高纯电子气体中金属杂质分析方法概述.pdf

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1、高纯电子气体中金属杂质分析方法概述张文娟(贵州理工学院化学工程学院，贵州贵阳550003)摘要：本文概述了高纯电子气体中金属杂质的来源及测定特种气体中金属粒子的前处理方法和检测手段。选定检测手段从最初的单一仪器检测逐渐过渡到仪器间的联合检测。关键词：高纯气体；金属粒子；检测方法基金支持：贵州理工学院自然科学基金项目电子气体主要应用于电子元器件制造行业，其杂质含量应保证控制在10～、10一、10“2数量级。在半导体器件制作中，会用到高纯气体如氮气和氦气等，而这些气体中含有的痕量金属杂质很容易被制造过程中所用溶液吸收，最终导致半导体器

2、件的性能和合格率会受到严重影响。为保证高纯气体标准物质的质量，建立电子气体痕量杂质的检测方法，对高纯气体的生产、运输等具有非常重要的指导意义。1电子气体中杂质种类电子气体中常见的杂质主要分为金属和非金属两大类。部分非金属杂质有：H：、O：、N!、CO、CO：、HF、H：O和烃类化合物。另外部分特殊电子气体中含有金属粒子。近些年对于常见的非金属杂质的检测方法有了很大的发展，主要包括红外光谱法、气相色谱法、质谱法和波谱法。而金属粒子杂质检测由原来的单一仪器检测发展至仪器的联合使用，主要有电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)

3、、电感耦合等离子体质谱法(ICP—MS)等，检出限也大大降低了。2金属杂质主要来源电子气体的生产是一个系统工程。金属杂质的主要来源于三个过程：(1)在刚生产出来的气体中含有的微量的金属杂质，主要是生产的环境中和制造过程中引入的；(2)气体在运输和存放过程中，钢瓶中存在的金属元素和残留的杂质“溶解”在气体中对钢瓶的；(3)气体在钢瓶中瓶存放的时间越长，导致金属杂质含量就越高。这些对产品质量的控制有非常重大的意义。3测定气体中的金属粒子的方法测定气体中的金属粒子方法较多，一般是根据不同样品气体的不同特性要求，选择最合适的方法。而为了确

4、保所测得数据的准确性，一般把气体样品液体化进行测量，与此同时还要有合适的吸收液和精确的定量装置。原子吸收光谱法、原子发射光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱法0cP—AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等。4原子光谱4．1早在八十年代末期，我国就有相关检测高纯气体中金属杂质研究。崔仙航等通过实验结果，认为金属杂质存在高纯气体中的状态属于固体粉尘以气溶胶形式存在。并在当时的实验条件下把对高纯气体取样，溶液的吸收和基体分离等一直是该领域较困难的问题给予了探究。建立了无火焰原子吸收光谱法测定高纯氢、氮气、氨硼烷、氯化氢、砷烷、

5、硅烷和磷烷中钠、钾、钙、铁、铜、铝、锌、锰、铅和铬十种常见金属杂质。这为后期对电子气体的研究奠定了一定的基础。4．2原子发射光谱法测定的原理是把试样中复杂的检测成分转变成原子和简单的元素，而后利用被激发物质发射的特征谱线定性和定量金属元素。这被运用到了六氟化钨中金属粒子的检测中。试验者生产从源头出发知道六氟化钨中金属粒子的来源主要是原料中的金属钨粉，结合各金属粒子的溶解性和溶解后金属离子存在状态，从而定性和定量分析的待测溶液。准确测定六氟化钨中金属粒子的含量。4．3孙秋丽等考虑到由于火焰原子化法的燃烧温度偏低，检测限只能达到10～

6、，不能满足高纯气体的测试要求，选用无火焰石墨炉原子化法，采用单一锐线光源，氘灯背景校正来测定金属粒子，绝对灵敏度可达lO‘12一10’149。通过优化条件测定WF。中金属粒子Fe、Ni、Cu、zn的含量。最终使检测的灵敏度较原子发射光谱提高了好几个数量级，这给分析检测金属粒子提供了有利可靠的方法。4．4ICP-MS检测4．4．1对于六氟化钨中金属粒子的检测已经运用的检测方法有原子吸收光谱和原子发射光谱。而对于多种元素检测用ICP-MS分析能够得到较低的检出限、高选择性和好的精密度和准确度。郑秋艳等检测wF。设计用一个密闭的半定量取

7、样管路，准确的完成对wFs中金属粒子的取样和气体样品液体化的过程。然后利用电感耦合等离子质谱分析得到WFs样品中各种金属粒子的含量。孟蓉等ICP-MS检测高纯过氧化氢时，采用膜去溶剂化进样法。不仅能消除基体干扰，提高分析方法的灵敏度，降低检出限，同时膜去溶剂化具有进样速度快，进样量少(≤1mL)的优点，测试时间段，效率高。4．4．2郭峰等用ICP-MS检测高纯四氯化硅重金属杂质时，采用密封针管取样，转移塑料挥气瓶中，恒温水浴锅控制温度(57℃)通入干燥惰性气体(N：)，在塑料挥气瓶挥去基体四氯化硅，富集的金属加入硝酸转变成溶液后定

8、容，用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)直接测定其中Pb、Zn、Mn等9种微量金属杂质。样品的加标回收率为98．15-102．0％，相对标准偏差(RSD)为0．9％-3．5％，检出限为0．009—0．05；g／L。4．5ICP-AES检测4．5．