой образец), Фотографируют на отражение на одной пленке с помощью оптического микроскопа. На этуже пленку впечатывают стандартный ослабитель, пленка промывается и закрепляется. Затем эту плейку сканируют и фотометрируют. Зная табличные данные интенсивности по- чернения ступеней ослабителя, прежде всего строят характеристическую кривую для данного ослабителя, а затем полученное значение почернения в отдельных точках исследуемоге и нулевого образца пересчитывают по характеристической кривой и определяют значение логарифмов интенсивности нулевого 2 ф 0 и исследуемого образца Вф, Зная отношение 1 ф/1 фо и предварительно построив градуировочную кривую 193 /3910=(с) для образцов с извествеличину отношения,д 3/930 для образцов с известной концентрацией каксуммарного хрома, так и хрома, изоморфко входящего в кристалл, строятградуировочную зависимость 192/фо=,=Г(с) см, черт. Для определения концентрации хрома в исследуемом образцепроводят те же операции, что и припостроении градуировочной кривой.1 о Исследуемый образец и нулевой образецодновременно фотографируют на микроскопе МИМна отражение. На эту жеплевку впечатывают стандартный ослабитель, пленку проявляют, закрепляют,15 фотометрируют со сканированием намикрофотометре Мф. Строят характе-.:.ристическую кривую для стандартногоослабителя и по ней, зная величинупочернения пленки для исследуемогои нулевого образца, определяют басф и193 в каждой точке. В данном случаедля исследуемого образца 193=1,32, а отношение 193 /1 фо =0,84 суммарнаяконцентрация хрома 6 10 7, концентрация хрома; изоморфно входящего висследуемый кристалл, равна 4 10 .Зная величину С в различных участках.кристалла, получают информацию ораспределении хрома по объему всегокристалла.П р и м е р 2. Определение концентрации железа в монокристаллахрутила. Проводятся те же самые .опе".,.рации, что и при осуществлении примера 1. Строят градуировочную кривую93=493=Г(с). По ней, зная в каждойточке почернение фтопленки для исследуемого и нулевого образца и построивпредварительно характеристическую кри"вую для стандартного ослабителя, опре"40деляют отношение логарифмов интенсив"ности исследуемого и нулевого образца.По градуировочной кривой определяютконцентрацию железа в исследуемом образце рутила. Аналогично можно:-постро 45 ить градуировочную кривую для определения кикеля в окиси алюминия, иттрияв алюмоиттриевом гранате, хрома в алю"момагнкевой апинеди и т.д.В таблице иредставлены сравнитель 50 ные характеристики предлагаемого оп, тического и микрорентгеноспектралького способов. Из таблицы следует, что стоимость оборудования, необходимого для осуществления предлагаемого способа, в 50 раз меньше, чем для осуществле-. ния микрорентгеноспектрального,:требу 5 8729766кой концентрацией примеси, определяют концентрацию примеси в исследуемомобразцеОдновременное фотографирование исследуемого, нулевого образца истакдартного ослабителя, а затем проявление изакрепление фотопленки, позволяют избежать ошибки, связаннойс условиями экспонирования и обработки фотопленки. Условия съемки подбираются таким образом, что почернениеобразцов соответствует линейному уча"стку характеристической кривой, Еслиимеется пропорциональность между концентрацией примеси изоморфно замещающей узлы кристаллической решетки ине входящей в них, то по градуировочной кривой определяется суммарная концентрация примеси и концентрация примеси, изоморфно входящей в кристалл.Предлагаемый способ прост в исполнении, состоит фактически из двухпростых операций: фотографированиявыбранного участка поверхности образци последукицего фотометрирования фотопленки, не требует специального сложного дорогостоящего оборудования,нет необходимости работать с рентгеновским излучением, позволяет одновременно определять суммарную концентрацию примеси и.примеси, изоморфно вхо. дящей в кристалл. Локальность определения концентрации примесимкм.Ошибка определения концентрации непревьппает 153.П р и м е р 1. Определение распределения концентрации хрома в монокристаллах рубина, Прежде всего строят градуировочную кривую, Для этогоберут набор образцов с известной, взначительной мере отличающейся концентрацией примеси. Каждый из этихобразцов одновременно с образцом,не содержащим хрома (нулевым образцом)фотографируют на отражение каоптическом микроскопе МИМпри увеличении х 70-200. На эту же пленкувпечатывают стандартный ослабитель.Время экспонирования при впечатывании стандратного ослабителя такоеже, как и при экспонировании образцов. Пленку проявляют, закрепляют,затем фотометрируют со сканированием на микрофотометре Мф. Строят.характеристическую кривую для стандартного ослабителя и по ней; анаявеличину почернения фотопленки в иместе, где сфотографирован образецс хромом и нулевой образец, определяют величины 193 и Хд Зо. Зная872976 Определяется средняяконцентрация примесиизоморфно входящей вкристалл птический ектрофототр СФ,пределяется локальноуммарная концентрациримеси 0000 МикроскопМИМ,микрофотометр МФ-.4 Определяется суммарная ко примеси и ко примеси, изо дящей в крис локальн редлагаемыи центрацияцентрациорфно вхалл ормула изобретен уемого образца,ь почернения нул Заказ 9012/610 Подписное ИИПИир тент",оектная илиал ППП Ужгород.у ГУФИ, е ется в 7 раз меньшая площадь и предлагаемый способ позволяет определитьсуммарную концентрацию примеси и концентрацию изоморфнб замещающей примеси, причем локально, Предлагаемыйспособ широко применяется для опредеМикрорентгено- Микроанализа пектральный тор МАРСпособ локального определения концентрации окрашивающей примеси в кристаллах, включающий сканирование образца, о т л и ч а ю щ и й с я тем,.что, с целью упрощения процесса и одновременного определения суммарной концетрации примеси и концентрациипримеси, изоморфно входящей в кристалл, о концентрации примеси судят .по относительной интенсивности почернения 493 Лфо Фотопленки, полу чаемой экспонированием образца в от" раженном свете в оптическом микроскопе, при этом величину концентраци С определяют, исходят из зависимости пения локальных концентраций окрашивающих примесей, для решения вопроса о неоднородности распределения этих примесей в выращиваемых кристал лах, позволяет проводить локальныйч- - =Г(с) где- интенсивность6 Юопочернения исследЗО о - интенсивностевого образца.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизеРубин и сапфир. Под ред. Л,М.Беляева. М "Наука", 1974, с. 100.2. Несанелис М.З. и др. Спектро 4графическое определение примесей втугоплавких материалах. - "Монокристаллы и техника", ВНИИМ, Харьков,4 1971, вып. 5, с. 34-140,3. Боровский И.Б. и др. Локальныеметоды анализа материалов, М.,