GOST 26239.7-84

GOST 26239.7-84 Silicium semi-conducteur. Méthode de dosage de l'oxygène, du carbone et de l'azote (avec amendement n° 1)

GOST 26239.7−84

Groupe B59

NORME D'ÉTAT DE L'UNION DE LA SSR

SILICONE SEMI-CONDUCTEUR

Méthode de dosage de l'oxygène, du carbone et de l'azote

Silicium semi-conducteur. Méthode de détermination de l'oxygène, du carbone et de l'azote

OKSTU 1709

Date de lancement 1986-01-01

Décret du Comité d'État pour les normes de l'URSS du 13 juillet 1984 N 2491*, la période de validité est fixée du 01/01/86 au 01/01/91**
__________________
* Voir l'étiquette Remarques ;
** La limitation de la période de validité a été supprimée conformément au protocole N 7-95 du Conseil inter-États pour la normalisation, la métrologie et la certification (IUS N 11, 1995). — Note du fabricant de la base de données.

INTRODUIT Amendement N 1, approuvé et mis en vigueur le 01.01.91 par le décret Gosstandart de l'URSS du 26.06.90 N 1847

Le changement N 1 a été effectué par le fabricant de la base de données selon le texte de IUS N 10, 1990


La présente Norme internationale spécifie une méthode de dosage de l'oxygène, du carbone et de l'azote dans le silicium semi-conducteur par activation ionique accélérée. Pas et protons dans les gammes de fractions massiques d'impuretés :

La méthode est basée sur l'irradiation des échantillons analysés et des échantillons de référence avec des ions accélérés Pas (détermination de l'oxygène et du carbone) ou des protons (détermination de l'azote) suivi de la mesure de l'activité induite des isotopes radioactifs F et C sur le spectromètre -coïncidences.

La teneur en impuretés dans l'échantillon analysé est déterminée en comparant les intensités de comptage des impulsions d'isotopes radioactifs des éléments déterminés dans les échantillons et les échantillons de référence.

1. EXIGENCES GÉNÉRALES

1.1. Exigences générales pour la méthode d'analyse - selon GOST 26239 .0-84.

2. ÉQUIPEMENT, MATÉRIEL ET RÉACTIFS

Accélérateur de particules chargées - Sources d'ions Pas avec une énergie de 13 MeV à un courant ionique dans le faisceau de 1–5 μA, une source de protons avec une énergie d'au moins 6,5 MeV et un courant ionique dans le faisceau de 1–5 μA.

Spectromètre - coïncidences avec des cristaux de Nal (T1) ayant une taille d'au moins 100x70 mm.

Radiomètre-dosimètre universel type MKS-01R.

Bouteilles type 1K-NZh pour travaux radiochimiques avec protection supplémentaire contre les briques de plomb et le verre au plomb conformément aux exigences de NRB-76/87/

Équipement de protection individuelle contre les rayonnements et la contamination radioactive, conformément aux exigences de l'OSP-72/87*.
_______________
* Le document n'est pas valable sur le territoire de la Fédération de Russie. S. P. 2.6.1.799-99 sont en vigueur. — Note du fabricant de la base de données.

Chronomètre selon GOST 5072–79 .

Les échelles sont analytiques.

Centrifugeuse de laboratoire avec une vitesse de rotation de 5000 rpm.

Plaque de cuisson électrique.

Type d'étrier B20034.

La pompe est en verre de laboratoire à jet d'eau.

Rondelles en cuivre d'un diamètre de 35 mm, d'une hauteur de 13 mm avec un ensemble de diaphragmes amovibles en aluminium de 0,4 à 0,5 mm d'épaisseur. Le diamètre extérieur des diaphragmes est de 30 mm, les diamètres des trous sont de 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 mm, 5-8 pièces. chaque taille.

Cassettes en aluminium de diamètre 28 mm, hauteur 5 mm. L'épaisseur du fond et du couvercle de la cassette est de 1,5 mm.

Feuille d'aluminium 10, 15, 23, 34, 50, 70 microns d'épaisseur.

Feuille d'amiante.

Un ensemble de tubes à essai en fluoroplast-4 d'une capacité de 20 cm .

Pince à creuset.

Creusets en nickel d'un diamètre de 30 mm, d'une hauteur de 50 mm.

Four à creuset vertical, insert en quartz diamètre 60 mm, hauteur 200 mm, puissance 1,5 kW ou four similaire.

Tuyau en caoutchouc d'un diamètre de 6 mm.

Tuyau PVC d'un diamètre de 6 mm.

Gel de silice pour chromatographie de marque KSK avec une granulométrie de 100 microns.

Papier filtre.

