Государственные стандартные образцы (ГСО) - это стандартные образцы, параметры качества которых регламентируются фармакопейной статьей, утвержденной в установленном порядке. В анализе готовых лекарственных форм могут использоваться рабочие стандартные образцы (РСО) лекарственных веществ (субстанций).

Дополнительной сложностью использования ГСО в Российской Федерации является несовершенство существующей Государственной фармакопеи. Это обусловлено ограниченным количеством ФС на ГСО веществ растительного происхождения и отсутствие их в ГФ РФ.

При этом большинство государственных стандартных образцов указанных в соответствующих ФС в настоящее время либо не доступны для приобретения, либо производятся в недостаточных количествах.

РСО - это образец серийной субстанции, отвечающий требованиям соответствующего стандарта качества лекарственных средств (из Приказа Минздрава РФ от 01.11.2001 №388 "О государственных стандартах качества лекарственных средств" вместе с "ОСТ 91500.05.001-00. Отраслевой стандарт. Стандарты качества лекарственных средств. Основные положения").

Рабочие стандартные образцы калибруются на основании сравнения с государственными стандартными образцами по упрощенной процедуре. В случае большого расхода стандартных образцов веществ они используются вместо ГСО в целях экономии последних, а также из соображений удобства (сокращение сроков получения ГСО из централизованных источников). Таким образом, оказывается достаточным единовременно получить ГСО вещества, а впоследствии использовать в аналитических целях РСО того же вещества [26].

1.2.3 Проблемы неразрушающего контроля качества наноматериалов и устройств электроники

Для неразрушающего контроля наноматериалов и устройств используются эталонные стандартные образцы.

Целями стандартизации являются:

- повышение уровня безопасности жизни и здоровья граждан, имущества физических и юридических лиц, государственного и муниципального имущества, объектов с учётом риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, повышение уровня экологической безопасности, безопасности жизни и здоровья животных и растений;

- обеспечение конкурентоспособности и качества продукции (работ, услуг), единства измерений, рационального использования ресурсов, взаимозаменяемости технических средств (машин и оборудования, их составных частей, комплектующих изделий и материалов), технической и информационной совместимости, сопоставимости результатов исследований (испытаний) и измерений, технических и экономико-статистических данных, проведения анализа характеристик продукции (работ, услуг), исполнения государственных заказов, добровольного подтверждения соответствия продукции (работ, услуг);

- содействие соблюдению требований технических регламентов;

- создание систем классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации, систем каталогизации продукции (работ, услуг), систем обеспечения качества продукции (работ, услуг), систем поиска и передачи данных, содействие проведению работ по унификации.

Стандартизация осуществляется в соответствии с принципами:

- добровольного применения документов в области стандартизации;

- максимального учёта при разработке стандартов законных интересов заинтересованных лиц;

- применения международного стандарта как основы разработки национального стандарта, за исключением случаев, если такое применение признано невозможным вследствие несоответствия требований международных стандартов климатическим и географическим особенностям Российской Федерации, техническим и (или) технологическим особенностям или по иным основаниям либо Российская Федерация в соответствии с установленными процедурами выступала против принятия международного стандарта или отдельного его положения;

- недопустимости создания препятствий производству и обращению продукции, выполнению работ и оказанию услуг в большей степени, чем это минимально необходимо для выполнения целей стандартизации;

- недопустимости установления таких стандартов, которые противоречат техническим регламентам;

- обеспечения условий для единообразного применения стандартов.

В технике стандартизация ведет к снижению себестоимости продукции, поскольку:

- позволяет экономить время и средства за счет применения уже разработанных типовых ситуаций и объектов;

- повышает надежность изделия или результатов расчетов, поскольку применяемые технические решения уже неоднократно проверены на практике;

- упрощает ремонт и обслуживание изделий, так как стандартные узлы и детали - взаимозаменяемые (при условии, что сборка осуществлялась без пригоночных операций) [20,26,31].

2. Экспериментальная часть

Для проведения исследования были использованы помещение и оборудования ЦКП "Диагностика структуры и свойств наноматериалов". На основе имеющегося оборудования были изготовлены опытные образцы тонкопленочных систем на кремниевой основе методом магнетронного напыления. В дальнейшем, образцы исследовались в растровом электронном микроскопе на элементный анализ.

