Повышение точности определения количественного состава тройных стеклообразных халькогенидных стекол и пленок переменного состава ax(byc1-y)1-x



Повышение точности определения количественного состава тройных стеклообразных халькогенидных стекол и пленок переменного состава ax(byc1-y)1-x
Повышение точности определения количественного состава тройных стеклообразных халькогенидных стекол и пленок переменного состава ax(byc1-y)1-x
Повышение точности определения количественного состава тройных стеклообразных халькогенидных стекол и пленок переменного состава ax(byc1-y)1-x
Повышение точности определения количественного состава тройных стеклообразных халькогенидных стекол и пленок переменного состава ax(byc1-y)1-x

 


Владельцы патента RU 2489707:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена" (RU)

Использование: для определения количественного состава тройных стеклообразных халькогенидных стекол и пленок переменного состава. Сущность заключается в том, что для повышения точности определения количественного состава до ±0.0002 (по x и y) тройных стеклообразных стекол и пленок переменного состава Ax(ByC1-y)1-x (где A=As, Sb, Bi; B=Se, Те; C=Ge), применяемых в устройствах фазовой памяти (оптических дисках различного формата и устройствах энергонезависимой памяти произвольного доступа), выполняют сопоставление площадей под характеристическими линиями атомов A, B и C в рентгенофлуоресцентных спектрах стекол и пленок известного состава (стандартов) и стеклообразных пленок переменного состава. Технический результат - повышение точности определения количественного состава тройных стеклообразных халькогенидных стекол и пленок переменного состава Ax(ByC1-y)1-x. 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к физике, а именно к физике халькогенидных стеклообразных полупроводников.

Уровень техники

Аналогом предлагаемого изобретения является химический метод определения количественного состава тройных стеклообразных халькогенидных стекол и пленок переменного состава [1-3]. Недостатками этого метода являются необходимость разрушения образца, необходимость существования специальной химической лаборатории, а также относительно малая точность (не лучше ±0.001) в определении величин x и y.

Прототип предлагаемого изобретения не известен.

Раскрытие изобретения

Цель изобретения - повышение точности в определении количественного состава тройных стеклообразных халькогенидных стекол и пленок переменного состава.

Тройные халькогенидные стекла - это стеклообразные сплавы переменного состава халькогенов (селен, теллур) и элементов четвертой (германий) и пятой (мышьяк, сурьма, висмут) групп Периодической системы химических элементов. В настоящее время тройные стеклообразные халькогенидные стекла привлекают внимание разнообразием своих физико-химических свойств. Изучение систем с халькогенидными стеклами позволило создать на их основе новые материалы для различных областей техники. В частности, они применяются в устройствах фазовой памяти (оптических дисках различного формата и устройствах энергонезависимой памяти произвольного доступа), предложено использовать их в акустооптических приборах для модуляции лазерного излучения. В пленках халькогенидных стекол обнаружен эффект переключения и в настоящее время это свойство таких пленок позволяет применять их в переключателях и ячейках памяти ЭВМ. Пленки тройных халькогенидных стеклообразных полупроводников широко используются в электрофотографии. Широкое применение тройные пленки халькогенидных стекол нашли при изготовлении электрофотографических цилиндров, обладающих памятью и при изготовлении телевизионных трубок типа "видикон".

Для воспроизводимости работы всех вышеперечисленных устройств принципиальное значение имеет контроль состава исходного материала. Известно, что физико-химические свойства стекол и пленок в первую очередь определяются их количественным составом. В большинстве случаев количественный состав материала указывается исходя из количественного состава исходной шихты, хотя условия получения стекол и пленок зачастую не гарантируют сохранение исходного состава в конечном материале. Именно поэтому актуальна проблема развития современных методик определения количественного состава указанных материалов.

Особенностью тройных халькогенидных стекол является то, что они принадлежат к группе соединений переменного состава - в стеклообразном состоянии можно получать однородные материалы в широкой области составов. Однако отсутствие дальнего порядка в стеклах исключает из методов контроля за химическим составом систем тип Ax(ByC1-y)1-x (где А=As, Sb, Bi; В=Se, Те; С=Ge) неразрушающего метода рентгенофазового анализа. Присутствие в наиболее важных с практической точки зрения тройных сплавах мышьяка приводит к существенным трудностям при определении их состава классическими методами химического анализа (наличие специальной химической лаборатории, длительность анализа, большие погрешности в определении содержания химических элементов ~0.001). Все это стимулирует развитие новых методов определения количественного состава.

В настоящей заявке предлагается определять количественный состав тройных стекол и пленок систем Ax(ByC1-y)1-x методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии. Число работ, относящихся к применению рентгенофлуоресцентной спектроскопии для определения количественного состава тройных стеклообразных халькогенидных пленок, невелико и не разработана методика такого определения [4, 5].

Для определения количественного содержания компонент в тройных стеклообразных пленках Ax(ByC1-y)1-x с использованием рентгенофлуоресцентного анализа реализован метод стандарта. Указанный метод позволяет определить x и y для стекол и пленок с точность ±0.0002.

К числу достоинств предлагаемого метода относятся: высокая точность определения концентраций, быстрота анализа (от 1 до 10 минут), неразрушающий характер анализа, возможность встраивания в технологическую линию (on line).

Осуществление изобретения

Поставленная цель достигается путем измерения рентгенофлуоресцентного спектра стекла или пленки известного состава (стандарта), из него определяются атомные доли компонентов xРФА и yРФА, а затем строятся зависимости xРФА =f(x) и yРФА=f(y) (здесь xРФА и yРФА - значения x и y, определенные методом РФА).

Если мишень состава Ax(ByC1-y)1-x облучается первичным монохроматическим излучением с интенсивностью Фо, то скорость счета детектором i-линии атома А определяется соотношением

I A = Ф o S γ A ω A n σ o A x ( α o c o s θ + α A c o s φ ) c o s θ { 1 e x p [ ( α o c o s θ + α A c o s φ ) d ] } , ( 1 )

где S - площадь поверхности мишени, видимой из детектора, d - толщина мишени, θ - угол падения первичного пучка на мишень, φ - угол выхода вторичного излучения из мишени, γA - эффективность регистрации детектором i-излучения атомов А, ωА - выход флуоресценции в линию возбужденных атомов A, σoA - сечение поглощения первичного излучения атомами А, αo - линейный коэффициент поглощения первичного излучения веществом мишени, αA - линейный коэффициент поглощения i-линии атомов А веществом мишени, x - атомная концентрация атомов А в мишени.

Однако соотношение (1) не учитывает особенность систем, содержащих одновременно германий и селен (наиболее перспективных для практического использования), которая заключается в том, что K-край поглощения германия совпадает с энергией Кα - линии селена (энергия Kα1,2 излучения Se составляет 11.2 кэВ, а энергии K-краев поглощения германия, мышьяка и селена равны 11.1, 11.8 и 12.6 кэВ). Это приводит к аномально высокому поглощению Kα-линии селена атомами германия и аномально высокой эмиссии Kα-линии германия. Кроме того, интенсивность Kα-линий мышьяка, селена и германия зависит от многих факторов (выходов флуоресценции, сечений поглощения как первичного, так и флуоресцентного излучений всеми атомами), практически невозможно непосредственное использование соотношения типа (1) для определения количественного состава стекол. Поэтому для определения концентраций мышьяка, германия и селена в стеклах типа Asx(GeySe1-y)1-x мы использовали метод стандарта.

При использовании традиционной формулы записи состава тройного сплава типа Ge-As-Se в виде GetAssSe1-t-s, измерялись рентгенофлуоресцентные спектры стандарта (Ge0.4Se0.6 и As0.4Se0.6) и стекла (пленки), определялись площади под Кα-линиями германия SGe, мышьяка SAs и селена SSe и затем по соотношениям

t Р Ф А = S G e S G e + S A s + S S e , s Р Ф А = S A s S G e + S A s + S S e ( 2 )

вычислялись относительные площади спектральных линий элементов Ge и As. Затем строились градуировочные зависимости tРФА=f(t) по трем точкам: t=0 (для нее принималось tРФА=0), t=1 (для нее принималось tРФА=1) и t=0.4 для стандарта. Эти зависимости аппроксимировались полиномами второй степени, которые служили соотношениями для определения состава сплавов по полученному из спектров значению tРФА. Значения погрешностей tРФА и sРФА не превышает ±0.0002.

