光伏電池用硅材料中P、As、Sb施主雜質(zhì)含量的二次離子質(zhì)譜測量方法（GB/T 29852-2013）

1范圍 　　本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用二次離子質(zhì)譜儀（SIMS)測定光伏電池用硅材料中磷、砷和銻含量的方法。 　　本標(biāo)準(zhǔn)適用于光伏電池用硅材料中施主雜質(zhì)磷、砷和銻含量的定量分析，其中磷、砷和銻的濃度均大于1×1014atoms/c?。 　　2方法原理 　　3干擾因素 　　3.1樣品表面吸附的磷、砷、銻會干擾樣品中磷、砷、銻的測量。 　　3.2從SIMS儀器樣品室吸附到樣品表面的硼和鋁會干擾樣品中磷、砷、銻的測量。 　　3.3在樣品架窗口范圍內(nèi)的樣品表面應(yīng)平整，以保證每個樣品移動到分析位置時，其表面與離子收集光學(xué)系統(tǒng)的傾斜度不變，否則測量的準(zhǔn)確度和精度會降低。 　　3.4測量的準(zhǔn)確度和精度隨著樣品表面粗糙度的增大而顯著降低，可通過對樣品表面進行化學(xué)機械拋光予以消除。 　　3.5標(biāo)準(zhǔn)樣品中磷、砷、銻分布不均勻會影響測量精度。 　　3.6標(biāo)準(zhǔn)樣品中磷、砷、銻標(biāo)稱濃度的偏差會導(dǎo)致測量結(jié)果的偏差。 　　3.7因儀器不同或者同一儀器的狀態(tài)不同，檢測限可能不同。 　　3.8因為二次離子質(zhì)譜分析是破壞性的試驗，所以應(yīng)進行取樣，且所取樣品應(yīng)能代表該批硅料的性質(zhì)。 　　本標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定統(tǒng)一的取樣方法，因為大多數(shù)合適的取樣計劃根據(jù)樣品情況不同而有區(qū)別。為了達到仲裁目的，取樣計劃應(yīng)在測試之前得到測試雙方的認(rèn)可。 　　4儀器及設(shè)備 　　4.1扇形磁場二次離子質(zhì)譜儀 　　儀器需要裝備艷一次離子源，能檢測負(fù)二次離子的電子倍增器和法拉第杯檢測器，質(zhì)量分辨率優(yōu)于4000。 　　4.2液氮或者液氮冷卻低溫板 　　如果分析室的真空度大于1.3×10-6Pa，應(yīng)用液氮或者液氦冷卻的低溫板環(huán)繞分析室中的樣品架。 　　如果分析室的真空度小于1.3×10-6Pa，則不需要上述冷卻。 　　4.3測試樣品架 　　要保證樣品架上各樣品的分析表面處于同一平面并垂直于引出電場（約幾千伏，根據(jù)儀器型號的不同而不同）。 　　5試樣準(zhǔn)備 　　5.1標(biāo)準(zhǔn)樣品 　　需要一個共摻雜或分別摻雜磷、砷、銻的硅單晶標(biāo)準(zhǔn)樣品，且磷、砷、銻的體濃度經(jīng)過各方都認(rèn)同的 　　其他測量方法測定，濃度在(1-10)×1016atoms/c?范圍內(nèi)，分布均勻性在5％以內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)樣品的分析面應(yīng)進行化學(xué)腐蝕拋光或者效果更好的化學(xué)機械拋光，使其平坦光滑。 　　5.2空白樣品 　　需要一個磷、砷、銻濃度均低于5×1013atoms/c?的真空區(qū)熔硅單晶作為空白樣品。空白樣品的分析面同樣應(yīng)進行化學(xué)腐蝕拋光或者效果更好的化學(xué)機械拋光，使其平坦光滑。 　　5.3測試樣品 　　測試樣品的分析面同樣應(yīng)進行化學(xué)腐蝕拋光或者效果更好的化學(xué)機械拋光，使其平坦光滑，且樣品尺寸應(yīng)適合放人樣品架內(nèi)。 　　6操作步驟 　　6.1樣品裝載 　　將樣品裝人二次離子質(zhì)譜儀（SIMS)的樣品架，并檢查確認(rèn)樣品是否平坦地放在窗口背面，并盡可能多覆蓋窗口。一次裝載的樣品包括空白樣品、標(biāo)準(zhǔn)樣品和測試樣品。 　　6.2儀器調(diào)試 　　6.2.1按照儀器說明書開啟儀器，二次離子質(zhì)譜儀（SIMS)應(yīng)狀態(tài)良好（例如經(jīng)過烘烤），以盡可能降低儀器背景。 　　6.2.2根據(jù)4.2中描述條件，如果需要使用冷卻裝置，則將液氮或者液氦裝人冷阱。 　　6.3分析條件 　　6.4樣品分析 　　6.4.1移動樣品架，使樣品上的濺射坑形成在窗口的中心位置附近。 　　6.4.2對中一次束，開始SIMS剖析。首先用第一掃描條件濺射樣品50-100個磁場周期，直到磷或砷、銻的信號強度穩(wěn)定，以除去晶片表面自然氧化層中典型存在的殘留的表面沾污。然后減小掃描面積到第二掃描條件，繼續(xù)濺射樣品，直到磷或砷、銻的信號穩(wěn)定。 　　7結(jié)果計算 　　7.1分別按式（1)、式(2）和式(3）計算磷、砷、銻的相對靈敏度因子： 　　8精密度 　　在同一實驗室，由同一操作者使用同一臺儀器，按照本方法對取自同一硅片的10個樣品進行了磷、砷和銻含量的測試。所測得的磷濃度的平均值為1.5×1014atoms/c?，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.4×1013atoms/c?，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差是9.3%；砷濃度的平均值為1.0×1014atoms/c?，標(biāo)準(zhǔn)偏差為7.8×1013atoms/c?，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差是7.8%；銻濃度的平均值為1.2×1014 atoms/c?，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.2×1013atoms/c?，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差是10.0%。 　　9報告 　　報告至少應(yīng)包括以下內(nèi)容： 　　a)送樣單位和送樣日期； 　　b）樣品名稱、規(guī)格和編號； 　　c)樣品狀態(tài)描述； 　　d)取樣位置； 　　e)標(biāo)準(zhǔn)樣品和空白樣品信息； 　　f)儀器型號； 　　g）測量環(huán)境； 　　h)測量結(jié)果，包括相對靈敏度因子和雜質(zhì)濃度； 　　i)操作者、測量日期、測量單位。