SJ/Z 3206.13-1989 半导体材料发射光谱分析方法通则 SJ/Z3206.13-1989 标准下载解压密码：www.bzxz.net

中华人民共和国电子工业部指导性技术文件半导体材料发射光谱分析方法通厕SJ/Z3206.13--89
本标准适用于锗、硅、砷化像、掌化钢和锑化钢等半导体材料发射光谱分析方法的一般通则，其内容包括基本原理、仪器、标准溶液配制、样品处理方法、摄谱条件的造择、以及有关的一般规定。
1引篇标准
1.1GB9259-88发射光谱分析名词术语1.2SJ/Z3206.3--89发射光谱分析用仪器及其性能要求1.3SJ/Z3206.11--89发射光谱定量分析方法通则1.4SJ/Z3206.4--89光谱感光板使用通则1.5SJ/Z3206.14--89光谱化学分析误差及实验数据处理方法通则2基本源理
在进行光谱激发之前，先将半导体材料品中的基体元紫用化学方法进行分离，杂质元素被富集浓缩，然后用溶液干渣法或碳粉吸附法对杀阅元素选行光谱定量满定。3需要对祥品预先进行化学处理的情况有下列几种：3.1试样中杂质元素的含量低于直接光谱法的检测限（10-4～10-5%），如不经分离富集，则无法进行测定。
3.2基体元索的光谱比较复杂，影响杂质元索分析线及内标线的测量。3.3基体元索组分的变化对杂质元素的谱线强度有明显影响。3.4基体元素有很强的毒性或放射性，在激发过程中会污染环境，损害人体健康。分离基体后的杂质浓缩物使用不同激发源进行激发，产生各杂质元素的特征光谱线，然后根据谱线的强度或黑度，由logR与logC或△S与logC汇作线求得试样中各杂质元素的含量。光谱定量分析方法见SJ/Z3206.1189。4仪器及工作条件
可根据不同仪器条件及分析要求选行选择，以下仅列出典型的仪器参数及工作条件。
4.1激发源
4.1.1连续交流电弧：电流5~8A，噪光40~60s。4.1.2断实交流电弧：燃弧脉冲频本240Hz，脉冲持续时间1/10s，间歌时问1。5/10s。电中华人民共和国电子工业部1989-02-10发布批准1989-03-01实施
流8A、曝光1min。
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4.1.3直流电弧：电流5201，爆光20～60s，上电极为阴极，下电极为孔状阳极。4.1.4高压火起：电压10700V、电感1.5mH、电容6000pf、光2min。4.1.5电感耦合高频等离子体（ICP）：频率32MHz、功率3.5kW、高压3000～4000V、阳流0.8~14、栅流100～200mA，滕光30～60s。4.2试样引入系统
可使用碳电极、石墨电极，铜电极或溶液直接雾化系统一一气动雾化器、超声雾化器。
4.3分光系统
可使用石英棱镜摄谱仪域光栅光谱仪，倒数线色散率0.5~1nm/mm、波长范围200~600nm。
4.4检测系统
可使用照相祛玻光电记录法。照相法需要按规定条件选择光谱感光板进行显影、定影、干燥等处理。然后用测微光度计测量谱片上光谱线的黑度。光电记录法采用光电倍增管将光讯号转交为电讯号，并由计算机进行数据处理。5样品处理方法
样品处理即是将平导体材料中的基体成分分离除去，杂质元素被富集浓缩。分离方法有两类：分离基体和分离杂质。5.1分离方法的选择标准
5,1.1在保证杂质元素不受损失而充分得到富集的前提下，基体元素应尽可能地分离完全，以免影响杂质元素的测定。5.1.2被测定的杂质元素要全部或尽可能多地转移到富集物中去，但也要避免来自环境、容器、试剂和操作者本身的沾污。要求杂质元素的回收率在80%～120%之间，并尽可能接选100%。
5.1.3要尽可能少用化学试剂（包括种类和数量），而且容易提纯。要求所用试剂中不含现少含被测定杂质，以利于降低空白值。5.1.4操作简使、快迹、周期短、成本低、取样量尽可能少。5.2半导体材料分析常用分离方法半导体材料光谱分析常用的分离方法有挥发，举取、沉淀、离子交换、电解等。表1为主要率导休材料常用的分离方法。2
基体元素
Ga、As
Ga、As
Ga、As
In、PbZxz.net
In、P
In、Sb
In、Sb
In，As
Ga、P
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半导体材料基体和杂质分离富集方法材料种类
Si、Sio,
SiHCIs
Ge、GeO
Ga、GaCls
Sb、SbCls
6标准溶液的配制
分离对象
用HF+HNO，+HSO处理，以SiF挥发用HF蒸汽处理，以SiF挥发
加热挥发，残留SiO2再用HF处理用HC1处理，以GeC1作发
用各种醛整在6~12MHC1中等取氯化物用B（OH）其沉淀杂成
用HCl、HBr、Br2处理，齿化物挥发用阳离子、阴岛子交换树脂滤合床吸附索质加热挥发、残留的As2O，用HBr处理砷以卤化物挥发、镓用醚类在8MHC1中求取用氯仿和二硫踪萃取
用干燥的Brs、HCI蒸汽，使Ga、As以卤化物探发用醚类从盐酸或氢溴酸中萃取卤化物用8一羟基喹啉及氯仿萃取
用HBr和Br使以溴化物挥发
用氯仿和二硫腺萃取
用乙从5MHBr中萃取浪化钢
用硫酸钢共沉淀分离
用乙醛从5MHBr中琴取
用二（2一乙基、已基）磷酸从8MHBr中萃取砷以卤化物挥发，铟月二氧乙魅从7MHBr中萃取用氮仿萃取二乙胺基二硫代甲酸盐先取各被测杂质的纯元素或其化合物，用酸或水溶解后配制成1mg/m1的标准溶液，通常各溶液中盐酸浓度约1M，盛于聚乙烯塑料瓶中备用。视各杂质元素检测限的不同及实际存在的含量水平，取一定量的标准溶液，配制成混合母液，然后用0.5M盐酸逐级稀释，配制成一套标准系列。半导体材料光谱分析3
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用标准系列的两种典型实例示于表2和表3。实际使用时的分组和浓度范国可作适当调整，杂质元素的种类亦可根据分析要求增加或减少。
表2测定半导体材料中痕量杂质用的标准系列元素
系列号
系列号
Al、Pb、Fe
Cr、Zn
Ni、Ti、Mn
表3测定半导体材料中痕量杂质用的标准系列Al、Cu、Ag
7杂质浓缩物的光谱分析
7.1杂质进入激发区的方式
Ti、Mg、Mn、
Bi、Mo
Sn、Cr、Fe、Cd、
Co、Ni、Zn、Ca、Pb
In（内标）
In（内标）
经过化学分离后的杂质浓缩物转移至光谱电极，然后被激发源激发；或者由雾化装置将浓缩溶液直接喷入光谱激发区，其基本方式有下列几种：了.1.1溶液干渣（残渣）法
将分离基体后的杂质浓缩物蒸发至约0.1～0.2m1，加入0.1m1内标溶液，用塑料滴管将溶液全部转移至一对（或一个）涂有1%聚苯乙烯苯溶液作封闭剂的平头石墨电极上，在红外灯下烘干，待摄谱。每个样品平行做三份，并同时作空白试验。杂质残渣在电极上的坚圖性对光谱分析的准确度及检测限有很大的影响。一般一对电极表面上负载的物质总量不大于1mg。如果载量过大，将形成堆积在电极表面的疏SJ/Z3206.13-89
松层，当激发放电时，会使杂质射而受到损失。溶液干渣法一般使用交流电弧！或火花激发，激发条件见3。1。7.1.2碳粉吸附法
在杂质浓缩物中加人数滴1M盘酸溶液及0.1n1内标溶激，在红外灯下边加热边转动，使器壁上的残渣完全溶解，用塑料滴管将溶液转移到盛有40mg高纯磷粉的石英小烧杯中，再用水数滴洗涤器壁后一并转移至碳粉中。将碳粉在红外灯下烘干，充分混匀，然后装人带孔石墨电极内待摄谱。石墨电极孔径为3.5mm，孔深5mm。证，①本法使用的碳粉不得含有被测杂质。②碳粉吸附法一般使用直流电弧激发。7.1.3溶液直接雾化法
在用ICP作为激发源时，将杂质浓缩物用1M盐酸溶液稀释至一定体积，然后由气动雾化器或超声雾化器将试样溶液雾化，并喷人去溶剂装置，经加热和冷却后，溶剂被除去，杂质以极细的气溶胶形式进入等离子炬而被激发。截取一定的等离子炬高度进行哦光。
7.1.4在样品处理的同时，将标准系列按溶液干渣法或粉吸附法制成光谱电极，或者按试样相同处理方式，将标准系列喷入等离子炬。然后，标准和试样在相商条件下进行摄谱。
7.2摄谱条件的选择
视不同的仪器条件及分析要求对下列各项进行选择，以获得最佳的分析结果。7.2.1激发源类型及其工作参数。7.2.2摄谱仪类型，包括工作的波长范围、照明系统、刹缝宽度、阶梯减光器，中闻光澜，滤光片等。
7.2.3电极种类及尺寸。
7.2.4预燃时间和噪光时间。
7.2.5感光板类型及显影、定影条件。7.2.6分析线对波长。
7.3测光及数据处理
用测微光度计的S标尺（或W标尺、P标尺）对标准试样和分析试样中各黎质元累光谱线的黑度值进行测，取三次平行测定的平均值，绘制△S（或W、△P）与1ogC工作曲线或logR与logC工作曲线，从曲线上分别查出分析试样和空白中各杂质元素的绝对含量，取三份平行样品的平均值。按下式计算样品中各杂质元素的百分含量×%：X% -- C*-Co 1.....
式中：Cx、Co分别为从工作曲线上查得的样品和空白中杂质的含量，g，G--样品质量，g。
测光时选用的各杂质元素谱线波长如表4所示。为了避免基体元素或高含量杂质元素谱线的干扰，有时也可选用其它波长的谱线。-5-
8一般规定
波长nm
8.1水及化学试剂的纯化
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表4半导体材料分析用光谱线波长表元素
Ia（内标）
In（内际）
In（内际）
波长nm
波长nm
由于半导体材料中要求测定的杂质含量一般部在ppb范围内，因此在分析过程中使用的水及化学试剂的纯度应该比分析样品的纯度更高。为了达到这个要求，水和试剂必须事先加以纯化。水和酸类一般采用蒸馏法提纯，包括亚沸蒸馏、等温蒸馏、精馏等，有机溶剂也采用蒸馏提纯。固体高纯试剂可采用重结晶、萃取、络合、电解、升华等方法提纯。提纯后的试剂需经空白试验合格后方可使用。8.2容器材料的选择
普道的玻璃仪器因杂质含量高、耐离蚀性差，不适合于半导体材料的分析。适合于半导体分析的容器材料仅为聚四氟乙烯、聚乙烯、透明石英和白金。8.3容器的清洗
容器清洗的重要性不亚于正确地进行分析操作。不清洁的容器将使整个分析操作归于失败，以下为通用的清洗方法。将塑料或石英容器浸泡在王水中一天，再在6N高纯盐酸中漫泡数天，取出后，用大量电阻率大于10MQ。ctn的高纯水冲洗，然后在清洁的层流道风柜中干煤。石英仪器从盐酸中取出片，也可再在5～10%的稀氢氟酸中清洗10min，然后用大盘水冲洗、干燥。
白金器血可用热浓盐酸清洗。
8.4标准溶液的贮存
必须考虑能引已标准济液浓度随存放时间发生变化的下列因素：8.4.1溶剂的蒸发。
8.4.2微量元素在存容器器壁上的吸附及容器内杂质的溶出。SJ/Z3206.13—89
8.4.3在贮存条件下发生沉淀、形成胶体等化学变化。一般采用下列贮存条件：
a。使用聚四氟乙烯或聚乙烯瓶贮存标准溶液和试样溶液。b溶液为pH小于2的酸性介质，以使所含的杂质较为稳定。C。使用长期贮存某种元素稀溶液的旧瓶比新瓶更为适宜，贮存过高浓度溶液的容器不宜再改用作忙存稀溶液。
d，在上述条件下贮存的标准溶液有效期为一个月。低温下贮存可适当延长有效期。
e。最好的办法是用浓溶液在临使用前逐步稀释以制备稀溶液。8.5取样技术
8.5.1液体试样可用石英或塑料量筒或移液管量取，先打开容器，摇匀，用样品来冲洗瓶口，再用样品冲洗石英量筒等，此两部分液体弃去后再正式取样。8.5.2粉末或颗粒可用石英小勺取样，应尽可能避免研磨，以免沾污。必须研磨时，要选择研钵的材料比试样更，并且不含待测的杂质元素。8.5.3大块固体试样经机械切割后，先用有溶剂洗去表面汕污，再用适当的清洗剂清洗，最后用高纯水冲洗、干燥。8.6空白值的控制
空白值的大小及其稳定性直接影响分析结果的可靠性。造成空白侦的主要因素是空气中的灰尘、试剂中杂质、容器沾污及操作人员本身，必须尽可能减少或避免。使用将化室或净化工作台能有效地降低空白值。空白值和空白值的波动与检测限的关系可用下式表示，DL- X +36..........
式中：DL检测限，
文空白值的平均值；
6-空白值的标准偏差。
.（2)
在进行半导体材料分析时，必须在相同条件下同时作空白试验。对于高准确度的分析工作，其空白值要求低于被测元素含量的十分之一。一般情况下，空白值至少不能超过被测元素含量的二分之一。
8.7允许误差
被测元素的浓度愈低，准确度和精密度就愈差，因此不能用常量分析的标准来要求微量分析。在ppb数量级的分析工作中，相对标准偏差在50%之内是合适的。附加说明：
本标准由机械电子工业部电子标准化研究所提出。本标准由机械电子工业部第五十五研究所和电子标准化研究所负费起草。本标准主要起草人黄文裕和赵长春。7
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