Определение углерода в легколетучих материалах полупроводниковой техники тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

Министерство металлургии СССР

Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометаллнческой промышленности "Гиредмет"

На правах рукописи

Савчук Сергей Александрович

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕРОДА В ЛЕГКОЛЕТУЧЙХ МАТЕРИАЛАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ТЕХНИКИ

02.00.02- Аналитическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском и проектном Институте редкометаллической промышленности "Гиредмет" и на кафедре аналитической химии Московского института стали и сплавов

Научный руководитель - член-корреспондент АН СССР,

профессор Ю.А.Карпов

Официальные оппоненты - доктор химических наук,

профессор Ю.А.Клячко

- кандидат технических наук В.А.Данилкин

Ведущее предприятие - Институт проблем технологии

микроэлектроники АН СССР

Автореферат разослан "2А" /Ц*?«?» 1991 г.

Защита диссертации состоится 1991 г. в

/3 часов на заседании специализированного совета по аналитической химии Д 139.04.01 при Государственном научно-исследовательском и проектном институте редкометаллической промышленности "Гиредмет" по адресу: 109017, Москва, Б.Толмачевский пер., д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института "Гиредмет".

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат химических наук

Г.И.Шманенкова

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее врймя резко возрастают требования к чистоте полупроводниковых материалов, синтезируемых на базе кадмия, теллура, свинца, мышьяка и фосфора. Для оценки чистоты исходных веществ и соединений существуют методы анализа, позволяющие определять содержание примесей на уровне ICT^-ICT^ % масс. Исключение составляют газообразующие примеси, и в-частности углерод, при определении которого в рассматриваемых объектах возникают особые трудности, связанные с повышенной летучестью данных веществ. Для определения углерода в легколетучих материалах используют метода высокотемпературной экстракции, искровой масс-спектрометрии и активации заряженными частицами, причем методы высокотемпературной экстракции являются предпочтительными вследствие простоты аппаратурного оформления, возможности применения широкого спектра методических приемов подготовки пробы и анализа, а также экспрессности. Но при плавлении пробы происходит интенсивное испарение материала. Вместе с парами возможен унос определяемых примесей из зоны отбора аналитической информации. Кроме того, при взаимодействии паров с загрязнениями, находящимися на стенках аппаратуры, возникают неконтролируемые колебания фона, что резко снижает чувствительность анализа, а в отдельных случаях делает его невозможным.

Устранить мешающее влияние паров при определении углерода в легколетучих материалах возможно применением кварцевых ам-пул-мшфорезкторов для каждого -определения. Окислителями углерода могут служить различные оксиды или газообразный кислород.

Пель работы. I. На базе методов высокотемпературной экстракции разработать способ определения углерода, позволяющий анализировать высокочистые легколетучие вещества и соединения на их основе.

2. Выбрать и очистить реагенты для перевода всего углерода пробы в его оксиды.

3. Разработать методики определения углерода в высокочистых кадмии, теллуре, свинце, теллурдде кадмия-ртути (КРТ), мышьяке, фосфоре и применить их в аналитическом контроле полупроводниковых материалов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложен и разработан способ определения углерода, основанный на переводе углерода в газовую фазу окислением в ва-куушрованной кварцевой ампуле с последующим масс-спектромет-рическим определением (A.C. 1357758).

2. Разработаны способы глубокой очистки реагентов-окислителей и стенок реактора от углеродсодержащих соединений с целью снижения поправки контрольного опыта.

3. Разработана и изготовлена установка для очистки реагентов-окислителей и стенок ампулы от углеродсодержащих загрязнений, загрузки и отпайки ампул.

4. Разработаны методики определения углерода в высокочистых кадмии, теллуре, свинце, соединениях КРТ, мышьяке, фосфоре с нижней границей определяемых содержаний 2x10~5 % масс.

Практическая значимость работы. Разработанные методики определения углерода в кадмии, теллуре, свинце, соединениях КРТ, мышьяке, фосфоре используются в институте "Гяредмет" для аналитического контроля исследовательских разработок.

На защиту выносятся:

1. Новый способ определения углерода в высокочистых легколетучих веществах и соединениях на их основе, основанный на окислении углерода различными реагентами-окислителями в ваку-умированных кварцевых ампулах с последующим масс-слектромет-рическим определением оксидов углерода.

2. Способ очистки реагентов-окислителей от углерода.

3. Разработанные методики оцределения углерода в кадмии, теллуре, свинце, соединениях КРТ, мышьяке и фосфоре.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Основной текст диссертации изложен на 116 страницах машинописного текста, иллюстрированного II таблицами и 13 рисунками. Список литературы включает 52 наименования.

I. Термодинамическое исследование выделения углерода в газовую фазу окислением в ампуле

Расчеты проводили с использованием универсальной программы расчета параметров равновесных состояний многокомпонентных термодинамических систем АСТРА. Принцип работы программы основан ка поиске максимума энтропии, что соответствует равно-

весному состоянию системы, полная внутренняя энергия которой постоянна. Возможности программы позволяют рассчитать равновесный состав газовой и конденсированной фаз системы, прогнозировать состав компонентов в зависимости от исходных данных.

С помощью программы АСТРА моделировали процесс окисления углерода, содержащегося в пробах кадмия, теллура, КРТ, мышьяка и фосфора в вакуумированных ампулах объемом 10 см3. При расчетах в качестве окислителей выбирали оксиды кадмия, меди, кобальта и теллура для окисления углерода в кадмии, теллуре, КРТ. В качестве окислителей углерода, содержащегося в мышьяке и фосфоре, выбирали газообразный кислород. Предварительно массу проб выбрали равной I г, массу окислителя - 100 мг. Давление кислорода в ампуле объемом 10 см3 при 25°С выбирал» равным I.I05 Па. Количество углерода в пробах I мг. Процесс окисления моделировали з температурном интервале 25-1500°С. Состав конденсированных растворов прогнозировали с помощью программы и учитывали при расчетах.

Результаты расчетов представлены на рис. I, 2 в виде графиков зависимости степени экстракции углерода от температуры. Термодинамические расчеты показали, что при использовании в качестве окислителей оксидов меди, кобальта и теллура для определения углерода, содержащегося в кадмии, теллуре и КРТ, температура полной экстракции I мг углерода в газовую фазу ампулы не превышает 900°С при количестве окислителя 200 мг. При использовании оксидов кадмия в качестве окислителя температура полной экстракции составляет Ю00°С при количестве окислителя 300 мг ввиду высокой термической прочности оксида кадмия. На основании данных термодинамических расчетов можно сделать вывод о применимости всех перечисленных оксидов в качестве окислителей при определении углерода в кадмии, теллуре и КРТ.

На основании результатов термодинамического расчета окисления углерода, содержащегося в мышьяке и фосфоре, кислородом предложили следующий механизм протекания процесса: в температурном интервале 25-300°С происходит окисление поверхности проб кислородом с образованием оксидов А ¡¡а Оз я соответственно. При повышении температуры образовавшиеся оксиды испаряются вместе с основой и окисляют углерод при температурах 600 и ГООСЯС для мышьяка и фосфора, соответственно. Для полного окисления углерода, содержащегося в пробах, желательна по-

<

■в 0в >

X з: гг ьс

г

I-

и о

50 -

\000 -1ЙОО

1000

:с.1 Расчетная температурная зависимость степени экстракции углерода из кадмия и теллура.

а) I -Се/, С, Те02 (0,2)*; 2 -Со! , с, СиО (0,2); 3 -Сс/ , С, Со304 (0,2);

4 С.Са'Я (0,3); 5 -Се/, Ъ,Сс(0. (0,2); 6 -Сс/, С, СиО (0,1); 7 -Сс/ , С,

Со304 (0,1).

б) I - Те, С, Те02 (0,1); 2 - Те, С, СиО (0,1); 3 - Те, С, СОдОд (0,1); 4 - Те, с,Сс№ (0,1).

Масса окислителя, г.

■too

с

О a

s =f-

$

¿3

ЭС О

SO -

Рис.2 Расчетная температурная зависимость степени экстракции углерода из КРТ, мышьяка и фосфора.

