RU2212650C1 - Устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела - Google Patents
Устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела Download PDFInfo
- Publication number
- RU2212650C1 RU2212650C1 RU2002125411/28A RU2002125411A RU2212650C1 RU 2212650 C1 RU2212650 C1 RU 2212650C1 RU 2002125411/28 A RU2002125411/28 A RU 2002125411/28A RU 2002125411 A RU2002125411 A RU 2002125411A RU 2212650 C1 RU2212650 C1 RU 2212650C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vacuum chamber
- surface layer
- sample
- solid body
- analyzing
- Prior art date
Links
- NMGSDTSOSIPXTN-UHFFFAOYSA-N C1CC=C=CC1 Chemical compound C1CC=C=CC1 NMGSDTSOSIPXTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 0 CC1*CCC1 Chemical compound CC1*CCC1 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/252—Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/32—Polishing; Etching
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Устройство содержит блок формирования атомарного, и/или молекулярного, и/или ионного, и/или электронного, и/или фотонного пучков, предназначенных для воздействия на поверхностный слой образца, при этом выходная магистраль блока формирования, связанного с системой регистрации и содержащего средство для создания единичных импульсов указанных пучков, введена в вакуумную камеру, инициатор электрического разряда с электродом, выведенным в вакуумную камеру, и таймером, датчик высокого вакуума, сообщающийся с вакуумной камерой, дополнительную емкость для хладагента, которая установлена в вакуумной камере, и средство анализа, расположенное между средством регистрации и образцом и предназначенное для записи спектров испускаемых поверхностным слоем твердого тела квантов энергии. Технический результат - повышение точности и информативности результатов измерений. 3 з.п. ф-лы, 18 ил.
Description
Изобретение относится к области анализа структуры поверхностных и приповерхностных слоев твердых тел и их физических и химических свойств с использованием активирующих воздействий.
Поскольку структура поверхностного слоя твердого тела существенно отличается от структуры твердого тела в объеме и, практически, определяет его поведение в различных средах и в поле различных сил, то сведения о поверхностном слое твердого тела открывают путь к научно-обоснованной модификации поверхности твердого тела с целью получения материалов с желаемыми оптическими, механическими, адгезионными, электрическими, люминесцентными и другими свойствами, а также к управлению многими важными в практическом отношении процессами, такими как рост кристаллов, эпитаксиальное и плазмохимическое выращивание слоев, катализ, создание ультратонких пленочных структур, упрочнение материалов и др., позволяют на более высоком уровне проводить контроль качества поверхности (поверхностную дефектоскопию) промышленных изделий, что особенно важно в таких областях, как защитные покрытия, микро- и наноэлектроника.
Известно устройство для определения физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела на основании измерения коэффициента гетерогенной рекомбинации свободных атомов и радикалов на поверхности твердых тел, включающее замкнутую измерительную камеру, соединенную каналами с вакуумным насосом и разрядной трубкой, помещенной внутрь индуктора высокочастотного генератора, причем внутри камеры размещен держатель с люминофором, с которым оптически связан фотодетектор, выход которого подключен к блоку регистрации; внутрь измерительной камеры введена цилиндрическая трубка с размещенной внутри нее подвижной подложкой с гнездами для образцов, причем на поверхности трубки, ограниченной камерой, выполнены окно, расположенное под люминофором, и отверстия, центры которых расположены на одной прямой с центром окна, причем общая площадь отверстий на порядок меньше площади окна, SU 1807381 А1.
Устройство позволяет определить только степень активности поверхности в отношении атомизированных газов и радикалов и не обеспечивает возможность определения температур и энергий активации фазовых и релаксационных переходов в поверхностном слое твердого тела, что весьма важно при анализе свойств этого слоя, в частности, с целью создания подложек для эпитаксиального роста элементов микроэлектронных схем.
Известно устройство для измерения температур и энергий активации фазовых и релаксационных переходов в полимерах, включающее вакуумную камеру, в которой размещают исследуемый образец, системы охлаждения и нагрева, средство облучения образца γ-квантами и устройство для регистрации спектра термолюминесценции (термолюминограф), SU 928207.
