Практика Андреева / 9206_Talgatuly_MIMET_IDZ№2

_{МИНОБРНАУКИ 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

1. 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].

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: N_A = 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:

N_K = 2,99 * 10²¹ * 3/25 = 3,588 * 10²⁰ см^-3;

N_Li = 2,99 * 10²¹ * 2/25 = 2,392 * 10²⁰ см^-3;

N_Nb = 2,99 * 10²¹ * 5/25 = 5,98 * 10²⁰ см^-3;

N_O = 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 R_ХРИ:

С учетом пересчитанного значения спектр будет выглядеть следующим образом:

Рис. 3. – Спектр РСМА K₃Li₂Nb₅O₁₅.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Фелдман Л., Майер Д., «Основы анализа поверхности и тонких пленок», Мир 1989 г..

2. Imet-db.ru/ K3Li2Nb5O15/ characteristics.