Нейтронно-активационный анализ
Нейтронно-активационный анализ
Нейтронно-активационный анализ (НАА) - наиболее чувствительный метод химического анализа многих элементов периодической таблицы. Он основан на анализе радиоактивных изотопов, которые образуются в образце под воздействием облучения тепловыми нейтронами. Этот метод особенно полезен при исследовании геттерирования и обнаружении следов примесей на поверхности или в объеме кремниевых пластин. Метод НАА целесообразно также применять для оценки загрязнений, вносимых в материал технологическим оборудованием. Только легкие элементы (такие, как бор, кислород, азот и углерод) не образуют изотопов, пригодных для исследования НАА.
Облучение производится в течение 0.5 - 12 часов потоком тепловых нейтронов мощностью 1013 - 1014 см-2·с-1. При этом в кремниевых пластиках образуются различные радиоактивные изотопы, включая 31Si. Период полураспада изотопа 31Si составляет 2.6 часов. После облучения образцы выдерживаются в течение 24 - 48 часов, чтобы обеспечить уменьшение излучения радиоактивных изотопов кремния до уровня, пренебрежимо малого по сравнению с другими элементами.
Наиболее распространенным является анализ g излучения образовавшихся изотопов с энергией квантов от 0.1 до 2.5 МэВ. Это излучение регистрируется литиево-германиевым детектором и анализируется многоканальным анализатором.
Для идентификации изотопа, излучение которого регистрируется при НАА, определяют период его полураспада и энергию g квантов.
Для измерения концентрации конкретного элемента необходимо знать ряд параметров: дозу излучения за определенный период времени, эффективность излучателя и детектора для данного пика спектра g- излучения, поток тепловых нейтронов, время облучения, продолжительность выдержки образца после облучения и другие параметры (см. таблицу):
| Элемент | Атомная масса | t1/2 | f,% | Рекомендуемые материалыFREE Маран Программная инженерия Техническое задание КМ-4. Анализ организационной структуры предприятия. + КМ-5. Анализ бизнес-процесса предприятия. Сессия 1. Математический анализ. Полный разбор билетов ( практика + теория). 26 вариантов. -55% Силовой анализ рычажных механизмов Структурный и Кинематический анализ | Подробно s, Б | Энергия g-квантов, МэВ | Cмин, см-3 |
| As | 75 | 26,4 ч. | 100 | 4,3 | 0,560 | 7,1·1011 |
| Cu | 63 | 12,75 ч. | 69,17 | 4,5 | 0,511 | 2,3·1012 |
| Au | 197 | 2,69 сут. | 100 | 98,8 | 1,34 | 1,1·109 |
| Na | 23 | 15,0 ч. | 100 | 0,53 | 1,37 | 3,3·1012 |
| Ta | 181 | 115 сут. | 100 | 21,0 | 1,121 | 1,1·1012 |
| W | 186 | 23,9 ч. | 28,14 | 40,0 | Рекомендуем посмотреть лекцию "13 Теоретические основы решения задач на пэвм". 0,686 | 4,9·1011 |
Таблица. Параметры радиоактивных изотопов и предел чувствительности метода НАА.
Примечание. t1/2 - период полураспада; f- содержание радиоактивного изотопа по отношению к нерадиоактивному; s - сечение рассеяния тепловых нейтронов; Смин - минимальная обнаруживаемая НАА концентрация элемента при условии проведения анализа всего объема кремниевой подложки диаметром 7.3 см и толщиной 5 - 10 мкм после облучения в течение 10 ч потоком нейтронов мощностью 1013 см-2·с-1 и выдержки в течение 40 ч перед началом измерений.
Минимальная концентрация некоторых элементов, позволяющая обнаруживать их методом НАА, представлена в последней колонке таблицы. Хотя чувствительность анализа варьируется в зависимости от размера образца, продолжительности облучения, мощности потока и других факторов, данные последней колонки таблицы указывают на чрезвычайно высокую чувствительность метода НАА.
Проводя НАА до и после удаления поверхностных слоев контролируемой толщины, можно определять профили распределения элементов по глубине образца. Так, послойным травлением поверхности в сочетании с НАА можно показать, что геттерирование фосфором обеспечивает снижение концентрации золота в кремниевой пластине в 50 раз по сравнению с его первоначальной концентрацией, составляющей 3·1014 см-3, и стягивание атомов золота в слой толщиной 2 мкм у нерабочей поверхности пластины.