Недостатком этого устройства является выраженное объемное модифицирующее воздействие γ-квантов на исследуемый материал, а также необходимость изготовления специального образца в виде тонкой пленки исследуемого материала, нанесенного на фольгу.
Известно устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела, включающее снабженную оптическим окном вакуумную камеру для размещения исследуемого образца твердого тела, внутри которой расположен держатель образца, выполненный в виде замкнутой емкости, снабженной отверстием для подачи хладагента, внутри держателя образца размещен нагреватель, а на его наружной поверхности закреплен исследуемый образец и установлена термопара, генератор с электродом, в качестве которого использован держатель образца, датчик низкого вакуума, сообщающийся с полостью вакуумной камеры, магистраль для создания вакуума в вакуумной камере, магистраль для подачи газов в вакуумную камеру, средство регистрации получаемой информации, при этом электроды генератора и инициатора электрического разряда расположены в вакуумной камере, см. A.A.Kalachev, etc. Plasma-induced thermoluminescence - a new method of investigating supramolecular architectures and temperature transitions in polymers and other solid surfaces. Applied Surface Science - 70/71, 1993, p.296. (копия ссылки прилагается).
В этом устройстве, принятом за прототип настоящего изобретения, воздействие на поверхностный слой твердого тела осуществляется с помощью низкотемпературной плазмы, которая создается в вакуумной камере. Для этого в вакуумной камере создают вакуум, а затем подают один из плазмообразующих газов (водород, кислород, азот, аргон и др.) до давления 0,1 мбар. На предварительно охлажденный держатель образца подается немодулированное высокочастотное напряжение 40,68 МГц, в результате чего в вакуумной камере образуется НТП. После экспозиции образца в плазме производится выдержка образца при постоянной температуре до спада люминесценции до значений порога чувствительности регистрирующей аппаратуры. Затем образец нагревают и при этом регистрируют спектр термолюминесценции. Устройство не обеспечивает требуемую в ряде случаев информативность анализа свойств поверхностного слоя твердого тела, поскольку активирующее воздействие осуществляется только посредством НТП. Кроме того, при охлаждении держателя образца, в который подается хладагент, влага и другие примеси, находящиеся в вакуумной камере и диффундирующие из вакуумных насосов, адсорбируются на поверхности образца, что существенно влияет на точность анализа свойств поверхностного слоя твердого тела. Следует также отметить, что активирующее излучение приводит к возникновению люминесценции материала оптического окна и нарушению функций детектора квантов, что вносит погрешность в результаты измерений. Устройство-прототип не обеспечивает надежное поджигание плазмы, не позволяет контролировать время обработки поверхности, что особенно важно в области коротких времен активирующего воздействия.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения информативности и точности анализа свойств поверхностного слоя твердого тела, а также предотвращение люминесценции материала оптического окна и нарушения функций детектирующего устройства в ходе обработки и уменьшение тем самым погрешности результатов измерений.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела, включающее снабженную оптическим окном вакуумную камеру для размещения исследуемого образца твердого тела, внутри которой расположен держатель образца, выполненный в виде емкости, снабженной отверстием для подачи хладагента, внутри держателя образца размещен нагреватель, а на его наружной поверхности закреплен исследуемый образец, и установлена термопара, генератор с электродами, расположенными в вакуумной камере, датчик низкого вакуума, сообщающийся с вакуумной камерой, магистраль для создания вакуума в вакуумной камере, магистраль для подачи газов в вакуумную камеру и средство регистрации полученной информации; устройство дополнительно содержит блок формирования атомарного, и/или молекулярного, и/или ионного, и/или электронного, и/или фотонного пучков, предназначенных для воздействия на поверхностный слой образца, при этом выходная магистраль блока формирования, связанного с системой регистрации и содержащего средство для создания единичных импульсов указанных пучков, введена в вакуумную камеру, инициатор электрического разряда с электродом, выведенным в вакуумную камеру, и таймером, датчик высокого вакуума, сообщающийся с вакуумной камерой, дополнительную емкость для хладагента, которая установлена в вакуумной камере, и средство анализа, расположенное между средством регистрации и образцом, и предназначенное для записи спектров испускаемых поверхностным слоем твердого тела квантов энергии, при этом оптическое окно снабжено экраном для отсечения излучения из вакуумной камеры; средство анализа представляет собой средство анализа по длинам волн квантов света, излучаемых поверхностным слоем образца; средство анализа по длинам волн квантов света, излучаемых поверхностным слоем образца, может включать монохроматор; средство анализа по длинам волн квантов света, излучаемых поверхностным слоем образца, может включать светофильтр.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".
