Способ определения углерода в смесях

Союз Советских

>769427

Социалистических

Реслублик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЯЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0S.05.78 (21) 2626340/18-25 с присоедипепием заявки— (23) Приори.гет— (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень ¹ 37 (45) Дата опубликования описания 13.12.80 (51) М.Кл.з G 01 N 27/70

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 543.275 (088.8) (72) Авторы изобретевия

В. Г. Резчиков и Т. С. Кузнецова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕИИЯ УГЛЕРОДА В СМЕ

15

Изобретение относится к физико-химическим способам определения состава твердых веществ, использу емых в микроэлектронике.

Известен способ определения углерода в полупроводниковых материалах, по которому анализируемую пробу окисляют в реакционной камере в потоке кислорода в двуокись углерода (СОе), затем восстанавливают СО> до СН4 пропусканием пробы в потоке водорода над никелевым катализатором 11). Концентрацию метана определяют с использованием пламенно-ионизационного детектора.

Этот способ имеет ряд существенных недостатков: сложность аппаратурного оформления и проведения анализа, обусловленная применением высокотемпературных реакционных камер; высокие требования к чистоте катализаторов и реагентов, а также газов (кислорода и водорода), так как весь процесс ведется при непрерывной их подаче; загрязнение анализируемого вещества примесями углерода за счет катализаторов, используемых газов и стенок реакционных камер.

Известен также способ определения органического углерода в смесях путем перевода его электрическим разрядом в метан, 50 по количеству которого судят о содержании углерода (21.

Недостатком данного способа является неприменимость его к определению углерода в металлах и полупроводниковых материалах, так как углерод из твердых материалов под действием электрического разряда не взаимодействует с водородом с образованием метана.

Цель изобретения — обеспечение определения углерода в металлах и полупроводниковых материалах.

Указанная цель достигается путем предварительного сжигания в избытке кислорода дуговым разрядом до образования окислов углерода, которые затем концентрируют в низкотемпературной ловушке одновременным удалением кислорода, переводят в другую разрядную камеру, где осуществляют превращение окислов углерода в метан в атмосфере водорода высоковольтным разрядом.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства, реализующего предложенный способ.

Сущность способа заключается в следующем. Образец пробы сжигают в,реакционной камере 1 в атмосфере кислорода.

Затем газообразные продукты, образовавшиеся в процессе окисления углерода прп

769427 сжигании металлов пробы в атмосфере кислорода, из камеры 1 в ловушку 2, охлажденную жидким азотом прокачивают форвакуумным насосом 8. После прокачки краны 4 и б закрывают, ловушку 2 разморажива ст горячей водой, и окислы углерода потоком водорода переводят через кран э в реакционную камеру 7. Затем камеру 7 отсекают краном 6 и включают электриче=кии высоковольтный искровой разряд, создаваемый генератором 8. После выключения разряда продукты пиролиза из камеры 7 потоком газа-носителя направляются в хроматограф 9, где метап регистрируется пламснно ионизационным детекто ром. Содержание углерода определяют мегодом абсолютной калибровки.

Высокая температура электрического разряда обеспечивает эффективное окисление углерода в первой реакционной камере

1 и перевод окислов углерода в метан во зторой камере 7. Отсутствие в реакционных камерах посторонних веществ (катализаторов и т. д ) и разогрева сгенок камер исключает загрязнение анализируемой пробы .примесями углерода.

:Пример. Испытание проводили на установке, изготовленной согласно приведенной на чертеже схеме, с использованием хроматографа «Цвет — ба».

В качестве газа-носителя использовали галий марки ВЧ. Расход гелия составил

50 млlмин. Хроматографическую колонку .;линой 1 л заполняли активированным углем марки СКТ. Температура колонки с"ставила 130 С. Регистрацию метана проводили пламенно-ионизационным детек"".:ром.

Реакционная камера 1 (объемом 20 ял) представляла собой кварцевый цилиндр, н торце;которого на вакуумном уплотнении вставлены металлические электрододержатели. Электроды изготовлены из вольфрама. На нижний электрод, для размещения .:робы в виде стружки, опилок или порош::а, надевали кварцевый цилиндр.

Реакционная камера 7 (объемом 5 лл) эллипсоидной формы изготовлена из молибденового стекла с впаянными молибденозы м и электродами.

Ловушка имеет U-образную форму, изготовленную из стеклянной трубки с внут)енним диаметром 3 — 4 мм и длиной 100 мм н заполнена сили кагелем.

В реакционной камере 1 анализируемую пробу сжигали в атмосфере кислорода при давлении 80 кПа дуговым разрядом (t=5A) в течение 30 сек. Электрод с пробой служил анодом. Затем открывали кран

4, и газообразные продукты перекачива1Hcb форвакуумным насосом в ловушку 2, охлажденную жидким азотом. После прокачки кран 4 и б закрывали, ловушку разОтносительная чувствительность определения углерода, при использовании очищенных от углеродсодержащих примесей

45 к.. лорода: водо"„ода, составляла 2 10 " ? при навеске пробы 0,2 г. Время анализа одной пробы не более 10 мин.

Формула изобретения

Способ определения углерода в смесях путем перевода его электрическим разрядом в метан, по количеству которого судят

55 о содержании углерода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что с целью обеспечения определения углерода в металлах и полупроводниковых материалах, пробу, предварительно сжигают в избытке кислорода дуговым разрывом до образования окислов углерода, которые затем концентрируют в,низкстемпературной ловушке с одновременны, удалением кислорода и переводят в другую разрядную камеру, где осуществляют прс55 вращение окислов углерода в метан в атмораживали горячей водой и окислы углерода потоком водорода переводили через кран б в реакционную камеру 7. Давление водорода в ка лере составляло 80 кПа. Ка5 меру отсекали краном б и включали высоковольтный искровой разряд (С = 1500 пф, L=0, U=15 кв, f=50tu) на60 сек от генератора 8. После выключения разряда продукты пиролиза из камеры 7 потоком

10 газа-носителя гелия направляли в хроматс; раф 9. Электроды в камерах практически не разрушались и их можно использовать многократно без замены.

При анализе полупроводниковых и токо15 непроводящих материалов для стабилизации горения дугового разряда и предотвращения выброса пробы из кварцевого цилиндра в пробу вставляли тонкую металлическую проволочку (из вольфрама, мол;.б20 .,сна и др.) .

Количественное определение содержани» углерода в металлах и полупроводниковых материалах проводили методом абсолютной калибровки ло углероду, эталонные образцы готовили на основе анализируемых материалов, чистых по углероду, путем добавки в них угольного порошка.

Для построения калибровочных графиков в реакционную камору,1 вводили пробу

З0 с известны м содержанием углерода, Под действием электрического разряда и реакционных, камерах углерод преобразо. вывался в метан, значение высоты пика которого фиксировалось на хроматографе и

З5 строго соответствовало вводимой концентрации углерода.

Калибровочные прафики строились в координатах lgh — lgC где Й вЂ” высота пика метана, С вЂ” концентрация углерода.

769427

Составитель Л. Жаркова

Техред О. Павлова Корректор И. Осиновская

Редактор Н. Тимонина

Заказ 1466/1476 Изд. № 543 Тираж 995 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Еаушская наб., д. 4/5

Тнп. Харьк. фил. гред. «Патент>.мосфере водорода высоковольтным искровым разрядом.

Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе:

1. Starks К. 1. and аll. «Electron Techn.», v. 3, Ме 1 — 2, р.р. 49 — 56, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ма 24О1372-25, 1976 (прототип).