结合多晶硅国家标准浅析电子级多晶硅生产控制要点

国内多晶硅生产线大部分是按照太阳能级标准设计建造的,产品质量与电子级多晶硅差距较大。本文通过分析电子级多晶硅国家标准,逐项分析施/受主杂质浓度、少子寿命、碳浓度、氧浓度、基体金属杂质、表面金属杂质、外在品质要求等参数,并将以上参数的影响原因归结到生产工艺的具体环节,探究生产电子级多晶硅的技术要点,达到指导技术研发和工艺改进的目的。     

电感耦合等离子体质谱法测定多晶硅中18个痕量元素

建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对光伏用多晶硅中B,Cu,Fe,Al,K,Ca,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,As,Mo,W,Cd,Pb共计18个可能共存的杂质元素同时定量测定的方法。以硝酸、氢氟酸分解多晶硅试样,称重法确定加入试剂的量。采用动态反应池(DRC)技术,在池内引入氨气(NH3)作为反应气体来消除质谱干扰。在选定的条件下,被测元素的检出限为0.8~6.9 pg/g(3σ),样品的加标回收率在83.0%~106%之间,相对标准偏差(RSD)为0.27%~2.7%(n=11)。所建立的分析方法实现了对光伏用多晶硅样品中痕量元素的全分析,实际样品的测定结果与参考值相符。     

火焰原子吸收光谱法测定铜精矿中钾和钠

铜精矿中钾和钠杂质含量对铜冶炼工艺有重要影响。采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸分解试样,在5%盐酸介质中,采用空气-乙炔火焰,分别以K 766.5 nm、Na 589.0 nm作为测定波长,建立了火焰原子吸收光谱法(FAAS)测定铜精矿中钾和钠的方法。在优化的实验条件下。钾和钠的质量浓度均在1.00～5.00 μg/mL范围内与其对应的吸光度呈良好的线性关系,相关系数分别为0.999 8和0.999 9。钾和钠的方法检出限分别为0.086 ng/mL和0.056 μg/mL,定量限分别为0.287 ng/mL和0.187 ng/mL。干扰试验表明,样品中共存元素不干扰钾和钠的测定。采用实验方法对3个铜精矿成分分析标准物质分别测定11次,测定值与标准值的相对误差为-7.69%~5.40%,相对标准偏差(RSD,n=11)为0.44%~3.7%。将实验方法应用于铜精矿样品中钾和钠,测定结果的相对标准偏差(n=11)为0.55%～2.4%,加标回收率为96%～105%。     

电感耦合等离子体串联质谱法测定 高纯氧化镁粉中金属杂质元素

基于电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)法建立了准确可靠分析高纯氧化镁粉中金属杂质元素的新方法。ICP-MS/MS通过启用新的质量过滤装置,在氧化镁基质的金属杂质元素测定过程中,能有效减少多原子干扰。采用He为碰撞气,O₂以及NH₃/He混合气为反应气,对比了在单四极杆(SQ)模式和串联四极杆(MS/MS)模式下消除干扰的效果。采用He碰撞模式无法消除一些特殊的质谱干扰,特别是双电荷离子干扰;然而,将分析物转移为氧化物离子或团簇离子,能实现待测元素的无干扰分析,并能获得极低的检出限,通过加标回收实验评估了方法的准确性。结果显示,方法的检出限为0.46~65.9ng/L。各元素的线性相关系数(R²)均不小于0.9998,真实样品的加标回收率为93%~108%,相对标准偏差为1.6%~4.4%。方法完全能用于高纯氧化镁粉中金属杂质元素的实时监控。     

某浮选微晶石墨精矿提纯试验研究

以某浮选微晶石墨精矿为对象,进行了原料矿物组成分析和采用超声—盐酸浸出、超声—硫酸和氢氟酸二次浸出工艺得到纯度为99.9%的产品试验研究。分析得出其杂质主要赋存在金属硅酸盐矿物中,部分杂质与微晶石墨紧密结合在一起,或被包裹。然后对原料用单因素变量法研究了超声加入、超声时间、盐酸加入量、反应温度、反应时间、硫酸和氢氟酸加入量对石墨中碳含量的影响,研究表明:在超声30 min,质量分数为37%盐酸加入量1 mL/g,搅拌浸出后抽滤、洗涤后,再次超声30 min,加入分析纯硫酸1.6 mL/g,质量分数为40%氢氟酸0.6 mL/g除杂,能获得高含量的石墨。     

