ОБ ИССЛЕДОВАНИИ ПРИМЕСНОГО СОСТАВА ТЕТРАФТОРИДА КРЕМНИЯ МЕТОДОМ МИКРОВОЛНОВОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

June 25, 2012 by admin Комментировать »

Вакс В. Л., Домрачева Е. Г., Клюева Н. В., Черняева М. Б. Институт физики микроструктур РАН, ГСП-105, Н. Новгород 603950, Россия Тел.: (8312) 607648; e-mail: elena@ipm.sci-nnov.ru Сенников П. Г., Чупров Л. А. Институт химии высокочистых веществ РАН, ГСП-75, Н. Новгород 603950, Россия


Аннотация Рассматриваются возможности использования метода микроволновой газовой нестационарной спектроскопии для исследования примесного состава тетрафторида кремния. Проанализированы линии поглощения ряда основных известных примесей в 2-х миллиметровом диапазоне длин волн. Экспериментально обнаружено наличие фреонов CHF3, CH2F2, CH3F.

I.  Введение

В настоящее время в связи с возникновением новых областей применения силана и тетрафторида кремния [1] и растущими требованиями к их чистоте появляется необходимость получения более полной информации об их примесном составе. Наиболее распространенными методами исследования являются методы ИК-фурье-спектроскопии высокого разрешения в низкотемпературных инертных матрицах и ИК-фурье-спектроскопии растворов в сжиженных инертных газах. Однако интерпретация получаемой спектроскопической информации крайне затруднена из-за сложного спектра системы, которая состоит из основного вещества и большого числа примесей, в том числе, и структурно родственных и, кроме того, возможно, вступающих в реакции с основным веществом. Данная работа посвящена возможностям использования метода микроволновой газовой нестационарной спектроскопии, преимуществами которого является высокая разрешающая способность и однозначность определения исследуемых веществ по результатам измерений спектров поглощения[2].

II.  Теория

К числу несомненных достоинств микроволновой газовой нестационарной спектроскопии, кроме высокой чувствительности и высокой разрешающей способности, относятся: высокая информативность спектроскопического сигнала; возможность неразрушающего контроля газовых смесей, что обеспечивает информацию о реальном содержании примесей в исследуемом газе; возможность анализа многокомпонентных газовых смесей, когда реализуется дистанционный, неразрушающий метод исследования. Кроме того, процесс приготовления образца к измерениям не имеет особых технологических трудностей и представляет собой только откачку исследуемого объема до рабочего давления порядка 0.05 Торр. Для высокочувствительного анализа достаточно малого количества исследуемого вещества и анализ может происходить в режиме реального времени. Аналитические спектральные линии известных молекул (т. е. высокоинтенсивные линии поглощения анализируемых молекул) не перекрываются между собой, что позволяет проводить измерения практически при любых возможных сочетаниях компонентов в газовых смесях.

В примесном составе тетрафторида кремния кроме молекул, обладающих нулевым дипольным моментом и не имеющих разрешенных вращательных

переходов СН4, РН3, присутствуют такие хорошо изученные в микроволновом диапазоне молекулы, как СО, Н20, а также молекулы, линии поглощения которых известны на более низких частотах, SiFH3, SiH2F2, и др.

Было высказано предположение о наличии фреонов в примесном составе тетрафторида кремния. В ходе теоретического анализа рассматривались молекулы CHF3, CH2F2, CH3F. Для теоретических оценок использовались известные данные о вращательных константах и дипольных моментах [3], а также рассматривались известные линии этих соединений [3, 4]. По полученным вращательным константам рассчитывались частоты вращательных переходов для молекулы CHF3 и оценивались интенсивности линий поглощения для молекул CHF3, CH3F (для концентрации 100%) [5].

III.  Эксперимент

Исследования проводились с использованием микроволнового спектрометра с фазовой манипуляцией воздействующего излучения в диапазоне частот 115-183 ГГц. Ячейка представляла собой кварцевую трубу длиной 1 м, в которую напускалась исследуемая многокомпонентная смесь. Рабочее давление в ячейке составляло 0.05 Торр. В ходе эксперимента в микроволновом спектре системы тетрафторид кремнияпримеси были обнаружены линии CHF3, CH2F2, CH3F. Экспериментальные данные сравнивались с рассчитанными данными (для CHF3) и сданными из каталогов (для CH2F2, CH3F) [3,4]. Результаты теоретических и экспериментальных исследований приведены в таблицах 1 (CH3F), 2 (CH2F2) и 3 (CHF3).

Таблица 1. Характеристики линий поглощения CH3F.

^reop.i МГЦ

-1

Y теор, СМ

^эксп. j М Гц

-1

У эксп.) СМ

153207.65

1*10′4

153207.18

1.6*10′7

153210.44

1*10′4

153210.58

9.6*10′8

Таблица 2. Характеристики линий поглощения CH2F2.

