專利名稱：液體有機(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)料液體有機(jī)金屬化合物的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對(duì)于化合物半導(dǎo)體的晶體生長(zhǎng)方法，現(xiàn)在最感興趣的是應(yīng)用液體有機(jī)金屬化合物進(jìn)行金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積(MOCVD)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說，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ANALYST，May1990，Vol.115。
(3)流動(dòng)注入方法通過混合有機(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。參見歐洲專利申請(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。但指數(shù)稀釋方法(6)被認(rèn)為是相對(duì)較好的，其原因是(i)有機(jī)金屬化合物的預(yù)處理是不必要的，(ii)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，(iii)雜質(zhì)的濃度不隨時(shí)間變化，以及(iv)對(duì)于測(cè)量來說僅需少量樣品。
但在應(yīng)用中，由于其必須應(yīng)用分配器如注射器從裝填有有機(jī)金屬化合物的容器中取樣，致使指數(shù)稀釋方法存在有幾個(gè)問題。(i)在取樣操作和加入到加熱器的過程中，有可能通過中毒或灼燒而對(duì)人體造成傷害。(ii)在取樣操作過程中有機(jī)金屬化合物可能會(huì)被污染。(iii)在每次分析時(shí)必須重復(fù)取樣。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種液體有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，該系統(tǒng)確保安全操作對(duì)人體有害的有機(jī)金屬化合物，并確保僅應(yīng)用少量昂貴的有機(jī)金屬化合物可以按非常高的靈敏度和具有可重復(fù)性進(jìn)行ICP分析。
本發(fā)明涉及一種液體有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，包括(1)液體反應(yīng)物流道，該流道通過用于控制液體反應(yīng)物流量的液體質(zhì)量流量控制器連接裝有液體有機(jī)金屬化合物的液體反應(yīng)物容器和用于蒸發(fā)液體反應(yīng)物的蒸發(fā)器，(2)載氣流道，該流道通過載氣質(zhì)量流量控制器連接載氣源與蒸發(fā)器，和(3)樣品氣流道，該流道通過設(shè)置在蒸發(fā)器下游的在線監(jiān)測(cè)器與ICP發(fā)射攝譜儀的樣品入口相連。其上設(shè)置有用于控制標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器的標(biāo)準(zhǔn)氣流道與樣品氣流道相連。這種構(gòu)造排除了應(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程中污染的危險(xiǎn)。從而可以僅應(yīng)用少量貴重有機(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。應(yīng)用本發(fā)明的液體有機(jī)金屬化合物蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，可以同時(shí)產(chǎn)生多種標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣，并且可以即時(shí)進(jìn)行多種雜質(zhì)的定性和定量分析。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。
按照本發(fā)明，提供一種液體有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，包括(1)其中裝有液體有機(jī)金屬化合物的液體反應(yīng)物容器、用于蒸發(fā)液體有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)器、液體反應(yīng)物流道，所述液體反應(yīng)物流道連接所述容器和蒸發(fā)器，并且其上設(shè)置有用于控制液體有機(jī)金屬化合物流量的液體質(zhì)量流量控制器，(2)載氣源、載氣流道，其中所述載氣流道連接所述載氣源和所述蒸發(fā)器，并且其上設(shè)置有用于控制載氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器，(3)樣品氣流道，所述樣品氣流道一端與所述蒸發(fā)器的氣體出口相連，另一端與ICP發(fā)射攝譜儀的樣品入口相連，并且其上設(shè)置有在線監(jiān)測(cè)器，
(4)充有標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的氣體鋼瓶、和連接所述氣體鋼瓶與樣品氣流道的標(biāo)準(zhǔn)氣流道，其連接位置在在線監(jiān)測(cè)器的下游，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。
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)的標(biāo)準(zhǔn)氣流量的氣體質(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。