Для получения образцов тонких пленок использовался напылительный магнетронный комплекс Quorum Q150T ES. В качестве рабочей атмосферы использовался инертный газ аргон. процесс создания в камере магнетрона состоит из трех этапов: предварительной откачки воздуха из рабочей камеры с помощью поршневого насоса, промежуточной очистки камеры турбомолекулярным насосом, и заполнением камеры рабочим газом до давления 5Ч10-3 Па. В магнетроне предусмотрена предварительная очистка мишени от оксидной пленки. Для этого на катоде создается мощный разряд плазы, а подложка отгораживается от мишени металлической заслонкой, соединенной рычагом с системой электромагнитов, и открывающейся после цикла очистки непосредственно перед напылением. Напряжение на катоде, необходимое для очистки должно достигнуть 300 В, поэтому ток в плазме должен быть достаточно большим, и может достигать 200 мА.

В качестве подложки для напыления металла использовались кремнивые пластины 3 см в диаметре и толщиной от 30 до 50 микрон. Подготовка подложек заключалась в химической очистки ("жидкостная очистка"), которая проходила в несколько стадии с применение концентрированных химических реагентов.

Процесс химической очистки производили следующим образом:

- кипятили в смеси H2SO4/H2O2 (7:3) при 120C (при этом удаляются органические загрязнения, ионы металлов);

- кипятили в смеси H2O/HF (100:0,5) при 20C (при этом удаляется пленка естественного слоя SiO2);

- кипятили в смеси NH4OH/H2O2/H2O (1:1:6) при 80С (при этом удаляются механические частицы, органические загрязнения);

- кипятили в смеси HCl/H2O2/H2O (1:1:6) при 80С (при этом удаляются металлические загрязнения);

- отмывали в воде после обработки в каждом из реагентов;

- высушивали при 110С.

Установка для напыления имеет столик для установки подложки с функцией вращения для создания более равномерного напыляемого слоя. Скорость вращения может варьироваться или же вращение может отключаться вовсе. Так же внутри камеры установлено устройство измерения толщины, напыляемой пленки, кварцевый кристалл, который пересекает плоскость вращения столика.

В качестве напыляемого металла была взята мишень Ag. Мишень была раскатана и подготовлена по размеру катодной мишени магнетрона и являлась составной частью. Напыление материала производилось в диапазоне от 20 нм до 80 нм.

Контроль напыляемого слоя осуществлялся при помощи пьезокерамического кристалла, установленного в нем.

Пьезокерамический кристалл, упомянутый выше, используется в конструкции установки для определения толщины покрытия в реальном времени, и для прекращения процесса напыления при достижении покрытием заданной толщины. Работа датчика основана на эффекте изменения резонансной частоты кристалла в зависимости от увеличения толщины покрытия.

Для обеспечения управляющей системы этой информацией кристалл подключается к генератору плавающей частоты и измерительной схеме. Резонанс фиксируется и изменение этой частоты со временем дает информацию о процессе роста напыляемой пленки.

После получения тонкопленочной системы Ag было произведено исследование на растровом электронном микроскопе модели JSM-7500F для определения качества напыленного слоя и получения результатов количественного элементного анализа для составления системы стандартных образцов.

3. Обсуждение результатов

В рамках проведения эксперимента был изготовлен стандартный образец с напылением Ag и исследован на растровом электронном микроскопе с применение ЭДС.

Была получена серия однослойных образцов металлов и их сплавов, напыленных на подложку с варьируемой толщиной слоя.

На рисунках 5-8 показаны, полученные в разных режимах работы РЭМ и при разном ускоряющем напряжении, топографические снимки поверхности напыленного слоя Ag.

Рисунок 5 - Серебряная тонкая плёнка толщиной 20 нм, напылённая на кремниевую подложку при ускоряющем напряжении а) 10 кэВ б) 15 кэВ



Рисунок 6 - Серебряная тонкая плёнка толщиной 40 нм, напылённая на кремниевую подложку при ускоряющем напряжении а) 10 кэВ б) 15 кэВ в) 20 кэВ

Рисунок 7 - Серебряная тонкая плёнка толщиной 60 нм, напылённая на кремниевую подложку при ускоряющем напряжении а) 10 кэВ б) 15 кэВ в) 20 кэВ



Рисунок 8 - Серебряная тонкая плёнка толщиной 80 нм, напылённая на кремниевую подложку при ускоряющем напряжении а) 10 кэВ б) 15 кэВ в) 20 кэВ

Так же был проведен энергодисперсионный рентгеновский анализ на количественное содержание химических элементов в мишени при ускоряющем напряжении пучка заряженных электронов 10, 15 и 20 кэВ. Была выделена область образца и получено четыре спектра, один по всей площади исследуемой области, три точечных и их среднее значения. Спектры получали в трех различных точках в выделенной области, а также из всей площади исследуемой области.

