Способ определения легирующих добавок золота и кобальта в полупроводниковых материалах на основе диоксида олова



Способ определения легирующих добавок золота и кобальта в полупроводниковых материалах на основе диоксида олова
Способ определения легирующих добавок золота и кобальта в полупроводниковых материалах на основе диоксида олова
G01N1/28 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

Владельцы патента RU 2649136:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) (RU)

Изобретение относится к области химического анализа. Способ включает обработку образца полупроводникового материала раствором кислот HNO3 и HCl, взятых в объемном соотношении 1:3, и ультразвуком для перевода добавок из поверхности материала в раствор, отбор аликвоты раствора для последующего определения добавок на поверхности материала с последующими промывкой материала до удаления компонентов надосадочного раствора и его разложением в автоклаве смесью кислот HNO3, HCl, HF, взятых в количестве, обеспечивающем растворение диоксида олова, полученный раствор анализируют методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой для определения концентрации добавок в объеме материала. Достигается повышение точности и надежности анализа. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к области химического анализа, а именно к способу определения легирующих примесей кобальта и золота и их распределения в объеме и на поверхности нанокристаллических полупроводниковых материалов на основе диоксида олова методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Материалы состоят из агрегированных наночастиц диоксида олова с добавками золота и оксида кобальта. Сущность способа заключается в предварительном растворении золота и оксида кобальта на поверхности смесью кислот (HNO3:HCl в объемном соотношении 1:3), центрифугировании образца и быстрой декантации надосадочного раствора. Процедура повторяется дважды и сопровождается контролем содержания кобальта и золота в промывной жидкости. Применение данного способа практически исключает переход в раствор основного компонента олова. После растворения добавок на поверхности образцы разлагают в смеси HNO3, HCl, HF в микроволновой печи для определения Со, Au и основного компонента Sn в объеме материала. Техническим результатом являются концентрации легирующих примесей золота и кобальта раздельно на поверхности и в объеме нанокристаллических материалов на основе диоксида олова с применение метода ИСП-МС.

Уровень техники

Нанокристаллические материалы с развитой поверхностью на основе диоксида олова широко используются для создания полупроводниковых газовых сенсоров, которые применяются в системах экологического мониторинга состояния воздуха в жилых и рабочих зонах. Для улучшения селективности материалов на основе диоксида олова их модифицируют, создавая сложные системы путем введения в высокодисперсную оксидную матрицу каталитических добавок: металлов платиновой группы или оксидных катализаторов. В процессе синтеза модификаторы распределяются сложным образом между поверхностью и объемом, при этом изменяются основные функциональные свойства материала: величина электропроводности, которая определяется концентрацией примеси в объеме, и реакционная способность при взаимодействии с газами, контролируется концентрацией модификаторов на поверхности. Поэтому определение состава материала раздельно на поверхности и в объеме является важной задачей для установления зависимости «состав - сенсорные свойства».

Для характеристики новых сенсорных материалов обычно изучают их структуру, размер частиц, оптические свойства. Для этих целей используют методы анализа поверхности, такие как просвечивающая электронная микроскопия, локальный рентгеноспектральный анализ /1. В.В. Кривецкий, А. Понзони, Э. Комини, С.М. Бадалян, М.Н. Румянцева, А.М. Гаськов. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, 2010, том 46, №10, с. 1218-1224/, рентгеновская флуоресцентная спектроскопия. Недостатками первых двух методов для изучения элементного состава материалов являются ограничение толщины слоя (не более 10 нм), а также локальность, то есть ограничение площади или объема поверхности, в которой возможно определение заданного химического элемента. Для применения метода РФЛ необходимы стандартные образцы состава, которые отсутствуют для новых материалов. Возможность изучения распределения добавок отсутствует во всех случаях.