^геор., МГЦ

-1

Утеор) СМ

^эксп., М Гц

-1

У эксп.) СМ

115641.14

1.6*10′5

115641.3

4.25*10′8

115771.95

1.2*10′6

115771.3

4.4*10′8

116208.22

0,00016

116208.6

1.82*10′7

135984.95

3.1*10′2

135984.35

9.5*10′7

152028.39

4.2*10′2

152028.8

7.78*10′8

158945.78

4.2*10′2

158944.2

7.05*10′8

162631.74

4.3*10′2

162630.3

3.76*10′8

^reop.i МГЦ

-1

Y теор, CM

^эксп. 1 M Гц

-1

У эксп.) CM

124175.1

1.91*10“5

121173.2

4.92*10′8

124175.3

3.72*1 O’5

124174.2

5.83*10′8

124175.9

3.4*1 O’5

124176.3

6.9*10′8

124177.1

2.9*1 O’5

124177.9

3.16*10′8

124178.5

2.12*1 O’5

124179.7

4.05*10′8

124180.5

1.17*1 O’5

124180.5

8.08*10′8

IV.  Заключение

Таким образом, в работе показаны возможности метода микроволновой газовой нестационарной спектроскопии для решения задач аналитической спектроскопии на примере его применения для анализа примесного состава тетрафторида кремния. Приведены характеристики наблюдаемых экспериментальных линий поглощения фреонов, которые находятся в хорошем соответствии с результатами теоретического анализа. Дальнейшее направление работ связано с проведением измерений примесной воды, а также с применением микроволнового спектрометра для решения задачи исследования кинетики предполагаемых химических реакций

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 03-02-16338)

V.  Список литературы

[1 ] Игнатов С. К., Сенников П. Г., Разуваев А. Г и др. Квантово-химическое исследование структурных, спектральных и электрооптических параметров фторсиланов SiH4.xFx (х=0-4) Оптика и спектроскопия, 2001, т.90, №5 с. 654-664.

[1]    V. L. Vaks, V. V. Khodos, Е. V.Spivak. A nonstationary microwave spectrometer. Review of Scientific Instruments.

[2]    1999.              V. 70. №8. P. 3447-3453

Microwave spectral tables. Volume IV. Polyatomic molecules without internal rotation. National Bureau of Standards Monograph 70. 1968.

[3]    www.spec.jpl.nasa.gov/ftp/pub/catalog/

[4]    Таунс Ч., Шавлов А. Радиоспектроскопия. М.: 1959.

ON INVESTIGATION OF IMPURITIES OF TETRAFLUOROSILANE BY MICROWAVE GAS SPECTROSCOPY METHOD

Vaks V. L., Domracheva E. G., Klyueva N. V., Chernyaeva М. B.

Institute for Physics of Microstructures RAS GSP-105 Nizhny Novgorod 603950, Russia Phone: (8312) 607648 E-mail: elena@ipm.sci-nnov.ru Sennikov P. G., Chuprov L. A.

Institute of Chemistry of High-Purity Substanses RAS GSP-75, Nizhny Novgorod 603950, Russia

Abstract The possibilities of using of the microwave gas spectroscopy method for investigation of impurities of tetrafluorosilane are considered. The absorption lines of known impurities at 2-mm wavelength range are analyzed. The presence of freon was experimentally found.

I.  Introduction

At present, it is necessary to have more information about impurity compound of tetrafluorosilane because new fields of its use are appeared and requirements to its purity are grown. Usually the FTIR-spectroscopy methods are used for this investigation. But interpretation of spectroscopy information is very difficult because the system is formed from the main substance and has a number of impurities. The present paper deals with possibilities of using of microwave gas spectroscopy method advantages such as high resolution and the unambiguous determination of investigated substances by measurements of absorption spectra.

II.  Theory

Besides the known advantages of microwave gas spectroscopy, such as high sensibility and resolution, the high selfdescriptiveness of spectroscopic signal, possibility of noninvasive control of gas mixtures with ensuring of information of real impurity content in investigated gas, the possibility of multi-component gas mixtures analysis when remote noninvasive investigation method is realized and it should be mentioned as undoubted advantages. A small quantity of investigated substances is enough for high sensitive analysis, and it is possible to make realtime measurements. High intensity spectral lines of known molecules are not overlapped, hence it is possible to take measurements at any combination of molecules.

At impurity composition of tetrafluorosilane, first of all, we deal with molecules having zero dipole momentum and, therefore, without permitted rotational transitions (as CH4, PH3 etc.). Besides, there are molecules with well-known microwave spectra, such as CO, H20. And there are also molecules, such as SiFH3, SiH2F2 etc., for which absorption lines are known at lower frequencies.

The presence of molecules of freons such as CHF3, CH2F2, CH3F in impurity composition of tetrafluorosilane was expected. The absorption lines characteristics of these molecules are theoretically considered here. The frequencies and absorption coefficients of rotational transitions are estimated by using of known rotational constants and dipole moments. The known absorption lines of these molecules are also used for identification of experimental spectrum.

III.   Experiment

The experimental measurements of microwave spectrum of system tetrafluorosilane-impurities were taken with phaseswitching microwave spectrometer in 115-183 GHz frequency range. The absorption lines of molecules CHF3, CH2F2, CH3F were detected. The characteristics of absorption lines are in good accordance with results of theoretical analysis.

IV.  Conclusion

This work is concerned with advantages of microwave gas spectroscopy method and possibilities of its application for the investigation of impurity composition of tetrafluorosilane. The experimental characteristics of absorption lines of freons and their comparison estimations are presented.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты