硅材料杂质元素检测技术对比研究

王丽娜 宁夏东梦新材料有限公司

硅材料杂质元素检测，常见的检测技术有：电感耦合等离子体质谱仪、辉光放电质谱仪、傅立叶红外光谱仪等方面。由于技术的不同，所检测的效果也是不同的。基于此，本文就各项硅材料杂质元素检测技术进行了比较，其目的就是寻找一种检测限低、能同时检测出多元素的快速分析方法，并对其相关行业的发展，给予技术支持。

一、常见的硅材料杂质元素检测技术

由于硅材料中所含杂质元素相对较为复杂，所以在做硅材料杂质元素检测的时候，只有采取合理的检测技术，才能保证硅材料杂质元素检测的效果[1]。下面就常见的硅材料杂质元素检测技术内容，展开了分析和阐述。

（一）电感耦合等离子体质谱仪

（1）电感耦合等离子体质谱仪在硅材料杂质元素检测时，首先要将样品溶液进行雾化处理，处理完之后，再将其送入ICP中心石英管内，在高温和惰性气体中，形成气化的状态；在形成气化以后，再展开进一步的处理，以此解出离子化气体；最后，在形成离子化气体后，再将其进行进一步转化成带正电荷的离子，并且经过滤器进行荷质比分离，既可以按照荷质比进行半定量分析也可以按照其特定离子数目进行定量分析，以此到达检测的目的。利用检测器对技术和浓度等方面进行全面的检测，明确各个方面之间的关系，这样可以准确的检测出其中是否含有杂质元素，如果有可以确定其含量。电感耦合等离子体质谱仪在检测的时候，每分钟大约可以检测出5～20个杂质元素，其效率相对较高。

（2）电感耦合等离子体质谱仪在样品处理的时候，需要将硅料研磨成粉，再将其放置在PTFE消解罐中进行消解，且粉末越细，消解的效率也越高。电感耦合等离子体质谱仪在检测的时候，性价比相对较高，但是样品处理相对较为复杂，并且还容易被污染[2]。另外，硅料与HF反应生成SiF4，在加热的情况下，受温度的影响，会导致硅料中的杂质测量难度相对较高。所以，电感耦合等离子体质谱仪的使用效率不是很高。

（二）辉光放电质谱仪

（1）辉光放电质谱仪在硅材料杂质元素检测中，其效果是非常好的，检测技术流程也相对较为便捷。辉光放电质谱仪在具体实施的时候，主要是将辉光放电离子源与高分辨率质谱相互结合，这样就能准确的分析出硅材料中是否存在杂质元素。同时，辉光放电质谱仪在检查的时候，能直接利用低压惰性气体电离出电子，这样可以加速正离子与待测样品进行撞击，以此形成阴极产生，并且产生溅射。另外，在产生待测离子以后，有效提升检测的准确性与效率。

（2）辉光放电质谱仪在样品处理的时候，需要将其加工成表面光滑的状态，以保证辉光放电质谱仪检测的效果。但是，在辉光放电质谱仪检测的时候，其分辨率相对较差，所以要与其他技术相互配合。

（三）傅立叶红外光谱仪

（1）傅立叶红外光谱仪主要是针对半导体材料中，硅材料所含有的杂质元素进行检测，这些杂质的外层电子和空穴，在半导体中的能量，一般都是处于能级的禁带中，在受外界能量影响的时候，若是外界能量具有良好的合适性，所含有的杂质元素就会被吸收，以此有效分析硅材料中是否含杂质元素[3]。

（2）傅立叶红外光谱仪在检测的时候，由于硅材料杂质元素的不同，能极差也存在着较大的差异，所吸收的红外光波长也有所不同。傅立叶红外光谱仪通过利用红外光可以测量到浅能杂质元素，并且在吸收光谱图中清晰的显示，以便对硅料中所含杂质元素进行分析。

（3）傅立叶红外光谱仪可以实现单晶和多晶一同检测，其检测效率是非常高的。同时，傅立叶红外光谱仪在检测的时候，需要对样品进行研磨和处理，针对样品实际需求，可以加工成所需要的形状和尺寸，保证样品表面的平整度，这样可以为傅立叶红外光谱仪检测，提供相对便利的条件。

二、技术对比

近几年，随着硅材料杂质元素检测技术的发展，其检测准确性相对较为稳定，在检测的时候，一般都是利用傅立叶红外线进行初步的测试，再利用电感耦合等离子体质谱仪进行杂质元素的检测。但是，在检测中，可以逐渐发现电感耦合等离子体质谱仪对一些杂质元素是无法展开检测的，这时就需要利用辉光发电质谱仪的方式。主要是因为辉光发电质谱仪在制作样品时候相对较为简单，也不会对样品造成大的损坏，可以有效检测出会硅材料中所含的杂质，但是还需要与其他的检测技术相配合，以此解决分辨率较低的问题，确保良好的检测效果[4]。另外，在检测的时候，对样品的处理有着很大的不同，辉光放电质谱仪不仅操作相对较为简单，也不会造成严重的污染。

三、结束语

通过对电感耦合等离子体质谱仪、辉光放电质谱仪、傅立叶红外光谱仪的对比，可以知道在硅材料杂质元素检测的时候，需要根据实际需求，采取合适的检测技术形式进行配合，这样才能准确的检测出硅材料中所有的杂质元素，以此保证硅材料杂质元素检测的效果和效率。