分析三氯氢硅杂质中的应用
三氯氢硅的性质、应用及生产概述

沫塔( 材质P C因底盘腐蚀及热变形渗酸等因素, V)
需报废更新 , 在停车更新前设备验收阶段发现按原
图纸加工完成的设备与运行设备存在较大的结构差 异, 具体表述如下。 () 1原塔设备法兰联接螺栓 为 M 2 x 1m 9 m 0
m 数量 3 条 , m, 2 更新的设备法兰联接螺栓为 M1 2 m x m 数量 1 条。 m 0 9 m, 6 () 2原设备及更新设备泡沫塔板与塔节法兰的 联接形式如图 1 所示。
改为8 5 , 二m m
经过上述变更改造后, 该设备如期安装使用, 经 跟踪观察各工艺数据正常, 制酸浓度无异常波动, 遂 认为此设备的改造、 利用较为圆满。
( 乡树脂厂 付明亮, 勇, 新) 河南省新 高 郭
( 上接第3 8页) 贮罐液位在一半以下时, 合格酸中 和, 但当贮罐内不合格酸多或游离氯过高不易中和 时, 将部分酸通过该旁路打至酸池, 再人合格酸。 () 2为严把质量关, 我公司的质检科实行双保险 制, 不仅盐酸工序每 4 作一次样, h 在电解的送酸终 点每班定时取样分析, 发现不合格样及时通知电解
化。b新设备上、 () 下塔节法兰联接螺栓为 1 条, 6 无 设计依据, 考虑设备本身材质应力强度及结构因素,
将不足以产生足够的预紧力, 保证有效密封及安全 运行。 据此认定新设备无法满足工艺要求, 不能安装 使用。 后又进行水压试验, 证实无法保证密封。 为确 保检修按时完成, 决定对该设备进行改造。 因工期所
中国氛碱
20 年第 1 期 02 2
变频器控制在锅炉改造中的应用
我厂蒸汽由2 0 . P) 台2 t 9 a的沸腾式锅炉 ( M 3 后因只产蒸 产生( 开 1 。 1 备)当时设计为热电联产, 汽 , 造成许多设备选型不当, 能耗增大 , 且负荷波动
硅粉中的杂质Al对三氯氢硅合成转化率和系统运行稳定性的影响

摘
要:本 文阐述 了在三氧氢硅合成工艺 中,工业硅粉 中的杂质 A l 含量对三氨氢硅 合成转化率和 系统运行稳 定性 的影响 ,并以实际生产数据为
铝 三 氧 氢硅 转化率 稳 定性
依据 ,从 经济损 失的 角度需要严格控 制其硅粉 中的杂质 含量 ,以提 高生产 系统运行 的稳 定性 ,降低检修成本。
氢硅计 算 ,三 氯 氢硅 按现 有 市场 价 6 1 0 0 元/ t 计 算 ,则 氯 硅烷 损 失费
=
5 t * 8 5 %* 6 1 0 0元 / t = 2 5 9 2 5元 ;
二 、硅粉 中杂 质 AI 含 量对 合成 三氯氢 硅转化 率及 系统 运行 稳定 的影响
1 . A 1 含 量对转 化率 的影响 选取 三批次 不 同 A l 含量 的硅粉 ( 粒径 、含 水量 、其他 杂质 含量接 近) ,以合成 氯硅烷 中的 三氯氢硅 含量 为依据 来探讨 其对三 氯氢 硅转化 率 的影 响 ,硅粉 中杂质 A l 含 量对 三 氯氢 硅合 成 转化 率 的 影响 较 为 明 显 ,且 随着 A 1 含 量的上升 ,其转 化率有 所下 降。因此 ,从 转化 率的 角 度 需要 控制硅粉 中的杂质 A l 含量 。
碘生 一 壹 曩
中国化工贸易 C h m a C h c m i c a l T r a d e
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硅粉 中的杂质 A l 对三氯氢硅合成转化率和 系统运行稳定性的影 响
平述煌 曾亚龙 李俊朝
6 5 5 0 0 0 ) ( 昆明冶 研新材 料股份 有限公 司 。云南 曲靖
