Способ определения качества высокотемпературных сверхпроводящих материалов

 

Изобретение относится к области анализа элементного состава оксидных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и предназначено для установления содержания кислорода с помощью физических методов . Цель изобретения - повышение экспрессное™ и осуществление неразрушающего контроля. Объект облучают электронами с энергией 18-22 кэВ. Регистрируют интенсивность истинновторичных электронов и определяют дефицит кислорода. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАР СТ В Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ пРи Гкнт сссР

E г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 4803069! 25 (22) 2 1. 03,90 (46) 30.12.91. Бюл. ¹ 48 (71) Научно-исследовательский физико-химический институт им.Л.Я.Карпова (72) Ю.Я.Томашпольский, H.Â.Колганова, Е.Д,Политова, Г.M.Êàëåâà и Ю.Н.Веневцев (53) 550.83 (088.8) (56) Миркин А.Е., Томашпольский Ю.Я. Рентгеноспектральное определение дефицита кислорода в сложных окислах. — Заводская лаборатория, 1978, т.44, ¹ 8, 962-963.

Патент США N 3461306, кл, H 01 1 37/26, 1969.

Грабой И.Э. Влияние кислородной нестехиометрии на структуру и физические

Изобретение относится к анализам эле- ментного состава оксидных восокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и предназначено для установления содержания кислорода с помощью физических методов.

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 характеристиче., А),, 1702269 А1 (ч) s G 01 N 23/227, Н 01 1 39/00 свойства Ва СизОТ-х. — Физика твердого тела, 1988, т.30, вып.11, с.3436-3442. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КА4ЕСТВА

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 и эталона.

Недостатком этого способа является необходимость полирования поверхности образца, а также сложность спектрометрической аппаратуры.

Известен также способ оже-электронной спектроскопии. Образец и эталон облучают потоком электронов в вакууме, регистрируют оже-электроны и определяют содержание кислорода по отношению интенсивности оже-излучения образца и эталона.

Недостатками способа являются сложность спектрометрической аппаратуры, длительность откачки для получения сверхвысокого вакуума (от нескольких часов до нескольких днеи в зависимости от степени вакуума), а также низкая относительная чувствительность в определении кислорода (не лучше 15 моль/%), вследствие загрязнении поверхности в реальных условиях измерений молекулами СО, СОг, НгО, Кроме того известен способ-прототип, согласно которому содержание кислорода проводят методом иодометрического титро- 5 вания, Укаэанный способ требует разрушения образца и осуществляется в течение длительного времени, Абсолютная чувствительность и точность способа 0,02 моль. 10

Цель изобретения — повышение экс1 прессности и осуществление неразруша,ощего контроля.

Сущность способ" состоит в облучении образца в вакууме потоком электронов, ыз- 15 мерении и сравнении уровней эмиссии истинновторичных электронов (c энергией „qo

50 эВ). Зти уровни определяются вза. модействием вторичных электронов с электронами в зоне проводимости, концентрация 20 которых в сверхпроводныке выше Тс очень высока. В результате уровень вторичной эмиссии из сверхпроводника, например, при комнатной температуре, где он является квазиметаллом. низок. Квазиметалличе- 25 ский характер электронной структуры (незаполненные перекрывающиеся эоны) проявляется при содержании кислорода, близком к стехиометрии. При потере к.,лорода происходит изменение в электронной 30 структуре сверхпроводника. заклн>чающееся, в частности, в непрерывном ум - н ьшении концентрации свабоднь х носителей - зоне проводимости с ростом дефицита кис, орОда. В этом случае независимо от донорн эго 35 или акцепторного типа проводимости число эмиттированных вторичных электронов будет возрастать за счет уменьшения электрон-электронного взаимодейств я. Таким образом, уровень вторичной электронной 40 эмиссии в ВТСП-материалах является функцией степени кислородного дефицита, что позволяет провести измере.;ия относительного содержания кислорода. Для абсолю-.ных измерений следует применять эталоны. 45

Определим возможность выбора оптимальных условий измерений. Наибо..ее существенным является выбор энергии первичного электронного потока Ер, Так как для квазиметалла глубина выхода истинной 50 вторичной эмиссии слабо зависит от глубины проникновения первичных электронов, а для полупроводников эта зависимость сильно выражена (увеличение глубины выхода при уменьшенли концентрации носителей), 55 то с ростом энергии первичных электронов разность уровней вторичной эмиссии из слабо дефект н ых 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 глубины проникновения первичного потока.

В результате зависимость разности уровней эмиссии от энергии первичных электронов, которая пропорциональна чувствительности, буде иметь максимум, отвечающий оптимальной энергии первичных электронов и максимальной чувствительности, Пример 1. Берут две эталонные керамики ВТСП-материала УВагСиз07-д .в которых д1= 0,15, ä2 = 0.65 определены независимым методом, и помещают в камеру с вакуумом 10 З Па, снабженную источником первичных электронов и детектором вторичных электронов. Облучают обе керамики потоком первичных электронов с энергиями Ея = 10, 15, i8, 20, 25 кэВ и регистрируют уровни эмиссии из обеих керамик для каждой энергии. Результаты приведены в таблице, из, них следует, что оптимальной энергией первичных электронов является энергия от 18 до 22 кэВ, которая соответствует максимальной относительной чувствительности, Пример 2. Бер,-; керамики составов

УВагСОзОе,g5 (5 ) = 0,15) и УВагСизОв,зь ( д г = 0,65) в качестве эталонов, а также керамики с неизвестным дефицитом кислорода, с закалкой от температур 600-900 С, все обоазцы помещают в камеру с вакуумом

",0 Па, снабженную источником первичных эт .ектронов и детектором вторичных электроноа. Облучают все образцы потоком электронов с энергией 20 кэВ и регистрируют ,ровни эмиссии истинно-вторичных электронов (отн.ед.): I> = 30 +. i; l2 = 44 1; 1з =

36 + 1; 1а = 41 ч- 1; I g = 42 1.

Неизвестные абсолютные значения дефицита кислорода определяют по формуле дх =д1+

iг I где I> 4, ix — уровни эмиссии вторичных электронов соответственно из эталонов и пробы; д1, сг — дефицит кислорода для эталонов, Подставляя соответствующие значения, получают дз = 0,36; д4 = 0,55: А = 0,58. cooTBBTcòâåíío формулы УВагСизОвв4:

YB агСщОв, ; УВагСазОе,42.

Относительная чувствительность во

vсем интервале измерений составляет 76 .

Время измерений не превышает 50 мин.

Предлагаемый способ обладает простотой и зкспрессностью, не требует сложной

1702269 спектрометрической аппаратуры, сверхвысокого вакуума, Составитель В,Простаков

Редактор 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-35, 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, отличающийся тем, что, с целью повышения экспрессности и осуществления нераэрушающего контроля, объект облучают в вакууме электронами с

5 энергией 18-22 кэВ и регистрируют интенсивность истинновторичных электронов, по которой определяют дефицит кислорода.