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高含量碳化硅表面6种杂质成分

碳化硅是应用最广泛、最经济的一种耐火原料,由于碳化硅贸易活跃,需要对表面杂质成分进行快速、准确的测定。样品采用氢氟酸、硝酸溶解,高氯酸冒烟至近干,再使用盐酸溶解可溶性盐类,通过过滤使得被测成分与碳化硅分离,选择Fe 259.939nm、Al 394.401nm、Ca 317.933nm、Mg 285.213nm、K 766.490nm、Na 589.592nm为分析谱线,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定铁、铝、钙、镁、氧化钾、氧化钠,从而建立了使用ICP-AES测定高含量碳化硅表面铁、铝、钙、镁、氧化钾、氧化钠等杂质成分的方法。铁在0.020%~0.50%,铝、钙在0.020%~0.20%,镁、氧化钾、氧化钠在0.0020%~0.020%范围内校准曲线呈线性,线性相关系数均不小于0.9998。方法检出限为0.000042%~0.00064%(质量分数)。实验方法用于测定碳化硅样品表面铁、铝、钙、镁、氧化钾、氧化钠,结果的相对标准偏差(RSD,n=10)为1.9%~9.5%。按照实验方法测定碳化硅样品表面铁、铝、钙、镁、氧化钾、氧化钠,测定值与国家标准方法的测定结果相吻合。     

密闭消解磷钼蓝光度法测定多晶硅中磷

采用密闭消解多晶硅样品,然后利用磷钼蓝光度法测定多晶硅中磷含量。探讨了酸度、显色剂用量、还原剂用量等因素对测定的影响,并优化了实验参数。在最大吸收波长829 nm处,磷的线性范围为0~4.0 μg/mL,相关系数为0.999 8,检出限为0.04 μg/mL。用本文确定的方法测定多晶硅样品中磷时,大量硅在溶样时加入氢氟酸挥发而除去,过量的氢氟酸用硼酸络合,对磷的测定没有影响。该方法操作简便,具有较高的灵敏度,样品中磷分析结果的相对标准偏差为2.5%～3.5%,加标回收率在93.3%～99.8%之间。     

基于生成氟硼酸钾的电感耦合等离子体原子发射光谱法测定多晶硅中硼

为了快速简便地运用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）检测微量硼的含量,减少硼在消解过程中的损失,通过采用氢氟酸-硝酸消解样品,加入KF使硼生成的HBF₄转化为一种非常稳定的化合物KBF₄,再用ICP-AES测定试液中硼。探讨了氟化钾用量、挥发时间和温度等因素对测定的影响,并优化了实验参数。用本法测定多晶硅中的硼,其检出限为2.6 pg/mL,样品测定结果的相对标准偏差在3.6%~6.9%之间,加标回收率为98%~102%。     

电感耦合等离子体质谱法测定高纯五氧化二铌中25种痕量杂质元素

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定高纯五氧化二铌中痕量Mg、K、Ca、Cr、Fe时,因质谱干扰严重,从而导致其背景等效浓度值(BEC)较高进而无法准确测定。实验采用氢氟酸-硝酸体系以微波消解方式消解样品,以标准加入法补偿基体效应,控制基体质量浓度为500μg/mL,建立了ICP-MS测定高纯五氧化二铌中包括Mg、K、Ca、Cr、Fe在内的25种痕量杂质元素的分析方法。研究表明:采用屏蔽矩冷等离子体技术,在500μg/mL的五氧化二铌基体溶液中,Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Fe、Cu、Co、Ni、Mn的BEC得到明显改善,尤其是Mg、K、Ca、Cr、Fe的BEC改善效果最为显著,由常规模式下的56.5~194ng/mL降至冷等离子体模式下的0.012~0.203ng/mL;使用经实验室亚沸蒸馏提纯的电子级氢氟酸及硝酸可有效地降低试剂空白值。各元素校准曲线线性相关系数均大于0.9990;方法中各元素的检出限在0.001~0.010μg/g之间,测定下限在0.003~0.033μg/g之间。采用实验方法对高纯五氧化二铌样品中25种杂质元素进行测定,结果表明,各元素测定结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为0.90%~12.7%,回收率为91%~111%。方法应用于两批纯度为99.999%的超高纯五氧化二铌实际样品分析,结果与辉光放电质谱法(GD-MS)基本一致。     

