隨著半導(dǎo)體材料的不斷發(fā)展,以GaN為代表的第三代半導(dǎo)體材料以其寬禁帶寬度、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)和高電子飽和度等特點(diǎn)引起了廣泛的研究。主要用于高亮度發(fā)光二極管(LED)、激光二極管以及高溫、高頻和高功率電子器件等領(lǐng)域。但是使用MOCVD在異質(zhì)襯底上外延生長(zhǎng)的其他晶面的GaN都存在較高的位錯(cuò)密度,同時(shí)在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)引入背景雜質(zhì)從而導(dǎo)致了大量的點(diǎn)缺陷。檢測(cè)這些材料中的雜質(zhì)含量以及了解這些材料中的雜質(zhì)是如何影響GaN基器件性能和發(fā)光特性是制備高性能器件的基礎(chǔ)。而GaN一種性能穩(wěn)定的化合物，在室溫下，不溶于水、酸和堿，在熱的堿溶液中溶解緩慢。傳統(tǒng)的將樣品溶解后檢測(cè)的手段不能滿足GaN中雜質(zhì)的檢測(cè)。近年來(lái)，輝光放電質(zhì)譜法(GDMS)采用固體直接進(jìn)樣，靈敏度高，檢出限低，受到廣泛關(guān)注，因此建立GDMS分析GaN中雜質(zhì)元素，表征GaN純度，知道GaN生產(chǎn)，具有重要意義。

根據(jù)《工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于印發(fā)2020年第三批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂和外文版項(xiàng)目計(jì)劃的通知》(工信廳科函[2020]263號(hào))的文件精神，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《氮化鎵化學(xué)分析方法 痕量雜質(zhì)元素含量的測(cè)定 輝光放電質(zhì)譜法》的牽頭起草單位為國(guó)標(biāo)(北京)檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司。為了保證項(xiàng)目順利完成，全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)組織國(guó)標(biāo)(北京)檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司及其他相關(guān)參編單位做了大量的前期調(diào)研及標(biāo)準(zhǔn)起草工作。

國(guó)標(biāo)(北京)檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司和項(xiàng)目參編單位成立標(biāo)準(zhǔn)編制組，確定編制組成員任務(wù)分工和計(jì)劃，開(kāi)展查詢相關(guān)國(guó)內(nèi)外資料、標(biāo)準(zhǔn)的整理和研討工作，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)編制組也充分調(diào)研了行業(yè)內(nèi)氮化鎵的產(chǎn)品質(zhì)量及檢測(cè)方法，并組織相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了氮化鎵雜質(zhì)含量檢測(cè)的試驗(yàn)工作，對(duì)擬制定標(biāo)準(zhǔn)的范圍、適用性、可操作性、科學(xué)性等內(nèi)容進(jìn)行了認(rèn)真研討、論證和改進(jìn)，通過(guò)試驗(yàn)，初步確立了方法標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。

標(biāo)準(zhǔn)編制組嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編寫(xiě)格式、結(jié)構(gòu)和表述規(guī)則撰寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)討論稿，2022年2月形成《氮化鎵化學(xué)分析方法 痕量雜質(zhì)元素含量的測(cè)定 輝光放電質(zhì)譜法》標(biāo)準(zhǔn)討論稿，在廣泛征求專家意見(jiàn)后，制定了詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證試驗(yàn)方案。2022年4月組織多家單位進(jìn)行了充分的驗(yàn)證試驗(yàn)后，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)擬制定標(biāo)準(zhǔn)所涉及的內(nèi)容、范圍、適用性、可操作性、科學(xué)性等內(nèi)容進(jìn)行了認(rèn)真研討、論證和改進(jìn)，于2022年6月完成征求意見(jiàn)稿，專家們就試驗(yàn)條件、儀器設(shè)備、干擾因素、試驗(yàn)步驟等內(nèi)容進(jìn)行了認(rèn)真的討論并提出了意見(jiàn)，標(biāo)準(zhǔn)起草小組根據(jù)專家意見(jiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿進(jìn)行了修改，于2022年8月召開(kāi)預(yù)審會(huì)議，2022年10月形成標(biāo)準(zhǔn)送審稿提交標(biāo)委會(huì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)審查后上報(bào)審批。標(biāo)準(zhǔn)在完成報(bào)批后，于2023年12月20日公告發(fā)布，2024年7月1日實(shí)施。

該標(biāo)準(zhǔn)在起草過(guò)程中，根據(jù)國(guó)內(nèi)各氮化鎵廠家實(shí)際生產(chǎn)的具體情況和用戶需求，以及目前使用的設(shè)備情況，確定了本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍、測(cè)試原理、干擾因素以及校準(zhǔn)、試驗(yàn)步驟等內(nèi)容，滿足國(guó)內(nèi)外廠家及客戶的需求。標(biāo)準(zhǔn)在編制過(guò)程中嚴(yán)格按照GB/T 1.1《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的要求進(jìn)行編寫(xiě)。

根據(jù)氮化鎵檢測(cè)需求和儀器操作要求，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輝光放電質(zhì)譜法測(cè)定范圍、方法原理、儀器條件、計(jì)算原理推導(dǎo)、樣品測(cè)量、結(jié)果計(jì)算、允許差等指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定。

2.1 測(cè)定范圍

除去摻雜元素，目前國(guó)內(nèi)氮化鎵純度大于6N，產(chǎn)品總雜質(zhì)不超過(guò)1μg/g，儀器對(duì)不同元素的靈敏度有一定差異，目前國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家均已采用GDMS出具報(bào)告，貿(mào)易雙方對(duì)報(bào)告中雜質(zhì)成分含量下限已達(dá)成一定的共識(shí)，在綜合考慮行業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被測(cè)元素測(cè)定范圍進(jìn)行了規(guī)定，氟、硫、鉀、氯、溴、硒為0.05μg/g～5μg/g，鍺為1μg/g～5μg/g，鉬為0.01μg/g～5μg/g，銀、金為0.5μg/g～5μg/g，鉭為2μg/g～5μg/g，其余元素：0.005μg/g～50μg/g。

2.2 方法原理

氮化鎵樣品作為放電陰極進(jìn)行輝光放電，其表面原子被等離子體中帶電粒子轟擊發(fā)生濺射，濺射產(chǎn)生的原子被離子化后，離子束通過(guò)電場(chǎng)加速進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)定。在每一待測(cè)元素選擇的同位素質(zhì)量處以預(yù)設(shè)的掃描點(diǎn)數(shù)和積分時(shí)間對(duì)應(yīng)譜峰積分，所得面積為譜峰強(qiáng)度。無(wú)標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)儀器軟件中的“典型相對(duì)靈敏度因子”自動(dòng)計(jì)算出各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù);有標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，需通過(guò)與被測(cè)試樣相同的分析條件、離子源結(jié)構(gòu)以及測(cè)試條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行獨(dú)立測(cè)定獲得相對(duì)靈敏度因子，應(yīng)用該相對(duì)靈敏度因子計(jì)算出各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.3 樣品制備

氮化鎵需制成直徑<1mm的顆粒，采用銦粘附的方法輔助裝載樣品：將超高純銦壓成片狀，依次使用硝酸、水、無(wú)水乙醇浸泡清洗，干燥后，再將顆粒樣品置于超高純銦片的中間位置攤平為直徑約0.5mm的圓形薄層，壓實(shí)壓緊，備用。

2.4  樣品測(cè)量

沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，根據(jù)儀器軟件中的“典型相對(duì)靈敏度因子”計(jì)算被測(cè)元素的含量。當(dāng)有標(biāo)準(zhǔn)樣品(待測(cè)元素的含量比檢出限大100倍且小于100μg/g)時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，取3次測(cè)定數(shù)據(jù)的平均值校準(zhǔn)儀器相對(duì)靈敏度因子(RSF)，通過(guò)校準(zhǔn)后RSF計(jì)算被測(cè)元素的含量。

輝光放電質(zhì)譜法作為一種高精度的分析方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氮化鎵中痕量雜質(zhì)元素含量的準(zhǔn)確測(cè)定。這種方法通過(guò)濺射樣品表面原子并離子化后進(jìn)行質(zhì)譜分析，具有極高的靈敏度和分辨率，能夠滿足對(duì)氮化鎵中極低含量雜質(zhì)元素的檢測(cè)需求。該標(biāo)準(zhǔn)的制定為行業(yè)內(nèi)提供了統(tǒng)一的操作流程和數(shù)據(jù)處理方法，降低了分析結(jié)果的誤差和不確定性，提高了分析數(shù)據(jù)的可靠性和可比性，為氮化鎵材料的生產(chǎn)和質(zhì)量控制提供了重要的技術(shù)支持和依據(jù)，進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和優(yōu)化，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

（來(lái)源：有色標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量質(zhì)量）