邱昌福談敦玲劉尚文宋艷紅王愛艷

（1.浙江建業(yè)化工股份有限公司，浙江 建德 311604；2.浙江建業(yè)微電子材料有限公司，浙江 建德 311604）

超純氨中微量水分的測定

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（1.浙江建業(yè)化工股份有限公司，浙江 建德 311604；2.浙江建業(yè)微電子材料有限公司，浙江 建德 311604）

本文敘述了一種使用光腔衰蕩光譜法測定超純氨中微量水分含量的方法，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用這種方法分析超純氨的水含量簡單、快速可行，能滿足產(chǎn)品生產(chǎn)監(jiān)測的需要。

微量水分析；光腔衰蕩光譜法

超純氨是微電子氮化硅和氮化鎵掩蔽膜的主要材料，是光電子領(lǐng)域、半導(dǎo)體、發(fā)光二極管（LED）行業(yè)的重要原材料。其純度對器件產(chǎn)品的使用壽命、材料的電學(xué)性能和光學(xué)性能具有直接的影響[1]。

有文獻(xiàn)表明[2]，超純氨在硅片中的生產(chǎn)中僅含0.005%的微量水分時，都會使整個硅片報(bào)廢。因此，氨中水含量指標(biāo)一直被嚴(yán)格監(jiān)控。測量超純氨中微量水分一般使用專業(yè)的水分分析儀器來完成[3,4,5]，超純氨中水分檢測應(yīng)用較多的儀器主要有三種類型：電容式、電解式和晶體振蕩式。這三種分析原理的儀器型號眾多，其精度、準(zhǔn)確性、應(yīng)用范圍等各不相同[6]。本文簡述了光腔衰蕩光譜法[7]檢測超純氨氣中水含量原理及其在實(shí)際工作中的應(yīng)用。

1 采樣及管路連接

1.1 采樣

檢測超純氨中微量水分對操作要求非常高，管線接頭、采樣閥的潔凈度、流量及濕度對都會影響測量的結(jié)果。所以，一般選用死體積小的針閥或減壓器，管線選用內(nèi)壁潔凈度高的、短的不銹鋼管，內(nèi)徑則以尺寸為1/16 in或1/8 in較好；測量時氣體流量控制在200-1500 mL/min范圍內(nèi)，室溫控制在20-40℃，濕度則控制在30%～80%范圍，具體操作要求應(yīng)結(jié)合儀器的相關(guān)參數(shù)。

1.2 管路連接

采用高純氣體連續(xù)吹掃置換管線、閥件、水分分析儀器的氣體，使整個系統(tǒng)保持潔凈、干燥，管路一般采用VCR連接，選用金屬膜片和沒有死角的減壓器。從氣源到分析儀入口采用最短的管線連接。氣路連接方式見圖1。

圖1 氣路連接方式

2 微量水分的測量方法

超純氨中水分的測定方法是基于光腔衰蕩光譜（CRDS）原理，檢測時一小部分脈沖激光會進(jìn)入光腔，且經(jīng)過高度反射性鏡面多次反射，每進(jìn)行一次反射都會有微小的光透過鏡面而離開光腔，這部分微小光就形成了光腔衰蕩信號。在光腔衰蕩光譜法測量中，首先測量沒有樣品吸收時的衰蕩時間，此時激光的頻率被調(diào)到分子沒有吸收的位置。然后再測量分子吸收高峰頻率位置時的衰蕩時間。這兩個測量位置的反射率基本恒定，激光頻率都處于鏡面反射區(qū)。最后通過計(jì)算分子密度，計(jì)算出氣體中的水含量。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 儀器

Tigeroptics HALO3-H2O。

3.2 材料

超純氨裝置在線氨氣(99.99999%)，鋼瓶氨氣(99.9999%)。

3.3 方法

用樣品對采樣管路進(jìn)行充分吹掃、置換，保證系統(tǒng)的潔凈、干燥。設(shè)定氣體流速為2L/min，溫度25℃，濕度55%。使用該儀器檢測在線超純氨及瓶裝氨氣體的含水量，待儀器穩(wěn)定時，讀取氨氣體中的水分含量。每隔20 min讀數(shù)一次，連續(xù)讀五次，其結(jié)果見表1、2。

表1 超純NH3中水含量在線測定單位：10-9

表2 鋼瓶中超純NH3含水量的測定單位：10-9

3.4 結(jié)論

從表1、2中可看出，使用Tigeroptics HALO3-H2O光腔衰蕩色譜法測量超純氨中的水分含量，檢測結(jié)果準(zhǔn)確度高、操作簡單、穩(wěn)定性好，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2%，滿足超純氨中痕量水的測試，可以用于超純氨生產(chǎn)中的在線及成品質(zhì)量的控制、監(jiān)測。

4 結(jié)語

通過多次檢測使用光腔衰蕩光譜法測量超純氨中微量水分，發(fā)現(xiàn)此法具有靈敏度高，穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度高，響應(yīng)快速，操作簡單的特點(diǎn)，效果良好，能滿足產(chǎn)品生產(chǎn)監(jiān)測。

[1]孫福楠.5.5N以上超純氨的研制及產(chǎn)業(yè)化[J].低溫與特氣,2002，20；25.

[2]孫福楠,高純氨的大規(guī)模生產(chǎn)[J].半導(dǎo)體技術(shù)，1998，23（1）:44-46.

[3]Tadahiro Ohmi.Trace moisture Analysis in Specilaity Gases [J].Electrochem.Soc,1992,139:2654.

[4]張鳳利.氣體中微量水分析方法概述[J].低溫與特氣，2010，28(6)：8-10．

[5]葉相平.淺述高純氣體中微量水的分析[J].低溫與特氣，2014，32(3):33-36.

[6]黃健，江艷霞?xì)怏w中微量水分的在線檢測[J].江西冶金，2016,36(3):44-48.

[7]閻文斌.微量氣體定量分析的新方法：光腔衰蕩光譜[J].低溫與特氣，2007，25:35.