Однако в спектрах стекол типа GetAssSe1-t-s относительные площади спектральных линий зависят от двух свободных параметров состава (t и s). Это видно из фиг.1, на которой экспериментальные значения относительной площади линии Ge для стекол GetAssSe1-t-s различных составов представлены в зависимости от единственного параметра t. Наблюдается значительный разброс экспериментальных точек относительно градуировочного графика tРФА=f(t), построенного для бинарной системы GetSe1-t. Это связано с тем, что поглощение излучения тяжелой компоненты (Se) более легкой компонентой (Ge) вызывает вторичную флуоресценцию последней и ведет к увеличению относительной интенсивности линии более легкой компоненты. В итоге это приводит к разбросу экспериментальных точек на калибровочных зависимостях.

Для преодоления этой трудности состав тройных сплавов записывался в виде Asx(GeySe1-y)1-x. Измерялся рентгенофлуоресцентный спектр стандарта - стеклообразного сплава As0.333Se0.167Ge0.5. Для этого спектра определялись площади под Kα1,2-линиями селена SSe, мышьяка SAs и германия SGe, и по соотношению

x Р Ф А = S A s S A s + S S e + S G e , ( 3 )

определялась атомная доля мышьяка xРФА (здесь индекс «РФА» означает, что значения x определены из данных рентгенофлуоресцентного анализа с погрешностью ±0.0002). Эта зависимость аппроксимировалась полиномом второй степени. Этот полином и график служили градуировочными соотношениями для определения содержание мышьяка в стеклах Asx(GeySe1-y)1-x по полученному из спектров значению xРФА. Для демонстрации такой возможности на фиг.2 нанесены экспериментальные значения xРФА как для бинарных AsxSe1-x, так и тройных стекол Asx(GeySe1-y)1-x. Видно, что для всех стеклообразных образцов экспериментальные данные хорошо укладываются на градуировочное соотношение между величинами x и xРФА. Некоторый разброс данных объясняется большей погрешностью в определении x по составу исходной шихты (не лучше, чем ±0.001) по сравнению с погрешностью в определении xРФА (не хуже, чем ±0.0002). Зависимость на фиг.2 демонстрирует от факт, что величина (SSe+SGe) в формуле (3) определяется суммарным содержанием в стекле селена и германия и слабо зависит от соотношения этих компонент.

Для определения концентрации германия в стеклах Asx(GeySe1-y)1-x в качестве стандарта также использовался сплав As0.333Se0.167Ge0.5. Из рентгенофлуоресцентного спектра этого сплава определялась величина

y Р Ф А = S G e S G e + S S e ( 4 )

и строились зависимость yРФА =f(у) по трем точкам: для y=0 (для нее yРФА=0), для y=1 (для нее yРФА=1) и для у стандарта. Указанная зависимость представлена на фиг.3, которая позволяет определить содержание германия в стеклах Asx(GeySe1-y)1-x по полученному из спектров значению yРФА. Для демонстрации такой возможности на фиг.3 нанесены экспериментальные значения yРФА как для бинарных GeySe1-y, так и тройных стекол Asx(GeySe1-y)1-x. Видно, что для всех стеклообразных образцов экспериментальные данные хорошо укладываются на градуировочное соотношение между величинами y и yРФА.

Описание чертежей

В качестве примера на фиг.1 представлена зависимость tРФА=f(t) для стекол GetAssSe1-t-s. Точками показаны значения t и tРФА, использованные для построения калибровочной зависимости (она проведена сплошной линией). Треугольными символами показаны значения t и tРФА для бинарных составов GetSe1-t, а квадратными - для тройных составов GetAssSe1-t-s. Спектры измерялись при U=30 кВ и I=5 мкА.

На фиг.2 приведена зависимость xРФА=f(x) для стекол Asx(GeySe1-y)1-x. Точками показаны значение x и xРФА, использованные для построения калибровочной зависимости (она проведена сплошной линией). Квадратными символами показаны значения x и xРФА для бинарных составов AsxSe1-x, а треугольными символами показаны значения x и xРФА для тройных составов Asx(GeySe1-y)1-x. Спектры измерялись при U=30 кВ. Для всех образцов экспериментальные данные хорошо укладываются на градуировочные соотношения между величинами xРФА=f(x). Видно, что для всех образцов экспериментальные данные хорошо укладываются на градуировочные соотношения между величинами x и xРФА.

На фиг.3 приведена зависимость yРФА=f(y) для стекол ASx(GeySe1-y)1-x. Точками показаны значение y и yРФА, использованные для построения калибровочной зависимости (она проведена сплошной линией). Квадратными символами показаны значения y и yРФА для бинарных составов GeySe1-y, а треугольными символами показаны значения y и yРФА для тройных стекол Asx(GeySe1-y)1-x. Спектры измерялись при U=30 кВ.

Погрешность определения xРФА и yРФА составляет ±0.0002. Эта величина существенно меньше точности определения состава количественный состав стекол и пленок химическими методами.

Список литературы

[1] Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела. М.: Мир. 1986. 558 с.

[2] Виноградова Г.З. Стеклообразование и фазовые равновесия в халькогенидных системах. М.: Изд. Наука. 1984. 176 с.

[3] Борисова З.У. Халькогенидные полупроводниковые стекла. Л.: Изд. ЛГУ. 1983. 344 с.

[4] Марченко А.В., Дашина А.Ю., Дземидко И.А., Кожокарь М.Ю. Определение состава халькогенидных стекол и пленок методом рентгенофлуоресцентного анализа. Известия Российского Государственного Педагогического Университета им. А.И. Герцена 2011. №138. с.45-52.

[5] Бордовский Г.А., Гладких П.В., Еремин И.В., Марченко А.В., Серегин П.П., Смирнова Н.Н., Теруков Е.И. Рентгенофлуоресцентный анализ халькогенидных стекол As-Ge-Se. Письма в Журнал технической физики. 2011. Т. 37. Вып.6. с.15-20.

Повышение точности определения количественного состава до ±0,0002 (по x и y) тройных стеклообразных стекол и пленок переменного состава Ax(ByC1-y)1-x (где A=As, Sb, Bi; B=Sc, Те; C=Ge), применяемых в устройствах фазовой памяти (оптических дисках различного формата и устройствах энергонезависимой памяти произвольного доступа), путем сопоставления площадей под характеристическими линиями атомов A, B и C в рентгенофлуоресцентных спектрах стекол и пленок известного состава (стандартов) и стеклообразных пленок переменного состава.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геологии, разработки и использования месторождений полезных ископаемых и может быть использовано на ранних этапах геолого-разведочных работ для предварительной оценки качества силикатного сырья и для предварительной оценки коэффициента светопропускания.

Изобретение относится к способу рентгенофлуоресцентного определения микроэлементов и может быть использовано при анализе природных вод и техногенных растворов. .

Изобретение относится к области химии почв и может быть использовано для диагностики редкоземельных элементов Eu, Gd, Tb, Dy в почвах положительных геохимических аномалий и в почвах, загрязненных этими элементами.

Изобретение относится к области геологии, разработки и использования месторождений полезных ископаемых и может быть использовано на всех этапах геолого-разведочных работ для определения состава и диагностики минералов меди и серебра класса йодидов из зон окисленных руд.

Изобретение относится к устройствам для анализа состава вещества, в частности к устройствам для рентгенорадиометрического анализа состава пульп и растворов в технологическом потоке.

Изобретение относится к рентгенорадиометрическому анализу состава вещества и может быть использовано в горнорудной, металлургической, химической и других областях, где необходимо проводить анализ сред сложного химического состава.

