摘 要：影響太陽(yáng)能電池發(fā)電的一個(gè)重要的因素就是太陽(yáng)能級(jí)晶體硅的雜質(zhì)種類以及質(zhì)量，所以，檢測(cè)太陽(yáng)能級(jí)晶體硅中雜質(zhì)就成為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。伴隨著當(dāng)今社會(huì)光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，雜質(zhì)檢測(cè)技術(shù)也不斷地進(jìn)行升級(jí)改造。文章主要詳細(xì)介紹了電感耦合等離子體質(zhì)譜法、二次離子質(zhì)譜（SIMS）法、輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法、激光電離質(zhì)譜（LIMS）法并詳細(xì)探討這四種質(zhì)譜法的應(yīng)用原理以及特點(diǎn)，從而為檢測(cè)太陽(yáng)級(jí)晶體硅中雜質(zhì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能級(jí)晶體硅；雜質(zhì)檢測(cè)；質(zhì)譜檢測(cè)

1 四種質(zhì)譜法的詳細(xì)介紹

1.1 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法興起于20世紀(jì)80年代，是一種分析測(cè)試無(wú)機(jī)元素和同位素的技術(shù)，它是一種高靈敏度的分析技術(shù)，既具備電感耦合等離子體的高溫電離特性的優(yōu)點(diǎn)，也具備質(zhì)譜計(jì)的靈敏快速掃描的優(yōu)點(diǎn)。主要用在同時(shí)測(cè)定多種元素，也可以和聯(lián)用其他色譜分離技術(shù)，分析元素價(jià)態(tài)。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法過(guò)程是：由載氣將樣品引入霧化系統(tǒng)進(jìn)行霧化，形成氣溶膠的形式，并進(jìn)入等離子中心區(qū)，利用高溫和惰性氣氛進(jìn)行電離、被去溶劑化和氣化解離，形成帶正電的正離子，經(jīng)過(guò)離子采集系統(tǒng)進(jìn)入質(zhì)譜儀，并根據(jù)質(zhì)荷比進(jìn)行分離，從而根據(jù)元素質(zhì)譜峰的強(qiáng)度來(lái)測(cè)定相應(yīng)元素的含量。在對(duì)元素用質(zhì)譜法進(jìn)行分析時(shí)，要注意其相當(dāng)高的靈敏度，所以，質(zhì)譜法對(duì)儀器的要求是非常高的，一般情況下，儀器主要包括四極桿質(zhì)量的分析器、檢測(cè)器、離子透鏡系統(tǒng)、電感耦合等離子體離子源、接口、樣品引入系統(tǒng)等，支持系統(tǒng)主要是指冷卻系統(tǒng)、氣體控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。在這里，主要介紹一下樣品引入系統(tǒng)。樣品引入系統(tǒng)主要分為液體進(jìn)樣、固體進(jìn)樣和氣體進(jìn)樣，而通常采用的就是氣體進(jìn)樣。系統(tǒng)主要分為提升和物化兩個(gè)環(huán)節(jié)。在提升環(huán)節(jié)，主要使用蠕動(dòng)泵或者自提升霧化器。使用蠕動(dòng)泵必須要注意樣品溶液能夠勻速的進(jìn)入，廢液也能夠順利地排除，這就需要蠕動(dòng)泵能夠有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速和彈性良好的泵管。

1.2 二次離子質(zhì)譜（SIMS）法

二次離子質(zhì)譜（SIMS）法是一種有著較高靈敏度的獨(dú)具特色的分析手段，在微電子技術(shù)、納米技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)以及化學(xué)技術(shù)方面有著廣泛的應(yīng)用。主要原理是利用一束離子轟擊樣品的表面，再用質(zhì)譜儀分析樣品表面的原子濺射出來(lái)的成為帶電離子的荷質(zhì)比，這樣就可以知道比較靈敏的表面成分，這一高端的表面分析技術(shù)能夠鑒定出有機(jī)成分的分子結(jié)構(gòu)。

在1981年，為了能夠讓這一技術(shù)的靈敏度有所提高，chait和standing將二次離子質(zhì)譜技術(shù)引入了飛行時(shí)間裝置。而且，降低脈沖的重復(fù)頻率不僅可以擴(kuò)展質(zhì)量范圍，而且還可以減低本底干擾和提高分辨率，所以，這項(xiàng)技術(shù)成為質(zhì)譜儀的研究熱點(diǎn)。雖然，二次離子質(zhì)譜技術(shù)有著許多的優(yōu)點(diǎn)，比如，在超高真空下進(jìn)行測(cè)試，樣品表層的真實(shí)信息能夠很好的保留下來(lái)，而且，可以檢測(cè)同位素，這就便于對(duì)同位素進(jìn)行分析或了解。但是，這項(xiàng)技術(shù)也存在很大的局限，比如，包含太過(guò)豐富的信息，尤其在低分辨率時(shí)分析復(fù)雜成分就更加困難。還有，一次離子對(duì)樣品也會(huì)造成一定量的損失，尤其動(dòng)態(tài)的二次離子質(zhì)譜。在分析絕緣樣品時(shí)必須經(jīng)過(guò)特殊的處理才能使用也給研究帶來(lái)一些困難。

