А.М. Гаськов - Методы исследования неорганических веществ и материалов (методические разработки к лабораторному практикуму) (1114431), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Более корректные оценки можно получить,накладывая гауссов шум на результаты измерений с помощью генератора случайных чисел.233. Решение прямой кинетической задачиСледующим этапом является решение прямой кинетической задачи. Используярезультаты полученные в программой SVD, проводится интегрирование кинетическогодифференциального уравнения по методу Рунге-Кутта и моделируется ТА - кривая,сравнениекоторойсэкспериментальнымиданными,применяясоответствующиестатистические критерии решается вопрос об адекватности расчета и эксперимента.Программа RKF осуществляет интегрирование кинетического уравнения и сравниваетданные расчета и эксперимента.
Программа работает в диалоговом режиме.ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХОбработка эксперимента должна быть проведена следующим образом:•СиспользованиемпрограммыSPLINEпровестисплайн-интерполяциюэкспериментальных данных и рассчитать значения мгновенных скоростей.•С помощью программы SVD осуществить решение обратной кинетической задачи помодифицированному методу наименьших квадратов.•Провести генерацию кинетических кривых методом наложения случайного шума, чтобыполучить достоверные оценки доверительных интервалов для параметров модели.•Используя результаты, полученные в программой SVD, проводится интегрированиекинетического дифференциального уравнения по методу Рунге-Кутта и моделированиеТА - кривой, и провести ее сравнение с экспериментальными данными•Применяя статистические критерии решить вопрос об адекватности расчета иэксперимента.•Для получения надежных оценок кинетических параметров провести совместнуюобработку трех наборов экспериментальных точек, полученных при различныхскоростях нагревания образцов оксалата кальция (CaC2O4*nH2O).ЛИТЕРАТУРА:1.Я.
Шестак. Теория термического анализа. М.: Мир, 1980.2.В.А.Сипачев, И.В.Архангельский "Calculation techniques for solving non-isotermalkinetics problems", J. Thermal Analysis, vol. 37 (1991), p. 1-14.3.Дж. Форсайт, М.Малькольм и К.Моулер "Машинные методы математическихвычислений" М., "Мир", 1980.24Задача 5АНАЛИЗ СОСТАВА ПОВЕРХНОСТИ МЕТОДОМ ОЖЕ-ЭЛЕКТРОННОЙСПЕКТРОСКОПИИ.Гаськов А.М., Кузнецова Т.А.5.1. Количественный анализ состава поверхности монокристаллов и пленок.ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить состав поверхности скола монокристалла или пленкиметодом оже электронной спектроскопии.ВВЕДЕНИЕКоличественный анализ состава методом оже-электронной спектроскопии (ОЭС) включаетв себя определение зависимости величины интенсивности характеристического ожеперехода от концентрации компонента системы.
В общем случае ток оже-электронов (IA),возникаюших в результате возбуждения атомов мишени первичным электронным пучком,записывается в виде:[]xI A = I 0 δ (E P ) 1 + R m (E A , α ) T (E A )D (E A ) ∫ N A ( z ) exp ( − z / λ m cos Θ )dz (1)0IA - ток в первичном пучке электронов;T(EA) - коэффициент пропускания спектрометра;D(EA) - эффективная чувствительность спектрометра;δ(EP) - сечение ионизации внутреннего уровня первичным пучкомEP;Rm(EA,α) - фактор обратного рассеяния, данный фактор зависит от типа кристаллическойрешетки, энергии EAи угла направления падающего электронного пучка к нормалиповерхности мишени;NA(z) - распределение концентрации атомов А по глубине z;λm(EA) - длина свободного пробега оже-электрона в матрицемишени;θ - угол сбора оже-электронов по отношению к нормали поверхности (для большинстваспектрометров типа цилиндрического зеркала θ = 42.3° , cos θ = 0.74).25На практике для количественной оценки состава методом ОЭС используют различныеподходы, в том числе: коэффициенты элементной чувствительности, оценка матричныхфакторов и предварительное исследование эталонов.Сущностьметодакоэффициентовэлементнойчувствительностизаключаетсявприближенной записи уравнения (1) в виде:IA = K(EP ,EA )NA(z),где K(EP ,EA ) - рассматривается как постоянная для данной энергии первичногоэлектронного пучка величина, не зависящая от состава мишени.Полагая,чтодлякаждогоэлементаможноввестикоэффициентэлементнойчувствительности S=1/K, атомную долю компонента в твердом растворе можно рассчитатьиз уравнения:Ci = ( I i / Si ) /∑Iij/ S ijУчет влияния матрицы на выход оже-электронов может быть проведен по уравнению:∞CAA IA / IA= F ABCBI B / I B∞A- матричный фактор.где F ABAF AB= [aA,B1 + R A ( E A ) a B 1.