多专 家 、研究 人员 和生 产工 作人 员 等都对 三 氯氢硅 合 成工 艺做 了大 量 的研 究 性 和 生产 实 践性 工 作 ,如 硅 粉 粒径 对 流化 床 流 态 化 的 影 响【 2 ] 、 硅粉 杂质 对 三氯 氢硅 合 成启 动 及运 行 的影 响 1 等 ,这 些 成果 大 大的 推 动了 三氯 氢硅 合成 产业 的发 展 ,提高 三氯 氢硅 的转 化 率 ,降低 合成 三 氯氢硅 的成本 。本 文选取 硅粉 中杂质 A 1 含量作 为研 究对 象 ,来 探讨 其 对 三氯 氢硅转 化率及 生产 系统运 行稳定 性的影 响 。
三氯氢硅用途范文

三氯氢硅用途范文三氯氢硅(trichlorosilane)是一种无机硅化合物,化学式为HCl3Si。
它是一种无色、刺激性气味的液体,在大气中会迅速水解。
三氯氢硅具有广泛的应用领域,下面将从三方面介绍其用途。
一、光伏行业中的应用三氯氢硅是太阳能电池的重要原料之一、在光伏行业中,三氯氢硅首先需要进行气化脱杂,得到高纯度的三氯硅烷,然后通过热分解制备多晶硅。
多晶硅经过纯化处理,再进行晶体生长,制备出太阳能电池片。
三氯氢硅在太阳能电池工艺中的应用促进了太阳能电池的生产和发展。
二、半导体行业中的应用三氯氢硅还被广泛应用于半导体行业。
在硅片生产过程中,三氯氢硅首先被气化脱杂,得到高纯度的三氯硅烷。
然后,通过化学气相沉积(CVD)等工艺,将三氯硅烷用作硅片的原料。
硅片是电子器件的基础材料,具有广泛的应用,包括存储器、微处理器、传感器等。
三氯硅烷的应用促进了半导体行业的发展。
三、有机硅材料行业中的应用在有机硅材料行业中,三氯氢硅也可以用作合成其他有机硅化合物的原料。
有机硅化合物广泛应用于涂料、粘合剂、密封剂、润滑剂等领域。
三氯氢硅通过与有机化合物反应,合成有机硅化合物,如硅烷、硅氧烷、聚硅氧烷等。
这些有机硅化合物具有优异的耐热性、耐化学性、电绝缘性等特点,因此在工业生产中被广泛应用。
总结起来,三氯氢硅(trichlorosilane)是一种在光伏行业、半导体行业和有机硅材料行业中广泛应用的化工原料。
它在太阳能电池生产、硅片制备、有机硅材料合成等方面具有重要作用,促进了相关行业的发展。
随着新能源和电子行业的快速发展,三氯氢硅的用途还将进一步拓展和应用。
B杂质检测样品处理方法

样品处理方法:三氯氢硅部分水解能吸附金属杂质,使三氯氢硅B杂质被部分水解物吸附,而让基体三氯氢硅自然挥发,用氢氟酸除去二氧化硅。
具体的操作如下:加3~5滴(1+1)NaOH溶液于干燥的聚乙烯烧杯中,称取约20克三氯氢硅样品充分摇匀;室温条件下,让三氯氢硅在通风厨内挥发干尽;烧杯没有液体后,加氟化氢至二氧化硅完全溶解,然后放入水浴锅(约100℃)加热蒸干,再放入烘箱内10分钟左右使HF完全挥发干净。
同时做空白。
硼的分析方法(分光光度法)1.原理硼在酸性条件下,与姜黄素共同蒸发,生成玫瑰箐苷的络合物,该络合物可溶于乙醇,用分光光度计在565nm处测定其吸光度,其颜色深度与硼的含量成正比。
2.试剂2.1乙醇:95%,分析纯2.2草酸:分析纯2.3姜黄素-草酸溶液称取0.040g粉末状姜黄素和5.0g草酸溶于80ml 95%的乙醇,加入4.2mL浓盐酸,用95%的乙醇稀释至100ml。
此试剂用时配制,也可储存在4℃的冰箱中,但不能超过一周的时间。
2.4硼标准储备液(100ug/ml)称取0.5716g硼酸溶于去离子水中,并稀释至1000ml。
硼酸要保存在密封的瓶中,防止空气中水分进入,用时直接取用。
2.5硼酸标准使用液(1.0ug/ml)取10.00ml硼标准储备液(100ug/ml)于1000ml容量瓶中,用水稀释至刻度。
2.6国家钢铁材料测试中心提供:硼标准储备溶液,1000μg/ml。
3.仪器本方法所用器皿应选用无硼玻璃,聚乙烯或其他的无硼材料。
3.1分光光度计3.2恒温水浴锅3.3蒸发皿,100~150ml,瓷、其他无硼材料4.标准曲线的绘制分别吸取0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0ml硼酸标准使用液(1.0ug/ml)于聚乙烯烧杯中,并分别加入1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,0.0ml去离子水,使溶液总量为1.0ml,加入2.0ml姜黄素-草酸溶液,混合均匀。
