《超純砷烷的分析方法及其裝置》是蘇州丹百利電子材料有限公司於2013年11月19日申請的專利，該專專利公布號：CN103645269A，專利公布日：2014年3月19日，發明人是：李英輝、朱顏、王陸平、馬瀟、許從應、王仕華、王智。
《超純砷烷的分析方法及其裝置》涉及超純砷烷的分析方法及裝置，首先，取樣：採用負壓進樣、靜態分析方式，通過分子泵機組將定量管抽空至1×10～1×10帕，並伴隨氦氣吹掃、負壓置換，將氧、氮真空本底降至10ppb以下，然後將超純砷烷充入定量管至零表壓進樣分析；然後，分離痕量雜質：將上述取樣後的待測樣品氣用20～50毫升/分鐘流速的載氣送入經防腐防吸附處理過的分離系統進行分離痕量雜質；最後，檢測：將上述經過分離痕量雜質的待測樣品氣輸入檢測器得出分析結果。超純砷烷中的痕量雜質得以分離，由直流放電氦離子化檢測器（DID）分析雜質氣體；安全、穩定，能在很短的時間內給出平衡的分析值、定量準確、檢測限低及分析周期短。
2021年8月16日，《超純砷烷的分析方法及其裝置》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《超純砷烷的分析方法及其裝置》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：超純砷烷的分析方法及其裝置
- 公布號：CN103645269A
- 公布日：2014年3月19日
- 申請號：2013105804989
- 申請人：蘇州丹百利電子材料有限公司
- 申請日：2013年11月19日
- 地址：江蘇省蘇州市園區勝浦平勝路40號
- 發明人：李英輝、朱顏、王陸平、馬瀟、許從應、王仕華、王智
- Int.Cl.：G01N30/88(2006.01)I
- 專利代理機構：南京蘇科專利代理有限責任公司
- 代理人：王玉國、陳忠輝
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
砷烷用於半導體工業中外延矽的“N”型摻雜、矽中“N”型擴散、離子注入、生長砷化鎵（GaAs）、磷砷化鎵（GaAsP）以及與Ⅲ/V族元素形成的化合物半導體。另外，砷烷還用作標準氣、校正氣及標準混合氣。因此，積極進行超純砷烷氣體的開發研究對促進電子工業及其它有關技術的發展有著十分重要的意義。與此同時，對超純砷烷檢測技術的發展也帶來了更高的要求。直流放電氦離子化檢測器（DID）是非選擇性、通用性很強的檢測器，除了載氣He以外，對任何氣體都有十分靈敏的回響，最低檢測限可至10（ppb級）是2013年11月以前套用在超純電子氣體檢測領域中套用的最為廣泛的檢測器。在超純砷烷痕量分析中，難點主要體現在安全性上。因為砷烷的劇毒性質，所以在分析方法的設定上除了考慮分析的準確性外還要考慮安全性。截至2013年11月，在中國的文獻中尚未有公開關於砷烷分析方法的報導，在GB/T 26250-2010國標中採用的方法是都為雙檢測器（TCD+FID、PDD）、雙氣路的分析方案。
上述方法的缺點是：
1）雙檢測器、雙氣路，易造成分析方案複雜、死體積大、分析周期長的不利因素，已不適合高純電子氣體的痕量分析和現代色譜發展的趨勢。
2）氫火焰離子化檢測器（FID）在分析CO、CO2時需要先轉換為甲烷才能檢測，因為存在轉化率、轉化機理的問題，從而帶來二次誤差。
3）氣路複雜不能實現一次進樣全分析，延長分析周期、降低分析效率。
4）在分析中均採用正壓或常壓進樣、動態分析方式，其缺點是必須伴隨正壓置換和吹掃才能定量準確，而隨之帶來的問題是泄漏和尾氣處理，從安全的角度看是不合理的。
發明內容
專利目的
《超純砷烷的分析方法及其裝置》的目的是克服2013年11月以前技術存在的不足，提供一種超純砷烷的分析方法及其裝置。
技術方案
《超純砷烷的分析方法及其裝置》的特點是：包括四通進樣閥、預分離柱、第一分析柱、第二分析柱、十通閥、六通閥和四通閥，四通進樣閥的連線埠分別與超純砷烷樣品氣管路、氦氣管路、氮氣管路以及十通閥的其中一連線埠相連，十通閥的其中一連線埠與分子泵機組相連，其相連的管路上安裝有壓力感測器和隔膜閥，十通閥的其中兩連線埠分別與定量管的進口和出口相連，十通閥的其中兩連線埠分別與預分離柱的進口和出口相連，十通閥的其中兩連線埠分別與載氣管路相連，十通閥的其中一連線埠與放空管路相連，十通閥的其中一連線埠與六通閥的其中一連線埠相連，六通閥的其中兩連線埠分別與載氣管路相連，六通閥的其中一連線埠與放空管路相連，六通閥的其中一連線埠與第一分析柱相連，第一分析柱與四通閥的其中一連線埠相連，六通閥的其中一連線埠與第二分析柱相連，第二分析柱與四通閥的其中一連線埠相連，四通閥的其中一連線埠與檢測器相連，四通閥的其中一連線埠與放空管路相連。
進一步地，上述的超純砷烷的分析裝置，所述檢測器為直流放電氦離子化檢測器。更進一步地，上述的超純砷烷的分析裝置，所述預分離柱為長0.5～1.0分鐘、內徑1/8″、內裝80～100目的CST填充柱。更進一步地，上述的超純砷烷的分析裝置，所述第一分析柱為長1～3分鐘、內徑1/8″、內裝80～100目的5A分子篩填充柱，第二分析柱為長1～3分鐘、內徑1/8″、內裝80～100目的Haysep Q填充柱。該發明超純砷烷的分析方法，特點是： 首先，取樣：採用負壓進樣方式，通過分子泵機組將定量管抽空至1×10～1×10帕，並伴隨氦氣吹掃、負壓置換，將氧、氮真空本底降至10ppb以下，然後將超純砷烷充入定量管至零表壓進樣分析；然後，分離痕量雜質：將上述取樣後的待測樣品氣用20～50毫升/分鐘流速的載氣送入經防腐防吸附處理過的分離系統進行分離痕量雜質；最後，檢測：將上述經過分離痕量雜質的待測樣品氣輸入檢測器得出分析結果。
再進一步地，上述的超純砷烷的分析方法，超純砷烷為樣品，超純氦氣、氮氣作為吹掃輔助氣，打開隔膜閥，開啟分子泵機組對管路分別抽空至1×10～1×10帕，然後將四通進樣閥與氦氣管路連通，並以20～50毫升/分鐘流速吹掃定量管，吹掃結束後將管路內的氦氣抽空至1×10～1×10帕；定量管經氦氣吹掃、負壓置換完畢後，將四通進樣閥與超純砷烷樣品氣管路連通，並緩慢將砷烷充入定量管直至壓力感測器顯示0.00M帕後，關閉砷烷氣源；打開十通閥，載氣將樣品氣送入預分離柱，樣品氣在預分離柱中得到分離，分離順序依次為混合峰[H2、O2+Ar+N2+CO]、CH4、CO2、AsH3，混合峰[H2、O2+Ar+N2+CO]最先通過預分離柱，在第一分析柱中得到分離，並通過檢測器檢測；待確保混合峰中最後一個組分CO進入第一分析柱且CH4未從預分離柱中流出來時，打開六通閥將CH4、CO2引入第二分析柱中，待CO2進入第二分析柱後，關閉十通閥，將停留在預分離柱中的AsH3通過載氣管路反吹出去，待第一分析柱中的H2、O2+Ar、N2經檢測器檢測完畢後，打開四通閥，使第二分析柱中的CH4進入檢測器得到檢測，關閉四通閥，使第一分析柱中的CO進入檢測器得到檢測，打開四通閥，使第二分析柱中的CO2進入檢測器得到檢測，最後待所有預分析的組分都得到檢測後，關閉六通閥和四通閥。
改善效果
該發明通過防腐防吸附處理的高氣密性管路系統、負壓進樣系統、以及三閥三柱切割反吹氣路系統使超純砷烷中的痕量雜質得以分離，並用直流放電氦離子化檢測器（DID）分析雜質氣體；安全、穩定，能在很短的時間內給出平衡的（穩定狀態）分析值、定量準確、檢測限低及分析周期短。
附圖說明
圖1：《超純砷烷的分析方法及其裝置》的結構示意圖。
圖1
技術領域
《超純砷烷的分析方法及其裝置》涉及一種超純砷烷的分析方法及其裝置。
權利要求
1.《超純砷烷的分析方法及其裝置》的特徵在於：包括四通進樣閥、預分離柱、第一分析柱、第二分析柱、十通閥、六通閥和四通閥，四通進樣閥的連線埠分別與超純砷烷樣品氣管路、氦氣管路、氮氣管路以及十通閥的其中一連線埠相連，十通閥的其中一連線埠與分子泵機組相連，其相連的管路上安裝有壓力感測器和隔膜閥，十通閥的其中兩連線埠分別與定量管的進口和出口相連，十通閥的其中兩連線埠分別與預分離柱的進口和出口相連，十通閥的其中兩連線埠分別與載氣管路相連，十通閥的其中一連線埠與放空管路相連，十通閥的其中一連線埠與六通閥的其中一連線埠相連，六通閥的其中兩連線埠分別與載氣管路相連，六通閥的其中一連線埠與放空管路相連，六通閥的其中一連線埠與第一分析柱相連，第一分析柱與四通閥的其中一連線埠相連，六通閥的其中一連線埠與第二分析柱相連，第二分析柱與四通閥的其中一連線埠相連，四通閥的其中一連線埠與檢測器相連，四通閥的其中一連線埠與放空管路相連。
2.根據權利要求1所述的超純砷烷的分析裝置，其特徵在於：所述檢測器為直流放電氦離子化檢測器。
3.根據權利要求1所述的超純砷烷的分析裝置，其特徵在於：所述預分離柱為長0.5～1.0分鐘、內徑1/8″、內裝80～100目的CST填充柱。
4.根據權利要求1所述的超純砷烷的分析裝置，其特徵在於：所述第一分析柱為長1～3分鐘、內徑1/8″、內裝80～100目的5A分子篩填充柱，第二分析柱為長1～3分鐘、內徑1/8″、內裝80～100目的Haysep Q填充柱。
5.利用權利要求1所述裝置實現超純砷烷的分析方法，其特徵在於： 首先，取樣：採用負壓進樣、靜態分析方式，通過分子泵機組將定量管抽空至1×10～1×10帕，並伴隨氦氣吹掃、負壓置換，將氧、氮真空本底降至10ppb以下，然後將超純砷烷充入定量管至零表壓進樣分析； 然後，分離痕量雜質：將上述取樣後的待測樣品氣用20～50毫升/分鐘流速的載氣送入經防腐防吸附處理過的分離系統進行分離痕量雜質； 最後，檢測：將上述經過分離痕量雜質的待測樣品氣輸入檢測器得出分析結果。
6.根據權利要求5所述的超純砷烷的分析方法，其特徵在於：超純砷烷為樣品，超純氦氣、氮氣作為吹掃輔助氣，打開隔膜閥，開啟分子泵機組對管路分別抽空至1×10～1×10帕，然後將四通進樣閥與氦氣管路連通，並以20～50毫升/分鐘流速吹掃定量管，吹掃結束後將管路內的氦氣抽空至1×10～1×10帕； 定量管經氦氣吹掃、負壓置換完畢後，將四通進樣閥與超純砷烷樣品氣管路連通，並緩慢將砷烷充入定量管直至壓力感測器顯示0.00M帕後，關閉砷烷氣源；打開十通閥，載氣將樣品氣送入預分離柱，樣品氣在預分離柱中得到分離，分離順序依次為混合峰[H2、O2+Ar+N2+CO]、CH4、CO2、AsH3，混合峰[H2、O2+Ar+N2+CO]最先通過預分離柱，在第一分析柱中得到分離，並通過檢測器檢測；待確保混合峰中最後一個組分CO進入第一分析柱且CH4未從預分離柱中流出來時，打開六通閥將CH4、CO2引入第二分析柱中，待CO2進入第二分析柱後，關閉十通閥，將停留在預分離柱中的AsH3通過載氣管路反吹出去，待第一分析柱中的H2、O2+Ar、N2經檢測器檢測完畢後，打開四通閥，使第二分析柱中的CH4進入檢測器得到檢測，關閉四通閥，使第一分析柱中的CO進入檢測器得到檢測，打開四通閥，使第二分析柱中的CO2進入檢測器得到檢測，最後待所有預分析的組分都得到檢測後，關閉六通閥和四通閥。
實施方式
如圖1所示，《超純砷烷的分析方法及其裝置》包括四通進樣閥9、預分離柱3、第一分析柱4、第二分析柱5、十通閥2、六通閥7和四通閥8，四通進樣閥9的連線埠分別與超純砷烷樣品氣管路、氦氣管路、氮氣管路以及十通閥2的其中一連線埠相連，十通閥2的其中一連線埠與分子泵機組12相連，其相連的管路上安裝有壓力感測器10和隔膜閥11，十通閥2的其中兩連線埠分別與定量管1的進口和出口相連，十通閥2的其中兩連線埠分別與預分離柱3的進口和出口相連，十通閥2的其中兩連線埠分別與載氣管路相連，十通閥2的其中一連線埠與放空管路相連，十通閥2的其中一連線埠與六通閥7的其中一連線埠相連，六通閥7的其中兩連線埠分別與載氣管路相連，六通閥7的其中一連線埠與放空管路相連，六通閥7的其中一連線埠與第一分析柱4相連，第一分析柱4與四通閥8的其中一連線埠相連，六通閥7的其中一連線埠與第二分析柱5相連，第二分析柱5與四通閥的其中一連線埠相連，四通閥8的其中一連線埠與DID檢測器6相連，四通閥8的其中一連線埠與放空管路相連。超純砷烷的分析工藝為： 首先，取樣：採用負壓進樣、靜態分析方式，通過分子泵機組將定量管抽空至1×10～1×10帕，並伴隨氦氣吹掃、負壓置換，將氧、氮真空本底降至10ppb以下，然後將超純砷烷充入定量管至零表壓進樣分析；然後，分離痕量雜質：將上述取樣後的待測樣品氣用20～50毫升/分鐘流速的載氣送入經防腐防吸附處理過的分離系統進行分離痕量雜質；最後，檢測：將上述經過分離痕量雜質的待測樣品氣輸入檢測器得出分析結果。其中，負壓取樣：由四通進樣閥9、定量管1、壓力感測器10、隔膜閥11和分子泵機組12構成，通過高真空分子泵機組將定量管抽空至1×10～1×10帕，並伴隨氦氣吹掃、負壓置換，可將氧、氮真空本底降至10ppb以下，是在滿足超純氣體痕量分析的基礎上特別適合劇毒氣體取樣的一種方法。
氣路分離：為三閥三柱結構，包括一個預分離柱3、兩個分析柱、一個十通閥2、一個六通閥7、一個四通閥8，通過氣動閥門進行兩次切割一次反吹將樣品氣中的混合峰、CH4、CO2與AsH3先後通過預分離柱分離，混合峰含有H2、O2+Ar+N2+CO，混合峰進入第一分析柱4，CH4、CO2進入第二分析柱5，AsH3經預分離柱3反吹進入尾氣處理裝置。管路閥門：上述分析方法中所有與樣氣接觸的管路均採用在316L（EP）的基礎上內壁做磷化處理的1/8″不鏽鋼管線，磷化劑採用濃H3PO4，防止管壁的吸附影響定量分析。所有與樣氣接觸的閥門選用吹掃型閥門，閥門平面始終處於高純氦氣的保護中，確保切換時無空氣滲漏而混入樣品之中。色譜條件：定量管0.5～1.0分鐘L、載氣壓力0.3～0.5M帕、驅動氣壓力0.2～0.4M帕、載氣流量20～50毫升/分鐘、柱溫50～70℃、檢測器溫度120～180℃。預分離柱3：長0.5～1.0分鐘，內徑1/8″的不鏽鋼管，內裝80～100目的CST填充柱。第一分析柱4：長1～3分鐘，內徑1/8″的不鏽鋼管，內裝80～100目的5A分子篩填充柱；第二分析柱5：長1～3分鐘，內徑1/8″的不鏽鋼管，內裝80～100目的Haysep Q填充柱；檢測：選用直流放電氦離子化檢測器（DID）檢測經分離系統分離的雜質含量，平均檢測極限5.0×10。超純砷烷為樣品，超純氦氣、氮氣作為吹掃輔助氣。將超純砷烷樣品氣管路、6N的氦氣管路、6N的氮氣管路分別與四通進樣閥9相連，打開隔膜閥11，開啟分子泵機組12對三路分別抽空至1×10～1×10帕，然後將四通進樣閥9與6N氦氣管路連通，並以20～50毫升/分鐘的流量吹掃定量管1，吹掃結束後將管路內的氦氣抽空至1×10～1×10帕，以上操作重複三次。
定量管1經氦氣吹掃、負壓置換完畢後，將四通進樣閥9與超純砷烷樣品氣管路連通，並緩慢將砷烷充入定量管1直至壓力感測器10顯示0.00M帕後，關閉砷烷氣源，啟動操作程式。0.00分鐘in打開十通閥2，載氣將樣品氣送入預分離柱3，樣品氣在預分離柱3中得到分離，分離順序依次為混合峰[H2、O2+Ar+N2+CO]、CH4、CO2、AsH3，混合峰[H2、O2+Ar+N2+CO]最先通過預分離柱3，在第一分析柱4中得到分離，並通過DID檢測器6檢測；待確保混合峰中最後一個組分CO進入第一分析柱4且CH4未從預分離柱3中流出來時，0.65～1.15分鐘in打開六通閥7將CH4、CO2引入第二分析柱5中，待CO2進入第二分析柱5後，6.15～6.65分鐘in關閉十通閥2，將停留在預分離柱3中的AsH3通過載氣管路反吹出去，待第一分析柱4中的H2、O2+Ar、N2經DID檢測器6檢測完畢後，1.85～2.35分鐘in打開四通閥8，使第二分析柱5中的CH4進入DID檢測器6得到檢測，3.25～3.75分鐘in關閉四通閥8，使第一分析柱4中的CO進入DID檢測器6得到檢測，4.35～4.85分鐘in打開四通閥8，使第二分析柱5中的CO2進入DID檢測器6得到檢測，最後待所有預分析的組分都得到檢測後6.75～7.25分鐘in關閉六通閥7和四通閥8。分析譜圖，得到分析結果。操作程式如下：
序號 | 事件1 | 事件2 | 事件3 |
|---|---|---|---|
1 | 0.00 | 0.65-1.15 | 1.85-2.35 |
2 | 6.15-6.65 | 6.75-7.25 | 3.25-3.75 |
3 | - | - | 4.35-4.85 |
4 | - | - | 6.75-7.25 |
註：表中事件1表示十通閥2、事件2表示六通閥7、事件3表示四通閥8；序號1、3代表閥門開啟，2、4代表閥門關閉；表中的時間代表對應的時間閥門的狀態，- 代表閥門沒有操作。
榮譽表彰
2021年8月16日，《超純砷烷的分析方法及其裝置》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