Реализация отличительных признаков устройства обусловливает воздействие на образец не только НТП, но и пучками частиц, а также возможность последовательного воздействия на исследуемый образец НТП, пучками различных частиц в той или иной комбинации без извлечения образца из вакуумной камеры. Это позволяет оценивать слабосвязанные энергетические состояния поверхностного слоя твердого тела, а также определять его химические свойства; благодаря наличию дополнительной емкости для хладагента в вакуумной камере, обеспечивается осаждение находящихся в вакуумной камере влаги, газов и т.п. примесей на дополнительной емкости, а не на поверхности исследуемого образца; наличие устройства, инициирующего плазму, и таймера обеспечивает надежное поджигание разряда и возможность точной обработки по времени; кроме того, наличие экрана для отсечения излучения из вакуумной камеры предотвращает люминесценцию материала оптического окна и возможное нарушение функций детектора (например, "ослепление" ФЭУ в ходе активационной обработки).
Указанные выше новые свойства объекта обеспечивают повышение точности и информативности результатов измерений.
Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень".
Заявленное устройство и его работа иллюстрируются чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - блок-схема устройства;
на фиг.2 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия атомарного пучка (пример 1);
на фиг. 3 - спектр при воздействии атомарного пучка при нагреве (пример 1);
на фиг.4 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия атомарного пучка (пример 2);
на фиг. 5 - спектр при воздействии атомарного пучка при нагреве (пример 2);
на фиг.6 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия электронного пучка (пример 3);
на фиг.7 - спектр при воздействии электронного пучка при нагреве (пример 3);
на фиг.8 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия молекулярного пучка (пример 3);
на фиг. 9 - спектр при воздействии молекулярного пучка при нагреве (пример 3);
на фиг.10 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия ионного пучка (пример 3);
на фиг.11 - спектр при воздействии ионного пучка при нагреве (пример 3);
на фиг.12 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия фотонного пучка (пример 3);
на фиг. 13 - спектр при воздействии фотонного пучка при нагреве (пример 3);
на фиг.14 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия НТП (пример 4);
на фиг.15 - спектр при воздействии НТП при нагреве (пример 4);
на фиг.16 - спектр при облучении образца по примеру 4 НТП с параметрами, описанными в прототипе;
на фиг.17 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия НТП (пример 5);
на фиг.18 - спектр при воздействии НТП при нагреве (пример 5).
на фиг.1 - блок-схема устройства;
на фиг.2 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия атомарного пучка (пример 1);
на фиг. 3 - спектр при воздействии атомарного пучка при нагреве (пример 1);
на фиг.4 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия атомарного пучка (пример 2);
на фиг. 5 - спектр при воздействии атомарного пучка при нагреве (пример 2);
на фиг.6 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия электронного пучка (пример 3);
на фиг.7 - спектр при воздействии электронного пучка при нагреве (пример 3);
на фиг.8 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия молекулярного пучка (пример 3);
на фиг. 9 - спектр при воздействии молекулярного пучка при нагреве (пример 3);
на фиг.10 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия ионного пучка (пример 3);
на фиг.11 - спектр при воздействии ионного пучка при нагреве (пример 3);
на фиг.12 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия фотонного пучка (пример 3);
на фиг. 13 - спектр при воздействии фотонного пучка при нагреве (пример 3);
на фиг.14 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия НТП (пример 4);
на фиг.15 - спектр при воздействии НТП при нагреве (пример 4);
на фиг.16 - спектр при облучении образца по примеру 4 НТП с параметрами, описанными в прототипе;
на фиг.17 - спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов света при постоянной температуре после воздействия НТП (пример 5);
на фиг.18 - спектр при воздействии НТП при нагреве (пример 5).
