GB/T32277-2015
硅的仪器中子活化分析测试方法
Testmethodforinstrumentalneutronactivationanalysis(INAA)ofsilicon
- 中国标准分类号（CCS）H17
- 国际标准分类号（ICS）29.045
- 实施日期2017-01-01
- 文件格式PDF
- 文本页数18页
- 文件大小504.47KB
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硅的仪器中子活化分析测试方法
国家标准 GB/T32277一2015 硅的仪器中子活化分析测试方法 TestmmethodforinstrumentalneutronactivatioanalysisINAAofsiliconm 2015-12-10发布 2017-01-01实施 中毕人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中 国国家标准化管厘委员会国家标准
GB/T32277一2015 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAc/TC203)与全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分会(SAcC/Tc203/SC2)共同提出并归口
本标准起草单位;乐山乐电天威硅业科技有限责任公司原子能科学研究院、新特能源股份有 限公司
本标准主要起草人;李智伟,张亚东,张新,姚淑,银波,邱艳梅
GB/T32277一2015 引 言 中子活化分析(NAA)是一种能够对多种材料进行多种元素的高灵敏度定量、定性分析的方法
特 别是在半导体工业中,它被指定用于分析和评价高纯多晶硅(用以生长半导体级硅单晶及硅片的原材 料)中的痕量元素污染
光伏产业中,硅原料需求的增长引发了更大规模的多晶硅生产和各种提纯硅原 料替代方法的研发
用这些方法生产的硅材料在目前的文献资料中一般被称为太阳能级硅,并具有多 种形状,如块状、粉末状和颗粒状
随着多晶硅和太阳能级硅生产规模的扩大,其质量控制也应加强,而仪器中子活化分析(INAA)是 可选方法之一
仪器中子活化分析是一种直接对辐照样品实施分析的方法,与之相比,传统的放射化学 中子活化分析方法(RNAA)要将辐照后的样品进行化学分离,除去干扰物质或者浓缩待检放射性同位 素
当前,一些实验室通过使用不同的中子源、辐照条件、电子设备和制样方法,实现了仪器中子活化分 析,并将其应用于各种形态,种类的硅样品
硅的仪器中子活化分析方法的标准化将消除分析方法间的 差异,从而建立一个通用的参考分析方法
I
GB/T32277一2015 硅的仪器中子活化分析测试方法 范围 本标准规定了硅材料的仪器中子活化分析测试方法
1.1 1.2本标准适用于化学气相沉积法或冶金提纯方法生产的硅材料的仪器中子活化分析
分析样品可 以是单晶硅、多晶硅,而多晶硅的形态可以是粉末,颗粒、块状或硅片
1.3本标准适用于材料的宏观成分分析
如按本测试方法进行额外的样品制备,并在样品抽取、传送 和制备过程中避免表面污染,也可实现样品的表面或近表面区域分析
1.4本测试方法仅适用于附录A中所列痕量元素的热中子或超热中子活化分析
1.5本测试方法不适用于非晶硅薄膜,多晶硅薄膜或微晶硅薄膜的分析
对于受到人为掺杂高浓度特 殊元素的硅样品,也不属于本测试方法适用范围,但在检查过掺杂对安全、检测限和最小等待时间1.的 影响之后,该测试方法还是可能适用
1.6本测试方法用于分析大范围的痕量元素(见附录A)
通常,样品的辐照时间应比Si的衰变寿命 长,而且应等辐照生成的si充分地衰变之后才能实施分析
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T6202011 化学试剂氢氟酸(ISO6353-3:1987,NEQ GB/T626一2006化学试剂硝酸(ISO6353-2:1983,NEQ) GB/T11446.12013电子级水 GB/T14264 半导体材料术语 GB18871电离辐射防护与辐射源安全基本标准 GJB2253A一2008氮气和液氮安全应用准则 《危险化学品强制性国家标准实施手册》 IsO11929:2010致电离辐射测量用特性限值(判断阂、探测限值和置信区间限值)的测定基本 原则和应用[Determinationofthecharacteristiclimits(decisionthreshold，detectionlimitandlimitsof theconfdenceintervalformeasurementsofionizingradiation一Fundanmentalsandapplieation 术语、定义、缩略语 3.1术语和定义 GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1.1 环境本底ambientbackground 探测器记录的除样品以外的辐射源产生的辐射