а) I -СЫхИ^Те. , С, Те02 (0,1)*; 2 -Сс(кНр-хТе , С, СиО (0,1); 3 -CdtH^Te. , С, С0304 (0,1); 4 -СЫкН^Те , С, СЙ/0 (0,2); 5 - CctxUo^Te , С,Сс/1? (0,1).

б) I -Лй , С, 02 (I.IO5)**; 2 - Р, С, 02 (I.I05).

х Масса окислителя, г. ** Давление кислорода в ампуле, Па.

лнзя сублимация проб. этом в объеме 10 см3 при указанных томпзрэтурах экстракции ^ газовой фазе может содержаться 2,3 г шшьяка и 0,9 г фосфора.

В качестве окислителей при определении углерода в мышьяке и фосфоре можно использовать газообразный кислород, или оксиды мышьяка и фосфора.

2. Разработка аппаратуры

Предварительные эксперименты по исследованию газовой фазы шкуумированных кварцевых ампул показали необходимость разработки высоковакуумной аппаратуры для подготовки и отпайкп ампул. Для этого разработали два варианта вакуумных постов с необходимыми приспособлениями. Установка, схема которой представлена на рис. 3 , предназначена для подготовки ампул при работе с твердыми окислителями (для анализа кадмия, теллура, КГТ), Для откачки ампул применили парортутный диффузионный насос криогенной ловушкой, что позволило получить вакуум порядка 1x10 Па с минимальным содержанием оксидов углерода. При использовании кислорода в качестве окислителя (при анализе мшльяка и фосфора) работы по подготовке ампул проводили с помощью установки (см. рис. 4 ). Работы по очистке окислителен от углерода, удалению поверхностных загрязнений стенок ампулы, а также загрузке пробы и отпайка ампулы проводили в атмосфере очищенного кислорода, либо в высоком вакууме, что позволило снизить и стабилизировать фоновое газоотделениь кварцевой ампулы, которое не иривышало (0,06+0,02)х10"^% масс, углерода в пересчете на I г пробы.

Для определения содергания оксидов углерода в газовом пространстве ампулы использовали квадрулольный масс-спектрометр Бальцерс ОМ&-511 (Лихтенштейн). Ампулу вскрывал;; б системе напуска масс-спектрометра с помощью сильфонного устройства. Отбор газа для определения осуществляли с помощью системы ка>-либрованных объемов. Давление в системе напуска измеряли мембранным мано-вакууметром. Градуировку масс-спектрометра осуществляли известными дозами оксида и диоксида углерод::.

Рис.3 Схема установки для подготовки и отпайки ампул (Вариант X)

I - загрузочное устройство; 2 - проба и окислитель; 3 - магнитный толкатель; 4 - уплотнения Вильсона; 5 - ампула; 6,9 - криогенная ловушка; 7 - форвакуум-ный насос; 8 - парортутный диффузионный насос; 10 - ва-кууметр; II - место отпайки ампулы; Кт, К2, Кд, К4 -вакуумные кралы.

Рис.4 Схема установки для подготовки и отпайки ашул (вариант 2)

I. Загрузочное устройство. 2. Проба. 3. Магнитный толкатель. 4. Уплотнения Вильсона. 5. Криогенная ловушка. 6. Форвакуумный насос. 7. Сосуд Дьюара с яидким азотом. 8. Ампула. 9. Баллон с кислородом. 10. Манометр. II. Вакуумметр. 12. Перетяжка. 13. Жидкий КИСЛОБОД.

Кр Кд - вакуумные краны. К2 - натекатель.

3. Разработка методик определения углерода ампульным методом в кадмии, теллуре, свинце, КРТ, мышьяке, фосфоре

3.1. Выбор окислителей

Для оценки чистоты оксидов проведены эксперименты по определению углерода в промышленных и синтезированных наш оксидах меда, промышленном оксиде кобальта методом сжигания в токе кислорода и диоксиде теллура ампульным методом.

Результаты эксперимента показали, что промышленные оксиды меди и кобальта сильно загрязнены углеродом и не могут быть использованы в качестве окислителей без дополнительной очистки. Был получен оксид меди окислением медной стружки с содержанием углерода (5+1).10"® % масс., однако, эксперименты по определению углерода в кадмии показали непригодность оксида меди в качестве окислителя. Присутствие оксида меди резко увеличивало степень взаимодействия расплава кадмия с кварцем, что послужило причиной разрушения ампулы при охлаждении. В случае применения диоксида теллура в качестве окислителя расплав взаимодействовал с кварцем в гораздо меньшей степени, разрушения ампул не наблюдали. Кроме того, диоксид теллура удалось наиболее полно очистить от углерода, что определило его выбор в качестве окислителя.

Анализ промышленных оксидов мышьяка и фосфора показал, что они не могут быть использованы в качестве окислителей без предварительной очистки от углерода, что представляет большую сложность ввиду высокой упругости паров данных оксидов. Исходя из этого в качестве окислителя при определении углерода в мышьяке и фосфоре был выбран газообразный кислород, очищенный от диоксида углерода.

3.2. Выбор режимов окисленш углерода

Эксперименты по выбору оптимального количества окислителя, температуры и времени окисления проводили с использованием образцов с известным содержанием введенного углерода.

Поскольку материалы рассматриваемой группы не образуют прочных соединений с углеродом, з качестве введенной добавки использовали графит, как наиболее трудноокисляемую форму нахож-

дения углерода. Образцы готовили последовательным разбавлением I г графитовой пшш 100 г порошка материала-основы (теллура, красного фосфора и мышьяка). Навески порошков с известным содержанием введенного углерода (900+1250 мкг) помещали в ампулы с различным количеством окислителя: диоксида теллура в случае анализа теллура или газообразного кислорода в случае анализа мышьяка и фосфора, после чего ампулы запаивали. Ампулы прогревали в муфельной печи и определяли степень извлечения углерода при различных температурах. На основании полученных данных выбрали режимы экстракций углерода.

При использовании диоксида теллура в качестве окислителя: температура прогрева ампул Ю00°С, количество окислителя • не менее 0,1 г, время выдержки - 15 мин., степень экстракции 95+8$ П- = 12, Р = 0,95.

При использовании кислорода в качестве окислителя углерода, содержащегося:

в мышьяке: температура прогрева ампул - 900°0, время выдержки ампул - 15 мин., давление кислорода в ампуле объемом 10см3 - 0.8.105 Па, степень экстракции Э6±9%п. = 8, Р = 0,95;

в фосфоре: температура прогрева ампул - П00°С, время выдержки ампул - 15 мин., давление кислорода в ампуле объемом 10 см3 - 0,8.105 Па, степень экстракции 94+7 %/ь = 8, Р = 0,95. Поправку контрольного опыта при определении степени извлечения учитывали, определяя углерод в порошках теллура, мышьяка и фосфора без введенного углерода. Анализ проводили ампульным методом при выбранных режимах экстракция.

3.3. Пути снижения поправки контрольного опыта при определении углерода ампульным методом

Основными факторами, влияющими на поправку контрольного опыта (ПКО), являются газоотделение кварцевой ампулы и окислителя.

В случае использования диоксида теллура в качестве окислителя при определении углерода в кадмии, теллуре, свинце и их соединениях для подготовки ампулы и окислителя использовали установку, схема которой представлена на рис.3

Ампулу предварительно обжигали на воздухе в пламени газовой горелки для окисления углеродсодержащих загрязнений, прясутст-

вующих на ее стенках.

Пробу и окислитель помещали в загрузочное устройство I. Загрузочное устройство I и ампулу 5 закрепляли в уплотнении Вильсона 4. Систему откачивали диффузионным насосом 8 до давления 1,3.10"^ Па. После этого в ампулу магнитным толкатшгем 3 сбрасывали окислитель, расплавляли его, нагревая дно ампулы газовой горелкой. В расплаве углерод, содержащийся в диоксиде теллура, взаимодействовал с кислородом и выделялся в газовую фазу в виде диоксида углерода, который удалялся диффузионной откачкой. Расплав выдерживали в течение 3-х минут, затем охлаждали.

При плавлении часть диоксида теллура испарялась в газовую фазу, пары конденсировались на стенках ампулы. При нагреве стенок ампулы пламенем газовой горелки окислитель плавился и расплав стекал на дно ампулы, окисляя углеродсодержащие загрязнения, которые по каким-либо причинам не били удалены при обжиге ампулы на воздухе.

После проведения списанных операций стенки ампулы и окислитель были очищены от углеродсодержащих загрязнений. В ампулу магнитным толкателем 3 сбрасывали пробу и отпаивали ампулу. Фоновое газоотделение по углероду ампулы с очищенным от углерода окислителем не превышало (4+1)х10~° % масс, в пересчете на I г пробы.

При определении углерода в мышьяке и фосфоре очистку стенок ампулы и кислорода производили с использованием «установки (рис.4). Для этого пробу 2 помещали в загрузочное устройство I. Загрузочное устройство I и ампулу 8 закрепляли в уплотнении Вильсона 4. Систему откачивали форвакуумншд насосом 6 с криогенной ловушкой 5.

Кислород напускали в систему из баллона и через цатекатель К^ и очищали от углеродсодержащих примесей вымораживанием жидким азотом. Для этого нижнюю часть ампулы помещали в сосуд Дьюара с жидким азотом 7, кислород конденсировался на дне ампулы. Органические соединения, присутствующие в кислороде, окисляли, пропуская поток в процессе конденсации кислорода через участок ампулы,нах'ретый до Ю00°С пламенем газовой горелки. Образовавшийся в результате окисления диоксид углерода

конденсировался на дне ампулы. После этого часть жидкого кислорода испаряли, при этом диоксид углерода оставался в конденсированной фазе, устанавливали давление кислорода в системе 1.10® Па по манометру 10 и отпаивали нижнюю часть ампулы с конденсированной фазой 13. В ампулу магнитным толкателем сбрасывали пробу и отпаивали ампулу.

В результате проведения описанных операций поправка контрольного опыта ампул с кислородом не превышала масс, по углероду в пересчете на I г пробы.

3.4. Метрологические характеристики метода.

Источники и значения погрешностей

К наиболее вероятным источникам погрешностей метода можно отнести: - поверхностные загрязнения пробы,

- неполноту экстракции углерода при определении малых содержаний,

- возрастание фона в результате взаимодействия расплава пробы и окислителя со стенками кварцевой ампулы.

3.4.1. Пробоподготовка, удаление поверхностных загрязнений

Ши определении углерода ампульным методом на уровне 10 % масс, важное значение имеет подготовка проб для анализа и контроль уровня углеродсодержащих поверхностных загрязнений, которые вносят наиболее существенный вклад в погрешность метода.

Контроль уровня поверхностных загрязнений исследуемых проб осуществляли методом микроанализа по мгновенному излучению ядерных реакций*. Определение поверхностного углерода проводили в слое материала толщиной 0,5 мкм.-

Содержание углерода в поверхностном слое проб кадмия после резки составило 0,15±0,Ю мкг/см2. Пробы подвергали химическому травлению в растворе НЫ03 : ^Одист = 1:2 в течение 3 мин,, в результате чего удаляли поверхностный слой материала толщиной 2-3 мкм, содержащий углеродсодержащие загрязнения. После

* Анализы выполнены А.М.Казанцевым в ШИ АН СССР.

удаления поверхностного слоя материала содержание углерода на поверхности пробы кадмия составило 0,06+0,01 мкг/см^. В данном случае химическое травление проб после отбора обязательно, особенно в случае определения малых содержаний углерода.

Пробы теллура отбирали из средней части слитка скалыванием наружных частей. Содержание углерода в поверхностном слое теллура составило 0,06+0,01 мкг/см^.

Аналогично отбирали пробы КРТ. Содержание углерода в поверхностном слое составило 0,10+0,02 мкг/см2. Красный фосфор измельчали дроблением в никелевой фольге и отбирали пробу из средней части слитка. Содержание углерода в поверхностном слое проб фосфора составило 0,-30+0,07 мкг/ctr.

Пробы мышьяка отбирали из средней части слитка скалыванием наружных частей. Мышьяк достаточно интенсивно окисляется кислородом воздуха при комнатной температуре, при этом на поверхности пробы увеличивается количество сорбированных из воздуха углеродсодержащих загрязнений. Для их удаления испаряли поверхностный слой материала пробы в вакууме при температуре 350°С в течение часа, после чего пробу помещали в вакуумированную кварцевую ампулу для предотвращения повторного загрязнения поверхности пробы. Ампулу вскрывали непосредственно перед анализом. Содержание углерода на поверхности мышьяка составило 0,20+0,03 мкг/см •

3.4.2. Неполнота экстракции углерода при определении малых содержаний

Для выяснения величины погрешности, связанной с неполнотой экстракции углерода при определении малых содержаний, провели повторный анализ образцов кадмия.

Для приготовления образцов, пригодных для повторного анализа, исходные образцы прогревали без окислителя в вакуумированных ампулах при температуре ЮС0°С в течение 15 мин. и определяли содержание углерода (в виде оксида и диоксида) в газовом пространстве ампул. Параллельно определяли углерод в кадмии ампульным методом с добавлением окислителя (TeOg). Результаты анализов совпали: (3,4±1).10~^ % масс, углерода И- = 5,

Р = 0,95. Совпадение результатов определения углерода, полученных ампульным методом при наличии и отсутствии окислителя.

наблюдали также для теллура, свинца, КРТ, мышьяка и фосфора, что позволяет предположить присутствие углерода в данных ма-' териалах в виде кислородсодержащих органических соединений, которые при температуре порядка Ю00°С разлагаются с выделением оксидов углерода. Повторный анализ образцовкадоия проводили ампульным методом с добавлением окислителя при более высокой температуре экстракции (1200°С) для устранения возможных кинетических затруднений. Полученные результаты (2,3+0,8) масс.л = 5, Р = 0,95 позволяют рассчитать степень извлечения углерода: (92+5)%.

3.4.3. Возрастание фона в результате взаимодействия расплава пробы и окислителя со стенками кварцевой ампулы

Поскольку расплав кадмия с диоксидом теллура взаимодействует с кварцем при охлаждении ампулы, возможны колебания поправки контрольного опыта, связанные с выделением углерода из кварца. Для выяснения величины колебаний ЛКО определяли углерод в образцах кадмия, приготовленных для повторного анализа, без добавления окислителя при температуре 1200°С. При этом взаимодействия расплава кадмия с кварцем не наблюдали. Полученные данные сравнивали с результатами повторного анализа кадмия ампульным методом с добавлением окислителя, полученные при аналогичном режиме экстракции. Совпадение результатов позволяет сделать вывод о незначительном (менее 0,1.10"^$ масс, углерода в пересчете на I г пробы) вкладе в погрешность эффекта взаимодействия расплава пробы и окислителя с кварцем.

3.4.4. Предел обнаружения ампульного метода, нижняя граница интервала определяемых содержаний

Предел обнаружения ампульного метода обусловлен величиной колебаний поправки контрольного опыта и составляет 2.10"® % масс. Нижняя граница определяемых содержаний (Сн), рассчитанная по 2S -критерию отклонения результатов анализа на уровне близком к пределу обнаружения, составляет 2.10"^ % масс.

3.5.5. Контроль правильности амлульноги ыотода определения углерода

Контроль правильности мотода проводили анализом образцов различной массы (результаты представлены в табл.3 ) и сравнением с данными других методов: искровой масс-спектрометрш, анализа но мгновенному излучению ядерных реакций, сжигания в токе кислорода и окислительного вакуум-плавления (результаты представлены в табл. 1,2)

Таблица I

Результаты сравнительных анализов мышьяка, п.У/2. , Р = 0,95

№ п/п

Название метода

Содержание углерода (Х±СГ )хю"4 % масс.

1. Ампульный метод 3,8+0,8

2. Активационный метод 5,0±1,0

3. ШС*8 5,5+3,0

2С

Метод определения углерода в тонких слоях по мгновенным протонам ядерных реакций.

Метод искровои масс-спектрометрии.

Таблица 2

Результаты сравшттелышх анализов свинца,Л-> 5, Р = 0,95

п/п

Название метода

Содержание углерода (Хг£Г )х10~4 % масс.

1. Ампульный метод 100+20

2. Метод окислительного .вакуум-

плавления 75+20

3. Метод сжигания 96+27

Таблица 3

Результаты определения углерода в пробах различной массы ампульным методом-,п> 4, Р = 0,95

I 11 |......

¡Масса пробы,¡Содержание углерода

! г ¡(^¿DxIO-4 % масс. ) t

JW п/п

Материал

L. Кадмий I.

2. Кадмий

3. Теллур

4. Мышьяк

5. Мышьяк

6. Фосфор

7. Фосфор-

8. Свинец

9. KPT I

0,3+1,2 0,5+2 0,4+2,2 0,1+0,4 0,2+1,4 0,2+0,8 0,2+1,3 0,8+3,0 0,2+0,8

155+18

1,7±0,1

2,5±0,3

66±Ю

3,8±0,8

2,0+0,2

183+25

98±24

2,2+0,5

Основные выводы

1. Предложен и разработан способ определения углерода в ле-гколетучйх материалах для полупроводниковой техники: кадмии, теллуре, свинце, КРТ, мышьяке, фосфоре, основанный на переводе углерода в газовую фазу окислением в вакуумированной кварцевой ампуле с последующим масс-спектральным определением оксидов углерода в газовом пространстве ампулы (A.c. 1357758)

2. Проведен термодинамический расчет режимов окисления углерода различными окислителями в вакуумированной ампуле. Показана возможность экстракции углерода из проб анализируемых материалов при использовании оксидов меди, кобальта, теллура и кислорода в качестве окислителей.

3. Разработана и изготовлена аппаратура для подготовки и отпайки ампул, обеспечивающая проведение операций по загрузке пробы, очистке стенок ампулы и окислителя от углеродсодержащих загрязнений в высоком вакууме или атмосфере очищенного кислорода.

4. На основании результатов термодинамических расчетов проведено экспериментальное исследование процесса окисления углерода различными окислителями, выбраны режимы экстракции на основании данных анализа образцов с известным содержанием угле-

рода

5. Разработаны способы глубокой очистки окислителей от угле-родсодержащих примесей. При этом фоновое газоотделение по углероду ампулы с окислителем не превышало (4+1).Ю-6 % масс углерода в пересчете на I г пробы.

6. Разработаны методики определения углерода в кадмии, теллуре, свинце, КРТ, мышьяке, фосфоре с нижней границей определяемых содержаний 2.10~5% масс.

7. Исследованы источники погрешностей разработанных методик. Наибольший вклад в суммарную погрешность обусловлен поверхностными загрязнениями пробы. Правильность результатов анализа подтверждали сравнением с данными других методов (искровой масс-спектрометрии, сжигания в токе кислорода, метода по мгновенному излучению ядерных реакций).

8. Разработанные методики определения углерода в кадмии, теллуре, свинце, мышьяке и фосфоре применяют в Институте Гиредмет для анализа полупроводниковых материалов.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Савчук С.А., Петров П.Н., Карпов 10.А. Определение газообразующих примесей в чистых веществах методами высокотемпературной экстракции.// Высокочистые вещества. 1987, № 6, с.116.

2. Ю.А.Карпов, П.Н.Петров, С.А.Савчук. Установка для химической пробоподготовки при определении газообразующих примесей в чистых веществах с низкой температурой кипения. // ß сб. ВДНТП. Материалы для элементной базы вычислительной техншси. М. 1987 г.

3. С.А.Савчук, Ю.А.Карпов, К.Ю.Натансон, П.Н.Петров. Определение углерода в кадмии, теллуре, соединениях Сс/кНд,-хТе мышьяке, фосфоре окислением в отпаянных ампулах. // Высокочистые вещества, 1989, №6, с. 130.

4. Карпов Ю.А., Кузнецов Л.Б., Савчук С.А. и др. Способ определения углерода в полупроводниковых материалах. A.c. СССР 1357758, опубл. Б.И., 1987, №45.

5. Карпов Ю.А., Натансон К.Ю., Петров П.Н., Савчук С.А. Ампульный вариант определения углерода в кадмии, теллуре, мышьяке я фосфоре. // Тезисы УШ Всесоюзной конференции но методам определения и исследования газоз в металлах. Москва, ГЕОХИ.

АН СССР, I988, с.8.

Подписано в печать Формат 60x90 I/I6

Тираж ICD экз. Объем 1,0 уч.-изд.л. Заказ-fC9

Отпечатано в ротапринтом цехе Гиредмета