Так, параметры материалов на основе SnO2 с добавками кобальта характеризовали методами рентгеноспектрального анализа и электронной микроскопии, а содержание добавок определяли, как введенное при синтезе. /2. Zeba Nasir, Mohammad Shakir, Rizwan Wahab, Mohd Shoeb, Parvez Alam, Rizwan Hasan Khan, Mohammad Mobin, Lutfullah. International Journal of Biological Macromolecules 94 (2017) 554-565. В работе /3. B. Babu, A.N. Kadam, R.V.S.S.N. Ravikumar, Chan Byon. Journal of Alloys and Compounds 703 (2017) 330-336./ Отмечено увеличение интенсивности пиков поглощения материала с увеличением введенного количества меди, однако содержание меди определяли как введенное при синтезе.

Ранее нами предложены способы определения сурьмы, палладия, рутения, золота в материалах на основе диоксида олова методами ИСП-МС и РФЛ. К недостаткам предложенных методик следует отнести отсутствие данных о распределении добавок (Филатова Д.Г., Жукова А.А., Подолько Е.В., Румянцева М.Н., Гаськов A.M., Большое М.А. Журнал аналитической химии, том 67, №12, с. 1063-1067; Туркин А.А., Серегина И.Ф., Филатова Д.Г., Чижов А.С., Карпов Ю.А. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, издательство ТЕСТ-ЗЛ (М.), том 80, №10, с. 5-7; Филатова Д.Г., Алов Н.В., Марикуца А.В., Серегина И.Ф. Вестник Московского университета. Серия 2: Химия, издательство Изд-во Моск. ун-та (М.), том 56, №5, с. 38-41; Филатова Д.Г., Алов Н.В., Шаранов П.Ю., Марикуца А.В. Вестник Московского университета. Серия 2: Химия, издательство Изд-во Моск. ун-та (М.), том 56, №2, с. 75-77).

В литературе не описаны способы определения концентрации легирующих добавок раздельно в объеме и на поверхности нанокристаллических материалов, способов оценки общего содержания примесей известно немного, применение метода ИСП-МС для этих целей не обсуждалось.

Известен способ определения галлия в полупроводниковых материалах (Шляхов А.Т., Шляхова А.Г., RU 2561335, 2014 г.), который заключается в охлаждении предварительно нагретых исследуемого и эталонного веществ. Эти вещества помещают на сенсоры из анизотропных элементов с термоэлектрическими свойствами и измеряют дифференциальный тепловой поток от температуры. По величине скачков на этой зависимости определяют искомую величину. Эталон и исследуемый образец, приготовленные в виде порошка массой ≤1 мг с дисперсностью ≈0,1 мг, располагают непосредственно на тепловых сенсорах, нагревают воздействием инфракрасного лазера с длиной волны 10,6 мкм в течение 1-5 секунд на 100-200 градусов выше температуры плавления микровключений галлия. Затем с такой же скоростью осуществляют закалку расплава галлия с образованием жидкой фазы β-Ga, далее снимают зависимость при термоэлектрическом охлаждении в области температур кристаллизации фазы β-Ga при температуре -25°C и при превращении β-Ga в α-Ga при температуре -90°C. Определение других добавок не обсуждалось, распределение галлия по поверхности и объему материала установить невозможно.

В качестве прототипа выбран способ оценки общего содержания примесей в полупроводниковых материалах. Способ определения концентрации легирующей примеси на поверхности и/или в тонкой пленке на поверхности полупроводникового образца с использованием атомно-силового микроскопа (Method for determining a dopant concentration in a semiconductor sample. US 7841015, 2010, Walter Arnold, Kerstin Schwarz, Ute Rabe). Определение концентрации примесей основано на возбуждении пространственного заряда электрическим переменным напряжением в области барьера Шоттки, детектируют возникающие колебания и связывают их с концентрацией примеси. Недостатком данного способа является ограничение толщины анализируемого слоя, локальность метода, невозможность оценить распределение примеси в объеме и на поверхности материала.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание способа определения добавок золота и кобальта в полупроводниковых материалах на основе диоксида олова методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.