GB/T32277一2015 3.1.2 能量分辨率energresolution ?谱峰峰值的e'处峰宽 3.1.3 全能峰探测效率ful-energpeakdetectionefieienes E 探测到由丫放射源发射出的一个y光子的概率,其取决于光子的能量、放射源和探测器间的距离、 放射源的儿何形状
3.1.4 辐照罐iradiationcapsule 在辐照中,用于放置样品的容器
3.1.5 辐照时间 irradliationtime lir 辐照持续的时间
3.1.6 寿命/半衰期lifetime/halrlite t12 某种核素的活度值衰变到其初始值50%的时间 3.1.7 短时间辐照shorttimeiradiation 辐照时间不大于聚乙烯箔允许的最大辐照时间，一般为几分钟或更短
3.1.8 长时间辐照longtimeirradiation 辐照时间比短时间辐照要长的辐照,一般为几个小时以上
3.1.9 测量时间measuringtime 记录y谱的持续时间,多次测量时,增加下标i,如te,i=1,2,进行标识 3.1.10 等待时间/衰变时间waitinm rdlecaytime ingtimeor 结束辐照到开始测试的时间，对于多次测试,可加下标i,如1w,i =1,2进行标识
3.1.11 最小等待时间minimalwaitingtimme lwo 从停止辐照到硅基体放射性活度衰变至小于或等于1MBq的时间,通常/>36h. 3.1.12 死时间deadtime -般指记数率过高而造成记数丢失的时间,通常用百分数表示
3.1.13 探测器效率deteetorefieieney 单位时间内.探测器探测到某一能量7射线经死时间修正的全吸收峰记数与该7射线总发射
GB/T32277一2015 率的比值
3.1.14 相对探测器效率relativedeteetoreriecieney "Co标准点源距探测器25cm处,对1.33MeVY射线,高纯储探测器相对于3×3Nal(T)闪烁体探 测器的效率比值
3.1.15 ?射线强度intensityofY-ray 同位素衰变时,7射线产生的概率
3.1.16 同位素丰度abundanceofisotopes 自然界中存在的某一元素的各种同位素的相对含量
3.1.17 中子注量率neutronluxes 单位时间内进人单位表面积的球内或穿过单位截面积的中子数
3.2缩略语 下列缩略语适用于本文件
ADC;模数转换器(analogtodigital converter INAA:仪器中子活化分析(ins nstrumentalneutronactivationanalysis LDPE;低密度聚乙烯(lowdensitypolyethylene) LOD:检测限(limitofdetection) MCA:多道分析器(multichannel analyzers utronactivationanalysis NAA:中子活化分析(neu PE:聚乙烯(polyethylene PFA;聚全氟代烧氧基共聚物(perfluoroalkoxy 方法提要 4.1检查样品的历史记录,确认是否有潜在的干扰痕量元素,并决定是否有必要进行一次初步分析 4.2辐照前,根据硅材料的形状(块状,颗粒,片状或粉末)制备样品,并放人适合的辐照罐内
43通过一个适当的中子源,用热中子对样晶逃行瓢照,钢照时间由所要达到的检测限决定 4.4辐照后,根据样品结构进行活度测量样品的制备
4.5y谱测量
4.6采用合适的软件,经环境本底及设备死时间修正后计算活度值，经中子注量率扰动、自吸收修正 后,按照附录B规定的友
法或活化方程计算杂质浓度
干扰因素 5.1对于含有高浓度其他元素的硅样品,应特别注意其辐照后的放射性剂量水平
5.2仅经过中子辐照后能转变为适当寿命的放射性同位素的元素才能用仪器中子活化法分析(见附录 A)
大多数比硅轻的核素经中子或超热中子辐照后,生成同位素的寿命很短,这些元素的分析不在本 测试方法范围内,应采用其他的测试程序
GB/T32277一2015 5.3高浓度的呻(As)、锄(sb)和磷(P)可能会影响检测限,这取决于总的中子辐照通量
由于月辐射 的影响,磷(P)在整个7谱范围内使本底增强
呻(As)和锄(sb)也会使谱本底增强,但主要位于其7 谱线能量以下的范围
另外由于呻(As)和锄(sb)的高放射性可能会阻塞辐射计数器
为使其他元素 得到可靠的检测结果,具有更好的检测限,呻(As)、锄(sb)和磷(P)不能超过下述的浓度限制:As,sb小 于1X10atoms/cmr,P小于1x1o“atoms:/em'时,这相当于As小于534pg/g，sb小于844pg/《有 和 P小于2.2×10pg/g 注:分析具有更高浓度的样品是可行的,但影响到检测限(LoD),还应考虑安全
呻(As)、磷(P),某种程度上还有 锄(Sb),在半导体工业被作为掺杂剂,在晶体生长时被有意加人
因此,它们在硅锭中的浓度可以被足够精确 的评估
对于完全未知的样品,建议预先进行一次短辐照时间的仪器中子活化分析来估计潜在干扰元素的 浓度
本测试方法可对薄的光伏硅片进行分析,但是在去除这些晶片的表面损伤后只剩下少量的主体材 5.4 料
建议采用多个硅片样品制样以达到足够质量来进行中子活化分析,这取决于所要求的检测限和辐 照时间
a)Na,测试得到的钠浓度可能比样品中钠的实 5.5钠 -由于存在和快中子发生的反应"Sin,p十 际浓度高
这个干扰的影响程度取决于中子能谱
5.6同位素丰度 为了能够计算某种元素在硅中的总浓度,应知道其同位素丰度
因为同一元索的 各种同位索会和中子发生不同的反应,或是完全不反应
通常计算时采用天然的同位素丰度
5.7峰干扰 某些核素7请中非常邻近的峰可能会重叠,妨碍核素的识别,不利于定量分析 这种 情况下,如果有其他可选的峰存在,应用这些峰进行定量分析
通过采集不同等待时间的了谱,并将7 谱峰面积和已知寿命的核素相关联,这样就可能实现核素的识别 试剂和材料 6.1辐照罐 般由反应堆提供,铝、铝镁合金或高纯石墨合金材质可用于长时间辐照,聚合物材质 用于短时间辐照
6.2中子注量率监督片 -4N以上的错可用于长时间辐照,4N的鳍或3N的金用于短时间辐照,规 格为金属箔片或金属丝
6.3氢氟酸(HF) -纯度等于或优于GB/T620一2o1中的化学纯
6.4硝酸(HNO) -纯度等于或优于GB/T626一2006中的化学纯
6.5 水 符合GB/T11446.1一2013的Ew-N级
注:化学纯的酸和Ew-级的去离子水是足够适用的
因为酸溶液中的杂质是非放射性的,或是仅仅沉积在样品 表面,而样品表层在进行活度测试前会腐蚀剥离
6.6刻蚀和清洗用容器 -应采用耐酸材质,不应用玻璃或是二氧化硅材质的,且和样品尺寸匹配
样品载体 应采用耐酸材质,不应用玻璃或二氧化硅材质的
6.7 6.8锻子 适合用PFA材质的,不应使用金属银子
6.9石英瓶 用于承载粉末状和颗粒状的硅,其尺寸要适合于辐照罐
操作放射性样品时用乳胶手套,用氢氟酸处理样品时用防酸手套
6.10手套 IDPE材质 6.11洗瓶或软塑料挤瓶 6.12软管 PE材质
6.13样品瓶 -PFA材质或LDPE材质
6.14标准源适用于探测器,并满足样品和探头之间距离的要求
6.15液氮 无特殊要求,可商业购买
GB/T32277一2015 仪器 7.1总则 中子辐照、7射线探测和计数的原理示意图见图1
测试仪器主要由辐照系统、探测器、电子线路和 天平组成
中子注量率监督片 堆芯 样品 牺照嫩 热中子 核反应堆 模数转换然 放大器 铅隔层 多道分析器 配备前置放大器的 y探测器 计算机 牺照后的放射性样品 了射线 图1中子辐照、?射线探测和计数的原理示意图 7.2辐照系统 7.2.1中子源 -具有稳定热中子注量率的研究堆
不同反应堆的中子注量率和中子能谱是不一样 的
使用热中子(其中包含一小部分快中子)辐照是较为合适的
通常,合适的反应堆热中子注量率在 5×10n/(scm')~2×10'n "n/(scm')之间
测试时应知道中子注量率的空间分布,并在测试时充 分考虑其影响,因为中子注量率的空间分布会影响分析结果的准确性
注，辐照位置处中子注量率的空间分布通常是已知的