Полученная зависимость содержание Ag в зависимости от ускоряющего напряжения показана на рисунке 9. Зависимость содержания Ag в зависимости от толщины напыленного слоя показана на рисунке 10.



Рисунок 9 - График зависимости концентрации напыленного Ag от ускоряющего напряжения при толщине напылённого слоя 40, 60, 80 нм

Рисунок 10 - График зависимости концентрации Ag от толшины напылённого слоя n при ускоряющем напряжении 10, 15, 20 кэВ

Итак, после анализа полученных данных, был разработан стандартный образец тонкопленочной системы на основе металла серебра на кремниевой подложки. Стандарт разрабатывался относительно толщины напыленного слоя, ускоряющего напряжения, при котором был получен анализ образца, и изменения характеристических пиков относительно результатов спектрального анализа мишени серебра. Соответственно были получены результаты приведенные в таблицах 1-4.

Таблица 1 - Процентное содержания Si и Ag в тонкой пленке толщиной 20 нм на кремниевой основе

	10 кэВ	15 кэВ
№	Si	Ag	Si	Ag
1	94,31	5,69	97,71	2,29
2	93,78	6,22	97,40	2,60
3	94,92	5,08	98,06	1,94
4	92,72	7,28	96,37	3,63
ср	93,81	6,19	97,28	2,72

Таблица 2 - Процентное содержания Si и Ag в тонкой пленке толщиной 40 нм на кремниевой основе

	10 кэВ	15 кэВ	20 кэВ
№	Si	Ag	Si	Ag	Si	Ag
1	85,76	14,24	93,86	6,14	96,57	3,43
2	85,24	14,76	93,86	6,14	96,77	3,23
3	85,70	14,31	92,57	7,43	97,09	2,91
4	85,23	14,77	93,84	6,16	96,71	3,29
ср	85,39	14,61	93,42	6,58	96,86	3,14

Таблица 3 - Процентное содержания Si и Ag в тонкой пленке толщиной 60 нм на кремниевой основе

	10 кэВ	15 кэВ	20 кэВ
№	Si	Ag	Si	Ag	Si	Ag
1	76,58	23,42	90,52	9,48	94,44	5,56
2	78,62	21,38	90,06	9,94	96,47	3,53
3	65,50	34,50	90,45	9,55	92,22	7,78
4	75,63	24,37	86,35	13,65	94,04	5,96
ср	73,25	26,75	88,95	11,04	94,24	5,76

Таблица 4 - Процентное содержания Si и Ag в тонкой пленке толщиной 80 нм на кремниевой основе

	10 кэВ	15 кэВ	20 кэВ
№	Si	Ag	Si	Ag	Si	Ag
1	62,94	37,06	84,17	15,83	91,14	8,86
2	59,63	40,37	87,97	12,03	91,49	8,51
3	57,71	42,29	79,56	20,44	95,60	4,40
4	55,04	44,96	90,00	10,00	89,09	10,91
ср	57,46	42,54	85,84	14,16	92,06	7,94

Заключение

Основные результаты дипломной работы состоят в следующем:

1) Получил серию однослойных образцов металлов и их сплавов, напылённых на подложки с варьируемой толщиной слоя;

2) Изучил влияние толщины напылённого слоя на соотношение характеристических полос испускания в рентгеновских спектрах относящихся к напылённому слою и подложке при постоянном ускоряющем напряжении;

3) Изучил влияние ускоряющего напряжения электронного пучка на соотношении характеристических линий испускания спектров напылённого слоя и подложки.

Список использованных источников

1. Zaluzec N.J. Quantitative X-ray microanalysis. In: Introduction to analytical electron microscoy / Goldstein J.I., Joy D.C. - Plenum, New York, 2010. - P. 121.

2. Watanabe M. Atomic-level detection by X-ray microanalysis in the analytical electron microscope. Ultramicroscopy / Williams D.B. - 1999. - Vol. 8. - №10. - P. 78-89. металл спектр напылённый рентгеновский

3. Grant J.T. Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, ed. / J.T. Grant, D. Briggs // published by IM Publications. - 2003. - №10. - P. 38-59.

4. Растровая электронная микроскопия и рентгеноспектральный анализ. Аппаратура, принцип работы, применение / Ю.А. Быков, С.Д. Карпухин, М.К. Бойченко и др. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 69 с.