Papier semi-logarithmique selon GOST 334-73 .

Papier-calque.

Échantillons de comparaison : plaques de verre optique quartz 15x15x3 mm de qualité KB ; plaques découpées dans du pyrographite de qualité MPG-8, de taille 15x15x3 mm ; plaques de nitrure d'aluminium de 15x15x3 mm.

Pincettes en métal.

Pince à épiler en fluoroplast-4.

Spatules en métal.

Poudres abrasives M28, M20, M14, M10 selon GOST 3647–80 .

Technique du métal gallium.

Indium métallique technique selon GOST 10297–75 *.
______________
* Le document n'est pas valable sur le territoire de la Fédération de Russie. GOST 10297–94 est en vigueur. — Note du fabricant de la base de données.

Ventouses en PTFE-4, diamètre 30–35 mm, hauteur 25–30 mm.

Flacon de réaction en verre de molybdène d'une capacité de 100 ml Fond rond.

Pipettes plexiglas 5, 10 cm .

Flacons Drexel d'une contenance de 50, 100 cm3 .

Verres en verre d'une capacité de 50, 100, 500 et 1000 cm3 .

Filtres Schott N 4, diamètre 40 mm.

Flacons Bunsen d'une capacité de 500 ml .

Cylindres en verre mesurés d'une capacité de 25, 50 cm .

Eprouvettes graduées en plexiglas d'une capacité de 10, 15 cm .

Fioles jaugées en verre d'une contenance de 500 cm3 .

Bouchons en caoutchouc.

Acide nitrique selon GOST 4461-77 , concentré.

Acide sulfurique selon GOST 4204–77 , concentré.

Acide fluorhydrique selon GOST 10484–78 , concentré.

Nitrate de lanthane.

Fluorure de sodium technique.

Chlorure de baryum technique selon GOST 742–78 .

Ammoniac d'eau selon GOST 3760–79 , chimiquement pur, concentré et 25%.

Nitrate de sodium technique selon GOST 828–77 .

Hydroxyde de sodium selon GOST 4828–83 *, h.
______________
* Le document n'est pas valable sur le territoire de la Fédération de Russie. GOST R 51135-98 est valide. — Note du fabricant de la base de données.

Bicarbonate de sodium selon GOST 2156–76 , pièce

Éther diéthylique, chimiquement pur

Tétrachlorure de carbone selon GOST 20288–74 .

Alcool éthylique technique rectifié conformément à GOST 18300–87 .

Eau distillée selon GOST 6709–72 .

Solution 1 : une solution de nitrate de lanthane contenant 0,2 g de lanthane dans 1 cm , 312 g La(NON ) 6N À propos de se dissoudre lorsqu'il est chauffé à 170 cm acide nitrique concentré, la solution est refroidie à température ambiante et transférée dans une fiole jaugée d'une capacité de 500 ml puis diluer au trait avec de l'eau distillée.

Solution 2 : un mélange d'acides pour polir et dissoudre les échantillons de silicium. Préparé dans un pot en plastique d'une capacité de 500 cm à partir d'acides nitrique et fluorhydrique concentrés dans un rapport de 3:1 en volume.

La teneur en ion fluor dans le mélange d'acides préparé est déterminée: dans quatre verres d'une capacité de 50 cm 3 coulé 10 cm solution 1 et portée à ébullition sur une cuisinière électrique. Dans une solution bouillante 1 verser 5 cm solution 2. Le précipité de fluorure de lanthane formé dans chaque verre est séparé par centrifugation, lavé avec de l'acide nitrique 5 M, de l'alcool éthylique avec de l'éther, de l'éther et séché jusqu'à poids constant. Un rendement de 100 % en fluorure de lanthane est pris comme moyenne arithmétique des masses de quatre précipités isolés.

Solution ammoniacale de chlorure de baryum contenant 0,14 g de baryum dans 1 cm3 : 250 g BaCl 2N O est dissous dans de l'eau distillée, ajouter 91 ml Solution d'ammoniaque à 25 %, transférée dans une fiole jaugée de 1 000 ml et diluer au trait avec de l'eau distillée. La solution est transférée dans un bécher d'une capacité de 2000 ml. et porter à ébullition. La solution refroidie est filtrée et stockée dans un récipient hermétiquement fermé. Si un précipité se forme pendant le stockage de la solution, la solution doit être à nouveau bouillie et le précipité filtré.

Alliage gallium-indium, de composition proche de l'eutectique (de 20 à 30 % d'indium et de 80 à 70 % de gallium) : un mélange de gallium et d'indium dans un rapport de 7:3 en poids est placé dans une coupelle en porcelaine, chauffée sur une cuisinière électrique pendant 2 à 2,5 h et refroidi à l'air.

(Édition modifiée, Rev. N 1).

3. PREPARATION POUR L'ANALYSE

3.1. Préparation des tranches de silicium analysées et des échantillons de référence pour irradiation

3.1.1. Pour obtenir un résultat d'analyse, il est nécessaire de préparer et d'irradier au moins deux tranches de silicium parallèles. Les tranches de silicium sont préparées pour analyse sous la forme de carrés de 12 à 14 mm de côté et d'une épaisseur de 0,3 à 3,5 mm. La surface des plaques sélectionnées pour l'analyse doit être polie chimiquement. Pour obtenir une surface polie chimiquement, le silicium est d'abord traité sur des poudres abrasives M28, M20, M14, passant progressivement de la poudre plus grossière M28 à M14. Dans le meulage manuel, la poudre abrasive est appliquée sur des plaques de verre plates et humidifiée avec de l'eau. Il devrait y avoir une plaque séparée pour chaque numéro de poudre. Les deux plans de la tranche de silicium sont traités avec des poudres. La surface latérale n'est pas traitée. Après le broyage de chaque poudre, il ne doit y avoir aucune rayure sur les surfaces, les tranches de silicium doivent être soigneusement lavées de la poudre précédente.

Un mélange d'acides pour polissage chimique (solution 2) en quantité suffisante pour immerger complètement les plaques est versé dans une coupelle en PTFE. La plaquette de silicium est serrée dans des pincettes en PTFE et immergée dans le mélange de polissage. Pendant le processus de polissage, le mélange est continuellement agité. Le polissage est terminé lorsque la surface de la tranche de silicium devient brillante. Le silicium est rapidement retiré du mélange de polissage, lavé à l'eau courante et séché avec du papier filtre. Si des rayures, des pores ou des coquilles se trouvent sur la surface, le traitement doit être répété.

Les échantillons de surface dont les défauts énumérés ci-dessus ne sont pas éliminés lors de traitements répétés ne conviennent pas à l'analyse.

Les tranches de silicium sélectionnées pour l'analyse sont pesées, l'épaisseur au centre géométrique est mesurée avec un micromètre, les dimensions géométriques de la tranche sont mesurées avec un pied à coulisse et la surface est calculée.

Avant installation dans une rondelle de cuivre, l'eutectique indium-gallium est appliqué avec un bâtonnet de bois sur le plan de la plaquette de silicium opposée à celle irradiée. La plaquette de silicium humidifiée avec la surface est placée sur la surface d'une rondelle de cuivre massive le long de son centre géométrique, légèrement pressée et frottée contre elle, les gouttelettes eutectiques qui sont sorties sont éliminées avec un bâton en bois, après quoi un diaphragme en aluminium est placé sur la tranche de silicium et la position est fixée avec des vis de serrage. L'ouverture du diaphragme doit être inférieure de 1 à 2 mm au diamètre ou au côté du carré de la plaque.

(Édition modifiée, Rev. N 1).

3.1.2. Les rondelles en cuivre avec échantillons de référence sont préparées comme suit : un échantillon de référence (quartz, graphite ou nitrure d'aluminium) est placé au centre de la rondelle en cuivre et fixé avec un diaphragme et des vis de serrage.

S'il est nécessaire de réduire l'énergie des ions, une feuille d'aluminium est placée entre le diaphragme et l'échantillon de référence, dont l'épaisseur doit correspondre à la réduction d'énergie requise.

3.2. Irradiation de tranches de silicium et d'échantillons de référence

Des rondelles de cuivre préparées avec des plaques de silicium sont chargées dans l'appareil pour irradiation, en insérant périodiquement et de manière aléatoire des rondelles de cuivre avec des échantillons de référence entre elles.

Pour chaque impureté à déterminer, 9 rondelles avec des échantillons de référence doivent être préparées, irradiées à trois énergies ioniques différentes dans la gamme de 6 à 10 MeV pour He et de 4 à 6,5 MeV pour les protons.

Lors de la détermination de l'oxygène et du carbone, des rondelles de cuivre avec des plaques de silicium et des échantillons de référence (quartz et graphite) sont irradiés avec des ions Pas avec des énergies comprises entre 12,7 et 13 MeV.

Lors de la détermination de l'azote, des tranches de silicium et des échantillons de référence en nitrure d'aluminium sont irradiés avec des protons d'une énergie de 6,5 MeV.

Lorsque des tranches de silicium sont irradiées, le courant d'ions à charge unique est de 1 à 5 μA et la durée d'irradiation est de 20 à 120 min.

Les échantillons de référence sont irradiés avec un courant ne dépassant pas 0,1 μA, la durée d'exposition est de 1 à 3 min.

(Édition modifiée, Rev. N 1).

3.3. Traitement des échantillons de référence irradiés

Les rondelles en cuivre avec des échantillons de référence irradiés en quartz sont conservées dans une boîte d'emballage pendant 4 à 5 heures, les rondelles en graphite ou en nitrure d'aluminium sont conservées pendant 1,5 à 2 heures.

Après exposition, les échantillons de référence sont retirés des rondelles. Les plaques de quartz sont essuyées avec un coton-tige imbibé d'alcool, emballées dans des cassettes en aluminium et transférées au spectromètre. -coïncidence pour mesurer les courbes de décroissance.

3.4. Traitement des tranches de silicium après irradiation

Après la fin de l'irradiation, des rondelles de cuivre avec des plaques de silicium sont livrées dans la boîte d'emballage du laboratoire de radiochimie, où elles sont conservées pendant 5 à 10 min (dans l'analyse avec séparation radiochimique des isotopes analytiques Pour C), ou 30−45 min (avec analyse instrumentale).

À la fin de l'exposition, les tranches de silicium sont retirées des rondelles de cuivre, la surface est nettoyée avec un coton-tige imbibé d'alcool et placée dans une boîte pour traitement chimique.

Lors de la détermination de l'oxygène et du carbone, une couche de 45 à 50 μm d'épaisseur doit être retirée de la surface des tranches de silicium irradiées, ce qui correspond à une diminution de l'énergie ionique de 13 à 10 MeV.

Lors de la détermination de l'azote (sur les protons), une couche de 15 à 20 µm d'épaisseur est retirée des tranches de silicium irradiées avec des protons.

Pour éliminer la couche superficielle, les tranches de silicium sont traitées dans un mélange d'acides fluorhydrique et nitrique (solution 2). 10-15cm de ce mélange est versé dans deux coupelles en PTFE. La plaquette de silicium est serrée dans des pincettes en PTFE et immergée dans la coupelle 1 afin qu'elle soit complètement immergée dans le mélange pendant le processus de gravure. Pendant le décapage, le mélange est constamment agité.

La tranche de silicium est traitée dans le godet 1 pendant un temps fixe (30 ou 60 s), puis elle est rapidement retirée du godet, lavée abondamment à l'eau, séchée avec du papier filtre et pesée. L'épaisseur de la couche gravée est déterminée à partir de la différence entre la masse de l'échantillon avant gravure et après gravure ( ), µm, selon la formule

, (une)

où ;

est la masse de l'échantillon avant gravure, mg ;

est la masse de l'échantillon après gravure, mg ;

— surface totale de la tranche de silicium, mm .

Si, après traitement dans la coupelle 1, l'épaisseur de la couche gravée est inférieure à celle requise, la gravure est poursuivie dans la coupelle 2, en tenant compte de la vitesse de gravure de la tranche de silicium dans la coupelle 1. Les solutions usées sont versées dans des collecteurs de déchets radioactifs .

Une fois la gravure terminée, la plaquette de silicium est rapidement retirée du mélange d'acides, lavée abondamment à l'eau, séchée, pesée et l'épaisseur totale de la couche gravée est déterminée par la formule (1). L'épaisseur de la couche gravée doit être telle que l'activité de la partie de la couche irradiée restant sur la plaque corresponde à l'énergie particulaire de 10 MeV.

Les tranches de silicium ainsi traitées sont transférées pour analyse instrumentale ou soumises à un traitement radiochimique ultérieur.

(Édition modifiée, Rev. N 1).

4. CONDUITE DE L'ANALYSE

4.1. Détermination instrumentale de l'oxygène et du carbone dans le silicium

La méthode instrumentale est utilisée pour déterminer l'oxygène, le carbone dans le silicium polycristallin et dans le silicium non dopé et dans le silicium développé par la méthode de fusion de zone sans creuset, ainsi que pour déterminer l'oxygène dans le silicium développé par la méthode Czochralski.

Après avoir retiré la couche de surface (voir section 3.4), la plaquette de silicium est emballée dans une cassette en aluminium et transférée au spectromètre -coïncidence pour mesurer les courbes de décroissance.

Avant de commencer les mesures, le spectromètre -correspond à l'aide de la source Na est prêt à enregistrer l'annihilation -quanta, après quoi le bruit de fond naturel du spectromètre est déterminé.

Les mesures d'activité de la tranche de silicium (nombre de coïncidences par unité de temps) doivent être lancées une heure après la fin de l'irradiation. Pendant la première heure de mesure, lorsque l'activité est enregistrée C, les intervalles entre les mesures d'activité doivent être de 10 à 15 min, puis les intervalles entre les mesures d'activité peuvent être augmentés à 30 à 60 min. Le temps d'un ensemble de coïncidences dans chacune de ces mesures est fixé de telle sorte que l'erreur statistique ( ) ne dépasse pas 0,1. Les mesures sont terminées lorsque l'activité de l'échantillon diminue jusqu'à la valeur du fond naturel du spectromètre.

L'activité des échantillons de référence est mesurée sur un spectromètre -coïncidences dans les deux à quatre demi-vies de l'isotope analytique correspondant (par F 109,8 minutes, pour DE 20,38 min). Pour enregistrer une activité С des échantillons de référence en graphite et en nitrure d'aluminium sont mesurés avec un intervalle de 20 à 40 min, Échantillons F de comparaison de quartz - avec un intervalle de 60 à 120 min.

D'après les résultats des mesures d'activité, les courbes de décroissance des radionucléides sont construites sur papier semi-logarithmique F et C dans des tranches de silicium et des échantillons de comparaison. Ces courbes sont tracées en coordonnées , où est le taux de comptage de l'isotope analytique, match/min, mesuré au moment .

Les courbes de décroissance tracées à partir des mesures de l'activité des tranches de silicium se composent généralement de deux composants avec une demi-vie de 20,38 min ( C) et 109,8 ( F).

Le traitement des courbes de décroissance consiste en leur décomposition graphique en composantes et en la recherche du taux de comptage de chaque isotope analytique par extrapolation ( F), ( C) en fin d'irradiation.

Si, lors du traitement des courbes de décroissance, un écart entre les demi-vies trouvées dans l'expérience et les valeurs tabulées est trouvé, l'analyse de cette plaquette de silicium doit être répétée en utilisant la séparation radiochimique des isotopes analytiques.

Les courbes de décroissance construites à partir des résultats des mesures d'activité des échantillons de référence sont à une composante et doivent correspondre à la demi-vie C pour le graphite ou F pour quartz. Ces courbes de décroissance déterminent le taux de comptage F( , coïncident/min) en quartz et taux de comptage DE ( , coïncident/min) dans le graphite en fin d'irradiation.

Les valeurs obtenues des activités des échantillons de référence pour trois valeurs de l'énergie des particules activatrices sont utilisées pour construire des courbes d'étalonnage - dépendances , de l'énergie des particules activatrices , MeV. Ces courbes d'étalonnage permettent de déterminer l'activité d'échantillons de référence à des énergies intermédiaires de particules activatrices correspondant à l'épaisseur réelle de la couche superficielle retirée de la tranche de silicium.

La fraction massique d'impuretés en pourcentage est calculée par les formules:

oxygène ; (2)

carbone , (3)

où , est le taux de comptage des radio-isotopes F et C, respectivement, à la fin de l'irradiation dans la tranche de silicium, correspondant à l'énergie des particules , correspondance/minute ;

, est le taux de comptage des radio-isotopes F et C, respectivement, en fin d'irradiation dans le quartz (SiO ) ou graphite ©, correspondant à l'énergie des particules , correspondance/minute ;

, , est le courant moyen des particules activatrices pendant l'irradiation à un accélérateur au silicium ( ), quartz (SiO ) ou graphite ©, μA ;

, , est la durée d'irradiation à l'accélérateur au silicium ( ), quartz (SiO ) et graphite ©, min.

Le principe décrit de mesure des courbes de décroissance, de traitement des résultats de mesure et d'obtention du résultat final - la concentration de l'impureté déterminée dans la tranche de silicium - est à la base du système automatisé "AKAN" en combinaison avec l'ordinateur ES-1010. Le programme de traitement des résultats de mesures a été compilé en langage FORTRAN-4.

Le résultat de l'analyse est pris comme la moyenne arithmétique de deux résultats de déterminations parallèles calculées par la formule (2) ou (3), dont chacune a été obtenue pour l'une des deux tranches de silicium irradiées dans un mode de fonctionnement de l'accélérateur (sans réglage énergétique).

La différence entre le plus grand et le plus petit des deux résultats de déterminations parallèles avec un niveau de confiance 0,95 ne doit pas dépasser les écarts absolus admissibles indiqués dans le tableau 1.

Tableau 1

L'exactitude des résultats d'analyse est contrôlée par la méthode, qui consiste à analyser les mêmes tranches de silicium à deux valeurs des énergies des particules activatrices. Pour contrôler l'exactitude, des échantillons sont prélevés sur des tranches de silicium préalablement analysées avec une teneur en impuretés contrôlées au niveau de 10 -Dix % par poids.

L'oxygène et le carbone sont déterminés à l'énergie des ions Pas 7,5 et 10 MeV, lors de la détermination de l'azote, les plaques sont irradiées avec des protons d'une énergie de 5 et 6,5 MeV.

Les résultats de l'analyse sont considérés comme corrects avec une probabilité de confiance 0,95, si la différence entre les valeurs de concentration d'impuretés trouvées à différentes énergies de particules ne dépasse pas les valeurs des écarts absolus admissibles indiqués dans le tableau 1.

(Édition modifiée, Rev. N 1).

4.2. Analyse utilisant la séparation radiochimique des isotopes analytiques

4.2.1. Détermination de l'oxygène dans le silicium par extraction radiochimique

La méthode est utilisée pour déterminer la teneur en oxygène dans le silicium lorsqu'il est nécessaire d'éliminer l'influence des impuretés sources d'activité de positons. La présence d'interférences provenant d'impuretés et la nécessité de les éliminer sont déterminées par les résultats du traitement des courbes de décroissance dans l'analyse du silicium par la méthode instrumentale conformément à la clause 4.1.

Pour déterminer la teneur en oxygène à l'aide d'une isolation radiochimique Les tranches de silicium F après analyse instrumentale conformément à la clause 4.1 doivent être retraitées conformément à la clause 3.1, réirradiées, conservées après irradiation pendant 5 à 10 minutes et traitées conformément à la clause 3.4, après quoi la tranche de silicium est transférée dans le case N 2 pour les travaux radiochimiques.

Verser 5 cm dans une coupelle PTFE un mélange d'acides fluorhydrique et nitrique concentrés à teneur connue en fluor (solution 2) et de silicium y est immergé à l'aide d'une pince à épiler en fluoroplaste.

Pendant le temps de dissolution dans le mélange, l'épaisseur de la tranche de silicium doit diminuer d'au moins 300 µm. La quantité de silicium transférée à la solution est contrôlée en réduisant la masse de la tranche de silicium , mg, compte tenu de sa surface totale , mm (voir rubrique 3.4).

250 à 300 mg de gel de silice broyé sont placés dans le ballon de réaction d'un appareil de distillation du fluor (Fig. 1), le ballon est fermé avec un entonnoir avec un bouchon rodé et relié à une pompe à jet d'eau, après quoi le mélange 2 est versé dans le flacon à partir d'une coupelle en fluoroplastique contenant du silicium dissous, et 10 -15 cm acide sulfurique concentré.

Merde.1. Appareil pour la distillation de composés fluorés avec du silicium à partir de verre de molybdène

Appareil pour la distillation de composés fluorés avec du silicium à partir de verre de molybdène

1 - ballon de réaction ; 2 - tube de gel de silice imprégné d'acide sulfurique concentré; 3 - récepteur de fluor contenant 15 cm eau distillée

Merde.1

Les fluorures de silicium sont distillés pendant 3 à 5 min avec une pompe à jet d'eau courante et absorbés avec de l'eau distillée dans le récepteur 3. Une fois la distillation terminée, le récepteur 3 est déconnecté de l'appareil, puis la pompe à jet d'eau est éteinte.

La solution du récepteur 3 est versée dans un bécher en verre d'une capacité de 100 ml. contenant 15 cm chauffé à une solution bouillante de nitrate de lanthane (solution 1) et continuer à chauffer pendant encore 1 min, en agitant continuellement la solution.

Le précipité de fluorure de lanthane résultant est séparé par centrifugation, lavé successivement avec de l'acide nitrique 5 M chaud, de l'alcool avec de l'éther, de l'éther, puis séché en plaçant le tube à essai avec le précipité près de la cuisinière électrique.

La durée de la précipitation chimique du précipité de fluorure de lanthane ne dépasse pas 20 à 30 min.

Le précipité séché de fluorure de lanthane est transféré sur un papier calque, enveloppé dedans, le papier calque est placé dans une cassette en aluminium et transféré au spectromètre -coïncidence pour mesurer la courbe de décroissance.

L'activité du précipité de fluorure de lanthane est mesurée sur un spectromètre -coïncidence avec des intervalles entre les mesures de 30−60 min. Les mesures sont terminées lorsque l'activité du précipité tombe au niveau de fond du spectromètre.

Sur la base des résultats de mesure, une courbe de décroissance est construite et en déterminer le taux de comptage F dans le fluorure de lanthane , coïncident/min, en fin d'irradiation par extrapolation.

Une fois les mesures terminées, le précipité de fluorure de lanthane est retiré de la cassette en aluminium et pesé. Rendement chimique du fluor défini comme le rapport de la masse sédimentaire , correspondant à 100% de libération de fluor, à la masse , précipité dans cette expérience

. (quatre)

Fraction massique d'impureté d'oxygène ( ) en pourcentage est calculé par la formule

, (5)

où est le taux de comptage des radio-isotopes F en fin d'irradiation dans la tranche de silicium, correspondant à l'énergie des particules , correspondance/minute ;

est le taux de comptage des radio-isotopes F en fin d'irradiation dans le quartz (SiO ) correspondant à l'énergie des particules activatrices , correspondance/minute ;

, est le courant moyen des particules activées lors de l'irradiation à l'accélérateur, respectivement, du silicium ( ), quartz (SiO ), µA ;

, est la durée d'irradiation à l'accélérateur, respectivement, du silicium ( ), quartz (SiO ), min ;

est le rendement chimique du fluor.

La mesure des courbes de décroissance des précipités de fluorure de lanthane et le traitement des résultats de mesure sont assurés par le programme compilé pour le système automatisé "AKAN" en combinaison avec l'ordinateur ES-1010, écrit en langage FORTRAN-4.

Le résultat de l'analyse est pris comme la moyenne arithmétique de deux résultats de déterminations parallèles calculées par la formule (5), dont chacune a été obtenue pour l'une des deux tranches de silicium irradiées dans un mode de fonctionnement de l'accélérateur (sans réglage d'énergie).

La différence entre les deux résultats supérieurs et inférieurs des déterminations parallèles avec probabilité de confiance 0,95 ne doit pas dépasser les écarts absolus admissibles indiqués dans le tableau 2.

Tableau 2

L'exactitude des résultats de l'analyse est contrôlée conformément à la clause 4.1.

4.2.2. Détermination de l'oxygène et du carbone dans le silicium par séparation radiochimique du fluor et du carbone.

La méthode est utilisée dans les cas où il est nécessaire d'éliminer l'influence mutuelle de l'oxygène et du carbone, ainsi que d'autres impuretés - sources d'activité de positons sur les résultats d'analyse.

2 g de soude, 1 g de nitrate de sodium, 0,8 g de fluorure de sodium et 0,3 g de carbonate de sodium sont placés dans un creuset en nickel ; Ensuite, le creuset est retiré du four, refroidi à l'air à 100–150 ° C, après quoi un échantillon de silicium est immergé dans la masse fondue. La température dans le four est portée à 400–450°C, le creuset avec l'échantillon est placé dans le four et la fusion est effectuée pendant 4–5 min. Une fois l'alliage terminé, le creuset en nickel 1 est retiré du four, refroidi à l'air à 100–150 ° C et placé au fond du récipient de réaction 2 de l'instrument (Fig. 2).

Merde.2. Appareil pour la distillation de composés de fluor avec du silicium et du dioxyde de carbone à partir de verre de molybdène

Appareil pour la distillation de composés de fluor avec du silicium et du dioxyde de carbone à partir de verre de molybdène

1 - creuset en nickel avec une masse fondue refroidie; 2 - récipient de réaction ; 3 - tube de gel de silice imprégné d'acide sulfurique concentré; 4 - récepteur de fluor contenant 15 cm eau distillée; 5 - capacité intermédiaire ; 6 - récepteur de dioxyde de carbone contenant 15 cm solution ammoniacale de chlorure de baryum

Merde.2

Le réacteur est fermé par une ampoule à brome, l'appareil de distillation des gaz est relié à une pompe à jet d'eau. 10-15cm acide sulfurique concentré. Après 4-5 minutes après le début de la réaction, 1,5-2 cm l'eau. La distillation est poursuivie pendant encore 3 minutes, puis les récepteurs 3, 5 et la pompe à jet d'eau sont successivement éteints.

4.2.2.1. Détermination de l'oxygène

A partir de la solution contenue dans le récepteur 4, un précipité de fluorure de lanthane est isolé selon la clause 4.2.1.

Le rendement chimique du fluor est déterminé par la formule

, (6)

où est la masse du précipité de fluorure de lanthane isolé dans cette expérience, g.

La fraction massique d'impuretés d'oxygène est calculée par la formule (5).

Le résultat de l'analyse est pris comme la moyenne arithmétique de deux résultats de déterminations parallèles calculées par la formule (5), dont chacune a été obtenue pour l'une des deux tranches de silicium irradiées dans un mode de fonctionnement de l'accélérateur (sans réglage d'énergie).

La différence entre les deux résultats supérieurs et inférieurs des déterminations parallèles avec probabilité de confiance 0,95 ne doit pas dépasser les écarts absolus admissibles indiqués dans le tableau 3.

Tableau 3

L'exactitude des résultats de l'analyse est contrôlée conformément à la clause 4.1.

4.2.2.2. Détermination du carbone

Un précipité de carbonate de baryum est isolé de la solution contenue dans le récepteur 6. Pour ce faire, le contenu du récipient 6 est versé dans un verre. Le verre est recouvert d'un verre de montre, posé sur une cuisinière électrique et bouilli pendant 1 à 2 minutes. Puis la solution est refroidie, le précipité formé est recueilli sur un papier filtre placé au fond de l'entonnoir Schott. La filtration s'effectue sous vide créé par une pompe à jet d'eau. Le précipité est lavé successivement avec une solution froide de chlorure de baryum, d'alcool, d'éther et séché à l'air. Le filtre avec les sédiments est transféré sur du papier calque, enveloppé dedans. Du papier calque contenant des sédiments est placé dans une cassette en aluminium pour mesurer l'activité sur un spectromètre -coïncidences.

L'activité du précipité isolé de carbonate de baryum est mesurée pendant la première heure toutes les 10 à 15 min, puis l'intervalle entre les mesures peut être augmenté à 30 à 60 min. Les mesures sont terminées lorsque l'activité du carbonate de baryum diminue jusqu'au niveau de fond dans la configuration de mesure.

Selon les résultats de la mesure de l'activité, une courbe de décroissance est construite et le taux de comptage en est déterminé par extrapolation C dans le carbonate de baryum en fin d'irradiation.

Une fois les mesures terminées, le précipité de carbonate de baryum est retiré de la cassette en aluminium et pesé. Le rendement chimique en carbone est déterminé comme le rapport de la masse du précipité de carbonate de baryum, correspondant à 100 % de libération d'un support carboné isotopique stable de 0,558 g introduit dans l'expérience, à la masse sédiment isolé dans cette expérience

. (sept)

Fraction massique des impuretés carbonées ( ) en pourcentage est calculé par la formule

, (huit)

où est le taux de comptage des radio-isotopes C en fin d'irradiation dans la tranche de silicium, correspondant à l'énergie des particules , correspondance/minute ;

est l'activité du radio-isotope С en fin d'irradiation dans le graphite © à l'énergie des particules activatrices , correspondance/minute ;

, est le courant moyen des particules activatrices lors de l'irradiation du silicium, respectivement ( ) et graphite ©, μA ;

, est la durée d'irradiation, respectivement, du silicium ( ) et graphite ©, min ;

est le rendement chimique en carbone.

La mesure des courbes de décroissance du carbonate de baryum précipité et le traitement des résultats de mesure sont assurés par le programme compilé pour le système automatisé "AKAN" en combinaison avec l'ordinateur ES-1010, écrit en langage FORTRAN-4.

Le résultat de l'analyse est pris comme la moyenne arithmétique de deux résultats de déterminations parallèles calculées par la formule (8), dont chacune a été obtenue pour l'une des deux tranches de silicium irradiées dans un mode de fonctionnement de l'accélérateur (sans réglage d'énergie).

La différence entre le plus grand et le plus petit des deux résultats de déterminations parallèles avec un niveau de confiance 0,95 ne doit pas dépasser les écarts absolus admissibles indiqués dans le tableau 4.

Tableau 4

L'exactitude des résultats de l'analyse est contrôlée conformément à la clause 4.1.

4.2.3. Détermination de l'azote dans le silicium par séparation radiochimique du carbone

La méthode est utilisée pour déterminer la teneur en azote dans le silicium, si la fraction massique de bore qu'il contient ne dépasse pas 1 10 %.

Lors de la détermination de l'azote à partir d'un dispositif de distillation (Fig. 2), exclure le récepteur 4 en connectant un tube avec du gel de silice 3 et un récipient intermédiaire 5 avec un tube de chlorure de vinyle. La détermination est effectuée comme indiqué au paragraphe 4.2.2.2 .

Le résultat de l'analyse est pris comme la moyenne arithmétique de deux résultats de déterminations parallèles calculées par la formule (8), dont chacune a été obtenue pour l'une des deux tranches de silicium irradiées dans un mode de fonctionnement de l'accélérateur (sans réglage d'énergie).

La différence entre les deux résultats supérieurs et inférieurs des déterminations parallèles avec probabilité de confiance 0,95 ne doit pas dépasser les écarts absolus admissibles indiqués dans le tableau 5.

Tableau 5

L'exactitude des résultats de l'analyse est contrôlée conformément à la clause 4.1.

4.2.1, 4.2.2, 4.2.2.1 , 4.2.2.2 , 4.2.3. (Édition modifiée, Rev. N 1).