辉光放电质谱：金属和半导体材料样品制备方法

GD-MS分析中，能满足样品池要求的试样都可以用于测量。以下几种方法一般使用于不同形态的金属及半导体材料：

（1）对于大块样品，可以切割加工成如表4．1所示的样品尺寸。将样品进行适当清洗，以便将样品切割加工过程中附着的油污等污染物清洗干净，也可去掉样品表面的氧化层。不同材料表面污染情况不一样，可以根据具体情况选用适当的清洗方法，见表4．2。样品表面清洗剂的选择通常根据样品的性质来定。通常先用丙酮清洗样品表面的油污，再用超纯水清洗，用稀硝酸（1∶1，V／V）超声清洗2次，用超纯水冲洗干净，放入无水乙醇中保存，该清洗方法适用于大多数样品。也有部分样品需要采用其他的稀酸溶液来清洗，如多晶硅不溶于稀硝酸，须将其置于硝酸和氢氟酸（6∶1，V／V）的混合酸中腐蚀样品表层至表面呈现金属光泽，以去除表面污染。镍基高温合金耐酸性较强，可用丙酮清洗试样表面。样品在稀酸中的清洗时间也要以具体样品而定，如镁合金、铝合金等遇稀酸反应剧烈，样品被腐蚀速度快，所以应控制好浸泡时间。

表4．2 GD-MS分析中样品的清洗

高纯硅、多晶硅、碳化硅等属于半导体材料，其电阻率和横截面积成反比。在GD 90型GD-MS分析中，如将高纯硅切割成20mm×2mm×2mm的棒状样品，在1．5kV放电电压下最大只能获得0．2mA的放电电流，基体元素Si的信号强度为5．1× 10－14A；而将其切割成20mm×20mm×2mm的片状后，在1．5kV的放电电压下可以获得1．0mA的放电电流，基体元素Si的信号强度为1．4×10－11A，因此高纯硅的棒状样品不适合GD-MS分析，应将其加工成片状。

（2）对于小尺寸块状样品如金属铪，可以将样品与高纯的熔融金属（如铟或镓）连接起来，实现样品的“嫁接”，形成新的符合放电尺寸要求的样品［3］。将小尺寸样品、块体铟、石英坩埚分别置于稀硝酸（1∶1，V／V）中用超声清洗2次，每次4min，再于超纯水中超声清洗2次，最后用无水乙醇洗净烘干。选择合适的聚四氟乙烯管（PTFE，内径2．3mm，外径3．2mm），与医用注射器连接，接口密封，将小尺寸样品置于管口；金属铟在石英坩埚中加热至熔化，将PTFE管插入液体铟中，用注射器抽取，铟进入管子中与样品连接，稍待冷却再将管子取出，将聚四氟乙烯管中的铟棒取出，形成新的样品（铟棒一端连接样品），截取20mm×2mm×2mm二次制备的样品，按照硝酸（1∶1，V／V）、去离子水、无水乙醇的顺序清洗、烘干。金属铪样品嫁接前后示意图如图4．1所示。

图4．1 金属铟嫁接金属铪样品示意图(www.xing528.com)

（3）对于粉末样品，可以将少量铟在聚四氟乙烯烧杯中水浴熔化，加入样品粉末，混合均匀后吸入内径为2～4mm的聚四氟乙烯管，冷却成型后，截取20mm的针状试样。将试样置于稀硝酸（1∶1，V／V）溶液中超声清洗2次，再于超纯水中超声清洗2次，最后用无水乙醇洗净烘干。也可以将粉末样品装入特制的压模中，在适当的压力下压制成合适尺寸的片状后用于分析。

（4）对于粉末或颗粒状样品，可以将样品铺在表面清洗干净的高纯钽片上，用一片大小合适、表面平整的铟片覆盖样品，然后在铟片上再放一片干净的钽片。由于铟具有很好的延展性，用手适当加压，就能将样品压在铟片上，用高纯氮气将铟片表层没有吸附紧的粉末吹走，制得片状试样。也可将样品采用机械滚压法黏附在高纯金属（铟或镓）的表面进行分析，具体方法详见本章4．3．1．1节中非导体材料的机械滚压法制样。图4．2所示为机械滚压法前后，镁合金颗粒样品在铟棒表面的黏附情况。

图4．2 机械滚压法前后铟棒裹覆镁合金颗粒示意图

（5）将高纯钽制成截面长和宽分别为2～3mm的矩形，长度为20mm，将其制成一面敞开的钽槽，将粉末或颗粒状样品填装入钽槽，制成针状试样，具体方法详见本章4．3．5节中非导体材料的钽槽法制样。图4．3为镁合金碎屑放入钽槽示意图。