在对空间分布未知或要求严格时,可以通过多个中子注量 率监督片标定
7.2.2辐照平台 -专为辐照使用的平台、箱或孔道
GB/T32277一2015 7.3探测器和电子线路 7.3.1y探头探测y射线的用液氮冷却或电制冷的高纯错探测器,包括前置放大器
其相对探测器 效率e，应大于20%
7.3.2杜瓦瓶用于存放冷却y探头用液氮的容器
7.3.3电子线路由y探头电源,放大器、ADC,MCA、计算机组成,具体如下 a)y探头电源 -根据探头工作电压配置; 主放大器 b) e)ADC 大于或等于12比特; d)MCA 大于或等于4000道(独立或计算机多道板插件); e)计算机 硬件和软件接口同MCA兼容
7.4天平 需经过校准和检定,用来称取样品和中子注量率监督片重量、控制样品腐蚀剥离的比例,称重精度 应小于或等于1%
测试环境 8.1实验室 由样品化学处理和测试仪器两部分组成
应得到核安全监管机构的认证
8.2操作人员 需得到放射性物质操作的资质认证
安全预防 9.1腐蚀性化学品操作应按《危险化学品强制性国家标准实施手册》的规定进行
9.2放射性物质操作应按GB18871的规定进行
9.3液氮操作应按GJB2253A一2008的规定进行
1 测试样品 10.1样品尺寸 根据辐照罐调节样品尺寸
10.2样品最小质量 取决于所需的LOD和中子注量率,见附录A
10.3每个辐照罐的样品数量 根据样品和辐照罐的尺寸,每个辐照罐能放置数个样品,对测试结果 没有影响
10.4硅粉 在辐照罐内应进行额外的包裹
10.5颗粒状硅 在辐照罐内应进行额外的包裹
样品制备 1 11.1长时间辐照样品的辐照前处理 11.1.1块状硅的辐照前处理 1.1.1.1记录样品参数;质量、尺寸
注，样品尺寸决定了全能峰探测效率
对不规则外形的样品应估算其有效尺寸
GB/T32277一2015 11.1.1.2如果需要,用酸(氢氟酸/硝酸/水溶液)刻蚀除去表面损伤层和污染
1.1.1.3在去离子水中冲洗,然后干燥
11.1.1.4记录样品参数;质量
11.1.1.5可选项;用PE软管包裹密封
11.1.1.6将样品装人辐照罐后,再将辐照罐装人反应堆进行辐照
1.1.2粉末状和颗粒状样品的辐照前处理 11.1.2.1将粉末状或颗粒状硅装人石英瓶
1.1.2.2记录样品参数;质量、颗粒的近似尺寸
1.1.2.3可选项:将石英瓶用PE软管包裹密封
11.1.2.4密封辐照罐后将其装人反应堆用于辐照
注;“装人"表示容器不用防水,“密封”则表示容器或辐照罐应防水
但是不建议将样品熔封在石英瓶内 1.1.3硅片的辐照前处理 11.1.3.1记录样品参数;质量
1.1.3.2如果需要,用酸刻蚀除去表面损伤层
1.1.3.3将硅片剖成数块
记录样品参数:质量、尺寸
将所需数量的小硅片包人铝薄片,建议进行标记
可选项:用PE软管包裹密封
1.1.3.7将样品装人辐照罐后,再将辐照罐装人反应堆进行辐照
11.2短时辐照样品的辐照前处理 11.2.1如样品尺寸允许,聚合物辐照罐可替代铝或石墨辐照罐
粉末和颗粒状硅样品可不用石英瓶,将其密封在PE软管或容器内即可
11.2.2 11.2.3辐照罐不是必需的
11.3样品辐照后、,测试前的处理 11.3.1在去离子水中冲洗
用混合酸(氢氟酸/硝酸/水溶液)刻蚀除去表面污染
11.3.2 11.3.3在去离子水中冲洗.然后干燥
11.3.4记录样品参数;质量、尺寸
11.3.5将硅块或硅片密封在PE软管内,以防止放射性物质污染探测器
将颗粒或粉末样品装人聚合 物材质的容器中 仪器准备 12 12.1标准步骤;仪器动力配置需满足24h/7d(首次测量重复测量)测量的需要
12.2探测器冷却用液氮应定期补充
12.3关机或更换设备的电子线路后应重新启动仪器,要遵循探测器供应商所提供的程序,如有需要 用示波器调整放大器输出的信号基线
当发现能量分辨率变差时也应进行此操作
GB/T32277一2015 13 校准 13.1用于对样品和中子注量率监督片称重的天平应由专业鉴定机构进行定期校准和检定
13.2应使用标准源对储探测器和相关电子线路的全能峰探测效率、能量和能量分辨率定期进行校准
校准结果应存档
每个测试位置都应进行校准,如果电子线路的设置被更改或断开过,也应进行校准
13.3在下列任一情况下,应测试死时间 a改变电子线路的设置后 带有死时间自动修正功能的ADC的死时间小于或等于10% b 注，可以通过脉冲发生器或改变样品至探头的间距进行死时间测试