Устройство включает вакуумную камеру 1, изготовленную из нержавеющей стали, снабженную оптическим окном 2, выполненным из оптического кварца. В вакуумной камере 1 расположен держатель образца, выполненный в виде емкости 3 из меди. На ее наружной поверхности закреплен исследуемый образец 4 твердого тела. В конкретном примере образец 4 закреплен с помощью пружинных колец (на чертеже не показаны). Емкость 3 закрыта крышкой 5 с отверстием 6 для подачи хладагента, в частности жидкого азота. Внутри емкости 3 размещен нагреватель 7, а на ее наружной поверхности установлена хромель-алюмелевая термопара 8.
Устройство также включает генератор 9, излучающий электромагнитные колебания с частотой 16 МГц. Электрод 10 генератора 9 расположен в вакуумной камере 1. Инициатор 11 электрического разряда представляет собой высоковольтный трансформатор; при замыкании-размыкании первичной обмотки он выдает со вторичной обмотки импульсы напряжением 20 кВ, которые подаются на электрод 12, расположенный в вакуумной камере 1. Длительность электрического разряда задается с помощью таймера (на чертеже не показан). Датчик 13 низкого вакуума типа "баротрон" размещен на наружной поверхности вакуумной камеры 1 и сообщается с ее полостью. Вакуумная камера 1 снабжена магистралью 14 для создания в ней вакуума до 1•10-7 мм рт.ст., а также магистралью 15 для подачи газов в вакуумную камеру. В конкретном примере использован водород, но возможно использование кислорода, азота, инертных газов и др.
Устройство содержит средство регистрации получаемой информации, которое включает компьютер 16 с монитором и блок 17 сопряжения компьютера 16 с шиной 18 сбора данных. Блок 17 содержит аналого-цифровой преобразователь типа AD-7858, микропроцессор AD 8080 и источник питающих напряжений для элементов устройства, которые подаются на шину 19. На шину 19 подаются через блок 17 команды управления от компьютера 16.
Устройство содержит блок 20 формирования атомарного и/или молекулярного, и/или ионного, и/или электронного, и/или фотонного пучков. Блок 20 содержит, в конкретном примере, атомизатор с элементом формирования узконаправленного пучка, в виде совокупности капилляров с диаметром 20 мкм, систему формирования молекулярного пучка, включающую магистраль 21 для подачи газа и элемент в виде совокупности капилляров такого же диаметра, ионную пушку, электронную пушку и ртутную лампу типа ДРШ-100 для формирования фотонного пучка. Блок 20 содержит средство для создания единичных импульсов указанных пучков: клапаны, запирающие электроды и т.п. Выходная магистраль 22 блока 20 выведена в вакуумную камеру 1. Между средством регистрации получаемой информации и исследуемым образцом расположено средство анализа по длинам волн квантов света, излучаемых поверхностным слоем образца 4, которое в конкретном примере содержит монохроматор 23 типа МДР-3, к выходу которого подключен фотоумножитель 24 типа ФЭУ-68. Монохроматор 23 сопряжен с оптическим окном 2, которое имеет со стороны вакуумной камеры 1 экран 25 для отсечения излучения из вакуумной камеры, которое могло бы вызвать люминесценцию материала окна 2. Средство анализа по длинам волн квантов света, излучаемых поверхностным слоем, может быть выполнено в виде светофильтра. Устройство снабжено датчиком 26 высокого вакуума типа ПМИ-2, установленным на наружной поверхности вакуумной камеры 1 и сообщающимся с ее полостью. Устройство также содержит дополнительную емкость 27 для хладагента, снабженную крышкой 28 с отверстием 29 для подачи хладагента. Емкость 27 установлена внутри вакуумной камеры 1.
Возможен вариант конкретного выполнения устройства, при котором в магистрали для создания вакуума в вакуумной камере дополнительно установлен блок отсечения диффузии загрязнений из насосной группы: это может быть адсорбирующий блок или охлаждаемая ловушка, или то и другое совместно; адсорбирующий блок может иметь средство нагрева адсорбента для его промежуточной дегазации под вакуумом между анализами (на чертежах не показано).
Устройство работает следующим образом.
Для воздействия на образец 4 атомарным и/или молекулярным, и/или ионным, и/или электронным, и/или фотонным пучками образец 4 закрепляют на держателе образца в виде емкости 3 и помещают в вакуумную камеру 1; из вакуумной камеры 1 откачивают воздух через магистраль 14 до остаточного давления в вакуумной камере не более чем 1•10-7 мм рт.ст. Давление контролируется датчиком 26 высокого вакуума. Затем дополнительная емкость 27 заполняется хладагентом, при этом на ее поверхности адсорбируются остаточные газы и пары воды. При помощи экрана 25 оптическое окно 2 отсекают от излучения из вакуумной камеры. Затем из компьютера 16 через блок 17 по шине 19 подают необходимые команды на блок 20 формирования атомарного и/или молекулярного, и/или ионного, и/или электронного, и/или фотонного пучков и производят воздействие на поверхностный слой образца единичным импульсом какого-либо пучка, либо последовательно единичными импульсами различных пучков. Для создания атомарного и молекулярного пучков по магистрали 21 в блок 20 формирования пучков подают газ, в конкретном примере водород. Суммарная мощность излучения на единицу площади исследуемой поверхности находится в пределах от 10-5 до 10-3 Вт/см2. По окончании воздействия излучением твердое тело выдерживают при постоянной температуре и записывают спектр испускаемых поверхностным слоем твердого тела квантов энергии, в частности, света. Для записи и анализа квантов по длинам волн используют монохроматор 23 и фотоумножитель 24, выходной сигнал которого поступает на шину 18 сбора данных и далее через блок 17 в компьютер 16. Затем в конкретном примере производят нагрев образца 4 нагревателем 7, осуществляя контроль температуры образца термопарой 8. Сигналы с термопары 8 и от фотоумножителя 24 поступают на шину 18 сбора данных и через блок 17 в память компьютера 16 для последующей обработки.
Для воздействия на образец 4 НТП его закрепляют на держателе образца в виде емкости 3 и помещают в вакуумную камеру 1; из вакуумной камеры 1 откачивают воздух через магистраль 14 до остаточного давления в вакуумной камере не более чем 1•10-7 мм рт.ст. Давление контролируется датчиком 26 высокого вакуума. Затем дополнительная емкость 27 заполняется хладагентом, при этом на ее поверхности адсорбируются остаточные газы и пары воды. Затем по магистрали 15 в камеру 1 подают газ (водород) до давления в камере 1-0,1 мм рт. ст. Давление в камере 1 контролируется датчиком 13 низкого вакуума. Включают генератор 9, снабженный электродом 10, а также инициатор 11 электрического разряда, снабженный электродом 12; после зажигания разряда в камере инициатор 11 выключается, а генератор 9 поддерживает разряд заданное время в пределах 0,01-5,0 с с мощностью, вкладываемой в объем, от 10-5 до 10-3 Вт/см3. Записывают спектр испускаемых поверхностным слоем образца квантов энергии (света) при постоянной температуре. Для записи спектров используют монохроматор 23 и фотоумножитель 24, сигнал от которого поступает на шину 18 сбора данных, далее через блок 17 в компьютер 16. Затем производят нагрев образца 4 нагревателем 7 с контролем температуры образца термопарой 8. Сигналы с термопары 8 и от фотоумножителя 24 поступают на шину 18 сбора данных и через блок 17 сопряжения в память компьютера 16 для последующей обработки.
В примере 1 осуществлялось воздействие на поверхностный слой полиэтилена низкого давления марки MOPLEN (MW=114000), закристаллизованного при температуре, близкой к температуре плавления, излучением в виде единичного импульса атомарного пучка водорода. Мощность излучения, действовавшая на единицу площади исследуемой поверхности, составила 2•10-5 Вт/см2. Зарегистрированный спектр испускаемых поверхностным слоем полиэтилена квантов энергии при постоянной температуре отображается графиком на фиг.2. На графике видны два максимума, которые дают информацию о слабосвязанных состояниях поверхностного слоя данного материала и времени полураспада этих состояний. При нагреве материала регистрировался спектр термолюминесценции (фиг.3). Положение максимумов на графике позволяет судить о температурах фазовых и релаксационных переходов в поверхностном слое исследуемого образца.