放入(55±3) ℃水浴锅上蒸发至干,继续放入(55±3) ℃烘箱内保持15分钟,取出冷却至室温,加入约25ml95%的乙醇,用聚乙烯棒搅拌,使红色络合物完全溶解,转入50ml容量瓶中,用95%的乙醇稀释至刻度。
三氯氢硅精馏新过程的研究及其节能降耗的应用

2009年第28卷增刊CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·297·化工进展三氯氢硅精馏新过程的研究及其节能降耗的应用陈文1,徐昱2,陈位强3,李群生1(1北京化工大学化学工程学院,北京 100029;2比欧西(中国)投资有限公司,上海 201206;3中国石油四川石化有限责任公司;四川成都 610036)摘要:采用现代先进的计算机模拟软件,对三氯氢硅精馏过程进行了详细的模拟计算和优化,在此基础上,得到了优化的流程和工艺,达到了节能降耗的目的。
采用现代高效分离技术——高效导向筛板精馏塔,对三氯氢硅精馏过程进行了设计、计算,并且在实际生产中进行了应用。
应用表明,这种经过理论优化和高效塔板改进的精馏技术,可以实现产品质量大幅度提高,硼的含量降低到极低,排放的三氯氢硅减少50%以上,同时节能20%~30%,实现了大规模提高经济效益的目的。
关键词:三氯氢硅;精馏;节能;减排;硼含量;经济效益多晶硅是硅产业链中的重要中间产品,是半导体工业、电子信息产业、太阳能光伏电池产业的最重要、最基础的功能性材料。
为促进我国光伏产业和电子信息产业的持续快速发展,国家发改委将“光伏硅材料的技术开发”列入《可再生资源产业发展指导目录》。
改良西门子法是目前生产多晶硅最为成熟、投资风险最小、最容易扩建的工艺,所生产的多晶硅占当今世界生产总量的70%~80%。
我国的多晶硅生产也大多采用改良的西门子法。
三氯氢硅是改良西门子法生产多晶硅的中间产品,利用H2还原SiHCl3、在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术,就是通常所说的西门子法。
三氯氢硅的纯度直接影响到多晶硅产品的纯度,三氯氢硅的提纯是多晶硅生产的关键环节[1]。
本研究采用现代先进计算机模拟软件对三氯氢硅精馏提纯过程进行了模拟设计和优化,并采用高效导向筛板对精馏塔进行了设计改造,提高了产品质量,达到了节能减排,提高经济效益的目的。
三氯氢硅中的含碳杂质的分析检测规程

三氯氢硅中的含碳杂质的分析检测规程(参考)1 适用范围1.1本方法规定了三氯氢硅中含炭杂质的测定方法。
1.2 测定范围:(以甲基二氯氢硅计)1×10-6%~1×10-4%。
2方法原理2.1该法是利用色谱和质谱连用的方法。
在色谱部分利用各种物质在色谱柱固定相中的分配系数不同,将不同的物质分离,把从色谱柱分离出的甲基二氯氢硅导入质谱仪,记录其离子色谱峰,峰面积的大小与甲基二氯氢硅的含量成正比,用内标法定量分析甲基二氯氢硅的含量。
3试剂及设备3.1 GC-MS3.2 氦气:99.99%3.3 石英毛细管柱:固定相—100%聚二甲基硅氧烷,内径0.32㎜,长3m,层厚1.0um3.4甲基二氯氢硅:色谱纯3.51,2-二氯乙烷:色谱纯3.6微量注射器:10ul3.7氮气:99.99%3.8 玻璃取样器:25ml3.9 三氯氢硅:色谱纯4 色谱条件柱子恒温器的初始温度 300C程序升温速度(启动后2分钟) 20C/min柱子恒温器的最终温度 700C蒸发器温度 1800C样品体积约2ul接口温度 2800C质量分析器温度 1800C载气速度 0.8ml/min5 相对灵敏系数K值的确定5.1 混合液的制备高纯三氯氢硅中的主要含炭杂质是甲基二氯氢硅。