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)施方案的液體有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)/進(jìn)料系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括裝有液體有機(jī)金屬化合物(MO)的液體反應(yīng)物容器1、氬氣等的載氣源2以及蒸發(fā)器3。液體反應(yīng)物流道G1連接液體反應(yīng)物容器1和蒸發(fā)器3從而進(jìn)行流體連通。在流道G1中設(shè)置有液體質(zhì)量流量控制器MFC-1用于控制液體有機(jī)金屬化合物的流量，并在流道G1上在控制器MFC-1的上游和下游分別設(shè)置有切換閥V1和V2。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在液體有機(jī)金屬化合物中。所述系統(tǒng)還包括載氣流道G2，該流道連接載氣源2和蒸發(fā)器3從而進(jìn)行流體連通。在載氣流道G2上設(shè)置有用于控制載氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器MFC-2，并在流道G2上在控制器MFC-2的上游設(shè)置有切換閥V3。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括流道G3，該流道G3連接載氣源2與容器1用于進(jìn)行流體連通。在流道G3的上游和下游位置分別設(shè)置有壓力調(diào)節(jié)器4和切換閥V4。
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連接蒸發(fā)器3的氣體出口和ICP攝譜儀10的樣品入口。在樣品氣流道G4上設(shè)置有在線監(jiān)測(cè)器5，并且在流道G4上在監(jiān)測(cè)器的下游設(shè)置有切換閥V5。
在系統(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5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-3和切換閥V6。第二載氣流道G6從載氣源2延伸至標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5處。更具體地，第二載氣流道G6有一端與載氣源2相連；在第二載氣流道G6上從上游側(cè)到下游側(cè)依次設(shè)置有切換閥V7、氣體質(zhì)量流量控制器MFC-4和切換閥V8；并且第二載氣流道G6的另一端在切換閥V6的下游處與標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5相連。第三載氣流道G7從載氣源2延伸至標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5處。更具體地，第三載氣流道G7有一端與載氣源2相連；其上設(shè)置有切換閥V9；并且第三載氣流道G7的另一端在壓力調(diào)節(jié)器4′和質(zhì)量流量控制器MFC-3之間的位置上與標(biāo)準(zhǔn)氣流道G5相連。
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在質(zhì)量流量控制MFC-3和切換閥V6之間分支出來的，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5和切換閥V5之間從樣品氣流道G4上分支出來，并且在其上設(shè)置有切換閥V11。
在蒸發(fā)器3內(nèi)，氣/液混合區(qū)和噴嘴區(qū)緊密相鄰設(shè)置。在氣/液混合區(qū)內(nèi)，在控制其流量的同時(shí)液體有機(jī)金屬化合物與載氣混合。這樣得到的氣/液混合物以噴霧形式從噴嘴區(qū)注入從而蒸發(fā)液體有機(jī)化合物。而這樣蒸發(fā)得到的有機(jī)金屬化合物的蒸氣與載氣一起采出至延伸到噴嘴區(qū)下游的氣體出口管道。所述蒸發(fā)器3還配有加熱器(圖中未畫出)從而確保有機(jī)金屬化合物有效且穩(wěn)定地蒸發(fā)為氣體。
在線監(jiān)測(cè)器5是一種測(cè)量流過樣品氣流道G4的反應(yīng)物濃度的設(shè)備，用于確定進(jìn)料至ICP攝譜儀的反應(yīng)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5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)金屬化合物氣體流過IR吸收池，并通過IR檢測(cè)器測(cè)量氣體的IR吸收特性，并由此計(jì)算出濃度。其濃度已經(jīng)由在線監(jiān)測(cè)器5測(cè)量了的有機(jī)金屬化合物氣體通過樣品氣流道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打開閥V11，通過流道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。這樣可以在沒有壓力變化的條件下瞬時(shí)改變流路。
當(dāng)定量液體有機(jī)金屬化合物(MO)中剩余的雜質(zhì)濃度時(shí)必須有標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣?？梢酝ㄟ^用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)來制備，并利用高性能分析儀如大氣壓電離-質(zhì)譜儀(API-MS)來精確分析氣體濃度。標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣通過具有質(zhì)量流量控制器MFC-3的流道G5被導(dǎo)入ICP攝譜儀10，在該過程中進(jìn)入ICP攝譜儀的氣體流量可以通過質(zhì)量流量控制器MFC-3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峰強(qiáng)度)。
在標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣中可以應(yīng)用的化合物優(yōu)選為含有目標(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)變化的物質(zhì)。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1-100ppm。標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣應(yīng)該通過高性能分析儀如API-MS檢測(cè)其精確的金屬含量。當(dāng)標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣通過質(zhì)量流量控制器MFC-3被導(dǎo)入ICP攝譜儀時(shí)，測(cè)量對(duì)應(yīng)于各種元素的峰強(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。
為了進(jìn)一步穩(wěn)定在氣體流道中標(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，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。這樣可以在沒有壓力變化的條件下瞬時(shí)改變流路。
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)通過流道管道時(shí)，有機(jī)金屬化合物或金屬類物質(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附加到從蒸發(fā)器3延伸至在線監(jiān)測(cè)器5的流道G4的管道區(qū)、從在線監(jiān)測(cè)器5延伸至ICP攝譜儀10的流道G4的管道區(qū)、切換閥V6下游的流道G5的管道區(qū)、切換閥V8下游的流道G6的管道區(qū)、以及切換閥V11上游的流道G9的管道區(qū)上。
另外為了瞬時(shí)消除標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的記憶效果，吹掃氣可以沿流道G6經(jīng)由切換閥V7、氣體質(zhì)量流量控制器MFC-4和切換閥V8流動(dòng)。
圖4描述了按照本發(fā)明第二種實(shí)施方案的液體有機(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，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-3a和MFC-3b、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的另一端與樣品氣流道G4相連，其連接點(diǎn)在在線監(jiān)測(cè)器5和切換閥V5之間。流道G5a和G5b由具有閥V8a、V8b、V9a和V9b的流道G6和G7連接。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。
在本發(fā)明第一或第二種實(shí)施方案的液體有機(jī)金屬化合物蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)中，建議對(duì)從裝填有液體有機(jī)金屬化合物(MO)的液體反應(yīng)物容器1延伸至蒸發(fā)器3的液體反應(yīng)物流道G1應(yīng)用具有最小長(zhǎng)度且外徑至多1/8英寸的流道，對(duì)剛好設(shè)置在反應(yīng)物容器1下游的主閥V1來說應(yīng)用較小尺寸的閥，因?yàn)檫@樣在液體質(zhì)量流量控制器MFC-1、蒸發(fā)器3、主閥V1或液體反應(yīng)物流道G1內(nèi)的死體積可以達(dá)到最小化。
在本發(fā)明第一或第二種實(shí)施方案的液體有機(jī)金屬化合物蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)中，從液體質(zhì)量流量控制器MFC-1進(jìn)料到蒸發(fā)器3的液體有機(jī)金屬化合物(MO)的流量?jī)?yōu)選為0.005-1g/min，更優(yōu)選為0.01-0.1g/min。進(jìn)料至蒸發(fā)器3的載氣流量?jī)?yōu)選為10-3,000ml/min，更優(yōu)選為50-1,000ml/min。通過質(zhì)量流量控制器MFC-3的標(biāo)準(zhǔn)氣的流量?jī)?yōu)選為0.1-100ml/min，更優(yōu)選為1-10ml/min。
下面描述系統(tǒng)的操作。打開切換閥V3，使載氣流過載氣質(zhì)量流量控制器MFC-2，其中流量已經(jīng)預(yù)先設(shè)定，然后引導(dǎo)載氣通過氣體流道G4并經(jīng)由在線監(jiān)測(cè)器5從蒸發(fā)器3進(jìn)入ICP攝譜儀。按這種狀態(tài)進(jìn)行的ICP測(cè)量的結(jié)果為空白。
載氣通過壓力調(diào)節(jié)器4被調(diào)節(jié)至預(yù)定壓力，并通過切換閥V4輸送至液體反應(yīng)物容器1中，從而增加容器1內(nèi)的壓力。如果主閥V1在這種狀態(tài)下是打開的，則液體有機(jī)金屬化合物(MO)從容器1通過汲取管和主閥V1被朝著液體質(zhì)量流量控制器MFC-1置換。如果切換閥V2是打開的，則液體有機(jī)金屬化合物到達(dá)質(zhì)量流量控制器MFC-1從而啟動(dòng)流量控制。
然后液體有機(jī)金屬化合物(MO)按預(yù)定流量通過流道G1至蒸發(fā)器3，在蒸發(fā)器3中被很大體積的載氣稀釋并與之混合，而所述載氣是由載氣源2經(jīng)由氣體質(zhì)量流量控制器MFC-2引入的。與此同時(shí)在蒸發(fā)器3中，有機(jī)金屬化合物立即被加熱至預(yù)定溫度，通常為150℃，并因此而完全蒸發(fā)。然后所述有機(jī)金屬化合物氣體以高速被引導(dǎo)至在線監(jiān)測(cè)器5并通過流道G4。
在線監(jiān)測(cè)器5測(cè)量被載氣稀釋并與之混合的有機(jī)金屬化合物氣體的濃度，并確定所述濃度是否為預(yù)定濃度。從在線監(jiān)測(cè)器5流出的有機(jī)金屬化合物氣體通過流道G4并經(jīng)由切換閥V5進(jìn)入ICP攝譜儀10。
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)氣可以通過質(zhì)量流量控制器MFC-3并通過流道G5和G6而被引入到ICP攝譜儀10中。
在ICP分析中感興趣的液體有機(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-丁基膦和叔-丁基砷。所有的液體有機(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伞？梢岳斫獾氖侨绻鳛闇y(cè)量對(duì)象的金屬雜質(zhì)沒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。
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。打開切換閥V5，并且按照氣體質(zhì)量流量控制器MFC-2控制的流量導(dǎo)入載氣(氬)。載氣流量被設(shè)定為500-700ml/min的水平，該水平對(duì)氬等離子體的持續(xù)穩(wěn)定燃燒是必須的。此時(shí)載氣經(jīng)由蒸發(fā)器3和在線監(jiān)測(cè)器5被導(dǎo)入ICP攝譜儀10。
當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器4被設(shè)定為壓力2kg/cm2后，關(guān)閉切換閥V9，打開主閥V1，并且然后將主閥V4適度打開。在這種狀態(tài)下打開切換閥V2，隨后液體質(zhì)量流量控制器MFC-1立即開始流量控制，按預(yù)定流量向蒸發(fā)器3的進(jìn)料液體有機(jī)金屬化合物。當(dāng)液體質(zhì)量流量控制器MFC-1的設(shè)定值在0.01-0.1g/min的范圍內(nèi)時(shí)，可以得到較好的分析結(jié)果。
液體有機(jī)金屬化合物(MO)到達(dá)蒸發(fā)器3，在其中其被很大體積的載氣稀釋且與之混合，并通過加熱器(圖中未畫出)瞬時(shí)被加熱至150℃。這樣產(chǎn)生的有機(jī)金屬化合物氣體被以高速輸送至在線監(jiān)測(cè)器5并通過流道G4。通過在線監(jiān)測(cè)器5測(cè)量濃度后，有機(jī)金屬化合物氣體通過氣體流道G4并經(jīng)由切換閥V5被直接導(dǎo)入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。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。這樣可以在沒有壓力變化的條件下瞬時(shí)改變流路。
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1-100ppm。標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣應(yīng)該通過高性能分析儀如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-3通過流道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。
為了進(jìn)一步穩(wěn)定氣體流道中標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度，在關(guān)閉切換閥V6并打開切換閥V10的條件下通過流道G8排放氣體約2-5分鐘是有效的。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。這樣可以在沒有壓力變化的條件下瞬時(shí)改變流路。
在本發(fā)明的液體有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)中，從反應(yīng)物容器流出的液體有機(jī)金屬化合物被精確測(cè)量，并通過質(zhì)量流量控制器控制流量，然后在蒸發(fā)器中被蒸發(fā)并與載氣混合，完全蒸發(fā)的有機(jī)金屬化合物的濃度由在線監(jiān)測(cè)器確定。這樣具有精確濃度的有機(jī)金屬化合物氣體可以一直被引入到ICP攝譜儀中。另外由于標(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。這樣就排除了應(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程中污染的危險(xiǎn)。從而可以應(yīng)用少量貴重有機(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。
本發(fā)明的液體有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)是由于可以同時(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。當(dāng)這種標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣被分為幾組時(shí)，則阻止了用作標(biāo)準(zhǔn)氣的化合物間的化學(xué)反應(yīng)。
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
1.一種液體有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，包括(1)其中裝有液體有機(jī)金屬化合物的液體反應(yīng)物容器、用于蒸發(fā)液體有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)器、液體反應(yīng)物流道，所述液體反應(yīng)物流道連接所述容器和所述蒸發(fā)器，并且其上設(shè)置有用于控制液體有機(jī)金屬化合物流量的液體質(zhì)量流量控制器，(2)載氣源、載氣流道，其中所述載氣流道連接所述載氣源和所述蒸發(fā)器，并且其上設(shè)置有用于控制載氣流量的氣體質(zhì)量流量控制器，(3)樣品氣流道，所述樣品氣流道一端與所述蒸發(fā)器的氣體出口相連，另一端與ICP發(fā)射攝譜儀的樣品入口相連，并且其上設(shè)置有在線監(jiān)測(cè)器，(4)充有標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣的氣體鋼瓶、和連接所述氣體鋼瓶與所述樣品氣流道的標(biāo)準(zhǔn)氣流道，其連接位置在所述在線監(jiān)測(cè)器的下游，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。
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)氣鋼瓶以及相應(yīng)的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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。
全文摘要
一種液體有機(jī)金屬化合物的蒸發(fā)和進(jìn)料系統(tǒng)，包括裝有液體有機(jī)金屬化合物MO的容器；用于蒸發(fā)MO的蒸發(fā)器；連接所述容器和蒸發(fā)器并且具有液體MO質(zhì)量流量控制器的液體流道；載氣源；連接所述載氣源與蒸發(fā)器并且具有載氣質(zhì)量流量控制器的載氣流道；連接所述蒸發(fā)器和ICP發(fā)射攝譜儀并且具有在線監(jiān)測(cè)器的樣品氣流道；標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)氣鋼瓶；以及連接鋼瓶和在所述在線監(jiān)測(cè)器下游的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。
文檔編號(hào)C30B25/14GK1493717SQ0315859
公開日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