В примере 2 осуществлялось воздействие на образец из закаленного полиэтилена той же марки при тех же условиях, что и в примере 1. Спектры испускаемых поверхностным слоем квантов света отображены на фиг.4 (при постоянной температуре) и на фиг.5 (в процессе нагрева).
Сопоставление спектров испускаемых квантов света одним и тем же материалом, но приготовленным различным образом, позволяет выявить существенную разницу в свойствах поверхностного слоя материала.
В примере 3 облучался закаленный образец из полиэтилена марки MOPLEN (MW= 114000). Осуществлялось последовательно воздействие на поверхностный слой образца единичными импульсами следующих пучков: электронного, молекулярного, ионного, фотонного; соответственно, последовательно регистрировались спектры испускаемых квантов света как при постоянной температуре, так и в процессе нагрева (фиг.6 и 7, 8 и 9, 10 и 11, 12 и 13 соответственно). Суммарная мощность излучения на единицу поверхности четырех указанных выше единичных импульсов составила 10-3 Вт/см. Каждый вид излучения возмущает определенные, специфические для него состояния поверхностного слоя образца; это позволяет более полно и точно судить о различных физических и химических свойствах поверхностного слоя (температурах фазовых и релаксационных переходов, энергиях активации этих переходов, временах полураспада слабосвязанных поверхностных состояний, протекании поверхностных химических реакций и их порядке, и т.д.)
Для этого используются известные зависимости, позволяющие осуществить переход от спектров излучения квантов света к свойствам поверхностного слоя твердого тела. Например, наиболее важный параметр - энергию активации релаксационного перехода (Ер) можно находить из соотношения:
где R - газовая постоянная;
T' - температура высокотемпературной стороны максимума, где интенсивность люминесценции падает вдвое;
Тmах - температура высокотемпературной стороны максимума, где интенсивность люминесценции максимальна.
Для этого используются известные зависимости, позволяющие осуществить переход от спектров излучения квантов света к свойствам поверхностного слоя твердого тела. Например, наиболее важный параметр - энергию активации релаксационного перехода (Ер) можно находить из соотношения:
где R - газовая постоянная;
T' - температура высокотемпературной стороны максимума, где интенсивность люминесценции падает вдвое;
Тmах - температура высокотемпературной стороны максимума, где интенсивность люминесценции максимальна.
Порядок химической реакции, вызывающей изотермическую люминесценцию, определяют путем преобразования спектров, соответствующих испусканию квантов света при постоянной температуре в системе координат: lnI-t, где I - интенсивность люминесценции, t -время, а также в системе координат: I-l/t2. Если зависимость линейная в первом случае, то химическая реакция имеет первый порядок (распад). Если зависимость линейная во втором случае, то химическая реакция имеет второй порядок (рекомбинация).
В примере 4 осуществлялось воздействие НТП на поверхностный слой люминофора марки КН. Использована НТП с вкладываемой в ее объем мощностью 2•10-5 Вт/см3 в течение 0,05 с. Регистрировались спектры излучения квантов света при постоянной температуре образца (фиг.14) и в режиме термолюминесценции (фиг.15). Методы обработки спектров те же самые, что и в вышеуказанных примерах. Отмечено минимальное модифицирующее воздействие излучения на поверхностный слой образца. Параметры НТП обусловили появление явно выраженной особенности спектра уже в самом начале регистрации люминесценции при постоянной температуре, что не наблюдалось при облучении образца того же самого материала (в порядке контроля) НПТ с параметрами, описанными в прототипе (фиг.16).
В примере 5 использована НТП с вкладываемой в ее объем мощностью 7•10-4 Вт/см3 в течение 4,5 с. Облучался образец из полиэтилена марки MOPLEN (MW= 114000), закристаллизованного при температуре, близкой к температуре плавления. Спектр излучения квантов света при постоянной температуре приведен на фиг.17, при нагреве - на фиг.18.
Устройство реализовано с помощью известных материалов и комплектующих изделий. По мнению заявителя, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".
