100-х
х
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА БИНАРНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ ПЛЕНОК ПЕРЕМЕННОГО СОСТАВА АВ (А=Р, As, Sb, Bi И B=S, Se, Те)
100-х
х
METHOD OF INCREASING ACCURACY OF DETERMINING QUANTITATIVE COMPOSITION OF BINARY GLASS-LIKE CHALCOGENIDE FILMS OF VARYING COMPOSITION АВ (А=Р, As, Sb, Bi AND B=S, Se, Те)

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 бинарных стеклообразных халькогенидных пленок переменного состава [1-3]. Недостатками этого метода являются необходимость разрушения образца, необходимость существования специальной химической лаборатории, а также относительно малая точность (не лучше ±0.1) в определении величины х.
Прототип предлагаемого изобретения неизвестен.
Раскрытие изобретения
Цель изобретения - повышение точности в определении количественного состава бинарных стеклообразных халькогенидных пленок переменного состава.
2
3
Бинарные халькогенидные стекла - это стеклообразные сплавы переменного состава халькогенов (сера, селен, теллур) и элементов четвертой (кремний, германий, олово, свинец) и пятой (фосфор, мышьяк, сурьма, висмут) групп Периодической системы химических элементов. В настоящее время бинарные 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, предложено использовать бинарные стеклообразные халькогенидные стекла 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 бинарных халькогенидных стеклообразных полупроводников широко используются в электрофотографии. На основе стеклообразных пленок AsSe разработана современная аппаратура с высокой скоростью печатания и повышенной надежностью. Широкое применение бинарные пленки халькогенидных стекол нашли при изготовлении электрофотографических цилиндров, обладающих памятью, и при изготовлении телевизионных трубок типа "видикон". В настоящее время интенсивно исследуются возможности пленок для использования в устройствах записи оптической информации среды с фотостимулированными структурами.
Для воспроизводимости работы всех вышеперечисленных устройств принципиальное значение имеет контроль состава исходного материала. Известно, что физико-химические свойства стеклообразных халькогенидных пленок в первую очередь определяются их количественным составом. В большинстве случаев количественный состав пленок указывается исходя из количественного состава исходной шихты, хотя условия получения пленок зачастую не гарантируют сохранение исходного состава в конечном материале. Именно поэтому актуальна проблема развития современных методик определения количественного состава указанных материалов.
Особенностью бинарных 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 типа мышьяк-селен неразрушающего метода рентгенофазового анализа. Присутствие в наиболее важных с практической точки зрения бинарных сплавах мышьяка приводит к существенным трудностям при определении их состава классических методов химического анализа (наличие специальной химической лаборатории, длительность анализа, большие погрешности в определении содержания химических элементов ~1 ат%). Все это стимулирует развитие новых методов.
100-x
x
В настоящей заявке предлагается определять количественный состав бинарных стеклообразных пленок систем АB (А=Р, As, Sb, Bi и В=S, Se, Те) методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии. Число работ, относящихся к применению рентгенофлуоресцентной спектроскопии для определения количественного состава бинарных стеклообразных халькогенидных пленок, невелико и не разработана методика такого определения [4, 5].
100-x
x
Для определения количественного содержания халькогенов в бинарных стеклообразных пленках АB (А=Р, As, Sb, Bi и В=S, Se, Те) с использованием рентгенофлуоресцентного анализа реализован метод стандарта. Указанный метод позволяет определить х для стеклообразной пленки с точность ±0.02.
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
2
3
РФА
РФА
Поставленная цель достигается путем измерения рентгенофлуоресцентного спектра стеклообразной пленки стехиометрического состава АВ (стандарта), из него определяются атомная концентрация халькогена х, а затем строится зависимость х=f(x).
100-x
x
α
100-x
x
В общем случае спектры характеристического рентгеновского излучения бинарных стеклообразных пленок АB содержат линии К-серий атомов А и В. Если мишень состава АB облучается первичным монохроматическим излучением, то отношения площадей под линиями атомов А и В определяются как
A
B
α
А
В
А
В
где γ, γ - эффективности регистрации детектором К-излучения атомов А и В, ω, ω - выход флуоресценции в линию возбужденных атомов А и В, σ, σ - сечение поглощения первичного излучения атомами А и В, х - атомная концентрация атомов В в мишени.
α
Поскольку отношение интенсивностей К-линий атомов А и В для исследованных образцов зависит от многих факторов (выходов флуоресценции, сечений поглощения как первичного, так и флуоресцентного излучений всеми атомами), практически невозможно непосредственное использование соотношения (1). Поэтому для определения концентраций атомов А и В мы использовали метод стандарта.
2
3
α
100-x
x
С этой целью измеряется рентгенофлуоресцентный спектр стандарта - пленки стехиометрического соединения АВ определенной толщины при таком значении анодного напряжения рентгеновской трубки, чтобы отношение площадей под К - линиями элементов А и В было близко к отношению концентраций элементов А и В в стандарте. Выбор в качестве стандарта стехиометрического соединения объясняется тем, что оно в системах АB может быть получено методом сплавления исходных компонент, а также может быть получено в виде аморфной пленки заданной толщины методом термического напыления.
A
B
α
Для этого спектра определяются площади S и S под К-линиями элементов А и В и по соотношению
РФА
определяется атомная концентрация халькогена х из данных рентгенофлуоресцентного анализа.
РФА
РФА
РФА
РФА
Затем строится зависимость х=f(x) по трем точкам: для х=0 (для нее принималось х=0), для х=100 (для нее принималось х=100) и для х стандарта. График этой зависимости, аппроксимированный полиномом второй степени, служит градуировочным соотношением для определения состава мишеней по полученному из спектров значению х.
РФА
100-x
x
РФА
РФА
РФА
60
40
50
50
10
90
РФА
В качестве примера на чертеже приведена зависимость х=f(х) для аморфных пленок AsSe, измеренная при анодном напряжении 40 кВ. Эта зависимость построена по трем точкам (на чертеже они выделены черным цветом): для х=0 (для нее принималось х=0), для х=100 (для нее принималось х=100) и для х стандарта. Эта зависимость аппроксимируется полиномом второй степени. Для демонстрации возможности определения по этой зависимости количественного состава аморфных пленок на этот график дополнительно нанесены экспериментальные значения х для стеклообразных пленок AsSe, AsSe и AsSe (на чертеже они выделены красным цветом). Видно, что для всех образцов экспериментальные данные хорошо укладываются на градуировочные соотношения между величинами x и x.
РФА
Погрешность определения х составляет ±0.02. Эта величина существенно меньше точности определения состава кристаллических сплавов химическими методами.
Источники информации
[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.: Наука, 1984, 176 с.
[3] Борисова З.У. Халькогенидные полупроводниковые стекла. Л.: Изд. ЛГУ, 1983, 344 с.
2
3
2
2
3
[4] Легин А.В., Байдаков Л.А., Озерной М.И., Власов Ю.Г., Школьников Е.В. Исследование состава пленок CuI-AsSe и CuI-PbI-AsSe методом рентгеновской флуоресценции. Физика и химия стекла, 2002, т.28, вып.2, c.117-122.
[5] Бордовский Г.А., Марченко А.В., Серегин П.П., Смирнова Н.Н., Теруков Е.И. Определение состава стекол и пленок As-Se методом рентгенофлуоресцентного анализа. Письма в Журнал технической физики, 2009, т.35, вып.22, с.15-22.