RU2089884C1 - Способ определения газообразующих примесей в твердых высокочистых веществах - Google Patents
Способ определения газообразующих примесей в твердых высокочистых веществах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2089884C1 RU2089884C1 RU95101425A RU95101425A RU2089884C1 RU 2089884 C1 RU2089884 C1 RU 2089884C1 RU 95101425 A RU95101425 A RU 95101425A RU 95101425 A RU95101425 A RU 95101425A RU 2089884 C1 RU2089884 C1 RU 2089884C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impurities
- ions
- mass
- laser radiation
- electric field
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области аналитической химии. Сущность: способ включает очистку поверхности, испарение и ионизацию исследуемого вещества воздействием импульсного лазерного излучения, масс-спектральное разделение и детектирование основы и примеси с накоплением аналитической информации. Очистку поверхности исследуемого вещества проводят воздействием импульсного лазерного излучения. После масс-спектрального разделения проводят дополнительное разделение основы и примесей воздействием электрического поля с последующим масс-спектральным разделением прошедших через электрическое поле ионов. 4 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к области аналитической химии и касается разработки способа определения газообразующих примесей (H, C, N, O) в твердых высокочистых веществах методом лазерной масс-спектрометрии.
Известны способы определения газообразующих примесей в твердых веществах ядерно-физическими методами, такими, как активация заряженными частицами, γ-квантами или быстрыми нейтронами [1] Предел обнаружения в этих способах составляет 1•106 1•10-7%
Недостатком является их ограниченное применение, так как необходимо использование редких и дорогостоящих ускорителей или ядерных реакторов в специально оборудованных помещениях. Поэтому эти способы являются дорогостоящими и не всегда доступны [1]
Наиболее близким по совокупным признакам к изобретению является способ определения газообразующих примесей в твердых веществах методом лазерной масс-спектрометрии, включающий одновременно очистку поверхности, испарение и ионизацию исследуемого вещества воздействием импульсного лазерного излучения с плотностью мощности на поверхности образца 3,2•109 Вт/см2, разделение основы и примеси в анализаторе типа Маттауха-Герцога, детектирование и накопление аналитической информации цилиндром Фарадея и электрометром соответственно.
Недостатком является их ограниченное применение, так как необходимо использование редких и дорогостоящих ускорителей или ядерных реакторов в специально оборудованных помещениях. Поэтому эти способы являются дорогостоящими и не всегда доступны [1]
Наиболее близким по совокупным признакам к изобретению является способ определения газообразующих примесей в твердых веществах методом лазерной масс-спектрометрии, включающий одновременно очистку поверхности, испарение и ионизацию исследуемого вещества воздействием импульсного лазерного излучения с плотностью мощности на поверхности образца 3,2•109 Вт/см2, разделение основы и примеси в анализаторе типа Маттауха-Герцога, детектирование и накопление аналитической информации цилиндром Фарадея и электрометром соответственно.
Недостатком способа является достаточно высокий предел обнаружения, оцененный авторами в 10-4% и ограниченный в основном фоном адсорбированных на поверхность образца атомов из остаточного вакуума масс-спектрометра [2]
Для снижения предела обнаружения в известном способе определения газообразующих примесей в твердых веществах, включающем очистку поверхности, испарение и ионизацию исследуемого вещества воздействием лазерного излучения, масс-спектральное разделение и детектирование основы и примесей с накоплением аналитической информации, очистку поверхности исследуемого вещества осуществляют воздействием импульсного лазерного излучения с плотностью мощности на поверхности образца 5•108 1•109 Вт/см2, а испарение и ионизацию проводят через 100-1000 мкм воздействием второго импульсного лазерного излучения с плотностью мощности на поверхности образца 5•109 1•1010 Вт/см2, после масс-спектрометрического разделения проводят дополнительное разделение основы и примесей воздействием электрического поля, состоящего из двух участков с противоположным, но параллельным движению ионов направлением, величина которого исключает прохождение в последующую разделительную ступень заряженных частиц любой полярности, а пропускание аналитических линий положительных ионов определяемых примесей осуществляют воздействием на поле электрического импульса отрицательной полярности с последующим масс-спектральным разделением прошедших через поле ионов.