利用内标法来确定甲基二氯氢硅的含量。
选择1、2二氯乙烷作为内标物质。
取一定量的三氯氢硅容液加入一定量的甲基二氯氢硅和1、2-二氯乙烷使它们的含量分别为1.0×10-3%和1.0×10-4%(质量比),混匀,备用。
5.2K值的测定用微量注射器将0.2ul的混合液注入色谱仪,分别记录甲基二氯氢硅和1、2-二氯乙烷的离子色普峰,以确定灵敏系数K的值。
K值按下式计算:K= C甲基二氯氢硅×S1、2-二氯乙烷/C1、2-二氯乙烷×S甲基二氯氢硅式中C甲基二氯氢硅,溶剂中甲基二氯氢硅的含量;%C1、2-二氯乙烷,溶剂中1、2-二氯乙烷的含量;%S1、2-二氯乙烷,1、2-二氯乙烷的离子色谱峰面积;S甲基二氯氢硅,甲基二氯氢硅的离子色谱峰面积。
多晶硅硅料技术问答之三氯氢硅
三氯氢硅1三氯氢硅的仪表由于多晶硅的生产越来越受人们的青睐,使三氯氢硅合成也连带火起来了,在三氯氢硅的合成中存在的一些问题也逐渐浮出水面。
大家一起来讨论以下,三氯氢硅合成中的仪表改如何选型。
因为硅粉的颗粒太小,而大多数DCS的仪表都有引压管,这就容易造成仪表引压管的堵塞,进而出现仪表不准的情况,该如何避免这种情况造成的影响呢?就地压力表用隔膜压力表,远传用单法兰变送器.DCS仪表中带导压管的有压力变送器和差压变送器以及一些流量仪表,比如涡街流量计、孔板流量计;现场仪表则多为压力表。
考虑到三氯氢硅生产工艺中压力一半不会超过0.5MPa,建议采用隔膜式压力表(量程最大为0.6MPa),而变送器一般即为膜片式,所以堵塞情况相对轻一些。
鉴于此生产过程中的仪表工况,重点考虑介质中存在固态颗粒或易结晶的特点,重点采用膜片式或法兰式压力表或变送器,并在仪表安装时考虑反冲、冲洗装置,基本可以满足生产要求。
在膜片的选择上需要考虑膜片的材质,要适应耐腐蚀、耐冲刷/磨损等特点,可以选择陶瓷膜片等。
2三氯氢硅和四氯化硅和橡胶发生反应吗?比如丁青橡胶.不能使用,硅橡胶和丁晴橡胶会被上述两种物料腐蚀,橡胶会变软这两种介质,做密封用什么材料做密封环和销钉等?聚四氟乙烯3三氯氢硅的精馏在三氯氢硅合成工序生成,经合成气干法分离工序分离出来的氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序的原料氯硅烷贮槽;在三氯氢硅还原工序生成,经还原尾气干法分离工序分离出来的氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序的还原氯硅烷贮槽;在四氯化硅氢[wiki]化工[/wiki]序生成,经氢化气干法分离工序分离出来的氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序的氢化氯硅烷贮槽。
原料氯硅烷液体、还原氯硅烷液体和氢化氯硅烷液体分别用泵抽出,送入氯硅烷分离提纯工序的不同精馏塔中。
从原料氯硅烷贮槽送来的原料氯硅烷液体经预热器预热后,从中部送入1级精馏塔,进行除去低沸物的精馏操作。
塔顶排出不凝气体和部分二氯二氢硅,送往废气处理工序进行处理;塔顶馏出液为含有低[wiki]沸点[/wiki]和高沸点杂质的三氯氢硅冷凝液,依靠压差送入2级精馏塔;塔釜得到含杂质的四氯化硅,用泵送四氯化硅回收塔进行处理。
三氯氢硅中的痕量杂质的化学光谱检测参考PPT
9
检测环境及影响因素
测试环境:23℃ ±2 ℃,湿≤65%,
电磁屏蔽。无强度光照射。
测试干扰因素 :(1)有裂纹的、高应力或深处有
树枝状晶体生长的多晶 硅棒不适于取样,避免易破碎 或裂开。 (2)有裂纹的样品在清洗或腐蚀时不能将杂质完全 有效 去除,且在熔区过程中易碎。 (3)在洁净室中进行区熔合酸洗以减少环境带来大 的杂 质,酸洗后的样芯必须在使用前用去离子水洗净 并避免污 染。 (4)区熔炉壁、线圈、垫圈、夹具事先必须有效地清洁。 (5)炉内真空度将对结果产生影响。 (6)样芯经区域熔炼后应不小于12个熔区长度无位 错单 晶锭。
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2021/5/8
检测数据分析
名称
含量
电子电荷
空穴迁移率
基硼(P型) 基磷(N型)
1.6×10-19C 1.6×10-19C
1500cm2/s. 1500cm2/s。
v
v
电阻率
100
65
基硼、基磷含量 1.25×1014 1.267×1014
11
检测报告书
检验报告
检测项目
直拉单晶片电阻率的检测
7
区熔提纯和测试的具体条件
一、设备:细棒区熔可用小型区熔炉,真空度小于10-5乇。感应加热
线圈内径Ф25mm左右,太小会影响提纯效果
二、样品制备:从还原法生产的多晶上切取Ф6mm ×300mm的多晶
棒,经过去油和酸洗后,用大于10MΩ。Cm超纯水冲洗、烘干备用
三、籽晶:硼检籽晶应从高纯p型单晶中切取,酸腐蚀清洗后备用
四、区熔条件:硼检采用快速区熔法的工艺。第一次区熔时,第一熔
区停留挥发10min左右,第二次区熔时,从第一熔区位置上移2-3mm ,并停留挥发5min左右;第三次区熔时,从第二熔区位置上移2-3mm ,并停留挥发5min左右;……至末熔区,每次都停留5min左右(磷 检只是要求在气氛下对硅棒进行一至两次区熔即可)
浅谈变压吸附在三氯氢硅尾气处理中的应用
浅谈变压吸附在三氯氢硅尾气处理中的应用泰山盐化工公司10000t/a三氯氢硅装置自2009年6月投产以来,为达到环保、节能、低耗生产的目的,对三氯氢硅生产过程中尾气的处理方法进行了改进,随着现场生产经验的增加和国内三氯氢硅生产技术的发展,本公司采用了变压吸附装置处理反应尾气,取得了预期的效果和效益。
1 三氯氢硅生产工艺介绍1.1 反应原理三氯氢硅又称三氯硅烷、硅氯仿,分子式SiHCl3,可用于有机硅烷和烷基、芳基以及有机官能团氯硅烷的合成,是有机硅烷偶联剂中最基本的单位,也是生产半导体硅、单晶硅的原料,它是易挥发,易潮解的无色液体,在空气中发生反应产生白烟,遇水分解,产生氯化氢气体;能溶入苯、醚等有机溶剂。
它属一级遇湿易燃物品,易燃易爆;它与氧化剂发生强烈反应,遇明火、高温时发生燃烧或爆炸。
三氯氢硅最常用的生产方法是硅氢氯化法,本装置选择该法。
该方法是用冶金级硅粉作原料,与氯化氢气体反应。
反应在330-370℃和0.15-0.3MPa下进行,主要化学反应按下式进行:Si+3HCl=S iHCl3+H2↑Si+4HCl=SiCl4+2H2↑1.2 生产工艺介绍该生产装置主要由氯化氢干燥压缩、三氯氢硅合成、湿法除尘、三氯氢硅冷凝和提纯分离工序等组成。
其生产工艺流程简述如下:从本公司氯化氢合成工段用管道输送来的氯化氢气体,通过-35℃冷冻水脱水、氯化氢压缩机加压后进入氯化氢缓冲罐,再分别经流量调节阀、流量计、止逆阀进入三氯氢硅合成炉。
外购袋装硅粉进入硅粉池,用胶管借水环真空泵的抽力吸至硅粉干燥器,干燥后的硅粉经计量罐计量后由给料阀加入三氯氢硅合成炉,与来自氯化氢缓冲罐氯化氢在合成炉反应生成三氯氢硅和四氯化硅。
混合气体经沉降器、旋风分离器、袋式过滤器、湿法除尘装置、机前机后冷凝器冷凝,液体经机前、机后产品计量罐计量后进入中间产品储罐,不凝气体送尾气变压吸附回收系统回收微量的三氯氢硅和氯化氢,氢气从尾气淋洗塔顶放空。
三氯氢硅中痕量杂质、硼杂质的化学光谱检测解析
17
8.4 8.4
19
14
8.2 18
9.9 89
477 26
15
9.1 7.3
16
17
6.7 17
≤10 ≤100 ≤600 ≤30 ≤20 ≤10 ≤10 ≤20 ≤20 ≤10 ≤20
符合合同要求
主检人员:徐航、赵仕海 审核人员:陈莉、何霞 批准人员:
质检机构(公章) 签发日期:2013年1Y2o月ur6c日ompany slogan
LOGO
三氯氢硅中痕量杂质、硼杂质 的化学光谱检测
Table of Contents
1
采样及样品处理
2
检测依据及设备
3
检测原理及作业指导书
4
检测环境及影响因素
5
检测数据分析
6
检测报告书
Your company slogan
一、采样及样品处理:
1、采样:SiHCl3 2、样品处理:
SiHCl3
高纯水
Your company slogan
四、检测环境及影响因素:
1、检测环境:室温 2、影响因素:试剂、光源、电极、曝光时间、感光板、狭 缝、中间波长、极距、显影液等
Your company slogan
五、检测数据分析:
痕量杂质含量
单位:ppb
检测 数量
元素含量%
1
P
Fe B
Al Cu Ni Co Ca Mg Zn Mn
Your company slogan
二、检测依据及设备:
1、检测依据:
DB/T6618-1995
Your company slogan
二、检测依据及设备:
2、检测设备:
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浅析ORS技术在分析三氯氢硅杂质中的应用摘要:通过介绍Agilent ICP-MS7500cs仪器的ORS技术,从理论上能够较好的解决高硅基体的干扰问题,通过实验对含高硅基体的样品检测,结果得出新的快速检测三氯氢硅杂质的分析方法并能够满足生产的检测要求。
关键字:ORS技术三氯氢硅杂质干扰的分子离子1引言电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)已广泛应用于不同领域不同类型样品痕量或超痕量元素分析,大部分元素可以准确到ng/L级。
但是对于常规的四极杆质谱来说,在三氯氢硅的金属杂质分析中存在特殊的干扰问题,使其在实际样品分析中的应用受到一定的限制。
碰撞/反应池技术是20世纪90年代末期发展来的一种消除干扰的技术。
该技术在减少基体干扰,使背景等效浓度和检测限方面得到显著的改进。
具体这种技术就是在普通四极杆分析器之前加入一个碰撞反应池,通入气体(如H2、He、Xe、氨气、甲烷以及其他气体等),与多原子离子进行碰撞或反应以消除多原子离子的干扰,该技术可有效地解决四极杆型ICP-MS仪器的干扰问题,是高纯半导体行业痕量杂质分析领域最有效消除干扰的技术。
三氯氢硅样品前处理阶段过程需要很长时间,是目前遇到最大的难题。
处理好的样品经过蠕动泵再带进入雾化器,变成气溶胶,进入ICP矩管。
由于这些样品溶液中的大量水蒸汽消耗ICP能量而解离产生过量的H、O原子,这些原子在6000K~7000K的高温下与其它一些在等离子体尾焰中解离的元素再结合而产生干扰的分子离子。
例如,56Fe和57Fe就受到40Ar16O+、40Ca16O+、40Ar16O1H+和40Ca16O1H+的干扰。
HF和HNO的引入也带入了N+、F+离子,N+、F+与一些元素产生多原子离子干3扰,例如,52Cr和54Cr就受到19F16O2H+、19F2O+、14N40Ar+的干扰。
样品中未赶尽的基体硅也带入了大量干扰,例如,58Ni和60Ni的检测受到来自28Si-Si+、28SiO2+的干扰。
而这些干扰在通过改变仪器工作参数和辅助气流量,样品进样量等减低氧化物分子的干扰,冷等离子体技术或Shiled Torch技术等,都是在ICP离子源部分使分子离子等干扰的产生减少,对于干扰校正方程的方法则仅仅是计算扣除干扰而不是真正减少干扰,这些方法虽然在实际分析中均起到良好的作用,但在我们的高纯半导体的分析过程中作用不大。
但在我们实验室所用到的Agilent7500cs上得到了很好的消除,就是因为这台仪器采用了Agilent公司专利的ORS技术。
该技术不需要改变离子源的工作状态,仅在干扰离子进入质谱仪真空系统后,在碰撞反应池中通入H2、He来消除这些干扰离子。
目前商品化的碰撞反应池系统(CRC)有三种类型:四极杆型(以DRC技术为代表),六极杆型(以CCT技术为代表)和八极杆型(以ORS技术为代表)不同的技术有不同的特点。
本文就以使用的ICP-MS7500cs仪器的ORS技术,通过解释ORS 技术的含义来较为详细的阐述其在三氯氢硅杂质分析过程的消除干扰的应用。
2、具体ORS技术的工作运力和方式有三种即干扰离子碰撞解离模式、反应模式、干扰离子动能歧视消除模式。
2.1干扰离子碰撞解离模式;以三氯氢硅中Fe的测定为例。
大量的Ar离子与O结合生成40A r16O+,相对分子质量为56,在ICP-MS中与相对原子质量为56的F e元素重叠,干扰Fe的检测。
在碰撞反应池中引入碰撞气体He,He原子与40Ar16O+发生碰撞,将之裂解为Ar原子与O离子,Ar原子被涡轮分子泵抽走,而O离子在测Fe的四极杆条件下无法通过四极杆。
而Fe离子与He原子碰撞,化学性质不发生改变,仍能大部分通过碰撞反应池和四级杆。
然而,这种工作模式并不是最主要的工作模式。
因为在碰撞反应池的低气压和离子的高速飞行下,碰撞所能传输的能量比较低,许多关键的干扰分子离子键能接近于碰撞能,因此不能被碰撞方式很好的解离。
几种被测元素的干扰分子离子键能与碰撞能如表一:表一几种被测元素的干扰分子离子键能与碰撞能比较元素质量数干扰离子键能/eV碰撞能E=17eVCr52ArC+0.75~0.93 1.21Fe54ArN+ 1.9~2.2 1.17Fe56ArO+0.31~0.68 1.13Fe56CaO+ 3.57 1.13As75ArCl+0.72~2.20.86注:碰撞能E=17eV为离子在一般ICP-MS条件的自身动能2.2反应模式;以氢气的反应模式为例,具有高电离电位的Ar+与具有强电子供给能力的氢气分+分子离子,不在四极杆检测范围内,而子碰撞,氢气将一个电子转移给Ar+变成H2Ar+失去电荷成为中性粒子而无法进入四极杆被涡轮分子泵抽走,因此,Ar+对40Ca 的检测的干扰被消除。
具体反应如:Ar++H2→H2++Ar由于H2与O等高电负性原有很强的亲和力,H2可以夺取亚稳定态的分子离子中的O原子,从而消除了ArO+对56Fe的干扰。
具体反应如:ArO++H2→H2O++Ar高活性反应气体还产生一种新的机制即化合反应,以As+与氧气分子反应为例,As+与O2分子碰撞发生化合反应,夺取一个氧原子形成AsO+,相对分子质量从As+的75变为AsO+的91,与干扰As测定的ArCl+分子离子区分。
具体反应如:As++O2→AsO++O反应模式消除干扰需要对仪器的工作条件进行很仔细的优化,对操作者的经验和技能要求较高,这也是我们一直在攻克的技术难题,希望通过仪器参数的优化,尽可能少产生干扰,从而提高三氯氢硅以及成品多晶硅杂质的检测准确性。
2.3干扰离子动能歧视消除模式除了碰撞模式和反应模式之外,还有另外一种消除干扰的机理,即干扰离子动能歧视消除模式(KED模式)。
其工作原理如下,2.3.1任何分子离子由于其包含两个以上原子,其碰撞截面均大于单原子离子的碰撞截面,所以在相同条件下碰撞,碰撞截面大的离子与气体的碰撞次数大于待测小离子。
2.3.2假如这些碰撞均为弹性碰撞离子将动能转移给气体分子,因而碰撞次数多的分子离子将失去更多的动能,而碰撞次数好的待测离子动能较高。
2.3.3将质谱仪四极杆的电位势能设置成高于碰撞反应池的势能,当势能差高于分子离子动能时,它们将无法进入四极杆,从而不被检测;而动能较高的待测离子可以穿透势能差进入四极杆,因此可检出。
仍以消除ArCl+对As+的干扰为例,分子离子ArCl+比被干扰离子As+有更大的碰撞截面,碰撞气体He与ArCl+碰撞频率更高,ArCl+的动能降低较多,而As+的碰撞频率较少,仍能保持较高的动能,四极杆的势能较高,使得只有As+进入四极杆,而ArCl+动能不足,则无法进入。
对于不同的干扰离子,动能歧视消除干扰的程度只与干扰离子的碰撞截面有关,而与他们的物理化学特性无关,因此,对我们分析操作者来说,动能歧视模式更简单操作,我们只要调节好第一组离子透镜组的电压,使干扰分子离子与待测离子以相同的动能进入碰撞反应池,然后调高四极杆的电势差,就可以得到很好的效果。
3、以Agilent ICP-MS7500cs的ORS八极杆碰撞反应技术分析含高基体Si样品的实例来介绍其在工作方法中的应用。
3.1应用ORS ICP-MS技术测定三氯氢硅样品中的痕量磷采用电感耦合等离子体质谱法测定低含量的磷存在着以下问题:一个是磷在氩等离子体中电离程度较差。
磷的第一电离电位是10.487eV,意味着在电感耦合等离子体(ICP)中,磷原子转化为磷离子的程度较差,在一个优化的ICP-MS中,其中心通道的温度在7000K~8000K,即使在这么高的温度条件下,只有约6%的磷原子可以电离,即磷在ICP-M S中的离子响应因子比较低。
以铝作为比较对象,铝的第一电离电位是5.896eV,在同样的温度下达到99%电离,是磷的16倍之多。
另一个是潜在的多原子离子干扰。
除了存在15N16O+和14N16O1H+对31质量数的同质异位素重叠干扰外,还受到与其相邻的32质量数的主要背景峰重叠干扰。
包括32O2、32S。
虽然7500cs具有优良的丰度灵敏度,但要想将31P与32O2、32S完全分离开还是很困难的。
然而随着八极反应系统技术(ORS)的引进。
这种应用已成为可能。
不过,7500cs能实现这种应用的优点并不是由于ORS技术本身的质谱分辨能力,而是由于该仪器的屏蔽炬系统作为仪器的标准配置,对ORS性能的有效性起到主要作用。
Shiled Torch系统降低并限制了进入质谱仪离子的能量分布,实际为限制了在低质量端的峰拖尾现象。
试验方法为不加入H2、He气体,而将低含量和亚PPb 级的磷与质量数32处的强峰分开。
表二是分析痕量磷的操作条件。
表二分析痕量磷的操作条件等离子体RF功率/W1550雾室温度/℃2采样深度/mm 1.1反应模式无气体载气流速/(L/min) 1.2八极杆偏压/V-2质谱峰宽(10%峰高)/amu0.4四极杆偏压/V1由于Shiled Torch和ORS技术的优势,本方法可定量测定浓度为几个PPb级的磷。
3.2应用ORS ICP-MS技术测定三氯氢硅样品中的杂质元素随着单位技术的成熟,放量生产的进行,检测三氯氢硅杂质含量的工作大量增加,快速地连续检测三氯氢硅样品成为我们必须面临的重大任务。
对于痕量的杂质的检测来说,残留的高浓度Si对一些元素如P、Ca、Ti、Ni、Cu、Zn等的检测可能造成严重干扰。
如表三所示。
而且高浓度的Si可能在ICP-MS 的样品锥口沉积,导致信号不稳定。
表三Si基体溶液可能形成的干扰分子离子以及受干扰的元素干扰分子离子质量数受干扰元素干扰分子离子质量数受干扰元素30SiH31P28SiO260Ni30SiO,29SiOH46Ca28SiOF,30SiO2H63Cu30SiO,29SiOH46Ti29SiOF,28SiOFH64Zn28SiF,30SiOH47Ti30SiOF,29SiOFH65Cu29SiF,28SiFH48Ti28SiF2,30SiOFH66Zn30SiF,29SiFH49Ti30SiF2,29SiF2H68Zn现在为了很好的消除基体硅的干扰,进行很长时间的处理,这与快速提供给工艺上数据形成矛盾,因此,需要改变现在的处理方法,才能与公司的放量生产相适应。
通过查阅多个资料及ORS技术的充分利用可以做到含高基体硅的样品检测,从理论上是可以的。
这样的话,样品处理只要做到:称取一定量的三氯氢硅样品,挥发干,用HF2ml和1mlHNO3溶解,最主要的是一定要充分溶解,不能有大于3%的可见杂质,否则会堵塞雾化器。
这样从样品处理到上机检测不超过1小时。
大大大的节省了样品的处理时间。
这样既可以满足实验结果的准确性、精密度,还保证了结果的及时性。