專(zhuān)利名稱(chēng)：有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)/進(jìn)料系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)感應(yīng)耦合等離子體(ICP)發(fā)射攝譜儀進(jìn)行蒸發(fā)和進(jìn)料有機(jī)金屬化合物的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為化合物半導(dǎo)體的晶體生長(zhǎng)方法，現(xiàn)在最感興趣的是應(yīng)用有機(jī)金屬化合物進(jìn)行金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積(MOCVD)的方法。MOCVD方法是一種在化合物半導(dǎo)體的外延薄膜的生產(chǎn)中通常采用的晶體生長(zhǎng)方法。該方法由有機(jī)金屬化合物如(CH3)3Ga、(CH3)3In和(CH3)3Al作為反應(yīng)物開(kāi)始，應(yīng)用其熱分解反應(yīng)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)從而形成薄膜。
因?yàn)橛蒑OCVD方法產(chǎn)生的半導(dǎo)體薄膜的質(zhì)量主要取決于用作反應(yīng)物的有機(jī)金屬化合物的化學(xué)純度，因此從本技術(shù)開(kāi)發(fā)的早期至今一直持續(xù)要求更高純度的有機(jī)金屬化合物。
但是由于其具有非常高的化學(xué)活性和毒性，致使有機(jī)金屬化合物很難處理。在目前的情況下，只有幾種方法用于分析有機(jī)金屬化合物中的微量雜質(zhì)。
迄今為止已經(jīng)報(bào)道的大部分分析有機(jī)金屬化合物中微量雜質(zhì)的方法都應(yīng)用ICP發(fā)射攝譜儀作為分析儀器。從ICP測(cè)量過(guò)程中有機(jī)金屬化合物的形式以及將有機(jī)金屬化合物引入ICP的方法和裝置方面來(lái)說(shuō)，本領(lǐng)域已知該技術(shù)通常被劃分為下列六種方法(1)水解方法有機(jī)化合物被水解形成水溶液，所述水溶液被霧化成氣溶膠并進(jìn)料至ICP焰炬(torch)。參見(jiàn)Journal of CrystalGrowth，77(1986)，pp.47-54。
(2)溶液方法當(dāng)有機(jī)金屬化合物用溶劑如二甲苯稀釋后，混合后的溶液被霧化成氣溶膠并進(jìn)料至ICP焰炬。參見(jiàn)ANALYST，May1990，Vol.115。
(3)流動(dòng)注入方法通過(guò)混合有機(jī)金屬化合物和二乙醚一旦形成加合物，則使其通過(guò)霧化器以形成氣溶膠。然后將所述氣溶膠引入到膜干燥管中，其中將二乙醚從系統(tǒng)中脫除而只有剩余的有機(jī)化合物被進(jìn)料至ICP焰炬中。參見(jiàn)Spectrochimica Acta，Vol.44B，No.10，pp.1041-1048，1989。
(4)電熱蒸發(fā)方法將有機(jī)金屬化合物放入能夠瞬時(shí)加熱至溫度為約3,000℃的加熱器中。這樣產(chǎn)生的有機(jī)金屬化合物的蒸氣被載氣所載帶并直接引入到ICP焰炬中。參見(jiàn)Journal of AnalyticalAtomic Spectrometry，December 1994，Vol.9。
(5)直接蒸氣引入方法將載氣吹入填充在不銹鋼容器內(nèi)的有機(jī)金屬化合物中，并將所形成的有機(jī)金屬化合物的蒸氣直接引入到ICP焰炬中。參見(jiàn)Journal of Electronic Materials，Vol.18，No.5，1989。
(6)指數(shù)稀釋方法將預(yù)定量的有機(jī)金屬化合物放入加熱器中，在其中被加熱而產(chǎn)生蒸氣，而所述蒸氣與載氣一起被直接引入至ICP焰炬中。參見(jiàn)歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP 0447747A2。
上述六種方法中每一種均具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。其中沒(méi)有哪一種可以被認(rèn)為是分析和引導(dǎo)有機(jī)金屬化合物至ICP的完備方法。但直接蒸氣引入方法(5)受到重視，這是因?yàn)?i)具有蒸氣壓的有機(jī)雜質(zhì)的濃度隨時(shí)間的變化是直接可觀察的，(ii)有機(jī)金屬化合物的預(yù)處理是不必要的，(iii)由于有機(jī)金屬化合物可以不需稀釋而進(jìn)行分析，從而可以進(jìn)行高靈敏度的分析，以及(iv)對(duì)于測(cè)量來(lái)說(shuō)僅需少量樣品。
但在應(yīng)用中，直接蒸氣引入方法卻有幾個(gè)問(wèn)題。即使當(dāng)反應(yīng)物容器的溫度被精確地控制時(shí)，載氣的溫度也可能與容器內(nèi)的溫度不同。然后很難控制有機(jī)金屬化合物的蒸氣壓。由于缺乏測(cè)量被蒸發(fā)的和被載氣載帶的有機(jī)金屬化合物的質(zhì)量流量的方法，所以不能檢測(cè)到進(jìn)料量的變化。雖然有機(jī)金屬化合物的蒸氣壓曲線圖在設(shè)置進(jìn)料量的過(guò)程中變成最重要的指示，但對(duì)于相同化合物來(lái)說(shuō)可能存在有多個(gè)這樣的圖。從而不能精確地確定對(duì)于提供希望進(jìn)料量來(lái)說(shuō)必需的溫度。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，該系統(tǒng)確?？梢栽诜浅８叩撵`敏度和具有可重復(fù)性的條件下進(jìn)行ICP分析。
本發(fā)明涉及有機(jī)金屬化合物蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，其中載氣進(jìn)料流道和有機(jī)金屬化合物氣體流道與裝有有機(jī)金屬化合物的反應(yīng)物容器相連，其中所述載氣進(jìn)料流道用于從載氣源并通過(guò)質(zhì)量流量控制器進(jìn)料載氣，而所述有機(jī)金屬化合物氣體流道用于輸送被蒸發(fā)并通過(guò)載氣載帶的有機(jī)金屬化合物氣體至在線監(jiān)測(cè)器，并且標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣流道與有機(jī)金屬化合物氣體流道相連，其中標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣流道上設(shè)置有用于控制標(biāo)準(zhǔn)氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器和用于按照需要調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)氣濃度的稀釋氣質(zhì)量流量控制器，并且所述有機(jī)金屬化合物氣體流道通過(guò)在線監(jiān)測(cè)器與ICP攝譜儀的樣品入口相連。這樣可以按可重復(fù)的方式進(jìn)行靈敏度非常高的ICP分析。
按照本發(fā)明，提供一種有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，包括(1)其中裝有有機(jī)金屬化合物的反應(yīng)物容器、載氣源、在線監(jiān)測(cè)器、載氣進(jìn)料流道，其中所述載氣進(jìn)料流道連接載氣源和反應(yīng)物容器，并且其上設(shè)置有用于控制載氣流量的質(zhì)量流量控制器，(2)有機(jī)金屬化合物氣體流道，所述氣體流道連接反應(yīng)物容器和在線監(jiān)測(cè)器用于輸送被蒸發(fā)并由載氣載帶的有機(jī)金屬化合物氣體，(3)ICP發(fā)射攝譜儀、樣品氣流道，所述樣品氣流道連接在線監(jiān)測(cè)器和ICP攝譜儀的樣品入口，(4)充有標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的氣體鋼瓶、連接氣體鋼瓶與樣品氣流道的標(biāo)準(zhǔn)氣流道，并且所述標(biāo)準(zhǔn)氣流道上設(shè)置有用于控制標(biāo)準(zhǔn)氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器，和(5)稀釋氣流道，所述稀釋氣流道與標(biāo)準(zhǔn)氣質(zhì)量流量控制器下游的標(biāo)準(zhǔn)氣流道相連，用于輸送稀釋氣，從而調(diào)節(jié)標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度，并且其上設(shè)置有用于控制稀釋氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器。
在一種優(yōu)選實(shí)施方案中，所述蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)包括多個(gè)標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣鋼瓶以及相應(yīng)的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣流道，并且每個(gè)流道上均設(shè)置有用于控制相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器，以及相應(yīng)的多個(gè)稀釋氣流道，其中所述稀釋氣流道與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)氣流道相連，并且其上設(shè)置有稀釋氣質(zhì)量流量控制器。
在另一種優(yōu)選實(shí)施方案中，所述蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)一步包括與有機(jī)金屬化合物氣體流道相連的旁通流道，用于輸送載氣從而稀釋有機(jī)金屬化合物的濃度，并且其上設(shè)置有用于控制稀釋用載氣流量的質(zhì)量流量控制器。
附圖的簡(jiǎn)要描述