Для снижения предела обнаружения в известном способе определения газообразующих примесей в твердых веществах, включающем очистку поверхности, испарение и ионизацию исследуемого вещества воздействием лазерного излучения, масс-спектральное разделение и детектирование основы и примесей с накоплением аналитической информации, очистку поверхности исследуемого вещества осуществляют воздействием импульсного лазерного излучения с плотностью мощности на поверхности образца 5•108 1•109 Вт/см2, а испарение и ионизацию проводят через 100-1000 мкм воздействием второго импульсного лазерного излучения с плотностью мощности на поверхности образца 5•109 1•1010 Вт/см2, после масс-спектрометрического разделения проводят дополнительное разделение основы и примесей воздействием электрического поля, состоящего из двух участков с противоположным, но параллельным движению ионов направлением, величина которого исключает прохождение в последующую разделительную ступень заряженных частиц любой полярности, а пропускание аналитических линий положительных ионов определяемых примесей осуществляют воздействием на поле электрического импульса отрицательной полярности с последующим масс-спектральным разделением прошедших через поле ионов.
Предлагаемый способ позволяет определять газообразующие примеси (H, C, N, O) в металлах, полупроводниках, диэлектриках с пределом обнаружения n•10-7% где n=1-10.
Плотность мощности лазерного излучения на поверхности образца в интервале 5•108 1•109 Вт/см2, с которой воздействуют на него при очистке поверхности, плотность мощности лазерного излучения в интервале 5•109 1•1010 Вт/см2, с которой воздействуют на него при испарении и ионизации, время задержки между лазерными импульсами в интервале 100-1000 мкс, а также величина и направление электрического поля, которым воздействуют на ионы при дополнительном разделении основы и примесей, исключающее попадание заряженных частиц любой полярности на повторное масс-спектрометрическое разделение, за исключением времени прохождения через поле ионов определяемых примесей, были подобраны экспериментальным путем и, как показали опыты, являются оптимальными для достижения технического результата.
На фиг. 1 изображена величина фона рассеянных ионов в случае, когда во второй масс-анализатор не пропускаются ионы, а электрическое поле задерживает только положительно заряженные частицы. Количество суммированных спектров равно 1,25•104. N число зарегистрированных импульсов; на фиг. 2 - величина фона рассеянных ионов в случае, когда во второй масс-анализатор не пропускаются ионы, а электрическое поле задерживает заряженные частицы обеих полярностей. Количество суммированных спектров равно 1,25•104. N - число зарегистрированных импульсов; на фиг. 3 типичный масс-спектр ионов C2+ в ГСО кремния, с содержанием углерода 1,5•10-5% Количество суммированных спектров 1•104. Общее число импульсов в массовой линии 12C2+ равно 280.
Пример 1. Определение углерода в стандартных образцах титана ГСО 2195-81/2198-81 с содержанием углерода в интервале 0,056-0,39% ат. Набор из четырех стандартных образцов, представляющих собой плоскопараллельные пластины, помещают в камеру источника ионов на кассету, имеющую четыре степени свободы (x, y, z перемещение, вращение). Источник ионов откачивают до вакуума 10-7 мм рт.ст. Напряжениями на электродах масс-анализаторов задают необходимый энергетический интервал и оптимальную разрешающую способность масс-анализаторов. Обработку поверхности образца ведут в режиме сплошного растрового сканирования. Установлено, что в результате снятия трех слоев с поверхности происходит удаление первичных поверхностных загрязнений (окисленного слоя, слоя адсорбированных атомов, имевшихся на поверхности образца до помещения его в масс-спектрометр). После этого уменьшается площадь первоначального сканирования на 0,75 мм по каждой координате и осуществляется накопление аналитической информации. Для эффективного удаления с поверхности образца адсорбированных атомов газов, поступающих на поверхность образца непосредственно из остаточного вакуума источника ионов, задержка между первым и вторым лазерными импульсами должна быть не менее 1000 мкс. Плотность мощности первого и второго лазерных импульсов составляла 5•108 и 5•109 Вм/см2 соответственно при пятне фокусировки на поверхности образца 50 мкм. Образованные под действием рабочего лазера ионы распространяются в первом масс-анализаторе времяпролетного типа, и в области пространственно-временной фокусировки ионов (область образования масс-спектра) детектируются ионы основы анализируемого вещества с последующим накоплением аналитического сигнала. В момент прихода определяемой примеси, в данном случае двухзарядных ионов углерода 12C2+ и 13C2+, воздействием электрического импульса отрицательной полярности постоянное электрическое поле, задерживающее положительные ионы, выключается и эти примеси пропускаются во второй масс-анализатор. В случае двухзарядных ионов углерода параметры отрицательного импульсного напряжения, определенные экспериментально, составили: задержка относительно второго лазерного импульса 31 мкм, его длительность и амплитуда 3 мкм и 100 B соответственно. Все прошедшие в это временное окно ионы разделяются во втором масс-анализаторе и детектируются с последующим суммированием числа импульсов. Измерение содержаний проводили по изотопу 13C2+. Результаты измерений приведены в табл. 1.
