CN114705798A - GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高纯磷烷中杂质的分析检测领域，尤其是一种GC‑AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法，包括以下步骤：S1、通过进样系统向气相色谱原子发射光谱检测仪器通入需要检测的高纯磷烷；S2、利用等离子体作激发光源，使进入气相色谱原子发射光谱检测仪器的高纯磷烷原子化；S3、然后原子被激发至激发态，再跃迁至基态，发射出原子光谱，本发明针对磷烷等剧毒气体中锗烷杂质及其它含碳类杂质均可进行分析检测，且针对锗烷杂质，检出限低至0.2ppb，同时，该检测系统对于高纯砷烷、高纯氦气及其它高纯电子气体亦可做到ppb级别杂质的准确检测。
Description
技术领域
本发明涉及高纯磷烷中杂质的分析检测技术领域，尤其涉及一种GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法。
背景技术
对于激光器及其它高电子迁移率器件的应用，光电级高纯磷烷要求纯度大于99.99995％(6N5)，尤其对于磷烷中锗烷杂质含量要求低于10ppb，而有效的应用数据显示低于1ppb锗烷含量的高纯磷烷制作的外延器件性能显著提升。但针对磷烷中锗烷的分析检测一直是技术难点，受限于色谱柱很难将锗烷和磷烷完全分离，基于电流信号的通用型氦离子化检测器，以及对于温度等响应敏感的质谱检测器均不能解决磷烷中锗烷的分离检测。而另一方面，傅里叶红外光谱对于基体效应中ppb级别Ge-H的检测很难准确定量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在受限于色谱柱很难将锗烷和磷烷完全分离，基于电流信号的通用型氦离子化检测器，以及对于温度等响应敏感的质谱检测器均不能解决磷烷中锗烷的分离检测，傅里叶红外光谱对于基体效应中ppb级别Ge-H的检测很难准确定量的缺点，而提出的GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法，包括以下步骤：
S1、通过进样系统向气相色谱原子发射光谱检测仪器通入需要检测的高纯磷烷；
S2、利用等离子体作激发光源，使进入气相色谱原子发射光谱检测仪器的高纯磷烷原子化；
S3、然后原子被激发至激发态，再跃迁至基态，发射出原子光谱；
S4、根据光谱的波长和强度对高纯磷烷中锗烷杂质进行定量。
优选的，所述原子发射光谱和特定原子结构、原子核外电子能级分布、特定能级跃迁频率微观结构有关。
优选的，所述进样系统为八通阀结构，定量环大小为0.2-1ml。
优选的，所述定量环大小为1ml。
优选的，所述进样系统连接有光谱检测系统，光谱检测系统连接有四通阀，四通阀连接有毛细柱分离系统。
优选的，所述毛细柱分离系统为Gaspro柱或者DB-Sulfur毛细柱。
优选的，所述Gaspro柱直径为0.32mm，柱长为120米。
优选的，所述光谱检测系统通过对原子谱线的采集分光最终达到色谱光谱二维分离的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明针对磷烷等剧毒气体中锗烷杂质及其它含碳类杂质均可进行分析检测，且针对锗烷杂质，检出限低至0.2ppb，同时，该检测系统对于高纯砷烷、高纯氦气及其它高纯电子气体亦可做到ppb级别杂质的准确检测。
附图说明
图1为GC-AED分析检测系统结构图；
图2磷烷中含碳类杂质和锗烷杂质光谱吸收峰(3.5ppb锗烷)；
图3磷烷中3.5ppb锗烷杂质光谱吸收峰；
图4磷烷中含碳类杂质和锗烷杂质光谱吸收峰(1.8ppb锗烷)；
图5磷烷中1.8ppb锗烷杂质光谱吸收峰；
图6磷烷中含碳类杂质和Ge265nm光谱吸收峰(无锗烷)；
图7高纯氦气中含碳类杂质光谱吸收峰。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1:
如附图1为分析检测系统，进样系统中定量环大小为1ml，毛细柱分离系统为0.32mm，120米Gaspro柱。通过八通阀和四通阀完成进样和磷烷中杂质的分析检测。附图2给出磷烷中含碳类杂质在248nm出峰情况，和锗烷在265nm出峰情况。对于锗烷在附图3给出265nm单张图谱，锗烷出峰时间为12.828min，峰面积为26281，峰高3686，对应于3.5ppb锗烷含量。
实施例2：
实施例2针对磷烷中2ppb左右含量锗烷进行分析检测，见附图4和5所示。锗烷出峰时间不变，积分峰面积为14150，峰高为1609，对应锗烷含量为1.8ppb。从基线稳定性和谱峰最小积分面积，推测在该分析条件下，这对1000峰高，和10000峰面积均能做到锗烷检出，锗烷检出限可至0.2ppb。
对比例1：
对比例1针对无锗烷杂质的磷烷进行分析检测，见附图6，对应于锗烷265nm的红色谱线在12.828min无任何出峰现象，而蓝色谱线C248nm出峰为磷烷中乙烷杂质。根据峰高等推测，高纯磷烷中锗烷低于仪器检出限，即锗烷低于0.2ppb。
实施例3：
针对高纯氦气中杂质进行分析检测分别采取CNS杂质分析通道，即波长在150-250nm波段杂质响应情况，采取C193nm最强峰作为含碳类杂质响应通道。不同杂质峰面积、峰高及浓度见下表：
附图1高纯氦气中杂质含量表
| 类型 | Time | Area | Height | ppb |
| CO | 4.15 | 974683.1 | 128075.9 | 203.4 |
| CH4 | 4.407 | 653182.4 | 85949.5 | 193.9 |
| C2H6 | 9.546 | 1224291.5 | 148249.6 | 199.8 |
| CO2 | 10.662 | 770771.4 | 91124.6 | 205 |
| C2H2 | 11.456 | 1043204.5 | 50076.3 | 202.3 |
| C2H4 | 16.487 | 1262780.6 | 123211.6 | 204 |
GC-AED(气相色谱原子发射光谱)原理为：利用气相色谱柱分离复杂的混合物，在微波感应条件下产生高温等离子体将分离的化合物原子化，激发到高能量状态的原子处于亚稳态，其由激发态回到稳定态产生原子特征发射光谱，利用光谱的波长和强度定性元素和定量浓度。原子发射光谱和特定原子结构、原子核外电子能级分布、特定能级跃迁频率等微观结构有关，因此具有特征性，如P在178nm存在特征谱线，而Si在252nm，锗265nm，碳193nm，Sn 271nm，As 189nm，S 181nm均是最强相应峰。
在NIST数据库中，针对原子谱线给出精细列表。如P在178.2838nm谱线为原子核外层3s23p3轨道电子激发至高能级3s23p2(3P)4s能级发射特征谱线。在150-700nm量级P原子存在近400多条谱线，但谱线强度跟跃迁频率、原子核外电子能级排布状态密切相关。故在测试过程中，针对低含量元素杂质的检测，通常采取强度最强特征谱线作为定量依据，同时依据三强线原则针对原子进行定性。对于基体元素的干扰，如该测试体系中磷烷，主成分应尽量通过色谱柱放空，而待测元素特征谱线应选择无干扰谱线作为特征谱线。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过进样系统向气相色谱原子发射光谱检测仪器通入需要检测的高纯磷烷；
S2、利用等离子体作激发光源，使进入气相色谱原子发射光谱检测仪器的高纯磷烷原子化；
S3、然后原子被激发至激发态，再跃迁至基态，发射出原子光谱；
S4、根据光谱的波长和强度对高纯磷烷中锗烷杂质进行定量。
2.根据权利要求1所述的GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法，其特征在于，所述原子发射光谱和特定原子结构、原子核外电子能级分布、特定能级跃迁频率微观结构有关。
3.根据权利要求1所述的GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法，其特征在于，所述进样系统为八通阀结构，定量环大小为0.2-1ml。
4.根据权利要求3所述的GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法，其特征在于，所述定量环大小为1ml。
5.根据权利要求1所述的GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法，其特征在于，所述进样系统连接有光谱检测系统，光谱检测系统连接有四通阀，四通阀连接有毛细柱分离系统。
6.根据权利要求5所述的GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法，其特征在于，所述毛细柱分离系统为Gaspro柱或者DB-Sulfur毛细柱。
7.根据权利要求6所述的GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法，其特征在于，所述Gaspro柱直径为0.32mm，柱长为120米。
8.根据权利要求5所述的GC-AED关于高纯磷烷ppb含量锗烷杂质分析检测技术及方法，其特征在于，所述光谱检测系统通过对原子谱线的采集分光最终达到色谱光谱二维分离的效果。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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