5]()1 + RB ( E A ) a A- атомные радиусы.Величины факторов обратного рассеяния Ri , учитывающие дополнительную ионизацию засчет электронов высокой энергии, претерпевших обратное рассеяние, определяются изуравнения:R i = 1 + ( 2.34 + 2.10 z 0 .14 )U−0 . 35+ ( 2.58 z 0 .14 − 2.98 )где z - эффективный атомный номер матрицы,U = Ep / Eb ;Ep - энергия падающего электронного пучка 5 кэВ,Eb - энергия первичной ионизации атома в оже-процессе.Метод внешних эталонов является наиболее трудоемким и включает в себя анализобразцов сравнения, состав которых определен независимо, и построение калибровочныхзависимостей интенсивностей оже-переходов от концентрации компонентов.
Методвнешних эталонов фактически учитывает зависимости факторов δi , λi , Ri от составаданного вещества. Дляисследования монокристаллов соединений с узкими областямигомогенности в качестве образцов сравнения используют свежие сколы.26ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАЧИ.•Приготовить свежий скол монокристалла полупроводника и поместить его в держатель.•Установить держатель с образцами в вакуумную камеру оже-cпектрометра.•Произвести измерение давления остаточных газов в вакуумной камере.•Получить изображение исследуемой поверхности в отраженных электронах растровогоэлектронного микроскопа.•Выбрать 6 точек для анализа состава.•Определить, используя литературные данные, условия съемки электронных спектров.•Выбрать для количественного анализа наиболее интенсивные оже-переходы длякаждого элемента.•Спектры записать в дифференциальном виде.•Интенсивность оже-реходов Ii измерить по полной амплитуде от пика до пика для−шести выбранных точек.
Расчет приведенных интенсивностей компонентов I провестиiпо выражению:•−Ii•= Ii /∑Iijгде Ii , Iij - интенсивности оже-переходов компонентов в дифференциальном ОЭС.Экспериментальные результаты представить в виде таблицы:NточкиI1I2I3I4123•Рассчитать погрешности определения интенсивности оже-переходов.•Рассчитатьсоставповерхностиизполученныхвеличиннормализованныхинтенсивностей с использованием коэффициентов элементной чувствительности, сучетом матричных факторов, а также из результатов аналогичного исследования сколамонокристалла, выбранного в качестве образца сравнения.•Сравнить полученные результаты.275.2.Распределение элементного состава по толщине тонких пленок и гетероструктурЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить распределение состава по толщине тонкой пленки илигетероструктурыметодоможе-электроннойспектроскопиисиспользованием ионного травления.ВВЕДЕНИЕДля анализа распределения состава по толщине используется ионное травление пучкомионов аргона Ar+ с энергиями 0.5, 1.0 и 3.0 кэВ, плотность ионного пучка обычно составляет50мкА/см .
Ионный пучок диаметром 1.2 мм сфокусирован таким образом, чтобыэлектронный зонд находился в его центре. Скорость распыления изучается с помощьюэталонов известной толщины по времени полного распыления или по глубине кратера,измеренного на профилометре.Коэффициент распыления Y рассчитывается из выражения:Y = V Ar + ρ / 0.06I Ar + Mгде V Ar + - скорость распыления, ρ - плотность вещества, I Ar + плотность тока ионов Ar ; M - молекулярная масса вещества.ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАЧИ.•Приготовить свежий скол образца сравнения и анализируемую пленку, поместить их вдержатель.•Установить держатель с образцами в вакуумную камеру оже-спектрометра.•Произвести измерения давления остаточных газов в вакуумной камере.•Получить изображение исследуемой поверхности в отраженных электронах растровогоэлектронного микроскопа.•Выбрать 6 точек для анализа состава.•Определить, используя литературные данные, условия съемки электронных спектров.•Выбратьнаиболееинтенсивныеоже-переходыдлякаждогоэлементадляколичественного анализа.•Для исходной поверхности спектры записать в дифференциальном виде, интенсивностьоже-переходов Ii измерить по полной амплитуде от пика до пика для шести выбранныхточек.28•−Расчет приведенных интенсивностей компонентов Iпровести по выражению:i•−Ii= Ii /∑Iij•где Ii , Iij - интенсивности оже-переходов компонентов в дифференциальном ОЭС.•Измеритькратер,образованныйврезультатеионноготравления,методомпрофилометрии.•Рассчитать скорость ионного травления.•Построить график распределения состава по толщине тонкой пленки•Определить протяженность приповерхностного и переходного слоев.Экспериментальные результаты представить в виде таблицы:NточкиI1I2I3I4123ЛИТЕРАТУРА1.
Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектроннойспектроскопии./под ред. Д.Бриггса и М.П.Сиха. М., Мир, 1987, 598 С.2. Handbook of Auger Electron Spectroscopy./ JEOL, 1982, 200 P.29Задача 6.КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ПРИМЕСЕЙ МЕТОДОМАТОМНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ С ИНДУКТИВНОСВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ.Мазо Г.Н.ЦЕЛЬ ЗАДАЧИ: Определить содержание Pb в образце Вi-2223 методом атомно-флуоресцентной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмойВВЕДЕНИЕ.Явление, при котором при данной температуре спектральная яркость вещества превышает внекоторой области спектра яркость излучения абсолютно черного тела, называетсяфотолюминесценцией. Одним из видов фотолюминесценции является флуоресценция.
Прифлуоресценции энергия возбуждающего излучения поглощается и излучается в видефотонов одними и теми же центрами. Скорость спада яркости флуоресценции определяетсявременами жизни возбужденного состояния атома или молекулы, которые обычнонаходятся в пределах 10-7- 10-9 с.Число актов поглощения фотонов атомами в единицу времени на протяжении длины dxопределяется выражением:dΦ = - BkiNkdx,(1)где Φ - плотность потока фотонов, проходящего через изучаемый объем, Nk - концентрацияатомов в состоянии k, Bki - коэффициент Эйнштейна, определяющий вероятностьпоглощения фотона, рассчитанную на единицу плотности поглощаемого излучения.Число фотонов dNf, испускаемых единицей объема за время dt по всем направлениям, равно:dNf, = AikNidt(2)где Aik - коэффициент Эйнштейна спонтанного излучения, Ni - число возбужденных атомовв состоянии i.Число фотонов флуоресценции dnf, попадающих на приемник излучения, равно:dnf = Ω/4πn˚exexp(-t/τ)(3)где τ - время жизни возбужденного состояния, Ω - телесный угол, в пределах которогоизлучение попадает в приемник, n˚ex - концентрация возбужденных атомов в момент, когдапрекратилось возбуждение.30В теории атомно-флуоресцентной спектрометрии известно выражение, учитывающеевлияние инструментальных и рабочих параметров на отношение сигнал/шум:(S/N)AF ≈ IoNoY(A1ω1)(∆f)-1/2{Tf ω3(∆A)/Ibs + Iem}1/2(4)для ясности некоторые члены в этом выражении лучше представить в виде следующихотдельных выражений:No ≈ εβ,Ib, Iem = NES ≈ NGS exp {(- EES - EGS)/kT}.В этих выражениях: знак « ≈ » означает «изменяется как»; Io - интенсивность источникавозбуждения; No - число незаряженных атомов в основном невозбужденном состоянии; Y квантовый выход флуоресценции; ∆f - ширина частотного диапазона регистрирующейэлектроники; ω1 - телесный угол излучения возбуждающего источника, сфокуссированногона атомизатор; A1 - площадь источника возбуждения; ω3 - телесный угол излученияфлуоресценции, собираемый регистрирующей оптикой; ∆A - доля площади излучающегоучастка атомизатора, наблюдаемая детектором; Ib - интенсивность фонового излученияатомизатора; Iem - интенсивность атомной и/или молекулярной эмиссии от матрицы образца;s - спектральная полоса пропускания оптического фильтра или моно(поли)хроматора; Tf –пропускание оптического фильтра или моно(поли)хроматора; ε – эффективность переносаобразца, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