Указанные погрешности относятся только к измерениям площади пика 13C2+ и равны , где N общее число импульсов в массовой линии. Как видно из табл. 1, в пределах погрешностей результаты совпадают с паспортным значением.
Пример 2. Для определения фона рассеянных ионов, который ограничивает предел обнаружения, параметры прибора и приемы работы, как в примере 1, за исключением того, что не подается импульс, пропускающий ионы во второй масс-анализатор, электрическое поле задерживает только положительно заряженные частицы. Величина фона в численном выражении оставила 0,5 импульсов на один спектр в интервале масс 6-18, что ограничивает предел обнаружения на уровне 5•10-6%
Пример 3. Условия измерения, как в примере 2, только электрическое поле задерживает электрические частицы обеих полярностей. Во вторую разделительную ступень не проходят как положительно, так и отрицательно заряженные частицы. Величина фона уменьшается до 0,015 импульса на один спектр в интервале масс 6-18, что ограничивает предел обнаружения на уровне 1•10-7%
Пример 4. Определение углерода в стандартном образце кремния ГСО 5920-91 с содержанием углерода 1,5•10-5% ат. Условия проведения анализа аналогичны примеру 1.
Пример 3. Условия измерения, как в примере 2, только электрическое поле задерживает электрические частицы обеих полярностей. Во вторую разделительную ступень не проходят как положительно, так и отрицательно заряженные частицы. Величина фона уменьшается до 0,015 импульса на один спектр в интервале масс 6-18, что ограничивает предел обнаружения на уровне 1•10-7%
Пример 4. Определение углерода в стандартном образце кремния ГСО 5920-91 с содержанием углерода 1,5•10-5% ат. Условия проведения анализа аналогичны примеру 1.
Был проведен ряд параллельных определений, результаты которых представлены в табл. 2. Отношение сигнал/шум показывает, что предел обнаружения равен 1•10-7%
Пример 5. Условия проведения анализа аналогичны примеру 4. Плотность мощности первого лазера снижена до величины 1•108 Вт/см2. Был проведен ряд параллельных определений, результаты которых представлены в табл.3.
Пример 5. Условия проведения анализа аналогичны примеру 4. Плотность мощности первого лазера снижена до величины 1•108 Вт/см2. Был проведен ряд параллельных определений, результаты которых представлены в табл.3.
Как видно из сравнения результатов табл.2 и 3, ухудшение очистки от адсорбированных на поверхность газов из остаточного вакуума источника ионов приводит к увеличению результатов в 5 раз, что нарушает правильность анализа. При времени задержки между первым и вторым лазерными импульсами более 1000 мкс результат аналогичен.
Пример 6. Определение кислорода в стандартном образце кремния ГСО 5920-91 с содержанием кислорода 8,8•10-7% ат. Условия проведения анализа аналогичны примеру 1. В случае двухзарядных ионов кислорода параметры отрицательного импульсного напряжения, определенные экспериментально, составили: задержка относительно второго лазерного импульса 36 мкм, его длительность и амплитуда 2 мкм и 100 В соответственно. Был проведен ряд параллельных определений, при плотности мощности излучения второго лазера 5o109 и 1•1010 Вт/см2, времени задержки между первым и вторым лазерными импульсами 100 и 1000 мкс, номер анализа 1 и 2; 3 и 4 табл.4 соответственно.
Пример 7. Условия проведения анализа аналогичны примеру 4. Плотность мощности второго лазера снижена до величины 1•109 Вт/см2. Сигнал двухзарядных ионов углерода 12C2+ не был зарегистрирован.
Пример 8. Условия проведения анализа аналогичны примеру 6. Плотность мощности второго лазера увеличена до величины 2•1010 Вт/см2. Сигнал двухзарядных ионов кислорода не был выделен из фона.
Из примеров видно, что определение газообразующих примесей с пределом обнаружения n•10-7% (n=1-10) возможно только в том случае, когда реализуются одновременно все указанные параметры в установленных интервалах.
В сравнении с прототипом предлагаемый способ позволяет снизить предел обнаружения на три порядка.