Claims (4)
1. Устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела, включающее снабженную оптическим окном вакуумную камеру для размещения исследуемого образца твердого тела, внутри которой расположен держатель образца, выполненный в виде емкости, снабженной отверстием для подачи хладагента, внутри держателя образца размещен нагреватель, а на его наружной поверхности закреплен исследуемый образец и установлена термопара, генератор с электродами, расположенными в вакуумной камере, датчик низкого вакуума, сообщающийся с вакуумной камерой, магистраль для создания вакуума в вакуумной камере, магистраль для подачи газов в вакуумную камеру и средство регистрации полученной информации, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит блок формирования атомарного, и/или молекулярного, и/или ионного, и/или электронного, и/или фотонного пучков, предназначенных для воздействия на поверхностный слой образца, при этом выходная магистраль блока формирования, связанного с системой регистрации и содержащего средство для создания единичных импульсов указанных пучков, введена в вакуумную камеру, инициатор электрического разряда с электродом, выведенным в вакуумную камеру, и таймером, датчик высокого вакуума, сообщающийся с вакуумной камерой, дополнительную емкость для хладагента, которая установлена в вакуумной камере, и средство анализа, расположенное между средством регистрации и образцом и предназначенное для записи спектров испускаемых поверхностным слоем твердого тела квантов энергии, при этом оптическое окно снабжено экраном для отсечения излучения из вакуумной камеры.
2. Устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела по п. 1, отличающееся тем, что средство анализа представляет собой средство анализа по длинам волн квантов света, излучаемых поверхностным слоем образца.
3. Устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела по п. 2, отличающееся тем, что средство анализа по длинам волн квантов света, излучаемых поверхностным слоем образца, включает монохроматор.
4. Устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела по п. 2, отличающееся тем, что средство анализа по длинам волн квантов света, излучаемых поверхностным слоем образца, включает светофильтр.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002125411/28A RU2212650C1 (ru) | 2002-09-16 | 2002-09-16 | Устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела |
| PCT/RU2003/000312 WO2004025276A1 (fr) | 2002-09-16 | 2003-07-15 | Dispositif destine a l'analyse des proprietes physiques et/ou chimiques de la couche de surface d'un corps solide |
| AU2003252631A AU2003252631A1 (en) | 2002-09-16 | 2003-07-15 | Device for analysing physical and/or chemical properties of the surface layer of a solid body (variants) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002125411/28A RU2212650C1 (ru) | 2002-09-16 | 2002-09-16 | Устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2212650C1 true RU2212650C1 (ru) | 2003-09-20 |
| RU2002125411A RU2002125411A (ru) | 2004-03-27 |
Family
ID=29777893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002125411/28A RU2212650C1 (ru) | 2002-09-16 | 2002-09-16 | Устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2003252631A1 (ru) |
| RU (1) | RU2212650C1 (ru) |
| WO (1) | WO2004025276A1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509299C1 (ru) * | 2012-06-29 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ определения зарядового состояния атомов в субнанослойных пленках на поверхности металлов и полупроводников |
| RU2509301C1 (ru) * | 2012-06-29 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ определения кристаллической фазы в аморфных пленках наноразмерной толщины |
| RU2522667C2 (ru) * | 2012-07-30 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ определения элементного состава и толщины поверхностной пленки твердого тела при внешнем воздействии на поверхность |
| RU2533338C2 (ru) * | 2013-01-25 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ нагрева и определения температуры образцов |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011111836A1 (de) * | 2011-08-27 | 2013-02-28 | Inficon Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Kältemittelidentifikation |
| CN104596892A (zh) * | 2015-02-11 | 2015-05-06 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种气固表面反应装置及采用其进行测定的方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2086037C1 (ru) * | 1991-06-17 | 1997-07-27 | Научно-исследовательский технологический институт | Электростатический анализатор энергии заряженных частиц |
| US5705821A (en) * | 1996-11-07 | 1998-01-06 | Sandia Corporation | Scanning fluorescent microthermal imaging apparatus and method |
| JPH11295247A (ja) * | 1998-04-14 | 1999-10-29 | Toshiba Corp | 試料表面の分析方法 |
-
2002
- 2002-09-16 RU RU2002125411/28A patent/RU2212650C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-07-15 WO PCT/RU2003/000312 patent/WO2004025276A1/ru not_active Application Discontinuation
- 2003-07-15 AU AU2003252631A patent/AU2003252631A1/en not_active Abandoned
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| KALACHEV A.A. etc., Plasma - induced thermoluminescence - a new method of investigating supramolecular architectures and temperature transitions in polymers and other solid surfaces. Applied Surface Science. - 70/71, 1993, p.296. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509299C1 (ru) * | 2012-06-29 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ определения зарядового состояния атомов в субнанослойных пленках на поверхности металлов и полупроводников |
| RU2509301C1 (ru) * | 2012-06-29 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ определения кристаллической фазы в аморфных пленках наноразмерной толщины |
| RU2522667C2 (ru) * | 2012-07-30 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ определения элементного состава и толщины поверхностной пленки твердого тела при внешнем воздействии на поверхность |
| RU2533338C2 (ru) * | 2013-01-25 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ нагрева и определения температуры образцов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002125411A (ru) | 2004-03-27 |
| WO2004025276A1 (fr) | 2004-03-25 |
| AU2003252631A1 (en) | 2004-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1194385A (en) | Device fabrication using gas-solid processes | |
| RU2212650C1 (ru) | Устройство для анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела | |
| Ducas et al. | Radiative lifetimes of selected vibrational levels in the A state of Na2 | |
| Jiang et al. | Absolute spatially and time‐resolved O, O3, and air densities in the effluent of a modulated RF‐driven atmospheric pressure plasma jet obtained by molecular beam mass spectrometry | |
| Eun et al. | Microdischarge-based sensors and actuators for portable microsystems: Selected examples | |
| US5528150A (en) | Gas sampling apparatus including a sealed chamber cooperative with a separate detector chamber | |
| RU2221236C1 (ru) | Способ анализа физических и/или химических свойств поверхностного слоя твердого тела (варианты) | |
| Massines et al. | On the nature of the luminescence emitted by a polypropylene film after interaction with a cold plasma at low temperature | |
| Dvořák et al. | Evolution of N (4S) atoms produced under nitrogen streamer conditions: time-resolved TALIF study at reduced pressures | |
| Malyshev et al. | Diagnostics of inductively coupled chlorine plasmas: Measurement of Cl 2+ and Cl+ densities | |
| Cristofaro et al. | Simultaneous measurements of work function and H‒density including caesiation of a converter surface | |
| Sakurai et al. | Time-of-flight measurement of desorbed particles from solid rare gases using synchrotron radiation | |
| US20210124084A1 (en) | Apparatus, system and method to controllably influence at least one of a rate of a chemical reaction, a biological process and/or phase transition processes | |
| Todd | Secondary ion emission from glycerol under continuous and pulsed primary ion current | |
| Dölling et al. | A test of stripper foil lifetime in PSI's 72 MeV proton beam | |
| Latyshev et al. | A Method for Determining the Ionization Spectra of Monodispersed Clusters of Noble Metals Adsorbed on the Surfaces of Ionic–Covalent Crystals | |
| Han et al. | Real-time VUV radiation monitoring in low-pressure hydrogen plasma based on fluorescence of sodium salicylate | |
| RU2057322C1 (ru) | Способ идентификации минералов и идентификатор минералов (его варианты) | |
| Kasprowicz et al. | Diffusion of rubidium atoms in PDMS thin films | |
| Mitra | DC Pulse-Powered Microdischarges on Planar Electrodes and Their Use in Vapor and Liquid Phase Chemical Sensing in Ambient Air. | |
| Veloso | Optimization of LaserInduced Breakdown Spectroscopy (LIBS) for application in the cork industry | |
| Annenkov et al. | Equipment and methods for rapid analysis of PWO full size scintillation crystals radiation hardness at mass production | |
| Wulz | Advanced Radiation Detection Devices: 3D Diamond Detectors and KSr2I5: Eu Scintillating Crystals | |
| Hong et al. | Identification of 137 Cs in an individual microparticle by laser desorption/ionization ion trap mass spectrometer | |
| JP2004212215A (ja) | レーザーアブレーション高分子分析装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20060520 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180917 |