圖1是示意性流程圖，其描述了本發(fā)明第一種實(shí)施方案的蒸發(fā)/進(jìn)料系統(tǒng)。
圖2是可以在圖1的系統(tǒng)中應(yīng)用的兩位式切斷閥的示意性描述。
圖3是可以在圖1的系統(tǒng)中應(yīng)用的另一種兩位式切斷閥的示意性描述。
圖4是示意性流程圖，其描述了本發(fā)明第二種實(shí)施方案的蒸發(fā)/進(jìn)料系統(tǒng)的一部分。
圖5是示意性流程圖，其描述了本發(fā)明第三種實(shí)施方案的蒸發(fā)/進(jìn)料系統(tǒng)的一部分。
優(yōu)選實(shí)施方案描述參照?qǐng)D1，其中示意性描述了按照本發(fā)明第一種實(shí)施方案的有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)/進(jìn)料系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括裝有有機(jī)金屬化合物(MO)的反應(yīng)物容器1、氬等的載氣源2以及在線監(jiān)測(cè)器3。載氣進(jìn)料流道G1連接反應(yīng)物容器1和載氣源2從而進(jìn)行流體連通。在載氣進(jìn)料流道G1上從上游側(cè)到下游側(cè)依次設(shè)置有壓力調(diào)節(jié)器4、切換閥V1、用于控制載氣流量的質(zhì)量流量控制器MFC-1和切換閥V2。有機(jī)金屬化合物氣體流道G2連接反應(yīng)物容器1和在線監(jiān)測(cè)器3從而進(jìn)行流體連通，并且其上設(shè)置有切換閥V3。
反應(yīng)物容器1設(shè)置在恒溫槽5中從而容器保持一定的溫度，在該溫度下有機(jī)金屬化合物保持為液態(tài)。載氣進(jìn)料流道G1位于容器1一側(cè)的端部構(gòu)造為汲取管，該汲取管的末端浸沒(méi)在有機(jī)金屬化合物液體中。其上設(shè)置有切換閥V4的橋連管道G3連接載氣進(jìn)料流道G1的閥V2的上游位置和有機(jī)金屬化合物氣體流道G2的閥V3的下游位置，從而進(jìn)行流體連通。
與蒸發(fā)/進(jìn)料系統(tǒng)相連的是感應(yīng)耦合等離子體(ICP)發(fā)射攝譜儀(10)，其包括等離子體焰炬11、注射器12以及RF線圈13，這些部件協(xié)作產(chǎn)生等離子體火焰14。樣品氣流道G4連接在線監(jiān)測(cè)器3的出口和ICP攝譜儀10的樣品入口，并且其上設(shè)置有切換閥V5。
在所述系統(tǒng)中進(jìn)一步包括充有標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的氣體鋼瓶6以及標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5，所述標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5連接氣體鋼瓶6與樣品氣流道G4從而進(jìn)行流體連通，其連接位置在在線監(jiān)測(cè)器3和切換閥V5之間。在標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5中，從上游側(cè)到下游側(cè)依次設(shè)置有壓力調(diào)節(jié)器4′、用于控制標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器MFC-2和切換閥V6。第二載氣進(jìn)料流道G6從載氣源2延伸至標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5處。更具體地，第二載氣進(jìn)料流道G6有一端與載氣源2相連；切換閥V7被設(shè)置在第二載體流道G6上；并且第二載氣流道G6的另一端在壓力調(diào)節(jié)器4′的上游處與標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5相連。稀釋氣流道G7連接第二載氣進(jìn)料流道G6和標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5，其與第二氣體進(jìn)料流道G6的連接位置在閥V7的上游，而與標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5的連接位置在質(zhì)量流量控制器MFC-2和閥V6之間。在稀釋氣流道G7中從上游側(cè)到下游側(cè)依次設(shè)置有切換閥V8、用于控制稀釋載氣流量的質(zhì)量流量控制器MFC-3、以及切換閥V9。
所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括排放流道G8，其為標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5在標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5與稀釋氣流道G7的連接點(diǎn)與切換閥V6之間分支出來(lái)的，并且其上設(shè)置有切換閥V10。在該描述性實(shí)施方案中，另一排放流道G9還可以在在線監(jiān)測(cè)器3和切換閥V5之間從樣品氣流道G4上分支出來(lái)，并且在其上設(shè)置有切換閥V11。
在線監(jiān)測(cè)器3是一種測(cè)量通過(guò)有機(jī)金屬化合物氣體流道G2的有機(jī)金屬化合物氣體濃度的設(shè)備，用于確定進(jìn)料至ICP攝譜儀的有機(jī)金屬化合物氣體的濃度是否為預(yù)先設(shè)定的值。所述在線監(jiān)測(cè)器3在其中構(gòu)造有IR吸收池和IR檢測(cè)器，并且其測(cè)量原理是使有機(jī)金屬化合物氣體通過(guò)IR吸收池，并通過(guò)IR檢測(cè)器測(cè)量氣體的IR吸收特性，并由此計(jì)算出有機(jī)金屬化合物氣體的濃度。其濃度已經(jīng)由在線監(jiān)測(cè)器3測(cè)量了的有機(jī)金屬化合物氣體通過(guò)樣品氣流道G4被直接導(dǎo)入ICP攝譜儀10。
為了進(jìn)一步穩(wěn)定在氣體流道中的有機(jī)金屬化合物氣體的濃度，如果需要，在確定時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉閥V5打開(kāi)閥V11，通過(guò)流道G9排放氣體是有效的。當(dāng)切換這些閥時(shí)，或多或少會(huì)發(fā)生壓力變化。為了減少這些壓力變化，應(yīng)用如圖2所示的將切換閥V5和V11整合在一起的氣動(dòng)兩位式切斷閥。這樣可以在沒(méi)有壓力變化的條件下瞬時(shí)改變流路。
當(dāng)定量有機(jī)金屬化合物中剩余的雜質(zhì)濃度時(shí)必須有標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣。可以通過(guò)用超高純度的氬氣稀釋含有相同元素的化合物作為所要分析的雜質(zhì)來(lái)制備，并利用高性能分析儀如大氣壓電離-質(zhì)譜儀(API-MS)來(lái)精確分析氣體濃度。標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣通過(guò)具有質(zhì)量流量控制器MFC-2的流道G5和流道G4被導(dǎo)入ICP攝譜儀10，在該過(guò)程中進(jìn)入ICP攝譜儀的氣體流量可以通過(guò)質(zhì)量流量控制器MFC-2而任意改變，從而繪出所要分析的雜質(zhì)濃度的標(biāo)定曲線(雜質(zhì)濃度對(duì)ICP發(fā)射峰強(qiáng)度)。
為了進(jìn)一步穩(wěn)定在氣體流道G5中標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度，如果需要，在確定時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉閥V6且打開(kāi)閥V10，由流道G8排放氣體是有效的。當(dāng)切換這些閥時(shí)，或多或少會(huì)發(fā)生壓力變化。為了減少這些壓力變化，可以應(yīng)用如圖3所示的將切換閥V6和V10整合在一起的氣動(dòng)兩位式切斷閥。
當(dāng)有機(jī)金屬化合物氣體或標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣被引導(dǎo)通過(guò)流道管道時(shí)，有機(jī)金屬化合物或金屬類(lèi)物質(zhì)被吸附到管道內(nèi)壁上。這種沉積可具有記憶效果從而負(fù)面影響分析結(jié)果。為了減少或消除這種影響，優(yōu)選將為帶狀形式的加熱設(shè)備加熱器7附加到從在線監(jiān)測(cè)器3延伸至ICP攝譜儀10的樣品氣流道G4的管道區(qū)、以及質(zhì)量流量控制器MFC-2下游的標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5的管道區(qū)上。
流道G6和G7可以用于其它目的，為了重新調(diào)節(jié)標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度或瞬時(shí)沖洗掉管道內(nèi)的記憶效果，有效的是經(jīng)由閥V8、質(zhì)量流量控制器MFC-3和閥V9使載氣作為吹掃氣體流過(guò)稀釋氣流道G7。當(dāng)更換標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣時(shí)，通過(guò)閥V7連接載氣源2與標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5的第二載氣進(jìn)料流道G6可以被用作吹掃管線。
圖4描述了按照本發(fā)明第二種實(shí)施方案的有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)/進(jìn)料系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括分別裝有兩種標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的兩個(gè)氣體鋼瓶6a和6b。氣體鋼瓶6a和6b分別與標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5a和G5b的一端相連，所述標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5a和G5b分別具有壓力調(diào)節(jié)器4′a和4′b、用于控制標(biāo)準(zhǔn)氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器MFC-2a和MFC-2b、以及切換閥V6a和V6b。標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5a和G5b的另一端與標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)料流道G5c的一端相連，而標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)料流道G5c的另一端與切換閥V5上游的樣品氣流道G4相連。
稀釋氣流道G7a和G7b分別連接載氣流道G6a和G6b與標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5a和G5b。更具體地，在稀釋氣流道G7a和G7b上分別設(shè)置切換閥V8a和V8b、稀釋氣質(zhì)量流量控制器MFC-3a和MFC-3b以及切換閥V9a和V9b。載氣流道G6a和G6b在壓力調(diào)節(jié)器4′a和4′b上游連接載氣源2a和標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5a和G5b，并且其上設(shè)置有切換閥V7a和V7b。稀釋氣流道G7a和G7b連接載氣流道G6a和G6b和標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5a和G5b，其連接位置在載氣流道G6a和G6b上為切換閥V7a和V7b的上游，而在標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5a和G5b上為質(zhì)量流量控制器MFC-2a、MFC-2b和閥V6a、V6b之間。從流道G5a和G5b上分支出具有閥V10a和V10b的排放流道G8a和G8b。所述系統(tǒng)的剩余部分與圖1中的相同。
可以理解的是可以應(yīng)用兩種以上的標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣，并且在這種情況下，它們的鋼瓶與相應(yīng)數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)氣流道相連。
因?yàn)闃?biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣對(duì)應(yīng)于所要分析的雜質(zhì)的類(lèi)型，因此它們最終按所要分析的元素的數(shù)量而應(yīng)用。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)，多種元素標(biāo)定用的標(biāo)準(zhǔn)氣可以通過(guò)用所有含有金屬的化合物作為測(cè)量對(duì)象注入單個(gè)壓力容器而制備。但有些化合物可能形成非揮發(fā)性化合物或通過(guò)化學(xué)反應(yīng)變?yōu)槠渌衔?。然后這些化合物需被分成一些組，每組由即使當(dāng)被混合在一起時(shí)仍保持不變的那些化合物組成。這就必須有多種標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣和相應(yīng)的多個(gè)進(jìn)料流道。當(dāng)考慮ICP的操作和其它因素時(shí)，標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的數(shù)量、氣體質(zhì)量流量控制器的數(shù)量或氣體流道的數(shù)量?jī)?yōu)選為2-5。
應(yīng)該注意到的是通過(guò)質(zhì)量流量控制器MFC-2的標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的流量?jī)?yōu)選為0.1-100ml/min，更優(yōu)選為1-10ml/min。
圖5描述了按照本發(fā)明第三種實(shí)施方案的有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)/進(jìn)料系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括旁路流道G10，其由載氣進(jìn)料流道G6上分支出來(lái)去有機(jī)金屬化合物氣體流道G2，用于進(jìn)料載氣從而稀釋流過(guò)流道G2的有機(jī)金屬化合物氣體的濃度。在旁路流道G10中，從上游側(cè)到下游側(cè)設(shè)置有切換閥V12、用于控制稀釋用載氣流量的質(zhì)量流量控制器MFC-4和切換閥V13。旁路流道G10的下游端與有機(jī)金屬化合物氣體流道G2相連，其連接位置在與橋連管道G3的連接點(diǎn)的下游。所述系統(tǒng)的剩余部分與圖1中的相同。