Claims (1)
- Способ определения газообразующих примесей в твердых высокочистых веществах методом лазерной масс-спектрометрии, включающий очистку поверхности, испарение и ионизацию исследуемого вещества воздействием импульсного лазерного излучения, масс-спектральное разделение и детектирование основы и примесей с накоплением аналитической информации, отличающийся тем, что очистку поверхности исследуемого вещества проводят воздействием импульсного лазерного излучения с плотностью мощности на поверхности образца 5 х 108 1 х 109 Вт/см2, а испарение и ионизацию проводят через 100 1000 мкс воздействием второго импульсного лазерного излучения с плотностью мощности 5 х 109 1 х 101 0 Вт/см2, разделение основы и примесей после масс-спектрального разделения проводят дополнительно воздействием электрического поля, состоящего из двух участков с противоположным, но параллельным движению ионов направлением, с последующим масс-спектральным разделением прошедших через электрическое поле ионов, где величина поля исключает прохождение заряженных частиц любой полярности в последующую разделительную ступень, а пропускание аналитических линий положительных ионов определяемых примесей осуществляют воздействием на поле электрического импульса отрицательной полярности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95101425A RU2089884C1 (ru) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | Способ определения газообразующих примесей в твердых высокочистых веществах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95101425A RU2089884C1 (ru) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | Способ определения газообразующих примесей в твердых высокочистых веществах |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95101425A RU95101425A (ru) | 1997-02-20 |
RU2089884C1 true RU2089884C1 (ru) | 1997-09-10 |
Family
ID=20164443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95101425A RU2089884C1 (ru) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | Способ определения газообразующих примесей в твердых высокочистых веществах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2089884C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006028406A1 (fr) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Boris Abramovich Zon | Procede pour produire des ions negatifs |
RU2530483C1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Способ определения массовой доли кислорода в порошках металлов |
RU2732250C1 (ru) * | 2019-07-30 | 2020-09-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) | Способ определения химических соединений, принадлежащих к группе тиурамдисульфидов |
-
1995
- 1995-01-31 RU RU95101425A patent/RU2089884C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Анализ мирового уровня научных исследований и технологии производства полупроводниковых материалов и металлов высокой чистоты. - М.: Гиредмет, 1984, N 5, 143. Zhao Shankai и др. Anal. Chem. 1984, v. 56, N 3, p. 382 - 385. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006028406A1 (fr) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Boris Abramovich Zon | Procede pour produire des ions negatifs |
RU2530483C1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Способ определения массовой доли кислорода в порошках металлов |
RU2732250C1 (ru) * | 2019-07-30 | 2020-09-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) | Способ определения химических соединений, принадлежащих к группе тиурамдисульфидов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95101425A (ru) | 1997-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4733073A (en) | Method and apparatus for surface diagnostics | |
US7932491B2 (en) | Quantitative measurement of isotope ratios by time-of-flight mass spectrometry | |
US5105082A (en) | Laser ionization sputtered neutral mass spectrometer | |
US4864130A (en) | Photo ion spectrometer | |
EP0304525A1 (en) | Pulsed microfocused ion beams | |
RU2089884C1 (ru) | Способ определения газообразующих примесей в твердых высокочистых веществах | |
JP2021047077A (ja) | 分析装置及び分析方法 | |
JP5412246B2 (ja) | 四重極質量分析装置におけるスペクトル信号補正方法 | |
JPS6355846A (ja) | 二次中性粒子質量分析装置 | |
JPS60135846A (ja) | 二次イオン質量分析方法 | |
US4855596A (en) | Photo ion spectrometer | |
FI83463C (fi) | Foerfarande och anordning foer ytdiagnostik. | |
JP5581173B2 (ja) | 質量分析装置 | |
US5097125A (en) | Photo ion spectrometer | |
JP2003294703A (ja) | 試料空気中の少なくとも一つの注目物質の存在を検査する方法及び捕捉イオン移動度分析計 | |
JP2002116163A (ja) | 表面分析装置におけるスペクトルピーク位置の補正方法 | |
JP3140557B2 (ja) | レーザイオン化中性粒子質量分析装置及びこれを用いる分析法 | |
JP3188925B2 (ja) | レーザイオン化中性粒子質量分析装置 | |
KR100485389B1 (ko) | 이차이온 질량분석기 및 이를 이용한 이차이온 일드측정방법 | |
JPH05251037A (ja) | レーザイオン化中性粒子質量分析装置およびそれを用いる分析法 | |
JP2895860B2 (ja) | 質量分析方法 | |
JPS5913151B2 (ja) | 四重極質量分析装置 | |
SU951476A1 (ru) | Масс-спектрометрический способ анализа высокомолекул рных веществ | |
JPH03291559A (ja) | レーザイオン化中性粒子質量分析装置 | |
JPH0456057A (ja) | レーザイオン化中性粒子質量分析装置 |