1.3 輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法

輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法是一種針對(duì)固體樣品做出分析的一項(xiàng)技術(shù)，在半導(dǎo)體、導(dǎo)體、金屬、氣體、深度等材料的雜質(zhì)分析方面有著廣泛的應(yīng)用。由于離子源裝置的改進(jìn)和制樣方法的改進(jìn)，輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法也能用于氧化粉末、太陽(yáng)能級(jí)晶體硅的雜質(zhì)的測(cè)量。輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法是一種直接有效的分析固體材料的方法，輝光放電離子源是在上千伏的電壓下，利用低壓惰性氣體電離出電子，然后形成正離子之后就會(huì)加快速度到陰極表面，從而由此而產(chǎn)生的陰極原子在撞擊待測(cè)樣品構(gòu)成的陰極之后產(chǎn)生濺射，最后在等離子體中通過(guò)彭寧碰撞和電子轟擊產(chǎn)生可以進(jìn)入質(zhì)樸檢測(cè)的待測(cè)離子。輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法中的輝光放電是低壓放電的一種。樣品原子會(huì)和放電之后產(chǎn)生大量的亞穩(wěn)態(tài)惰性氣體原子或是離子相碰撞，這樣就使樣品能夠高度濺射和中離。輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法具有固體進(jìn)樣、分析速度快，樣品準(zhǔn)備過(guò)程簡(jiǎn)單，線性范圍寬，基體效應(yīng)小的優(yōu)點(diǎn)。選擇輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法必須選擇合適的放電條件，才能夠在樣品表面形成平底坑，能夠深度分析，其分辨率可以滿足微米量級(jí)的層狀樣品。在市場(chǎng)中輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法主要使用直流放電源，但是必須使用混合法或者是第二陰極法才能夠?qū)Ψ菍?dǎo)電材料進(jìn)行測(cè)量，這些缺陷導(dǎo)致輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法不能夠廣泛應(yīng)用在非半導(dǎo)體材料中。但是，如果在精確度不高的情況下，輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法還是具備一定的應(yīng)用價(jià)值，尤其在固體樣品同位素的測(cè)量方面。

1.4 激光電離質(zhì)譜（LIMS）法

激光電離質(zhì)譜（LIMS）法的檢測(cè)原理主要是激光器發(fā)射一束激光束，聚焦到樣品的表面，樣品的表面被一下子加熱，溶化并氣化成原子的形態(tài)，形成很高的能量密度，產(chǎn)生高溫等離子體。樣品成為原子態(tài)后，原子最外邊的電子就會(huì)將與原子電離后的能量吸收，從而擺托原子核的束縛，發(fā)生離子化，整個(gè)過(guò)程完成的十分迅速。樣品產(chǎn)生離子后，與輔助氣體相互碰撞，當(dāng)能量冷卻后，去除高價(jià)離子之后進(jìn)入質(zhì)譜質(zhì)量分析器進(jìn)行分析檢測(cè)，根據(jù)質(zhì)荷比，對(duì)樣品進(jìn)行定性分析，根據(jù)質(zhì)譜峰的強(qiáng)度，完成對(duì)樣品的定量分析。

激光電離質(zhì)譜（LIMS）法的優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)，首先，激光電離質(zhì)譜（LIMS）法簡(jiǎn)單快速，不用對(duì)樣品進(jìn)行特殊的處理，不用破壞樣品，不用提前處理尺寸和形狀，這樣就大大減少了分析的時(shí)間。其次，當(dāng)激光束照射在樣品表面的時(shí)候，樣品的大部分元素都被電離，所以，就算元素不同，靈敏度也是相對(duì)比較統(tǒng)一的。這樣，就便于得到樣品中各個(gè)元素的組成，而不用標(biāo)準(zhǔn)樣品。最后，由于激光電離質(zhì)譜（LIMS）法離子化需要較高的溫度，所以分餾效應(yīng)會(huì)大大的降低，這樣提高了分析的準(zhǔn)確性，因?yàn)闃悠分械碾x子就和濺射電離產(chǎn)生的離子相匹配。而且，激光電離質(zhì)譜（LIMS）法分析速度快，分析的過(guò)程中由于不需要使用大量的高純度氣體而使得分析的費(fèi)用大大地降低，但這個(gè)需要結(jié)合飛行時(shí)間質(zhì)量檢測(cè)器。但是，激光電離質(zhì)譜（LIMS）法也存在一些缺點(diǎn)，最大的問(wèn)題就是技術(shù)尚在研究階段，無(wú)法商業(yè)化，所以沒(méi)有儀器提供，因?yàn)橛行┰氐臋z測(cè)限還沒(méi)有達(dá)到一些太陽(yáng)能級(jí)晶體硅的純度要求，無(wú)法使用飛行時(shí)間質(zhì)量檢測(cè)器。另外，使用ns級(jí)的激光器必須需要標(biāo)準(zhǔn)樣品，才能準(zhǔn)確定量。激光電離質(zhì)譜（LIMS）法要想使分流效應(yīng)大大減少，必須使用飛秒級(jí)的激光器。這樣在空間的分辨率和檢測(cè)限以及分析速度方面都會(huì)大大的提高。

2 結(jié)束語(yǔ)

質(zhì)譜法是目前具有較強(qiáng)發(fā)展前景的一類方法，其最大的優(yōu)勢(shì)是具有全元素分析能力，同時(shí)具備超低檢出限和強(qiáng)抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)，其成本過(guò)高是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一，也是限制其廣泛應(yīng)用的主要原因。但是，在國(guó)內(nèi)外，在太陽(yáng)能級(jí)晶體硅中雜質(zhì)檢測(cè)中，質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)是比較看好的一類方法。

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