Кремний полупроводниковый, исходные продукты для его получения и кварц. Методы определения бора

Несоблюдение стандарта преследуется по закону
Настоящий стандарт устанавливает химико-спектральный метод определения бора в полупроводниковом кремнии от 2-Ю”7 до 2-Ю-5 %, в двуокиси кремния и кварце от 1-Ю-7 до 1-Ю”5 %, в четыреххлористом кремнии и трихлорсилане от 1-Ю”8 до 7'1О“7О/о 01 спектральный метод определения бора от 0,001 до 0,1 % в техни­ческом кремнии.

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Общие требования к методам анализа 26239-0—84.

2. ХИМИКО-СПЕКТРАЛЬНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ БОРА

Метод основан на предварительном концентрировании бора пу­тем удаления основного элемента — кремния в виде тетрафторида при анализе полупроводникового кремния, двуокиси кремния, квар­ца и в виде тетрахлорида-тетрафторида при анализе четыреххло­ристого кремния и трихлорсилана в присутствии маннита, образу­ющего с бором труднолетучее комплексное соединение, и спектраль­ном анализе концентрата бора на графитовом порошке с добавле­нием фторопласта.

2.1. Аппаратура, материалы и реактивы
Спектрограф дифракционный типа ДФС-8 с решеткой 600 штр/мм с двухлинзовой системой освещения (линза F-75 диа­метром 25 мм) или спектрограф средней дисперсии типа ИСП-28 с трехлинзовой системой освещения.
Генератор дуговой типа ДГ-2 с дополнительным реостатом,, приспособленный для поджига дуги постоянного тока высокочас­тотным разрядом.
Выпрямитель 250—300 В, 30—50 А.
Микрофотометр нерегистрирующий типа МФ-2.
Спектропроектор типа СПП-2.
Весы аналитические.
Весы торсионные.
Ступка и пестик из органического стекла.
Станок для заточки графитовых электродов.
Электроды графитовые фасонные для
ОСЧ-7—4, диаметром 6 мм, заточенные на конус; или графитовые электроды, выточенные из графитовых стержней ОСЧ-7—3, диа­метром 6 мм, заточенные на конус с углом при вершине 15° и с
площадкой диаметром 1,5 мм на конце, обожженные в дуге посто­янного тока при 15 А в течение 15 с.
Электроды графитовые фасонные для спектрального анализа ОСЧ-7—4, диаметром 6 мм, с каналом глубиной 6 мм с диаметром 4 мм; или графитовые электроды тех же размеров, выточенные из графитовых стержней ОСЧ-7—3, обожженные в дуге постоянного* тока при 15 А в течение 15 с.
Очистке обжигом подвергают каждую пару электродов непос­редственно перед анализом (электрод, заточенный на конус — ка­тод, электрод с каналом — анод). Массовая доля бора в графито­вых электродах должна быть менее 1-10~5 %.
Графит порошковый ос. ч. 8—4 по ГОСТ 23463—79.
Лампа инфракрасная ИКЗ-500 с регулятором напряжения типа РНО-250—0,5.
Бокс из органического стекла типа 8БП1-ОС для подготовки проб к спектральному анализу.
Бокс из органического стекла с очищенным через ткань Петря­кова воздухом для химической подготовки проб типа 2БП2-ОС.
Плитки электрические с температурой поверхности не более 105 °С.
Цилиндры из органического стекла на 10 и 25 см3.
Приспособления из органического стекла для подготовки проб- к спектральному анализу (подставки для графитовых электродов,, шпатели, набивалки).
Шкаф сушильный на температуру до 150 °С.
Чашки фторопластовые вместимостью 20 и 100 см3
.