Поставленная задача решается способом определения добавок золота и кобальта раздельно в объеме и на поверхности полупроводниковых материалах на основе диоксида олова методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, включающим обработку образца раствором кислот HNO3 и HCl, взятых в объемном соотношении 1:3 и ультразвуком, для перевода добавок из поверхности материала в раствор, отбор аликвоты раствора для последующего определения добавок на поверхности материала, с последующими промывкой материала до удаления компонентов надосадочного раствора. Далее проводится разложение образца смесью кислот HNO3, HCl, HF, взятых в количестве, обеспечивающем растворение диоксида олова в автоклаве с микроволновым излучением. Полученный раствор анализируют методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой для установления концентрации добавок в объеме материала.

Предпочтительно, разложение материала в смеси кислот вести в автоклаве при температуре от 180-220, в течение 30-60 мин.

Техническим результатом являются концентрации легирующих примесей золота и кобальта раздельно на поверхности и в объеме нанокристаллических материалов на основе диоксида олова с применение метода ИСП-МС.

Осуществление изобретения

Для определения добавок золота и кобальта в полупроводниковых материалах на основе диоксида олова методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, необходимо сначала поместить образец в раствор кислот HNO3 и HCl, взятых в соотношении 1:3 по объему (царская водка).

Затем для ускорения перевода добавок из поверхности материала в раствор пробу обрабатывают ультразвуком в течение 10-15 минут. Для этого подойдет любая ультразвуковая баня. Из полученного раствора отбирают аликвоту для последующего определения добавок на поверхности материала.

Далее материал промывают разбавленной НС1, до удаления компонентов надосадочного раствора. Затем материал помещают в смесь концентрированных кислот HNO3, HCl, HF, взятых в объемном соотношении 1:1:1, все помещают в автоклав и выдерживают при температуре от 180-220 при воздействии микроволнового излучения, в течение 30-60 мин). После остывания автоклава достают полученный раствор и анализируют методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой для установления концентрации добавок в объеме материала.

Изобретение иллюстрируется примером.

Пример

Для определения Au и Со на поверхности материалов взяли серию навесок ~0,0020 г, к которым добавили смесь кислот HNO3:HCl, взятых в объемном соотношении 1:3. Для интенсификации растворения использовали ультразвуковую ванну в течение 10 минут. Затем образцы промывали разбавленной HCl, центрифугировали (2 минуты, 2000 об.), затем декантировали. Процедуру промывания повторяли дважды, контролируя содержание кобальта и золота в промывной жидкости методом ИСП-МС. Для растворения основы пробы добавляли смесь кислот: по 1,00 мл HCl, HNO3, HF. Полученные образцы помещали в тефлоновых стаканах в автоклав с микроволновым излучением на 1 час (10 минут/ нагрев до 200°С/ Р - 1000 Ватт, 50 минут/200°С/ Р - 1000 Ватт). Полнота растворения диоксида олова была подтверждена методом «введено - найдено» для образцов чистого оксида олова. Результаты определений методом ИСП-МС представлены в таблице 1 и 2.

В последней порции промывного раствора было найдено 4 мкг/л кобальта, что в пересчете на абсолютное содержание в 1 мл раствора составляет 0,004 мкг Со, золото не обнаружено. Так как после смыва добавок с поверхности масса навески не определена, рассчитывали отношение концентраций кобальта к олову. Золото в растворах после разложения образцов не обнаружено.

Как видно из представленных данных, при использовании предложенного способа возможно как определение добавок в диоксиде олова методом ИСП-МС со стандартным отклонением не более чем 0,04 соответственно, так и изучение распределения добавок в объеме и на поверхности материалов. В данном случае доказано, что кобальт и золото распределены на поверхности.

1. Способ определения добавок золота и кобальта раздельно в объеме и на поверхности полупроводниковых материалов на основе диоксида олова методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, включающий обработку образца раствором кислот HNO3 и HCl, взятых в объемном соотношении 1:3, и ультразвуком для перевода добавок из поверхности материала в раствор, отбор аликвоты раствора для последующего определения добавок на поверхности материала с последующими промывкой материала до удаления компонентов надосадочного раствора и его разложением в автоклаве смесью кислот HNO3, HCl, HF, взятых в количестве, обеспечивающем растворение диоксида олова, полученный раствор анализируют методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой для определения концентрации добавок в объеме материала.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что разложение материала в смеси кислот в автоклаве ведут при температуре от 180-220 в течение 30-60 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в аналитической химии природных вод для инструментального определения микроэлементов. Для осуществления способа группового концентрирования из кислых растворов и разделения ионов Ti, Mo, Sn, Fe к 10 мл водной фазы анализируемого кислого раствора добавляют 1 г легкоплавкого расплава ацетилсалицилата антипириния [AntH3O+]⋅[AcSal-], отделяют концентрат ионов Ti, Mo, Sn, Fe, озоляют азотной кислотой в микроволновой печи и анализируют атомно-эмиссионной спектрометрией.

Изобретение относится к новому способу определения скорости генерирования пероксильных радикалов. Технический результат: разработан новый способ определения скорости генерирования пероксильных радикалов, который повышает точность, достоверность и воспроизводимость результатов, а также расширяет круг исследуемых веществ и используемых реагентов.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения примесей в каменном и буром угле и торфе. Для этого применяют вскрытие пробы смесью концентрированных хлороводородной и азотной кислот (3:1) при соотношении навески пробы к смеси кислот 1:(100-120) при нагревании в течение 1-1,5 ч.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к определению содержания массовой доли основного вещества в образце состава диэтилендисульфида. Для этого проводят количественный анализ образца диэтилендисульфида методом автоматического потенциометрического титрования.
Изобретение относится к аналитической химии, а именно к гравиметрическим методам анализа, и может быть использовано для определения содержания экстрагируемых органических соединений в пробах донных отложений.

Изобретение относится к области химической аналитики и может быть использовано для определения наличия стороннего компонента в газовой среде и его концентрации. Устройство для идентификации стороннего компонента произвольной газовой смеси и определения величины парциального давления указанного стороннего компонента газовой смеси состоит из двух объемов, образующих измерительные объемы и, соответственно, задающих условия измерения, замкнутых газовой магистралью через компрессор на одной паре штуцеров соответствующих объемов с одной стороны и через управляемый электронный клапан на другой паре штуцеров с другой стороны, на входе и выходе объемов установлены такие же управляемые электронные клапаны, в каждый объем помещены датчики, прецизионно определяющие парциальные давления по крайней мере одного из компонентов газовой смеси Pi и Pi+1…g, где i и i+1 … представляют собой компоненты исходной газовой среды, причем устройство выполнено с возможностью достижения множества устойчивых состояний, характеризующихся общим давлением в каждом из объемов, соответственно, P1 и P2, отличающихся на ΔP, которые регистрируются датчиками общего давления в каждом из объемов, при этом микропроцессор обеспечивает реализацию математически строгого алгоритма физической модели качественного и количественного определения стороннего компонента газовой смеси.

Изобретение относится к установке для исследования процесса получения синтетических жидких углеводородов, включающей в себя линию подачи газообразных потоков, нагреватель, каталитический реактор, накопительные емкости, средства контроля температуры и давления, запорно-регулирующую арматуру.

Изобретение относится к аналитической химии лекарственных средств, а именно к способу определения тимохинона в семенах чернушки посевной (Nigella Sativa). Для этого тимохинон из пробы экстрагируют, экстракт фильтруют и центрифугируют.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к исследованию и анализу высокомолекулярных материалов с помощью ИК-спектроскопии при определени состава сополимеров полиакрилата и полиакрилонитрила (ПАН) для обеспечения контроля качества углеродного волокна.

Изобретение относится к аналитической химии. Способ извлечения ионов индия (III) включает его экстракцию из водных растворов производным из группы пиразолонов с последующим комплексонометрическим определением индия (III).

Изобретение относится к образцу для оценки когезионной прочности металлических покрытий и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, где применяются газотермические и газодинамический методы нанесения покрытий для оценки когезионной прочности порошковых металлических покрытий.

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений. Способ определения концентрации паров нафталина в газовой смеси ароматических соединений заключается в том, что материал, содержащий флуорофор дибензоилметанат дифторида бора (DBMBF2) или его метил-, или метокси-, или диметил-, или диметокси- или метилметоксипроизводное, молекулы которого окружены цепями полидиметилсилоксана или алкильными группами, помещают в газовую смесь.

Группа изобретений относится к способам и устройству для обнаружения представляющих интерес веществ. Устройство для термической десорбции выполнено с возможностью обнаружения представляющего интерес вещества в пробе.

Группа изобретений относится к эталонам для неразрушающего контроля пористости. В одном иллюстративном варианте осуществления множество образцов (112) изготовлено с использованием различного способа для каждого образца из множества образцов (112) таким образом, чтобы каждый образец из множества образцов (112) обладал пористостью, отличающейся от других образцов этого множества образцов (112).

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении нанокомпозитов. Навеску анализируемых углеродных наночастиц: нанотрубок, нановолокон, астраленов, наноконусов/дисков, графена, оксида графена, после их поверхностной обработки диспергируют с помощью ультразвукового диспергатора в воде или органическом растворителе, являющемся растворителем для полимера, в который будут вводиться наночастицы.

Изобретение относится к таким областям медицины как акушерство, гинекология и репродуктология и представляет собой способ прогнозирования наступления беременности в программе экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) при селективном переносе эмбрионов.

Группа изобретений касается онкологии и фармакологии. Предложено терапевтическое и/или профилактическое средство против опухоли с мутацией в RET и против метастазов опухоли, которое содержат соединение формулы (I), где R - C1-6-алкил, его соль или его сольват в качестве активного ингредиента; терапевтическое и/или профилактическое средство того же состава, используемое для пациента с мутацией в RET и против метастазов опухоли; способ идентификации рака или пациента, реагирующего на лечение соединением формулы (I).

Группа изобретений относится к способу определения результата реакции агглютинации, а также к микропланшету и устройству, используемым при осуществлении указанного способа.

Изобретение относится к области медицины, в частности к медицинской генетике и офтальмологии, и предназначено для ДНК-диагностики врожденной формы катаракты. Из периферической крови выделяют ДНК.

Изобретение относится к лабораторному оборудованию, гистологической технике и может использоваться в медицинских клинических лабораториях, биологической, паразитологической лаборатории, прозекторских и в научных целях в научно-исследовательских лабораториях.

Изобретение относится к области эксплуатации пробоотборных устройств для оценки степени загрязнения нефтепродуктами природных водоемов. Устройство состоит из двух частей: отсекателя с положительной плавучестью со съемной пробкой в головной части и делительной воронки значительного объема. Положительная плавучесть отсекателя обеспечивается поплавком по окружности отсекателя, который в разрезе имеет лепестковую форму. Пробка отсекателя содержит завихритель в виде винта Архимеда для организации движения растворителя сверху вниз по спирали и повышения степени отмыва нефти с внутренней стороны отсекателя. Перевод смеси растворителя с отсеченной нефтью в делительную воронку производится путем создания вакуума в делительной воронке с помощью аспиратора АМ-5. Изобретение обеспечивает повышение точности определения толщины слоя нефти над водой за счет двухстадийной подачи растворителя в слой нефти над водой и герметичного перевода их смеси в делительную воронку. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области химического анализа. Способ включает обработку образца полупроводникового материала раствором кислот HNO3 и HCl, взятых в объемном соотношении 1:3, и ультразвуком для перевода добавок из поверхности материала в раствор, отбор аликвоты раствора для последующего определения добавок на поверхности материала с последующими промывкой материала до удаления компонентов надосадочного раствора и его разложением в автоклаве смесью кислот HNO3, HCl, HF, взятых в количестве, обеспечивающем растворение диоксида олова, полученный раствор анализируют методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой для определения концентрации добавок в объеме материала. Достигается повышение точности и надежности анализа. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.

Наверх