Диссертация (1150372), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Как видно из Таблицы 23, полученныесодержания для большинства элементов удовлетворительно совпадают для метода срастворением пробы и для Люмаса-30. Несовпадение по некоторым элементам может бытьсвязано с потерями компонентов при растворении пробы в ИСП ОЭС и ИСП МС. Прииспользовании лазерной абляции воспроизводимость была невысокой и находилась в диапазоне20-70% (для Люмаса-30 – 3-10%), что существенно ухудшало метрологические параметрыметода. Поэтому данные по ЛА ИСП МС приводятся в большей степени иллюстративно.Таблица 23. Результаты анализа металлургического кремния с помощью ИСП ОЭС и ИСП МСс растворением пробы; ЛА ИСП МС (Element-2) и GDMS (Люмас-30); n=5, t=2,776, P=0,95ЭлементСодержание, ppmИСП ОЭС, ИСП МС ЛА ИСП МС (Element-2) GDMS, Люмас-30Mg27 ± 233 ± 1344 ± 3Na25 ± 229 ± 3B14 ± 115 ± 1Ca4070 ± 1802700 ± 7003700 ± 400Ba120 ± 7105 ± 25134 ± 9Ti1190 ± 60600 ± 3001490 ± 50Mn210 ± 2090 ± 50260 ± 30Sb3,7 ± 0,43,0 ± 0,4Zr1500 ± 1301230 ± 150Sr36 ± 333 ± 2ВТаблице24приведенырезультатыопределениясодержанияэлементоввполупроводниковом кремнии, полученные с помощью электроискровой масс-спектрометрии(JMS-01-BM2 (JEOL, Япония), измерения проводились в АО «Гиредмет») и анализатораЛюмас-30.
Как видно из таблицы, наблюдается удовлетворительное совпадение полученныхрезультатов, что свидетельствует об отсутствии заметной систематической погрешности прииспользовании времяпролетной масс-спектрометрии с импульсным тлеющим разрядом.103Таблица 24. Результаты определения содержания элементов в полупроводниковом кремнии,полученные с помощью SSMS и GDMS (Люмас-30); n=5, t=2,776, P=0,95ЭлементСодержание, ppmSSMS, JMS-01-BM2 GDMS, Люмас-30B0,10 ± 0,060,15 ± 0,05Zr<0,30,4 ± 0,1Ca7±312 ± 3Ag<0,20,15 ± 0,05Ti0,3 ± 0,20,5 ± 0,1Sb<0,10,20 ± 0,05Cd<0,40,5 ± 0,1Mn0,3 ± 0,20,4 ± 0,1Таким образом, показано, что в аналитической системе, включающей в себя короткийимпульсный тлеющий разряд и времяпролетный масс-спектрометр возможно прямоеопределение содержания различных примесей в кремнии, как в металлургическом, так и вотносительно чистом полупроводниковом.
Пределы обнаружения (3σ)для большинстваэлементов составляют 30-100 ppb. Результаты работы по анализу кремния представлены встатье [196].SiCКарбид кремния имеет большую ширину запрещенной зоны (3,2 эВ), большуюпрочность и теплопроводность, большую устойчивость к температурному и радиационномувоздействию, чем наиболее часто используемый кремний. Поэтому этот материал приобретаетширокое распространение.В настоящей работе анализировали пластины полупроводникового карбида кремния,легированного бором.
Содержание бора по данным ВИМС анализа (CAMECA IMS7f)составляет 9 ppm. Как и в случае с кремнием, очистка поверхности проводилась разрядом. Но,поскольку важно было определить содержание бора в поверхностном слое, для очисткииспользовали импульсы малой длительности (1 мкс)при малых давлениях газа (37 Па).Проведена оптимизация параметров разряда для получения максимальной чувствительности.Полученные оптимальные параметры составили: давление – 44 Па, длительность импульса – 4мкс, напряжение – 1200 В, время задержки выталкивающего импульса – 160 мкс.Использовался вспомогательный катод из тантала. На Рисунке 28 представлен участок спектракарбида кремния, содержащий пики изотопов бора.Для определения содержания бора в карбиде кремния использовали значение RSF длябора в кремниевой матрице (см.
Таблицу 20 в главе 4) – 1,1. По соотношению интенсивностей104бора и кремния с учетом RSFB/Si определили содержание бора, которое составило 9,5 ± 0,7 ppm,что хорошо согласуется с данными ВИМС анализа (9 ± 1 ppm).Рисунок 28. Участок спектра карбида кремния.Таким образом, показана возможность определения примесей в карбиде кремния сиспользованием RSF, определенных для матрицы, отличной от анализируемой.GaNНитрид галлия – один из самых перспективных полупроводниковых материалов воптоэлектронике, силовой и СВЧ-электронике. На его основе производят светодиоды видимойи ультрафиолетовой области спектра, лазерные диоды, диоды Шоттки и транзисторы. Споявлением диодов на основе GaN, рабочая область светодиодов расширилась на синюю изеленую части спектра.
Как и карбид кремния, нитрид галлия имеет широкую ширинузапрещенной зоны – 3,4 эВ, устойчив к термическому и ионизационному воздействию.В настоящей работе анализировалась проба, представлявшая собой твердый раствор снитридов галлия и алюминия, содержащая примеси магния и кремния. Поверхность пробыочищалась разрядом длительностью 1 мкс при давлении 37 Па. Оптимальные условия анализасоставили: : давление - 45 Па, длительность импульса – 3,5 мкс, напряжение – 1100 В, времязадержки выталкивающего импульса – 160 мкс. Поскольку, необходимо было определятьсодержание алюминия, использовался вспомогательный катод из тантала.
