Способ анализа следовых количеств органических соединений на поверхности твердых тел

Способ анализа следовых количеств органических соединений на поверхности твердых тел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К,АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (i>)966792

Союз Советских

Социапис тически х

-республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (5l)M, Кл.

Н 01 Х 49/26 (22) Заи влено 13.02.80 (21) 2883162/18-21 с присоединением заявки М— (23} Приоритет—

Гасударетаанный квинтет

С.CCP ао делам нэабретеннй н аткритнй

Опубликовано 15.10.82. Бюллетень М38 (53) УДК 621.384 (088.8) Дата опубликования описании 15.10.82 (72) Автор иэобретениA

Л. Н. Григоров

РСЕС(ПОЗНАЯ

ПАТЕИТНОТЕХ11 ЕСКАЯ

БИБЛИОТЕКА (71) Заявитель

Институт органической химии им. H. Д. Зелинского (54) СПОСОБ АНАЛИЗА СЛЕДОВЫХ КОЛИЧЕСТВ ОРГАНИЧЕСКИХ

СОЕДИНЕНИЙ HA ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Изобретение относится к способам анализа следовых количеств органических соединений на поверхности твердых тел и может быть использовано для контроля чистоты поверхности в злектровакуумном производстве, в производстве интегральных схем, а также в научных исследованиях свойств поверхности твердого тела.

Известен способ исследования поверхности твердых тел с использованием метода вторичной ион-ионной масс-спектрометрии. Согласно способу образец вакуумируют и облучают его поверхность пучком ионов инертного газа, которые выбивают из поверхности образца положительные вторичные ионы. В процессе облучения поверхности пучком первичных ионов осуществляют масс-спектральное разделение вторичных ионов и их регистрацию в виде масс-спектра, который затем расшифровывают. В результате расшифровки из масс-спектра выделяют линии, относящиеся только к ионам органических соединений, по интенсивности которых судят о ете-, пени покрытия поверхности органическими соединениями (1) .

Недостаток способа заключается в разрушающем действии первичного пучка ионов на поверхность твердого тела, что вызывает изменение ее свойств.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ анализа органических соединений на поверхности твердых тел, включающий вакуумирование образца и облучение его поверхности импульсами лазерного излучения в режиме свободной генерации. Средняя мощность импульсов излучения на поверхности образца 10 Вт/ем ..

После десорбции частиц производят их иониза. цию электронным лучом и регистрируют масс. спектр ионов, который затем подвергают расшифровке и анализу (2).

Недостатками данного способа являются ниэ20 кая,чувствительность, не лучше 10 от монослойного заполнения поверхности органическими соединениями, сложность расшифровки масс-спектра, поскольку одновременно с иона966792 це.!

О

30

55 ми органических соединений регистрируются также и ионы неорганических соединений.

Это приводит к увеличению времени анализа.

Цель изобретения — повышение чувствительности, сокращение времени и упрощение анализа. следовых количеств органических соединений на поверхности твердых тел.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу анализа следовых количеств органических соединений на поверхности твер° дых тел, включающему вакуумирование образца, облучение его поверхности импульсами лазерного излучения в режиме свободной генерации и 1 ãèñòðàöèþ положительных ионов, средняя плотность мощности импульсов лазерного излучения на поверхности образца составляет от 3 ° 10 Вт/см до 10 Вт/см .

Сущность изобретения заключается в том, что как обнаружено, существенная часть органических соединений десорбируется в поверхности твердых тел в виде положительных ионов, когда режим облучения поверхности соответствует предлагаемому. Неорганические соединения при этом же режиме облучения десорбируются в нейтральной форме. Это позволяет осуществить анализ десорбированных ионов органических соединений, не прибегая к ионизации электронным лучом, что приводит к увеличению чувствительности предлагаемого способа на несколько порядков, На чертеже приведена осциллограмйа изменения во времени суммарного количества ионов органических соединений, десорбирующихся с поверхности твердого тела при импульсном лазерном облучении.

Пример 1. Облучение различных твердых тел производят импульсами лазера на неодимовом стекле в режиме свободной. генерации, причем варьируют среднюю импульсную плотность мощности излучения на поверхности образца. Анализ состава десорбирующихся с поверхности ионных соединений производят масс-спектрометром по времени пролета, в вакуумной камере которого облучают образцы.

Исследуемые образцы помещают в вакуумную камеру и откачивают при комнатной температуре в течение 3 сут. Предельное давле ние в вакуумной камере составляет 5 х х10 9 мм. pr..ñò. Парциальное давление паров органических соединений не превышает

10 ммрт.ст. В этих условиях на поверхности исследовавшихся образцов находятся молекулы органических соединений, адсорбированные в следовых количествах из состава остаточных газов вакуумной камеры масс-спектрометра, в концентрации, не превышавшей одного монослоя.

Результаты исследований приведены в таблиОтсутствие среди ионов, приведенных в таблице, масс с номерами 2, 18, 28 и 32 свидетельствует, что адсорбированные молекулы водорода, воды, азота и кислорода соответственно не десорбируютая в ионной форме. Кроме того, не наблюдаются в массспектрах ионы с массами 48, 52, 56, .59, 64 и 27 а.е,м., соответствующие титану, хрому, железу, никелю, входящим в состав нержавеющей стали, а также соответствующим меди и алюминию. Для режимов облучения, приведенных в таблице, не обнаружено испарения перечисленных атомов твердого тела и в нейтральной форме, что указывает на отсутствие. разрушения поверхности.

Таким образом, при облучении поверхности, лазерными импульсами в диапазоне режимов, границы которого приведены в таблице, только органические соединения оказываются способными к десорбции в ионной форме. Неизменность свойств облучаемой поверхности подтверждается тем, что ионная эмиссия наблюдается практически без изменений при облучении однон и той же поверхности последовательностью лазерных импульсов с интервалом

3 мин.

Пример 2. Образец окиси меди помещают в вакуумной камере, снабженной приемником положительных ионов и приспособленной. для облучения образца лазерным излучекием. Одновременно с облучением поверхности производится регистрация суммарного количества ионов всех масс, десорбируемых с поверхности эа время действия импульса лазера, При помощи длительного и сильного прогрева образца в вакууме его поверхность очищается от основной части адсорбированных органических молекул из состава остаточных газов.

Затем на очищенную поверхность адсорбируют пары уксусного альдегнда в концентрации, не превышавшей монослойную. При облучении лазерным импульсом с плотностью мощности 104 Вт/см и длительностью 5 10 4 с образца с адсорбированным органическим соединением суммарное количество регистрируемых ионов возрастает на несколько порядков по сравнению с очищенной поверхностью того же образца, и приближается к значению

10 ионов/ем, как показано на чертеже.

Этот пример также доказывает, что регистрируемый ионный ток связан с десорбцией с поверхности заряженных органических соединений. . Использование способа позволяет повысить чувствительность анализа до концентрации органических соединений на поверхности 3 ° 10

5 966792 6 от монослойного покрытия при масс-спектро- . Преимуществом способа является отсутствие, метрической регистрации ионов и до концепт- повреждений анализируемой поверхности и, рации 10 " монослойного покрытия при сохранение ее свойств благодаря слабому суммарной регистрации, тепловому воздействию лазерного импульса

S с приведенными параметрами.

Полное время анализа загрязненности по. Использование предлагаемого способа поэвоверхности органическими сосд Мениями при ляет применить для его реализапии более использовании предлагаемого способа сокра- простую и более дешевую аппаратуру по сравщается до 10 " с по сравнению с десятка- нению с используемой в известных способах, ми минут и часами в известных способах, с 1В так как.при регистрации ионного тока без учетом времени, необходимого для расшифров- разделения по массам нет необходимости в ки масс-спектров. ! применении дорогостоящих масс-анализаторов.

5 10

33,34

35,36

Металл Медь

3, 106 — — 3 107

Нержавеющая сталь

3738

39,40, 5 10-

3.104

41, 94, 96, 106, 113, Диэлектрик

Пленка окиси алюминия на нержавеющей

5. 10-4

104

Полупроводник

5, 10-4

104

122, 142, 145, 161, Закись меди

10ý!.0 3

Окись меди

Формула изобретения

Способ анализа следовых количеств органических соединений на поверхности твердых тел, включающий вакуумирование образца, . облучение его поверхности импульсами лазерного излучения в режиме свободной генерации и регистрацию положительных ионов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, сокращения времени и 15 упрощения анализа, средняя плотность мощности импульса лазерного излучения на поверхности образца составляет от 3-10З Вт/см до !О Вт/см .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Петров Н. Н., Аброян И. А. Диагностика поверхности с помощью ионных пучков, ЛГУ, Л., 1977, с. 13-!5.

2. Kumar М., Rigby L. J., Laser Volatiliia-

tion on Surface Layers. — 8 сб. Dynamic mass

spectrometry, v. 3, London, 1972, р. 283 — 290.

966792

210

Редактор А. Долинин

Подписное

Заказ 7889/71 июнд/си < И

Составитель Н. Алимова

Техред М.Рейвес Корректор Е. Рошко

Тираж 761

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открьпий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4