Стаканы фторопластовые с завинчивающимися крышками вме­стимостью 20—25 см3 и 75—80 см3.
Чашки с крышками из стеклоуглерода и фторопласта вмести­мостью 25—30 см3.
Пластинки фотографические типа 2, обеспечивающие нормаль­ное почернение аналитической линии бора и близлежащего фона В спектре:.
Насадка с прорезью высотой 5 мм, надеваемая на щель спек­трографа ДФС-8.
Проявитель:
метол
натрий сернистокислый по ГОСТ 195—77 .
гидрохинон по ГОСТ 19627—74 .
натрий углекислый по ГОСТ 83—79 .
калий бромистый по ГОСТ 4160—74 вода
Фиксаж:
тиосульфат натрия кристаллический по ГОСТ 244—76
аммоний хлористый по ГОСТ 3773—72 .
вода
Кислота фтористоводородная ос. ч. 27—5.
Кислота азотная особой чистоты по ГОСТ 11125—78 или кисло­та азотная х.ч. по ГОСТ 4461—77, дважды перегнанная в кварце­вом приборе.
Кислота соляная по ГОСТ 3118—77, х. ч., или кислота соляная особой чистоты по ГОСТ 14261—77, перегнанная во фторопласто­вом приборе (перед перегонкой соляную кислоту разбавляют деио­низованной водой в отношении 1:1), 6 М раствор.
Вода деионизованная с удельным электросопротивлением 10—20 МОм«см.
Д (—)Маннит по ГОСТ 8321—74, спектрально чистый по бору, 1 и 10 %-ные растворы.
Фторопласт-4 порошкообразный по ГОСТ 10007—80.
Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300—72.
Бура по ГОСТ 8429—77, стандартный раствор, содержащий 1 мг/см3 бора: 0,882 г буры растворяют в небольшом количестве воды. Полученный раствор переносят в мерную колбу вместимо­стью 100 см3, доводят до метки водой и перемешивают.
2.2. Подготовка к анализу
2.2.1. Приготовление образцов сравнения (ОС)
Основной образец сравнения (ООС) с массовой долей 'бора 0,1 %: во фторопластовую чашку вместимостью 50 см3 поме-
2.2.1.1.
щают 0,999 г графитового порошка, приливают 1 см3 стандартного- раствора буры, содержащего 1 мг/см3 бора и 0,5 см3 10 %-ного-
раствора маннита. Смесь тщательно перемешивают и высушивают под инфракрасной лампой при температуре не выше 80 °С. Высу­шенную смесь тщательно перемешивают фторопластовым пести­ком в течение 40 мин.
2.2.1.2. Образцы сравнения ОСІ—ОС7 готовят последователь­ным разбавлением основного образца сравнения ООС, а затем каж-
дого последующего образца сравнения графитовым порошком. Массовая доля бора в образцах сравнения ОСІ—ОС7 (в процентах,
в расчете на содержание бора в смеси бора и углерода) и вводи­мые в смесь навески графитового порошка и разбавляемого образ* ца, смешиваемые для получения данного образца, приведены в- табл. 1.
Таблица 1
Массы навесок, г

Приведенные навески графитового порошка и разбавляемого об­разца помещают в ступке из органического стекла и тщательно пе­ремешивают в течение 50 мин.
Все операции по приготовлению образцов сравнения проводят в боксе из органического стекла, тщательно протирая стенки бок­са кусочками бязи, смоченными этиловым спиртом.
При анализе используют (фотографируют спектры) ОСЗ—ОС7.
Образцы сравнения хранят в плотно закрытых банках из орга­нического стекла.
2.2.2. Подготовка проб кремния и кварца к анализу
Пробы кремния или кварца промывают концентрированной со­ляной кислотой при нагревании, затем деионизованной водой и про­сушивают. Промытые куски заворачивают в чистую полиэтилено­вую пленку и разбивают завернутым в полиэтиленовую пленку мо­лотком на кусочки размером 1—3 мм.
2.3. Проведение анализа
2.3.1. Концентрирование бора
2.3.1.1. Получение концентрата бора при анализе полупроводни­кового кремния
Навеску кремния массой 1 г помещают во фторопластовый ста­кан с завинчивающейся крышкой вместимостью 20—25 см3, прили­вают 0,2 см3 1 %-ного раствора маннита и 9 см3 фтористоводород­ной кислоты. Содержимое стакана хорошо перемешивают и добав­ляют на холоду осторожно по каплям 3,5 см3 азотной кислоты. До­бавление каждой последующей капли азотной кислоты ведут после прекращения бурного выделения окислов азота, прикрывая каждый раз стакан крышкой. При этом основная масса кремния растворя­ется. После этого стакан закрывают завинчивающейся крышкой, помещают в другой фторопластовый стакан с завинчивающейся крышкой вместимостью 75—80 см3, закрывают завинчивающейся крышкой и ставят в сушильный шкаф на 1 ч при температуре от 80 до 90°С (за это время навеска кремния полностью растворяется).
Растворение кремния допускается проводить также в чашках с крышками из стеклоуглерода на электроплитке при температуре от -80 до 90 СС.
После полного растворения кремния раствор количественно пе­реносят во фторопластовую чашку вместимостью 20 см3, добавля­ют 20 мг графитового порошка, тщательно перемешивают покачи­ванием чашки и выпаривают досуха на электроплитке при темпе­ратуре от 80 до 90 °С. К сухому остатку добавляют 2—3 раза по 0,5 смз смеси фтористоводородной и азотной кислот (1:1), вы­паривают каждый раз досуха. Сухой остаток из чашки переносят в пакетик из кальки с помощью шпателя.
Полученный сухой остаток представляет собой концентрат бо­ра, подвергаемый спектральному анализу.
Все работы, связанные с концентрированием бора, проводят в боксе из органического стекла с очищенным через ткань Петрянова воздухом, тщательно протирая стенки бокса кусочками бязи, смо­ченными этиловым спиртом.
Анализ каждой пробы кремния проводят из трех параллельных навесок.
Одновременно через все стадии анализа проводят три контроль­ных опыта на загрязнение реактивов и получают три сухих остат­ку — три концентрата бора контрольного опыта.
2.3.1.2. Получение концентрата бора при анализе двуокиси кремния и кварца.
Навеску двуокиси кремния или кварца массой 2 г помещают во фторопластовый стакан с завинчивающейся крышкой вместимостью 20—25 см3 (при анализе двуокиси кремния навеску смачивают 0,5 см3 деионизованной воды), добавляют 0,2 см3 1 %-ного раствора маннита, приливают 8 см3 фтористоводородной кислоты, закрыва­ют стакан завинчивающейся крышкой и помещают в другой фторо­пластовый стакан с завинчивающейся крышкой вместимостью 75— 80 см3. Закрывают стакан завинчивающейся крышкой и ставят в сушильный шкаф на 1—2 ч при температуре от 80 до 90 °С (за это
время навеска двуокиси кремния или кварца полностью раство­ряется). Растворение двуокиси кремния (кварца) допускается про­
торопластовых чашках с крышками на электро­плитке при температуре от 80 до 90 °С. После полного растворения
раствор количественно переносят во мостью 20 см3, добавляют 20 мг графитового порошка и выпарива­
ют досуха на электроплитке при температуре от 80 до 90і °С. К сухо­му остатку добавляют два раза по 0,5 см3 фтористоводородной кис­
лоты, выпаривая каждый раз досуха.
Далее продолжают, как указано в п. 2.3.1.1.
2.3.1.3. Получение концентрата бора при анализе четыреххлори­
стого кремния и трихлорсилана
В фторопластовую чашку вместимостью около Г00 смз помеща­
ют 0,2 см3 1 %-ного раствора маннита, приливают 19,5 см3 (30 г) четыреххлористого кремния или 22,5 см3 (30 г) трихлорсилана^
отобранных полиэтиленовым цилиндром, и перемешивают в течение 2 мин. Чашку с содержимым помещают в бокс с очищенным череа ткань Петрянова воздухом и оставляют для отгонки кремния пу­
тем естественного испарения в виде