ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕСНОГО СОСТАВА ВЫСОКОЧИСТОГО МОНОСИЛАНА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ СИЛИЦИДА МАГНИЯ*

Методом хромато-масс-спектрометрии исследован примесный состав моносилана, полученного по реакции взаимодействия силицида магния с хлоридом аммония в среде жидкого аммиака. Для повышения надежности идентификации примесей наряду с чистыми образцами моносилана анализировали также его фракции, выделенные в процессе очистки методом низкотемпературной ректификации. Для разделения примесей постоянных газов, углеводородов C₁ – C₃, летучих неорганических гидридов, дисилана, алкилсиланов использовали капиллярную адсорбционную колонку GS-GasPro 60 м Ч 0,32 мм с модифицированным силикагелем, а для разделения примесей гомологов моносилана, силоксанов, алкилсиланов — колонку 25 м Ч 0,26 мм, d_f = 0,25 мкм с сорбентом политриметилсилилпропином (ПТМСП). Примеси идентифицировали путем сравнения их экспериментальных масс-спектров с данными базы NIST. В случае отсутствия масс-спектров определяемых веществ в базе данных или низкого совпадения их с библиотечными идентификацию проводили с использованием масс-спектров и времен удерживания, опубликованных в литературе. В моносилане идентифицированы примеси постоянных газов, диоксида углерода, углеводородов C₁ – C₃, летучих неорганических гидридов, гомологов моносилана, силоксанов, алкилсиланов. Примеси определяли в режиме мониторинга выделенных ионов по массовым числам, для которых соотношение сигнал/шум максимально. Концентрации примесей рассчитывали методом абсолютной градуировки по площадям пиков, а в случае отсутствия образцов сравнения определяли с использованием зависимости коэффициентов чувствительности детектирования этих примесей от полного сечения ионизации. Пределы обнаружения примесей составили 1 · 10^–5 – 2 · 10^–7 % мол. Правильность анализа подтверждали методом варьирования величины пробы. Приведены результаты определения примесей в моносилане после синтеза, в очищенном методом низкотемпературной ректификации и в выделенных фракциях со сконцентрированными выше- и нижекипящими примесями.

1. Белов Е. П., Лебедев Е. Н., Григораш Ю. П. и др. Моносилан в технологии полупроводниковых материалов. — М.: НИИТЭХИМ, 1989. — 66 с.

2. Некрасов А. В. Производство фотоэлектрических преобразователей и рынок кремниевого сырья 2006 – 2010 гг. / Технология и конструирование электронной аппаратуры. 2006. № 4. С. 3 – 8.

3. Яркин В. Н., Кисарин О. А., Реков Ю. В. и др. Кремний для солнечной энергетики: конкуренция технологий, влияние рынка, проблемы развития / Теория и практика металлургии. 2010. № 1 – 2. С. 114 – 126.

4. Фалькевич Э. С., Пульнер Э. О., Червоный И. Ф. и др. Технология полупроводникового кремния. — М.: Металлургия, 1992. — 408 с.

5. Сенников П. Г., Котков А. П., Адамчик С. А. и др. Примеси в моносилане, синтезированном различными методами / Неорг. материалы. 2010. Т. 46. № 4. С. 415 – 420.

6. Крылов В. А. Анализ высокочистых летучих веществ / Журн. аналит. химии. 2002. Т. 57. № 8. С. 790 – 802.

7. Крылов В. А. Проблемы анализа высокочистых летучих агрессивных веществ / Росс. хим. журн. 2002. Т. 44. № 4. С. 71 – 75.

8. Девятых Г. Г., Зорин А. Д. Летучие неорганические гидриды особой чистоты. — М.: Наука, 1974. — 206 с.

9. Жигач А. Ф., Стасиневич Д. С. Химия гидридов. — Л.: Химия, 1969. — 676 с.

10. Зорин А. Д., Агафонов И. Л., Ларин Н. В. и др. Анализ летучих неорганических гидридов на содержание микропримесей газо-хроматографическим и масс-спектрометрическими методами / Методы получения и анализа веществ особой чистоты. — М.: Наука, 1970. С. 146 – 152.

11. Девятых Г. Г., Зорин А. Д., Фролов И. А. и др. Глубокая очистка летучих неорганических гидридов методом ректификации / Методы получения и анализа веществ особой чистоты. — М.: Наука, 1970. С. 42 – 50.

12. Созин А. Ю., Буланов А. Д., Чурбанов М. Ф. и др. Примесный состав высокочистых изотопно-обогащенных моносилана и моногермана / Неорг. материалы. 2017. Т. 53. № 1. С. 3 – 10.

13. Крылов В. А., Чернова О. Ю., Созин А. Ю. Хромато-масс-спектрометрическая идентификация примесей в изотопно-обогащённом силане / Масс-спектрометрия. 2007. № 4. С. 125 – 130.

14. Крылов В. А., Чернова О. Ю., Созин А. Ю. Хромато-масс-спектрометрическая идентификация примесей в силане природного изотопного состава и обогащенном 28Si / Аналитика и контроль. 2011. Т. 5. № 4. С. 421 – 428.

15. Созин А. Ю., Чернова О. Ю., Буланов А. Д. Исследование примесного состава силана, обогащенного изотопом 29Si, методом хромато-масс-спектрометрии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 9. С. 16 – 21.

16. Созин А. Ю., Чернова О. Ю., Сорочкина Т. Г. и др. Хромато-масс-спектрометрическое исследование примесного состава силана, обогащенного изотопом 30Si / Перспективные материалы. 2016. № 12. С. 72 – 78.

17. Девятых Г. Г., Дианов Е. М., Буланов А. Д. и др. Получение высокочистого моноизотопного силана: 28SiH4,29SiH4,30SiH4 / Доклады АН. 2003. Т. 391. № 5. С. 638 – 639.

18. Буланов А. Д., Трошин О. Ю., Котков А. П. и др. Получение высокочистых моноизотопных силанов 29SiH4 и 30SiH4 / Перспективные материалы. 2010. Вып. 8. С. 341 – 344.

19. Воротынцев В. М., Мочалов Г. М., Нипрук О. В. Синтез моносилана методом каталитического диспропорционирования трихлорсилана в реакционно-ректификационном аппарате с рециклом / Журн. прикл. химии. 2001. Т. 74. Вып. 4. С. 603 – 607.

20. Taylor P. A. Purification techniques and analytical methods for gaseous and metallic impurities in high-purity silane / J. Crystal Growth. 1988. Vol. 89. P. 28 – 38.

21. Берёзкин В. Г., Королёв А. А., Хотимский В. С. Политриметилсилилпропин как адсорбент в капиллярной газовой хроматографии / Доклады АН. 2000. Т. 370. С. 200 – 204.

22. Крылов В. А., Созин А. Ю., Зорин В. А. и др. Хроматомасс-спектрометрическое определение примесей в изотопно-обогащённом силане высокой чистоты / Масс-спектрометрия. 2008. Т. 6. № 4. С. 225 – 233.

23. Fitch W. L. Calculation of relative Electron Impact Total Ionization Cross Dections for Organic Molecules / Anal. Chem. 1983. Vol. 55. P. 832 – 835.

24. Основы аналитической химии. Изд. 2-е.: в 2 т. / Под ред. Ю. А. Золотова. — М.: Высшая школа, 2000. — 351 с.

25. Яшин Я. И., Яшин Е. Я., Яшин А. Я. Газовая хроматография. — М.: ТрансЛит, 2009. — 528 с.

26. de Saint Etienne C., Mettes J. Gas phase impurities in silane determined by gas chromatography — mass spectrometry / Analyst. 1989. Vol. 114. P. 1649 – 1653.

27. Воротынцев В. М., Мочалов Г. М., Матвеев А. К. и др. Газохроматографическое определение микропримесей H2, O2, Ar, N2, CO, CO2 и углеводородов в высокочистом моносилане / Журн. аналит. химии. 2003. Т. 58. № 2. С. 178 – 181.

28. Скосырев А. И., Пушкарев Г. В., Ермолаев С. В. и др. Особенности газохроматографического анализа летучих гидридов квалификации 6N4 с использованием гелиевого ионизационного детектора в режиме ионизационного усиления / Журн. аналит. химии. 2017. Т. 72. № 10. С. 910 – 916.