氢化物发生原子荧光光谱法测定轻烧镁和水镁石中砷汞

试样经微波溶解,用抗坏血酸和硫脲作还原剂,氢化物发生原子荧光光谱法测定轻烧镁和水镁石中砷和汞。镁对测定的影响可通过基体匹配方法避免,样品中主要杂质和痕量元素无干扰。砷和汞的工作曲线线性范围分别为0~100 ng/mL和0~10 ng/mL,检出限分别为0.7 ng/mL和0.02 ng/mL。样品中砷和汞加标回收率分别为101.4%~107.1%和104.1%~108.5%。方法已用于轻烧镁和水镁石中砷和汞的测定。     

多晶硅生产中废气的分类回收利用

多晶硅生产需要通过排放尾气或者残液的形式排出影响产品纯度的杂质成分,来最终产品的品质,排放的废气大致可以分为:以氮气为主的废气、以氢气为主的废气、含有氯硅烷的废气和含有氢氟酸等酸性气体的废气。本文分别对目前这几类废气的处理措施和利用技术进行了介绍,以期为相关企业提供参考,实现多晶硅生产排放废气的分类回收利用。     

共沉淀分离-电感耦合等离子体质谱法测定多金属矿石中硒和碲

多金属矿石样品具有基体复杂的特点,硒、碲元素在自然界的丰度低,若不对其进行有效的前处理,直接分解样品进行测量,会使得测定结果不准确及造成仪器污染。实验先采用硝酸-氢氟酸-高氯酸分解多金属矿石样品,然后在盐酸介质中,以铜盐为接触剂,用次亚磷酸钠将砷、硒和碲还原成单质后共沉淀,实现了硒和碲与其他元素的分离,消除了基体效应,再采用热硝酸溶解沉淀,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)进行测定,建立了测定多金属矿石中硒和碲的方法。结果表明,选择铯(¹³³Cs)为内标校正基体效应和仪器信号的波动与漂移,硒、碲元素的校准曲线相关系数可达0.999,检出限分别为0.004、0.003 ng/mL。将实验方法应用于测定多金属矿石实际样品,测定结果与氢化物发生-原子荧光光谱法(HG-AFS)基本一致。将方法应用于测定多金属矿石标准物质,硒、碲的测定值与认定值吻合,硒和碲的相对标准偏差(RSD,n=7)分别为1.2%~8.5%,1.1%~6.2%。     

电感耦合等离子体原子发射光谱-内标法测定优质石英砂中8种杂质组分

优质石英砂主要成分为SiO₂,其中的杂质直接影响其品质。通常杂质的测定方法如分光光度法和原子吸收光谱法,存在流程长、不能多组分同时测定等问题,难以满足实际检测需求。实验采用氢氟酸、硝酸、高氯酸分解样品,加入In标准溶液作内标,简化实验流程,消除基体效应、仪器漂移及定容体积不准确造成的测定误差,建立了电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)-内标法测定优质石英砂中Al₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、P₂O₅等8种杂质组分的方法。在各组分校准曲线线性范围内,线性相关系数在0.9994~1.0000之间;方法中各组分的检出限为0.0001%~0.0038%(质量分数)。按照实验方法测定石英岩标准物质GBW07837中的各待测组分,结果的相对标准偏差(RSD,n=12)为0.92%~6.6%,测定值和认定值相吻合。采用实验方法对优质石英砂实际样品中8种组分进行测定,结果的RSD(n=6)为0.59%~8.1%,测定结果与参考值基本一致。     

耐氢氟酸系统进样-电感耦合等离子体质谱法测定铀铌铅多金属矿中铌

准确测定铀铌铅多金属矿中的铌对铌的选矿研究、回收利用有重要作用。利用氢氟酸微波消解铀铌铅多金属矿样品,采用耐氢氟酸进样系统避免了氢氟酸对标配进样系统的腐蚀,选择⁹³Nb为分析同位素并以200 ng/mL ¹⁸⁵Re为内标,建立了耐氢氟酸系统进样-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定铀铌铅多金属矿中铌的新方法。试验发现,耐氢氟酸进样系统的质谱强度相对标配进样系统偏低,这会使得测定灵敏度降低,因此对仪器参数进行了优化,最终选择蠕动泵转速为40 r/min,等离子体功率为1 590 W。在优化的仪器条件下,五氧化二铌的质谱强度与其质量浓度在0.01~500 ng/mL范围内呈良好的线性关系,相关系数为0.999 3,方法检出限为0.228 ng/mL,定量限为0.758 ng/mL。按照实验方法对铀铌铅多金属矿样品中的五氧化二铌进行测定,测试结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法基本一致,相对标准偏差(RSDs,n=9)在2.4～5.8%之间。根据实验方法进行加标回收试验,回收率介于95%～104%之间,满足国家地质矿产行业标准DZ/T 0130—2006的要求。     

ICP-AES法快速测定碳化钽中的铁、硅、铝、钛、钨、钠、钙

本文采用iCAP6300型ICP光谱仪同时测定碳化钽中的七个杂质元素。样品用氢氟酸-硝酸在80℃的电热消解仪中将样品消解完全,用标准加入法于电感耦合等离子体发射光谱仪上同时测定碳化钽中的铁、硅、铝、钛、钨、钠和钙七种杂质元素。相对标准偏差小于10%,标准加入回收率为95%~125%。本方法快速简便,能满足进货检验和生产分析的需要。     

电子束诱导定向凝固过程中晶体形貌对杂质分布的影响

产业条件下,利用电子束诱导定向凝固技术提纯多晶硅实现晶硅尾料的循环再利用,在硅锭中包括类单晶和柱状晶两种晶体形貌。与多晶区域相比,类单晶区域电阻率和少子寿命等电学性能分布比较均匀,铁杂质的含量分布也较均匀,其质量百分数平均值为0.000031%。电子束诱导定向凝固过程中类单晶的出现,不仅可以保证铸锭提纯区金属杂质成分均匀,而且可以进一步促进杂质向铸锭顶部富集,铸锭顶部的铁杂质含量高达0.101%。因此,利用电子束诱导类单晶生长成为可能,促进金属杂质的去除,为循环硅料的再生提供途径。     

电感耦合等离子体质谱法测定高纯金属钪中的稀土杂质

利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)建立了测定高纯金属钪中15种稀土杂质的分析方法。样品用硝酸溶解后,加入内标元素进行测定,考察了内标元素对测定结果的影响,结果表明,内标元素Cs有效补偿了Sc对待测元素的抑制效应。选择合适的同位素克服了质谱干扰。稀土杂质的测定下限为0. 003 9～0. 035 ng/g,加标回收率为95. 20%～102. 80%,相对标准偏差(RSD)为0. 82%～2. 53%,方法适于高纯金属钪中稀土杂质的快速测定。     

氢氟酸分离-EDTA容量法测定钕铁硼废料中稀土总量

试验用烘烧的手段去除钕铁硼废料中水分或油分的方法,使基体金属转化为有脆性的氧化物,便于研磨混合,从而解决了分析样品的均匀性问题.研究氢氟酸分离杂质、EDTA容量法测定稀土总量的方法,两次消除杂质离子干扰,提高了分析结果的准确度.样品分析结果的相对标准偏差为1.41%,方法重现性好.     

高效液相色谱法测定电镀用氰化亚金钾中的杂质元素

研究了用高效液相色谱法测定电镀用氰化亚金钾中的杂质元素.电镀用氰化亚金钾样品用微波消解,然后用甲基异丁基酮(MIBK)萃取分离金.镍、铜、铁、铅、镉、汞6种杂质元素用四-(对二甲氨基苯基)-卟啉 (T4-DMAPP) 柱前衍生,然后用甲醇和四氢呋喃为流动相,ZORBAX Stable Bound (4.6mm×50mm,1.8μm)快速分离柱为固定相分离,6种杂质元素的配合物在 2.0min内可达到分离;用二极管矩阵检测器检测,镍、铜、铁、铅、镉、汞的检测限分别为:40ng/L、30ng/L、50ng/L、40ng/L、20 ng/L和40ng/L.该方法相对标准偏差为1.8%～3.4%,标准加入回收率为92%～106%.该方法用于测定电镀用氰化亚金钾样品中的痕量镍、铜、铁、铅、镉、汞,结果令人满意.     

火焰原子吸收光谱法测定铜磁铁矿中铜

采用15mL盐酸、5mL硝酸、3mL氢氟酸和5mL高氯酸分解试样,以5%(V/V)的高氯酸为测定介质,建立了火焰原子吸收光谱法(FAAS)测定铜磁铁矿中0.1%~2%铜的方法。干扰试验表明,铜磁铁矿中杂质元素在最大量存在的条件下不干扰铜的测定。在选定的实验条件下,铜校准曲线的相关系数为0.999 1,方法检出限为0.017μg/mL。将实验方法应用于5个铜磁铁矿样品中铜的测定,测得结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICPAES)基本一致,相对标准偏差(RSD,n=11)在1.2%~3.7%之间,加标回收率在96%~104%之间。分别在7家实验室采用实验方法进行测定,结果显示,实验方法的再现性限(R)在0.020%~0.118%之间。