рахимбеков А.Ж., Уразалиев У.И., Садуакасова Р.А., Нурбосынова Г.С., Курманбаев А.А.

Жетысуский Государственный университет им. И. Жансугурова,

Республика Казахстан

Определение концентрации кислорода в теллуре с помощью суперионика

Среди разнообразных и многочисленных приложений твердых оксидных суперионных электролитов (ТОСП) в настоящее время наименее развиты приложения в области полупроводниковой технологии. Известны примеры использования твердых оксидных электролитов для дозирования кислорода в твердых нестехиометрических окислах [1], для выращивания монокристаллов диоксида ванадия из полупроводникового расплава пяти окиси ванадия [2], для электрохимической формовки переключателей на ванадиево-фосфатных стеклах [3].

В настоящей работе сделена попытка применения ТОСП для измерения и дозирования кислорода в полупроводниковом материале теллуре. Небольшая концентрация диоксида теллура является акцепторной примесью и повышает термоэдс [4].

Образцы керамического диоксида циркония разных составов выдерживали в жидком теллуре при 700⁰С в течение 10часов. Видимых следов взаимодействия керамики с теллуром обнаружено не было. Разработали, изготовили и исследовали прибор, показанный на рис. 1. Он включает в себя две концентрические пробирки из керамической стабилизированного диоксида циркония производства УкрНИИО. Исследуемый образец жидкого теллура1 расположен между торцами наружной и внутренней пробирок 2 и 3, и отделен от циркулирующего в приборе газа теллуром, отвержденным в узком кольцевом зазоре между стенками 4. Рабочая зона разогревается печью сопротивления 5, для которой предусмотрена возможность осевого перемещения. Наружная и внутренняя пробирки газоплотно соединены со стеклянными деталями 6 и 7, конструкции которых обеспечивают возможность

Рис. 1. Экспериментальная установка для определения концентрации кислорода в расплаве теллура

продувания прибора газом и герметизации с помощью разьемного жидкостного затвора 8. Поверхности торцов пробирок (внутренняя для 3 и внешняя для 2) снабжены платиновыми пастовыми вожженными электродами 9 и 10. Токоотводом для электрода 9 служит платиновая ветвь платино-платинородиевой термопары, чехол которой снабжен прижимающим приспособлением. Токоотводом для теллура служит платиновое покрытие, выполненное на расчетной высоте на одной из пробирок, и смонтированная на нем платиновая проволока .

По существу, прибор представляет собой две совмещенные ячейки. Любую из них можно использовать попеременно для дозирования и измерения кислорода в теллуре, оставляя для другого электролита роль стенки камеры. Либо можно использовать одновременно одну ячейку для измерения эдс, другую-для регулирования содержания или концентрации кислорода в жидком расплаве любого полупроводника исследуемого образца.

Для загрузки прибора теллуром предусмотрен глухой колпак, частично совпадающий по конструкции с деталью 7. Твердый теллур заданной массы загружали при комнатной температуре на воздухе в пробирке 2, заранее соединенную с деталью 6, закрывали глухим колпаком, в кольцевой паз детали 6 помещали жидкий галлий и в течение нескольких часов систему продували аргоном, предварительно очищаемым от кислорода с помощью кислородного насоса на основе ТОСП. После этого теллур расплавляли, затем охлаждали. Скорость нагрева и охлаждения не превышала 200⁰/час. Газ отключали только после охлаждения ячейки до комнотной температуры. На следующем этапе подготовки прибора глухой колпак заменяли центральным узлом, включающим в себя детали 3 и 7. Согласно предварительному расчету, в то время, когда пробирка 3 стоит на поверхности отвержденного теллура, галлиевый затвор уже закрыт, но остается возможность вертикального перемещения детали 7 вниз относительно детали 6. Такую систему снова продували очищаемым аргоном, затем теллур медленно разогревали «сверху вниз». При расплавлении образца пробирка 3 погружалась в теллур на расчетную глубину, ограниченную возможностью осевого перемещения детали 7 в заполненном жидким галлием кольцевом пазу детали 6. Вытесняемый при этом теллур поднимался в зазоре между стенками пробирок 2 и 3, и в верхней своей части отверждался, перекрывая тем самым сообщение жидкого теллура с газовой фазой над ним. После этого прибор был готов к работе. Электроды подключали через регулируемое сопротивление к источнику постоянного напряжения и контролирующим приборам. При Т=571⁰ C и массе образца теллура 6,97 г напряжение на ячейке до пропускания тока составляло 835 мВ. Очевидно исходная чистота теллура по кислороду была, по крайней мере, не хуже, чем соответствует равновесному давлению кислорода в газовой фазе

(1)

Р_{о =} Р¹ ехр ( )

здесь Р¹ – концентрация, или парциальное давление кислорода вне трубки равное 0.21*10⁵Па, Ғ- число Фарадея, Е- электродвижущая сила, R- универсальная газовая постоянная величина, Т - температура.

Литература

1. Годин Ю.Г., Баранов В.Г. АС 669863 (СССР), 1979г.

2. Андреев В.Н., Тимощенко Н.Е., Чудновский Ф.А. Тезисы доклада VІ – ой международной конференции по росту кристаллов, М., 1980г.

3. Андреев В.Н., Тимощенко Н.Е., Черненко И.М., Чудновский Ф.А., ЖТФ, 1981г., т 51, вып. 8, стр. 1685-1689.

4. Вассерман А.М., Кунин Л.Л., Суровой Ю.Н., Определение газов в металлах. М., Наука, 1976г.