6. Weilie Zhou. Scanning Microscopy for Nanotechnology (Techniques and Applications). // Nano Letters. - 2006. - №12. - P. 522.

7. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: в 2 т. / Дж. Гоулдстейн, Д. Ньюбери, П. Эчлин и др. - М.: Мир, 1984. - 57 с.

8. Electron microscopy: methods and protocols Electron energy-loss spectroscopy as a tool for elemental analysis in biological specimens. 2nd ed. // D. Studer, P. Gehr et al // Humana Press. - 2007. - P. 431-447.

9. Нанотехнологии и наноматериалы / Н.А. Азаренко, А.А. Веревкин - М.: ХПИ, 2009. - 75 с.

10. Деркач В.П. Электронно-зондовые устройства. / Кияшко Г.Ф., Кухарчук М.С. - Киев: Наука думка, 1974. - 354 с.

11. Seah M.P. Practical Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, 2nd edition / D.Briggs //published by Wiley. 1992. - P. 16-35.

12. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ / Голудстейн Дж., Ньюбери Д. // Пер. с англ. - М.: Мир, 2001. - 656 с.

13. Оджаев В.Б. Современные методы исследования материалов / В.Б. Оджаев. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 168 с. 63

14. Криштал М.М. Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ в примерах практического применения / М.М. Криштал, И.С. Ясников, В.И. Полунин. - М.: Техносфера, 2009. - 208 с.

15. Демиховский В.Я. Физика квантовых низкоразмерных структур. / В.Я. Демиховский, О.Ю. Горбенко. - М.: Логос, 2000. - 248 с.

17. Барсуков Д.А. Основы атомной физики. / Ельяшевич М.А. - М.: Научный мир, 2006. - 648 с.

18. Kreidik L. Atomic Structure of Matter-Space Bydgoszcz, 2001. - 584 p.

19. Харрисон У. Электронная структура и свойства твердых тел. - М.: Мир, 1983. - Т. 2. - 332 с. 23 Тодуа П.А. Метрология в нанотехнологии. // Российские нанотехнологии, 2007. - Т. 2, №1-2, 61-69 с.

20. Новиков Ю.А. Точность измерения линейных размеров на растровых электронных микроскопах в микро и нанотехнологиях. / А.В. Раков, П.А. Тодуа. - Измерительная техника - 2008 - №6, 15-18 с.

21. Тодуа П.А. Метрологическое обеспечение измерений длины в микрометровом и нанометровом диапазоне и их внедрение в микроэлектронику и нанотехнологию. / В.А. Быков, Ч.П. Волк, и др. - Микросистемная техника, 2004. - №1, 38-44 с.; №2, 24-39 с.; №3, 25-32 с.

22. Postek М.Е. Nanometer -- Scale Metrology // Proceedings of SPIE. 2002 - vol. 4608, P. 84-96.

23. Гоулдстейн Дж. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. - М.: Мир, 1984. - Т. 1. - 303 с.

24. Рогачев А.В. Свойства пленок / А.В. Рогачев, Н.Н. Федосенко. - М.: ГГУ им Ф. Скорины, 2008. - 43 с.

25. Watt I. Microscopy and Analysis. - 2002. - Vol. 16. - P. 19?21. 30 Раков А.В. АСМ по трем координатам с использованием одного аттестованного размера. - Измерительная техника - 2008. - №5 - 13-15с.

26. Гавриленко В.П. Первые российские стандарты в нанотехнологиях. / Е.Н. Лесновский, Ю.А. Новиков, А.В. Раков. // Известия РАН. - 2009. - T. 73. - 454-462 с.

27. Майссела Л. Технологии тонких пленок. Справочник. / Р. Глэнга. - Том 1. - 1977. - 155 с.

28. Панфилов Ю. Нанесение тонких пленок в вакууме. "Технология в электронной промышленности", 2007, 76-80 с.

29. Гладких Н.Т. Изменение параметра решетки тонких пленок ванадия и хрома / А.И. Песин, И.Е. Проценко. - 2003. - Т. 18. - 208 - 211 с.

30. Майссела Л. Технологии тонких пленок. Справочник. / Р. Глэнга. - 2007. - Т. 3. - 768 с.

31 Берлин Е.В. Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких пленок. / С.А. Двинин, Л.А. Сейдман. - М. - 2007. - 45 с.

Размещено на Allbest.ru