Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Спектроскопия комбинационного рассеивания



 

Спектроскопия комбинационного рассеивания (КР спектроскопия или рамановская) может быть использована для определения абсолютной термодинамической температуры газа с высоким пространственным разрешением. Относительно низкая чувствительность КР спектроскопии обуславливает необходимость использования лазеров большой средней мощности (порядка нескольких Ватт) для получения сигнала с приемлемым отношением «сигнал/шум».

    Свет, рассеиваемый молекулами газа может характеризоваться либо той же длиной волны, что и падающий (это соответствует релеевскому рассеиванию), либо иметь другую длину волны, зависящую от колебательных и вращательных переходов в молекуле газа (рамановское рассевание). В обоих случаях интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна плотности газа. Таким образом, для идеального газа, находящегося при постоянном давлении, его температура может быть определена из измеренного отношения интенсивности релеевского или рамановского сигнала к интенсивности сигнала сравнения, полученного при известной температуре газа. В связи с тем, что большинство используемых конструкций CVD реакторов имеют конструкцию, при которой падающий свет хорошо рассевается ее элементами и оптическими окнами, методика измерения температуры газа, основанная на использовании Релеевского рассеивания, на практике не используется. Однако, колебательные рамановские сигналы обычно легко отделяются от падающего излучения с помощью монохроматора и могут быть успешно использованы для измерения температуры методом сравнения интенсивностей. В частности такая техника особенно полезна в тех случаях, когда в газовой фазе могут образовываться твердые микрочастицы. Например, благодаря большому сигналу от колебательных уровней водорода, удается легко отделить рамановский сигнал от света рассеянного твердыми частицами хлорсодержащих промежуточных соединений, образующихся в реакционной газовой фазе при химическом осаждении из газовой фазе нитрида кремния в хлоридной системе при использовании водорода в качестве газа-носителя.

    Другой метод измерения температуры газа основан на использовании вращательной рамановской спектроскопии. Относительные интенсивности и температурные зависимости вращательных рамановских линий хорошо известны для двухатомных молекул. На рис.19 показано, как вращательные линии в рамановском спектре азота изменяются с температурой.  Температура газа может быть получена в результате совмещения (подгонки) теоретического (рассчитанного) и экспериментального спектров молекулы. Рассчитанный спектр получается на основе экспериментально определенной функции, описывающей форму спектральных линий, с учетом интенсивностей теоретического рамановского спектра. Результаты такого расчета представлены на рис. 20. Вращательные энергетические уровни в молекуле водорода отличаются существенно больше, чем в молекуле азота, поэтому линии отстоят друг от друга на вращательном рамановском спектре водорода на больших расстояниях и, следовательно, проще определяются. Термические свойства азота и водорода похожи на свойства соответственно аргона и гелия, поэтому эти двухатомные газы можно использовать для определения температуры без существенных ошибок вместо подходящих одноатомных газов.

Рис. 19. Эффект влияния температуры на интенсивности вращательных рамановских линий азота (возбуждение лазером с длиной волны 354, 7 нм).

Рис.20. Экспериментальный (нижн.) и рассчитанный (верхн.) рамановские спектры азота, используя температуру как подгоночный параметр.

Вращательная рамановская спектроскопия была успешно использована для определения изотерм в горизонтальном CVD реакторе в случае использования водорода и азота. Рис. 21 иллюстрирует различия в размерах тепловых пограничных слоев, возникающих вблизи подложки при использовании газов с существенно отличающимися термическими свойствами.

Рис. 21. Температурные поля над графитовым подложкодержателем для водорода и азота, используемых в качестве газов-носителей.

        

Использование этих методов для точного измерения температуры газов требует тщательного измерения относительных интенсивностей спектральных линий. Используемый для этих целей прибор должен быть тщательно откалиброван с использованием стандартных источников света для корректирования неоднородности спектральной чувствительности. Другой путь эмпирической корректировки состоит в точном измерении интенсивностей линий газа при известной его температуре. Такая тщательность в измерении интенсивностей спектральных линий обусловлена экспоненциальным характером их температурной зависимости. Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что использую вращательную рамановскую спектроскопию удается измерять при атмосферном давлении температуры таких газов как водород и азот с точностью в несколько градусов.

    Все вышеупомянутые методы основываются на измерении отношения интенсивностей спектральных линий для определения температуры газа. Имея в виду, что процесс осаждения пленок может быть нестационарным, необходимо для минимизации погрешностей обеспечить высокую скорость измерения интенсивности спектральных линий при регистрации спектра. Экспериментальный опыт показывает, что усреднение нескольких спектров, полученных при одинаковых условиях, дает более надежные результаты, чем медленная регистрация одного спектра.

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-10-03; Просмотров: 238; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.013 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь