ICS29.045 H82 中华人民共和国国家标准 GB/T32651—2016 采用高质量分辨率辉光放电 质谱法测量太阳能级硅中 痕量元素的测试方法 Testmethodformeasuringtraceelementsinphotovoltaic-grade siliconbyhigh-massresolutionglowdischargemassspectrometry 2016-04-25发布 2016-11-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)归口。 本标准主要起草单位:国家太阳能光伏产品质量监督检验中心(无锡市产品质量监督检验中心)、江 苏中能硅业科技发展有限公司、国家硅材料深加工产品质量监督检验中心、江西赛维LDK太阳能高科 技有限公司、中国电子技术标准化研究院。 本标准主要起草人:何莉、吴建国、王琴、周滢、刘晓霞、鲁文锋、陈进、封丽娟、李建德、黄雪雯、 孙绍武、冯亚彬、裴会川。 ⅠGB/T32651—2016 采用高质量分辨率辉光放电 质谱法测量太阳能级硅中 痕量元素的测试方法 1 范围 本标准规定了采用高质量分辨率辉光放电质谱法测量太阳能级硅中痕量元素的方法。 本标准适用于太阳能级硅材料中痕量元素的测定,其中铁(Fe)、铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、 硼(B)、磷(P)、钙(Ca)、钠(Na)、镁(Mg)、铝(Al)、砷(As)、钪(Sc)、钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、钴(Co)、镓 (Ga)等元素的测定范围为5μg/kg~50mg/kg。本方法适用于分析多种物理形态的以及添加任何种类 和浓度掺杂剂的硅材料,例如多晶硅粉末、颗粒、块、锭、片和单晶硅棒、块、片等。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T4842 氩 GB/T6682—2008 分析实验室用水规格和试验方法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 高质量分辨率 highmassresolution 大于3500的质量分辨率。 3.2 光伏硅原料或太阳能级硅 PVSifeedstockorsolargradesilicon 特性满足生产晶体硅太阳能电池要求的硅固体材料。 3.3 标准样品 referencematerial 具有一种或多种足够均匀且稳定规定特性的材料,已被确定其符合测量过程的预期用途。 3.4 试样 specimen 从标准样品或测试样品上切割下来的,尺寸大小适合装载到高分辨率辉光放电质谱仪离子源中进 行分析的测试对象。 1GB/T32651—2016 4 方法原理 将试样安装到辉光放电质谱仪的样品室中做为阴极进行辉光放电,其表面原子被惰性气体(例如: 高纯氩气)在高电压下产生的离子撞击发生溅射,试样溅射产生的原子扩散至等离子体中离子化后被导 入质谱仪,质谱仪根据质荷比将不同离子分离开,最后由离子检测器进行检测并计数。在每一待测元素 选择的同位素质量数处以预设的仪器工作参数(例如:扫描点数和积分时间)对相应谱峰积分,所得面积 即为谱峰强度。进行半定量分析时,控制仪器操作的计算机根据仪器软件中的“典型相对灵敏度因子” 自动计算出各元素的质量分数;进行定量分析时,通过在与被测试样相同的分析条件、离子源结构以及 测试条件下对标准样品进行独立测定获得相对灵敏度因子,应用该相对灵敏度因子计算出各元素的质 量分数。 5 试剂和材料 5.1 去离子水:符合GB/T6682—2008规定的实验室用二级水。 5.2 硝酸:ρ=1.42g/mL,光谱纯。 5.3 氢氟酸:ρ=1.14g/mL,光谱纯。 5.4 异丙醇:ρ=0.784g/mL~0.786g/mL,光谱纯。 5.5 硝酸溶液:1+9。 5.6 氢氟酸溶液:1+4。 5.7 氩气:符合GB/T4842的要求,并且等离子体工作用氩气的纯度(体积分数)应大于或等于 99.999%,吹扫用氩气的纯度(体积分数)应大于或等于99.99%。 5.8 氮气:纯度(体积分数)大于或等于99.99%。 5.9 仪器检测器校正标准样品:高纯钽材料或其他材料(例如硅材料),能使仪器产生同时位于不同检 测器线性动态范围内的稳定信号,用于在相同分析中使用不同的离子收集器测量离子流的情况下检定 高分辨率辉光放电质谱仪检测系统的离子计数效率。 5.10 质量校正标准样品:已知化学成分的黄铜合金材料,用于对辉光放电质谱仪进行精确质量校正。 5.11 硅标准样品:可以量值溯源的均质的纯硅材料或其他硅基材料(例如各种硅化物),用于获得各种 被测元素的高质量分辨率辉光放电质谱法相对灵敏度因子。 5.12 控制样品:已知被测元素含量且与试样具有相同的规格和结构。 6 仪器设备 6.1 辉光放电质谱仪:质量分辨率大于3500。 6.2 制样设备:能够将试样加工成满足仪器要求的形状和大小,并使其具有平坦光滑的表面,包括切割 机、压片机、磨抛机、超声清洗机等。 7 测试环境 7.1 温度:20℃~25℃,温度波动每小时不超过2℃。 7.2 相对湿度:不大于65%。 2GB/T32651—2016 8 试样制备 8.1 试样加工 将试样加工成适合仪器分析要求的片状或棒状样品。 8.2 试样清洗 在安装到辉光放电离子源中之前应单独清洁每个试样,去掉所有沾污而不改变试样表面的成分。 例如,用磨片机处理成型的片状试样,可采用的处理方法为: a) 分别用去离子水(5.1)和硝酸溶液(5.5)清洗试样,去除表面加工带来的沾污; b) 分别用去离子水(5.1)和氢氟酸溶液(5.6)清洗试样,去除试样的表面顶层; c) 分别用去离子水(5.1)和异丙醇(5.4)清洗试样; d) 用氩气(5.7)或氮气(5.8)吹干试样。 注:为了避免沾污样品,清洗用的容器以及夹取样品的镊子均由聚四氟乙烯(PTFE)或类似不被氢氟酸腐蚀的聚合 物材料制成。 9 分析步骤 9.1 仪器准备工作 9.1.1 质量校正:使用黄铜标准样品(5.10)对辉光放电质谱仪进行精确质量校正,确定质量峰的位置。 9.1.2 将辉光放电质谱仪调节到分析所需的质量分辨能力和合适的质量峰形状。 9.1.3 如果该仪器在相同分析中使用不同的离子收集器测量离子流,则需要用仪器检测器校正标准样 品(5.9)测定每个检测器相对于其他检测器的测量效率以确保检测系统性能正常。 9.2 样品测定 9.2.1 空白样品 选择一个纯度极高的硅材料作为空白样品,以确定分析中的背景贡献部分,其相关元素的含量(空 白值)应低于辉光放电质谱法的检出限值。 9.2.2 半定量分析 9.2.2.1 建立一个适用于高质量分辨率辉光放电质谱分析的数据采集方案(DAP)。该方案建议包括但 不限于表1中所列元素同位素的测量。选择表1所列的同位素可以降低干扰。测试中的质量干扰参考 附录B。同位素测量所选定的仪器参数应满足分析要求: a) 离子流积分时间应达到所期望的精度和检出限值; b) 为确定质量干扰,需要测量被测元素质量峰的质量范围。 9.2.2.2 试样清洁完毕后,应迅速装载到辉光放电离子源中,并使试样的清洁表面在实验室环境的暴露 最小化。将制备好的试样装入到高分辨率辉光放电质谱仪离子源中,并在预分析溅射条件下开启辉光 放电。在数据采集前,应将辉光放电等离子体中的试样表面溅射蚀刻适当的时间,以确保试样表面的清 洁度和保持试样完整性。 9.2.2.3 在预分析溅射之后,将辉光放电离子源溅射条件调节到分析所需要的条件(如果需要),进行试 样测试。 3GB/T32651—2016 表1 测定元素种类和同位素选择 符号元素 同位素 符号元素 同位素 符号元素 同位素 Ag 银 107 Hf 铪 178 Rh 铑 103 Al 铝 27 Hg 汞 202 Ru 钌 102 As 砷 75 Ho 钬 165 S 硫 32,34 Au 金 197 I 碘 127 Sb 锑 121 B 硼 10,11 In 铟 115 Sc 钪 45 Ba 钡 137,138 Ir 铱 193 Se 硒 82 Be 铍 9 K 钾 39 Si 硅 28 Bi 铋 209 La 镧 139 Sm 钐 152 Br 溴 79,81 Li 锂 7 Sn 锡117,118,119,124 Ca 钙 42,44 Lu 镥 175 Sr 锶 88 Cd 镉 111 Mg 镁 24 Ta 钽 181 Ce 铈 140 Mn 锰 55 Tb 铽 159 Cl 氯 35,37 Mo 钼 95,98 Te 碲 126 Co 钴 59 Na 钠 23 Th 钍 232 Cr 铬 52 Nb 铌 93 Ti 钛 48 Cs 铯 133 Nd 钕 143 Tl 铊 205 Cu 铜 63 Ni 镍 58,60 Tm 铥 169 Dy 镝 162 Os 锇 189 U 铀 238 Er 铒 166 P 磷 31 V 钒 51 Eu 铕 151,153 Pb 铅 208 W 钨 182,184 F 氟 19 Pd 钯 105 Y 钇 89 Fe 铁 54,56,57 Pr 镨 141 Yb 镱 172,173 Ga 镓 71 Pt 铂 195 Zn 锌 64,66,68 G