Определение толщины и пористости пленок и покрытий на различных подложках с использованием рентгеновского излучения. Кашкаров В.М - 6 стр.

UptoLike

6
где I
0
интенсивность первичного излучения. В качестве I
0
берется
интенсивность излучения от подложки в отсутствие на ней покрытия.
Формула (4) надежно работает лишь при относительно небольших толщинах
металлических покрытий . Точность вычислений толщины покрытия
значительно возрастает при применении монохроматического первичного
излучения. Разумеется, область толщин, которую можно исследовать с
помощью данного метода, зависит от коэффициента поглощения первичного и
вторичного излучений . Чем больше эти коэффициенты , тем уже диапазон
значений измерения толщины . Для переходных металлов эта величина равна от
0 до 20-30 мкм.
Существует и вторая разновидность данного метода, которая также
относится к определению интенсивности линии характеристического
излучения, возбуждаемого в самом покрытии, в зависимости от толщины этого
покрытия. Действительно, известно, что интенсивность характеристической
линии рентгеновского излучения, возбуждаемого в тонком слое ,
пропорциональна толщине этого слоя , а именно [3]:
dkCI
A
A
i
ρ=
2
, (5)
где
A
i
I
2
- интенсивность линии характеристического излучения элемента А , С
А
концентрация элемента А в подложке (если используется чистый элемент А , то
С
А
= 1), ρ - плотность материала покрытия, d толщина покрытия. Очевидно,
если слой покрытия будет очень тонким , то интенсивность излучения будет
очень низкой и ее будет трудно измерять. По достижении некоторой
определенной толщины покрытия интенсивность линии достигает насыщения и
перестает зависеть от толщины (при d = d
).
Из формулы (5) следует, что при d 0 интенсивность линии излучения
также стремится к нулю . Поэтому при определении толщины покрытия данным
методом достаточно измерить толщину только одного покрытия каким -либо
косвенным методом , после чего использовать данный образец в качестве
эталонного для определения интенсивности. После этого можно легко
построить градуировочный график и использовать его для определения
толщины покрытий . Но и в этом случае следует помнить о том , что плотность
материала покрытия может отличаться от плотности объемного материала, а
также о том , что покрытие должно быть сплошным и не содержать сквозных
отверстий .
Методические указания
1. Изучите устройство и принцип работы рентгеновского флуоресцентного
спектрометра.
                                               6


где I0 – инт енс ивнос т ь п ервич ного излуч ения. В к ач ес т ве I0 берет с я
инт енс ивнос т ь излуч ения от п одложк и в от с ут с т вие на ней п ок ры т ия.
Ф орм ула (4) надеж но работ ает лишь п ри от нос ит ельно небольших т олщ инах
м ет аллич ес к их п ок ры т ий . Т оч нос т ь вы ч ис лений т олщ ины п ок ры т ия
знач ит ельно возрас т ает п ри п рим енении м онох ром ат ич ес к ого п ервич ного
излуч ения. Разум еет с я, облас т ь т олщ ин, к от орую м ож но ис с ледоват ь с
п ом ощ ью данного м етода, завис ит от к оэ ффициента п оглощ ения п ервич ного и
вторич ного излуч ений . Чем больше э ти к оэ ффициенты , тем уже диап азон
знач ений изм ерения т олщ ины . Для п ерех одны х м еталлов э т а велич ина равна от
0 до20-30 м к м .
      Сущ ес т вует и вторая разновиднос т ь данного м ет ода, к от орая так же
относ ит с я к оп ределению         интенс ивнос т и линии х арак т ерис т ич ес к ого
излуч ения, возбуждаем огов с ам ом п ок ры тии, в завис им ос ти от толщ ины э т ого
п ок ры тия. Дей с твительно, извес тно, ч то интенс ивнос т ь х арак терис тич ес к ой
линии рент геновс к ого излуч ения, возбуждаем ого в т онк ом                    с лое,
п роп орциональна т олщ ине э тогос лоя, а им енно[3]:

                                 I 2Ai = kC A ρ d ,                                 (5)

где I 2Ai - инт енс ивнос т ь линии х арак терис т ич ес к огоизлуч ения э лем ента А , СА –
к онцентрация э лем ент а А в п одложк е (ес ли ис п ользует с я ч ис т ы й э лем ент А , т о
СА = 1), ρ - п лот нос ть м ат ериала п ок ры т ия, d – т олщ ина п ок ры тия. Оч евидно,
ес ли с лой п ок ры т ия будет оч ень т онк им , то инт енс ивнос т ь излуч ения будет
оч ень низк ой и ее будет трудно изм ерят ь. По дос т ижении нек от орой
оп ределенной толщ ины п ок ры т ия интенс ивнос т ь линии дос т игает нас ы щ ения и
п ерес т ает завис ет ь от т олщ ины (п ри d = d∝).
       И з форм улы (5) с ледует , ч то п ри d → 0 интенс ивнос т ь линии излуч ения
т ак же с т рем ит с я к нулю . Поэ т ом у п ри оп ределении толщ ины п ок ры т ия данны м
м етодом дос таточ но изм ерит ь т олщ ину т ольк о одного п ок ры т ия к ак им -либо
к ос венны м м етодом , п ос ле ч его ис п ользоват ь данны й образец в к ач ес т ве
э талонного для оп ределения интенс ивнос ти. Пос ле э того м ожно легк о
п ос т роит ь градуировоч ны й график и ис п ользоват ь его для оп ределения
т олщ ины п ок ры т ий . Но и в э т ом с луч ае с ледует п ом нит ь о том , ч то п лот нос т ь
м атериала п ок ры т ия м ожет отлич ат ьс я от п лот нос ти объем ного м ат ериала, а
т ак же о т ом , ч то п ок ры тие должно бы т ь с п лошны м и не с одержат ь с к возны х
отверс тий .


                                  М етодичес киеуказания

1. И зуч ите ус т рой с т во и п ринцип работ ы рентгеновс к ого флуорес цент ного
   с п ек т ром ет ра.