Практика Андреева / 9206_Talgatuly_MIMET_IDZ№2
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра МНЭ
отчет
по индивидуальному домашнему заданию №2
по дисциплине «Методы исследования материалов электронной
техники»
Студент гр. 9206 |
|
Талгатулы Р. |
Преподаватель |
|
Андреева Н. В. |
Санкт-Петербург
2023
Образец №41: K3Li2Nb5O15
Описать, в какой области и для чего используется предлагаемый образец.
K3Li2Nb5O15 – соединение имеет тетрагональную кристаллическую структуру с особыми акустооптическими, электрооптическими и нелинейнооптическими свойствами.
Физико-химические особенности позволяют выращивать монокристаллы данного соединения из собственного расплава методами направленной кристаллизации. При выращивании кристаллов различными методами (путем охлаждения расплава, методом Чохральского, Киропулоса и т.д.) установлено, что для монокристаллов характерно отклонение их состава от состава шихты. Размеры кристаллов, полученных методами Чохральского, Киропулоса или оптической зонной плавки, достигали нескольких сантиметров, кристаллы прозрачны, имеют бледно-желтую окраску.
K3Li2Nb5O15 – один из наиболее перспективных материалов для электрооптики и нелинейных применений из-за своей высокой стойкости к действию лазерного облучения и высоких нелинейных оптических коэффициентов [2].
Используя метод РСМА смоделировать спектр образца.
Таблица 1 – Энергии связи электронов в электронвольтах для оболочек атомов.
|
K |
Li |
Nb |
O |
K |
3608 |
55 |
18986 |
532 |
L2 |
297 |
- |
2465 |
7 |
L3 |
294 |
- |
2371 |
7 |
M3 |
18 |
- |
363 |
- |
M4 |
- |
- |
208 |
- |
M5 |
- |
- |
205 |
- |
Учитывая, что энергия кванта определяется разностью энергий связи, получим следующие значения (используем табличные значения энергий [1]):
Таблица 2 – Энергии квантов в электронвольтах.
|
K |
Li |
Nb |
O |
Kα |
3314 |
- |
16615 |
525 |
Kβ |
3590 |
- |
18623 |
- |
Lα |
- |
- |
2166 |
- |
Lβ |
- |
- |
2257 |
- |
Пример расчета для Nb:
E(Kα)Nb = E(K)Nb-E(L3)Nb=18986-2371=16615 эВ;
E(Kβ)Nb = E(K)Nb-E(M3)Nb=18986-363=18623 эВ;
E(Lα)Nb = E(L3)Nb-E(M5)Nb=2371-205=2166 эВ;
E(Lβ)Nb = E(L2)Nb-E(M4)Nb=2465-208=2257 эВ;
Разница между энергиями E(Lα)Nb и E(Lβ)Nb меньше, чем разрешающая способность 150 эВ, поэтому на спектре они будут сливаться между собой. Для остальных полученных энергий разница не меньше разрешающей способности, поэтому линии в спектре не будут сливаться.
Рис. 1. – Спектр K3Li2Nb5O15 качественно (без учета интенсивностей).
Теперь для построения нам нужно найти значение выхода характеристического рентгеновского излучения. Для этого сначала найдем доли концентрации каждого элемента соединения:
Общая молярная масса: M = 3*39,1+2*6,94+5*93+15*16 = 836,18 г/моль;
Число Авогадро: NA = 6,022*1023 моль-1
Плотность: ρ = 4,15 г/см-3;
N = 6,022*1023 * 4,15 * (836,18)-1 = 2,99 * 1021 см-3
Тогда получим доли концентраций для каждого элемента:
NK = 2,99 * 1021 * 3/25 = 3,588 * 1020 см-3;
NLi = 2,99 * 1021 * 2/25 = 2,392 * 1020 см-3;
NNb = 2,99 * 1021 * 5/25 = 5,98 * 1020 см-3;
NO = 2,99 * 1021 * 15/25 = 1,794 * 1021 см-3;
В процентном соотношении:
Теперь, расчитаем сечение ударной ионизации для каждого элемента по формуле:
, где E0 примем равной E0 = 20 кэВ.
Пример расчета:
Полученные результаты занесем в таблицу:
Таблица 3 – Сечения ударной ионизации в ангстремах в квадрате.
|
K |
Li |
Nb |
O |
σKα |
9,02*10-6 |
5,92*10-4 |
1,72*10-6 |
6,12*10-5 |
σKβ |
9,02*10-6 |
5,92*10-4 |
1,72*10-6 |
6,12*10-5 |
σLα |
1,11*10-4 |
- |
1,37*10-5 |
4,65*10-3 |
σLβ |
1,09*10-4 |
- |
1,32*10-5 |
4,65*10-3 |
Приведем значения выходов флюоресценции для каждого элемента:
Таблица 4 – Значения выходов флюоресценции [1].
|
K |
Li |
Nb |
O |
|
1,38*10-1 |
- |
7,48*10-1 |
5,8*10-3 |
|
- |
- |
6,5*10-2 |
- |
Таким образом, найдем значения выхода характеристического рентгеновского излучения:
Пример расчета для Nb:
Таблица 5 – значения выхода характеристического рентгеновского излучения.
|
K |
Li |
Nb |
O |
Y (Kα) |
2,99*10-5 |
- |
5,13*10-5 |
4,26*10-5 |
Y (Kβ) |
2,99*10-5 |
- |
5,13*10-5 |
4,26*10-5 |
Y (Lα) |
- |
- |
3,57*10-5 |
- |
Y (Lβ) |
- |
- |
3,43*10-5 |
- |
При построении спектра произведем нормировку относительно Y(Kα Nb), так как данное значение наибольшее:
Рис. 2. – Спектр РСМА K3Li2Nb5O15.
Найдем глубину области генерации характеристического рентгеновского излучения.
Таблица 6 – глубина области генерации в микронах.
|
K |
Li |
Nb |
O |
RХРИ(К) |
2,232 |
2,365 |
0,198 |
2,359 |
RХРИ(L) |
2,363 |
- |
2,299 |
2,365 |
Пример расчета:
Минимальная глубина области генерации ХРИ для Nb_K.
Пересчитаем значение Y(Kα Nb) с учетом RХРИ:
С учетом пересчитанного значения спектр будет выглядеть следующим образом:
Рис. 3. – Спектр РСМА K3Li2Nb5O15.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Фелдман Л., Майер Д., «Основы анализа поверхности и тонких пленок», Мир 1989 г..
Imet-db.ru/ K3Li2Nb5O15/ characteristics.