Следует отметить,105что GaN менее термически устойчив, чем карбид кремния и требует более мягких условийраспыления. На Рисунке 29 (а ,б) представлен получаемый спектр нитрида галлия.а)б)Рисунок 29. Спектр нитрида галлия при распылении в TaКПК. а) массы 9-200 б) участокспектра, содержащий пики магния.106Определение содержания примесей Al, Si, Mg в нитриде галлия проводили безиспользования градуировки, по соотношению интенсивностей компонентов (относительногаллия). Полученные результаты хорошо сходятся с данными ВИМС анализа – см.
Таблицу 25.Таким образом, показана возможность проведения элементного анализа без использованиястандартных образцов.Таблица 25. Результаты определения концентрации элементов в GaN,полученные с помощью ВИМС (CAMECA IMS7f) и GDMS (Люмас-30)ЭлементКонцентрация, ат. %ВИМС, CAMECA IMS7fGDMS, Люмас-30Al6,1 ± 0,25,9 ± 0,1-2Si(3,3 ± 0,3)∙10(3,0 ± 0,1)∙10-2Mg(1,0 ± 0,2)∙10-4(1,2 ± 0,1)∙10-4В итоге, в настоящей главе показано, что в случае полупроводниковых материаловформирование поверхностной проводимости проходит относительно легко и стабильно, врезультате времяпролетная масс-спектрометрия с DC PGD в КПК может успешно применятьсядля прямого определения примесей в полупроводниковых материалах без каких-либодополнительных манипуляций отличных от анализа проводящих проб.1077. Прямой анализ диэлектрических материалов на примере урансодержащих минералов,порошкообразных проб и микрочастицПосколькуформированиепроводящегоповерхностногослояприраспылениидиэлектриков в GDMS с КПК в DC PGD происходит не всегда стабильно, в настоящем разделеприводится способ, облегчающий формирование этого слоя.
Предлагаемый подход заключаетсяв прессовании измельченной диэлектрической пробы на металлическую подложку. В этомслучае слой диэлектрика получается очень тонким, емкостные потери маленькие и быстроформируется устойчивый и воспроизводящий сам себя проводящий слой. Проведение анализадиэлектрических материалов таким способом рассматривается на примере урансодержащихпроб. Обсуждаются возможности элементного и изотопного анализа таких объектов.7.1. Элементный анализ. Определение U и Th в минералахКоличественное определение радионуклидов в различных промышленных материалах иприродных объектах является важной задачей.
Попадание радионуклидов в окружающую средусвязано не только с ядерной энергетикой и военно-промышленным комплексом, но иобусловлено обычной хозяйственной деятельностью человека, например, сжиганием нефти иугля [197].Анализ концентрации и изотопного состава урана и тория в твердотельных образцахактуален для целей геохимии, радиобиологии, изотопной геохронологии, радиохимии,экологического моделирования, ядерной криминалистики, атомной промышленности и др.Некоторые природные минералы, содержащие изоморфные примеси U и Th, рассматриваютсяв качестве аналогов керамических форм актиноидных отходов [198].Среди многочисленных аналитических методов определения урана и тория можновыделить 2 особые группы, характеризующиеся высокой чувствительностью: ядернофизические (α- и γ-спектрометрия, НАА) и масс-спектрометрические.α-спектроскопия – эффективный метод анализа α-эмиттеров, которыми являютсяизотопы урана и тория [27].
Однако этот метод требует большое количество времени напробоподготовку, т.к. необходимо проводить полное отделение аналитов от матрицы, чтобыполучить «тонкий» α-источник, исключить перекрывание и смещение пиков [28], а такжеисключить явление самопоглощения α-частиц [6]. Время самого анализа может достигатьнескольких дней или недель, что является существенным недостатком метода. Из преимуществα-спектроскопии можно отметить низкую себестоимость оборудования. Пределы обнаружениядля 238U, 232Th составляют от 0,4 ppb до 80 ppt [29].Главными преимуществами НАА являются минимальная пробоподготовка или даже ееотсутствие, низкие пределы обнаружения (от 0,1 до 106 ppb в зависимости от элемента) [31].
В108частности, в работе [41] достигнут предел обнаружения для238U – 0,3 ppm. Общее времяанализа составило 2 дня 7 часов. Соответственно для Th предел обнаружения составил 0,2 ppm,а время анализа 14 дней 14 часов. Недостатками метода являются наличие интерференций,длительность и стоимость анализа, радиоактивность техники.Из достоинств γ-спектрометрии можно отметить возможность одновременного анализамногих радионуклидов [32], определение содержания их изотопов, простоту стандартизации,высокое энергетическое разрешение [27], недеструктивность,а такжеотсутствиепробоподготовки, что делает анализ простым и минимизирует риск загрязнения образца.
Вработе [3] получены следующие пределы обнаружения для238U – 0,03 ppm, для232Th – 0,26ppm. Недостатками метода являются длительное время анализа [25].Масс-спектрометрические методы моложе радиометрических, но часто применяются дляанализарадионуклидовблагодарясвоейуниверсальности,высокойточностиибыстродействию. В частности, для определения урана и тория в минералах используются TIMSи ИСП МС [104,115,199].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