下面描述系統(tǒng)的操作。載氣通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器4調(diào)節(jié)至預(yù)定的壓力。然后打開(kāi)切換閥V1，并使載氣通過(guò)質(zhì)量流量控制器MFC-1，其中流量已經(jīng)預(yù)先設(shè)定。當(dāng)確認(rèn)切換閥V2和V3已經(jīng)關(guān)閉后，打開(kāi)切換閥V4和V5。然后載氣流過(guò)氣體流道G1、G3和G4經(jīng)由在線監(jiān)測(cè)器3而被導(dǎo)入ICP攝譜儀10的注射器中。按這種狀態(tài)進(jìn)行的ICP測(cè)量的結(jié)果為空白。
當(dāng)確認(rèn)在恒溫槽5內(nèi)的容器1的溫度為預(yù)定水平時(shí)，首先打開(kāi)切換閥V3，然后打開(kāi)切換閥V2，然后適度關(guān)閉切換閥V4。然后載氣從源2輸送至容器1通過(guò)汲取管，并且在容器1中劇烈鼓泡進(jìn)入有機(jī)金屬化合物中用以蒸發(fā)。這樣蒸發(fā)并被載氣載帶的有機(jī)金屬化合物氣體被輸送通過(guò)有機(jī)金屬化合物氣體流道G2至在線監(jiān)測(cè)器3，從而確定有機(jī)金屬化合物氣體的濃度是否達(dá)到預(yù)定濃度。有機(jī)金屬化合物氣體通過(guò)流道G4輸送至ICP攝譜儀10的注射氣中，在其中被分析。
為了精確定量有機(jī)金屬化合物氣體中雜質(zhì)的量，標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣可以通過(guò)質(zhì)量流量控制器MFC-2并通過(guò)流道G5和G4而被引入到ICP攝譜儀10中。
在ICP分析中感興趣的有機(jī)金屬化合物(MO)并不具體限定，只要其可用作MOCVD的反應(yīng)物即可。在微量分析所謂的化合物半導(dǎo)體材料如III-V族和II-VI族半導(dǎo)體時(shí)本發(fā)明是有效的。
有機(jī)金屬化合物的描述性的非限定性例子包括三甲基(或乙基)鎵、三甲基(或乙基)銦、三甲基(或乙基)鋁、二甲基(或乙基)鋅、叔-丁基膦、叔-丁基砷、環(huán)戊二烯基鎂和五甲基環(huán)戊二烯基鎂。所有的有機(jī)金屬化合物、有機(jī)化合物、金屬氫化物和金屬鹵化物都是分析物，只要它們?cè)谡囟群痛髿鈮毫ο戮哂腥我獾恼魵鈮杭纯??？梢岳斫獾氖侨绻鳛闇y(cè)量對(duì)象的金屬雜質(zhì)沒(méi)有蒸氣壓或者不能被載氣所輸送，則分析基本上是不可能的。
在線監(jiān)測(cè)器3是一種測(cè)量流過(guò)有機(jī)金屬化合物氣體流道G2的有機(jī)金屬化合物氣體濃度的設(shè)備，用于確定進(jìn)料至ICP攝譜儀的有機(jī)金屬化合物氣體的濃度是否達(dá)到預(yù)定的值。正如前面所描述的，為了進(jìn)一步穩(wěn)定在氣體流道中有機(jī)金屬化合物氣體的濃度，如果需要，在確定時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉閥V5打開(kāi)閥V11，通過(guò)流道G9排放氣體是有效的。當(dāng)切換這些閥時(shí)，或多或少會(huì)發(fā)生壓力變化。應(yīng)用如圖2所示的將切換閥V5和V11整合在一起的氣動(dòng)兩位式切斷閥可以有效地減少這種變化。
對(duì)定量有機(jī)金屬化合物中剩余的雜質(zhì)的濃度來(lái)說(shuō)標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣是必須的。標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣通過(guò)具有質(zhì)量流量控制器MFC-2的流道G5和流道G4被導(dǎo)入ICP攝譜儀10中。
正如前面所描述，為了進(jìn)一步穩(wěn)定在氣體流道G5中標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度，如果需要，在確定時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉閥V6且打開(kāi)閥V10，由流道G8排放氣體是有效的。當(dāng)切換這些閥時(shí)，或多或少會(huì)發(fā)生壓力變化，應(yīng)用如圖3所示的將切換閥V6和V10整合在一起的氣動(dòng)兩位式切斷閥可以有效地減少這種變化。
為了重新調(diào)節(jié)標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度或瞬時(shí)沖洗掉管道內(nèi)的記憶效果，應(yīng)用載氣作吹掃氣使其經(jīng)過(guò)閥V8、質(zhì)量流量控制器MFC-3和閥V9流過(guò)稀釋氣流道G7是有效的。當(dāng)更換標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣時(shí)，通過(guò)閥V7連接載氣源2和標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5的第二載氣進(jìn)料流道G6可以被用作吹掃管線。
下面描述的是系統(tǒng)操作的實(shí)施例。
首先，點(diǎn)燃ICP-AES的等離子體焰炬，確定等離子體的穩(wěn)定燃燒。打開(kāi)切換閥V4，并且按照氣體質(zhì)量流量控制器MFC-1控制的流量導(dǎo)入載氣(氬)。雖然其隨所應(yīng)用的有機(jī)金屬化合物的特定類(lèi)型而變化，但載氣流量通常為5-1,000ml/min，優(yōu)選為10-600ml/min。如果氬等離子體的燃燒變得不穩(wěn)定或者如果大幅度改變有機(jī)金屬化合物的濃度是必須的話，則通過(guò)如圖5所示的稀釋氣質(zhì)量流量控制器MFC-4進(jìn)料用于稀釋的載氣，其流量?jī)?yōu)選為10-2,000ml/min，更優(yōu)選為50-800ml/min。
打開(kāi)反應(yīng)物容器1的主閥V3，隨后適度打開(kāi)主閥V2。在這種狀態(tài)下關(guān)閉切換閥V4，在這之后質(zhì)量流量控制器MFC-1立即開(kāi)始流量控制，按預(yù)定流量將載氣進(jìn)料至容器1。蒸發(fā)并被載氣載帶的有機(jī)金屬化合物被引導(dǎo)通過(guò)有機(jī)金屬化合物氣體流道G2，并通過(guò)閥V3至在線監(jiān)測(cè)器3，在其中精確測(cè)量有機(jī)金屬化合物氣體的濃度。有機(jī)金屬化合物氣體的濃度優(yōu)選表示為0.001-1g/min的流量，更優(yōu)選為0.01-0.1g/min。
然后將有機(jī)金屬化合物氣體通過(guò)氣體流道G4引入到ICP中。為了進(jìn)一步穩(wěn)定在氣體流道內(nèi)有機(jī)金屬化合物氣體的濃度，在關(guān)閉切換閥V5并打開(kāi)切換閥V11的條件下由流道G9排放氣體約2-5分鐘是有效的。
按這種方式，其濃度和流量均被明確預(yù)先確定的有機(jī)金屬化合物氣體被進(jìn)料至ICP攝譜儀中。然后可以進(jìn)行對(duì)人體高度安全的迅速的高精度的ICP分析。
在標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣中可以應(yīng)用的化合物可以是含有目標(biāo)金屬的、具有合適蒸氣壓的、并即使當(dāng)多種化合物混合時(shí)也不進(jìn)行復(fù)雜化學(xué)變化的化合物。當(dāng)硅為要檢測(cè)的雜質(zhì)時(shí)優(yōu)選化合物的例子為四甲基硅烷，而當(dāng)鍺為要檢測(cè)的雜質(zhì)時(shí)，優(yōu)選化合物的例子為四甲基鍺烷。稀釋化合物用的氣體最優(yōu)選為氬，并且其濃度通常為0.1-1,000ppm，更具體為1-200ppm。標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣應(yīng)該通過(guò)高性能分析儀如API-MS檢測(cè)其精確的金屬含量。
當(dāng)標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣經(jīng)由質(zhì)量流量控制器MFC-2和閥V6通過(guò)流道G5和G4被導(dǎo)入ICP攝譜儀時(shí)，測(cè)量對(duì)應(yīng)于各種元素的發(fā)射峰強(qiáng)度。應(yīng)用峰強(qiáng)度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣濃度的標(biāo)定曲線，可以精確地確定在有機(jī)金屬化合物中雜質(zhì)的濃度。
應(yīng)該注意到的是通過(guò)提供如圖4所示的兩個(gè)分開(kāi)的標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣體的回路，可以阻止用作標(biāo)準(zhǔn)氣的化合物間的化學(xué)反應(yīng)。
在本發(fā)明的有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)中，載氣按質(zhì)量流量控制器控制的流量被引入到裝填有有機(jī)金屬化合物的反應(yīng)物容器中，從而蒸發(fā)所述有機(jī)金屬化合物。在進(jìn)入ICP攝譜儀之前通過(guò)在線監(jiān)測(cè)器測(cè)量有機(jī)金屬化合物氣體的濃度。進(jìn)料至ICP攝譜儀的有機(jī)金屬化合物氣體的濃度以及雜質(zhì)的濃度可以一直被監(jiān)測(cè)，連續(xù)改變有機(jī)金屬化合物的進(jìn)料量，可以直接觀察到雜質(zhì)濃度的變化。這樣就可以一直向ICP攝譜儀中引入具有精確濃度的有機(jī)金屬化合物氣體。
因?yàn)闃?biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣可以直接進(jìn)料至ICP攝譜儀，因此可以在線定性和定量分析在有機(jī)金屬化合物氣體中剩余的雜質(zhì)的濃度。
因?yàn)榭梢酝瑫r(shí)產(chǎn)生多種標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣，因此可以即時(shí)進(jìn)行多種雜質(zhì)的定性和定量分析。本發(fā)明排除了應(yīng)用分配器如注射器取樣液體有機(jī)金屬化合物的繁重和危險(xiǎn)的操作，明顯提高了對(duì)人體的安全性，并避免了在取樣操作過(guò)程中污染的危險(xiǎn)。從而可以應(yīng)用極少量貴重有機(jī)金屬化合物以非常高的靈敏度和可重復(fù)的方式進(jìn)行ICP分析。
因此可以按高度安全并且可重復(fù)的方式進(jìn)行靈敏度非常高的ICP分析。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，包括(1)其中裝有機(jī)金屬化合物的反應(yīng)物容器、載氣源、在線監(jiān)測(cè)器、載氣進(jìn)料流道，其中所述載氣進(jìn)料流道連接所述載氣源和所述反應(yīng)物容器，并且其上設(shè)置有用于控制載氣流量的質(zhì)量流量控制器，(2)有機(jī)金屬化合物氣體流道，所述氣體流道連接所述反應(yīng)物容器和在線監(jiān)測(cè)器，用于輸送被蒸發(fā)并且被載氣載帶的有機(jī)金屬化合物氣體，(3)ICP發(fā)射攝譜儀、樣品氣流道，所述樣品氣流道連接所述在線監(jiān)測(cè)器和所述ICP攝譜儀的樣品入口，(4)充有標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的氣體鋼瓶、連接所述氣體鋼瓶與所述樣品氣流道的標(biāo)準(zhǔn)氣流道，并且所述標(biāo)準(zhǔn)氣流道上設(shè)置有用于控制標(biāo)準(zhǔn)氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器，和(5)稀釋氣流道，所述稀釋氣流道與標(biāo)準(zhǔn)氣質(zhì)量流量控制器下游的所述標(biāo)準(zhǔn)氣體流道相連，用于輸送稀釋氣，從而調(diào)節(jié)標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度，并且其上設(shè)置有用于控制稀釋氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器。
2.權(quán)利要求1的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，包括多個(gè)標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣鋼瓶、相應(yīng)的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣流道以及相應(yīng)的多個(gè)稀釋氣流道，其中所述多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣流道中的每一個(gè)上均設(shè)置有用于控制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器，并且所述多個(gè)稀釋氣流道與對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)氣流道相連，并且其上設(shè)置有稀釋氣質(zhì)量流量控制器。
3.權(quán)利要求1或2的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述有機(jī)金屬化合物氣體流道相連的旁路流道，用于通過(guò)載氣，從而稀釋有機(jī)金屬化合物的濃度，并且其上設(shè)置有用于控制稀釋載氣流量的質(zhì)量流量控制器。
全文摘要
一種有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，包括連接載氣源和裝有有機(jī)金屬化合物MO的容器并且其上具有載氣質(zhì)量流量控制器的載氣進(jìn)料流道；連接容器和在線監(jiān)測(cè)器的用于輸送MO氣體的MO氣體流道；連接在線監(jiān)測(cè)器和ICP攝譜儀樣品入口的樣品氣流道；連接充有標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的氣體鋼瓶和樣品氣流道并且具有標(biāo)準(zhǔn)氣質(zhì)量流量控制器的標(biāo)準(zhǔn)氣流道；以及與標(biāo)準(zhǔn)氣流道相連并且其上具有稀釋氣質(zhì)量流量控制器的稀釋氣流道，該流道用于輸送稀釋氣從而調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度。
文檔編號(hào)G01N21/71GK1493716SQ0315859
公開(kāi)日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月19日
發(fā)明者平原和弘, 津寺貴信, 巖井大祐, , 信 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社