Изобретение относится к устройствам для анализа состава вещества с помощью ионизирующих излучений, воздействующих на вещество, в частности к устройствам для рентгенорадиометрического анализа жидких сред в технологическом потоке.

Изобретение относится к способам определения технического состояния двигателей, машин и механизмов по характеристикам металлических частиц износа, обнаруженных в смазочных маслах, топливах и специальных жидкостях

Использование: для рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) состава вещества. Сущность: заключается в том, что поляризационный рентгеновский спектрометр содержит источник гамма или рентгеновского излучения, вогнутую мишень-ноляризатор, диафрагму с отверстием, держатель образца, детектор с коллиматором, направленным на образец, и регистрирующую аппаратуру, вход которой соединен с выходом детектора, при этом мишень вогнута но цилиндру, фокус источника расположен на этом цилиндре, отверстие диафрагмы и детектор расположены, во первых, на образующей цилиндра, диаметрально противоположной источнику, во вторых, в диаметрально противоположных точках сферы, при этом сфера смещена в сторону детектора от источника и мишени, а держатель образца выполнен с возможностью установки образца на этой сфере под вторичное излучение, прошедшее через отверстие диафрагмы, кроме того, введен коллиматор с одной или двумя узкими щелями для формирования первичного пучка в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра. Технический результат: упрощение поляризатора и коллиматора детектора, уменьшение их размеров, снижение вклада излучения коллиматора детектора в спектр излучения образца и обеспечение возможности анализа представительной массы образца с использованием детектора ограниченных размеров. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для рентгенофлуоресцентного анализа состава вещества. Сущность: заключается в том, что поляризационный спектрометр содержит источник гамма - или рентгеновского излучения, вогнутую мишень, диафрагму с отверстием, держатель образца, детектор с коллиматором, направленным на образец, и регистрирующую аппаратуру, вход которой соединен с выходом детектора, при этом мишень вогнута по цилиндру, фокус источника расположен на образующей цилиндра, введены второй держатель образца, вторая диафрагма, второй детектор с коллиматором и регистрирующей аппаратурой, коллиматор с узкими щелями или каналами для формирования первичного пучка, перпендикулярного оси цилиндра, при этом детекторы и отверстия диафрагм расположены, во-первых, на образующей цилиндра, диаметрально противоположной источнику, во вторых, в диаметрально противоположных точках двух сфер одинаковых размеров, кроме того, сферы разнесены в обе стороны, а держатели образцов выполнены с возможностью установки образцов на этих сферах под вторичные пучки, прошедшие через отверстия диафрагм. Технический результат: повышение эффективности и производительности, а также обеспечение возможности анализа одинаковых или разных диапазонов спектров двух образцов представительной массы одновременно или последовательно с использованием двух детекторов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для рентгенофлуоресцецтного анализа состава вещества. Сущность заключается в том, что энергодисперсионный поляризационный рентгеновский спектрометр содержит источник гамма- или рентгеновского излучения, вогнутую мишень, диафрагму с отверстием, держатель образца, детектор с коллиматором, направленным на образец, и регистрирующую аппаратуру, вход которой соединен с выходом детектора, при этом использован источник излучения с линейным фокусом, мишень вогнута по цилиндру, фокус источника расположен на образующей цилиндра, детектор и отверстие диафрагмы расположены, во-первых, на образующей цилиндра, диаметрально противоположной источнику, во-вторых, в диаметрально противоположных точках сферы, при этом сфера смещена в сторону детектора от мишени, а держатель образца выполнен с возможностью установки образца на этой сфере под вторичное излучение, прошедшее через отверстие диафрагмы, кроме того, введен коллиматор первичного пучка с плоскопараллельными каналами, перпендикулярными оси цилиндра. Технический результат: обеспечение возможности поляризации излучения источника с линейным фокусом повышенной мощности и анализа представительной массы образца с использованием детектора ограниченных размеров, упрощение коллиматора детектора, уменьшение его размеров, увеличение скорости счета полезного излучения, снижение порогов обнаружения и сокращение времени измерения. 2 з.н. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Использование: для рентгеновского флуоресцентного анализа образца минерала. Сущность: заключается в том, что устройство (1) для рентгеновского флуоресцентного анализа образца минерала, содержит источник (2) рентгеновского излучения, предназначенный для создания пучка рентгеновских лучей для облучения образца минерала; по меньшей мере один детектор (4, 5) флуоресценции для измерения флуоресцентного излучения, испускаемого образцом минерала при облучении пучком рентгеновских лучей; блок обработки для обеспечения анализа образца минерала на основании измерений, выполненных посредством упомянутого по меньшей мере одного детектора (4, 5) флуоресценции, при этом упомянутое устройство (1) дополнительно содержит контейнер (3) для образца, выполненный с возможностью вмещать образец минерала в течение облучения, причем контейнер для образца выполнен с возможностью обеспечивать по меньшей мере два различных пути прохождения облучения через упомянутый образец минерала в течение облучения, и средство контроллера, чтобы регулировать напряжение рентгеновской трубки упомянутого источника (2) рентгеновского излучения в соответствии с длиной путей прохождения облучения. Технический результат: повышение надежности и точности рентгеновского флуоресцентного анализа. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для исследования объектов посредством рентгеновского излучения. Сущность: заключается в том, что рентгеновский анализатор выполнен из плоских элементов, содержащих слои сцинтиллятора, расположенные вдоль направления распространения излучения, непрозрачные в этом направлении и прозрачные в перпендикулярном направлении, и подложки в виде сотовой структуры, при этом слои сцинтиллятора выполнены в виде расположенных друг за другом сцинтилляционных пластин из полистирола протяженностью не менее 3 мм, CaF2 протяженностью не менее 2 мм, ZnO протяженностью не менее 2 мм, CsI протяженностью не менее 8 мм, BGO протяженностью не менее 15 мм. Технический результат: обеспечение возможности определения спектра рентгеновского излучения в диапазоне от 0,3 кэВ до 1,0 МэВ с помощью одного датчика, упрощение технической реализации и процедуры измерений, обеспечение измерения спектров импульсных излучений. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способам неразрушающего анализа образцов пористых материалов, в частности, оно может быть использовано для количественного исследования ухудшения свойств нефте/газосодержащих пластов ("повреждения пласта") из-за проникновения в процессе бурения глинистых материалов, содержащихся в буровом растворе. Для определения весовой концентрации глины в образце пористого материала выбирают водорастворимую соль металла, вступающую в селективную ионно-обменную реакцию с глиной, с общей формулой R+M-, где металл R+ выбирают из группы {Ba2+; Sr2+; Tl+; Rb+…}, М- выбирают из группы {Cln; NOn; OHn; CH3COO, SO4;…} в соответствии с таблицей растворимости неорганических веществ в воде. Маркируют глину путем смешивания глины с водным раствором выбранной соли металла, удаляют остатки соли металла, не провзаимодействовавшие с глиной. Проводят рентгенофлуоресцентную спектрометрию маркированной глины и образца и определяют содержание металла в маркированной глине и естественное содержание металла в образце. Прокачивают водный раствор маркированной глины через образец, высушивают образец и проводят рентгенофлуоресцентную спектрометрию целого образца или его отдельных сегментов. Определяют содержание металла в образце или в каждом сегменте и рассчитывают весовые концентрации глины, удерживаемой в образце или в каждом его сегменте. Техническим результатом является обеспечение возможности измерения малой весовой концентрации глины, проникшей в поровое пространство образца в ходе закачки глиносодержащего раствора. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Использование: для изготовления эталонов для рентгенофлуоресцентного анализа состава тонких пленок малокомпонентных твердых растворов и сплавов. Сущность изобретения заключается в том, что на подложку наносят однокомпонентные слои компонентов сплава или твердого раствора толщиной, обеспечивающей соотношение количества атомов компонентов, соответствующее их соотношению в эталонируемом сплаве или твердом растворе. Технический результат: упрощение технологии изготовления эталонов для рентгенофлуоресцентного анализа состава тонких пленок малокомпонентных твердых растворов и сплавов.
Наверх