13.4辐射本底应定期测量,或者当出现可疑结果时测量,如由于探测器污染
14 测试步骤 14.1对于潜在的痕量干扰元素浓度,建议检查样品的历史,并决定是否对其进行预分析
14.2如有需要,按以下步骤进行预分析 a)按11.1和11.2的规定制样; 用热中子辐照样品,辐照时间取决于所需的LOD、样品纯度和经济方面的考虑,通常为几个 b) 小时 记录辐照的持续时间和结束时间 c) d)按11.3的规定制样; e)将样品置于探头前,样品和探头的间距要和探测器校准,死时间测试时一致,测量样品》谐 根据样品重量、探测器效率和时间参数等对样品的7谱进行数据处理,初步评估样品中含量较 f 高的杂质的浓度,用于确定精确测试时样品辐照的时间相等待时间 14.3用热中子辐照样品,辐照时间取决于所需的lOD,样品纯度和经济方面的考虑,或预分析的 结果
14.4按1l.3的规定制样
14.5将样品置于探头前,样品和探头的间距要和探测器校准、死时间测试时一致
14.6首次测量应在！至辐照结束后7d内进行
对于短寿命核素应尽量在t.时进行测量
通常要求重复测量,l.>7d后至少重复测量一次
重复测量能提高LoD,还能根据元素的寿命 14.7 特征更好地分辨不确定的核素
14.8对样品首次测量时,同时测量中子注量率监督片的》谱,完成中子注量率监督片的测量 14.9如有必要,进行中子注量率空间分布测试和自吸收修正
14.10为得到元素种类,元素浓度和检测限等结果,根据样品重量、探测器效率和时间参数等对样品和 中子注量率监督片的丫谱进行数据处理
14.11评估浓度数据的测试精度
14.12按第17章的规定报告测试结果
1 测试结果的计算 15.1LoD的计算 LOD的计算按ISO11929:2010的规定进行
GB/T32277一2015 15.2确定元素浓度 15.2.1用Blaauw等口所评估的软件或其他同等软件确定峰面积,应特别注意多重峰的分离
15.2.2根据特征峰鉴别同位素
15.2.3综合考虑1.,.,探测器效率e以及7射线强度等方面的因素,计算停止辐照时刻的同位素活 度,需进行环境本底和死时间修正
15.2.4考虑辐照时间的影响,通过k
法、活化方程或是等效的计算机软件程序计算元素浓度(见 附录B)
l 准确度和精密度 16.1准确度只能基于第14章的结果得出,因为无法获得硅的标准物质,即无杂质的硅
16.2精密度 -对于探测器和电子线路精密度,取决于经常地、高频率地校准
辐照精密度可通过中 子注量率监督片控制
注:作为对NAA的概述,关于该方法的干扰因素,系统误差和统计误差等内容参见DeSoete等的文章 测试报告 1 17.1测试报告应至少包括以下内容: a)样品来源和标识 b 样品参数;质量,剥离层厚度的估计值(通过样品刻蚀前后的质量差和表面积估算) 所有偏差,如极小质量; c d)测试结果 1)每个样品所检测到的杂质元素浓度及其误差; 2)每个元素的LOD,每个样品的LOD或同批次辐照样品中最大质量样品的LOD 17.2测试报告可包括以下内容: 辐照参数:反应堆、辐照过程中样品在反应堆中的位置、热中子和超热中子注量率、辐照时间 a b测试参数:/.(s),l.(s); 样品参数;尺寸 c
GB/T32277一2015 懒 录 A 规范性附录 INAA的放射性核素 A.1硅中可进行INAA的元素 A.1.1准则 A.1.1.1几乎所有的元素经热中子辐照后都有放射性同位素/核素
那些不稳定的同位素通过发射粒 子(电子,正电子,质子和a粒子)和/或光子(射线)实现衰变
放射性衰变可以通过核素特有的寿命 来表征,即用其活度衰变到其初始值一半的时间(半衰期)表征
对于发射7射线的情况,则通过核素特 有的Y射线能量进行表征
A.1.1.2适用于INAA的核素应有足够长的寿命,以便在经过一段等待时间后还有足够浓度存在
等 待时间是为了让硅基体的放射性减弱到较低水平,这样才能安全的操作样品,避免对要检测的痕量元素 7射线的干扰
这就排除了大多数原子质量小于23的轻元素,因为它们的放射性核索寿命短
A.1.1.3表A.1列出了能够用仪器中子活化分析,且具有良好LOD的元素及其核素
表A.1INAA的放射性核素 元素 核素 半衰期 标准L.OD,atoms/cm 见7.1 Na Na" 15,02h K K 3×1o 12.36 Ca rC 4.54d 1×10 Se "sc 83.83d 5×10" Cr slC 27.7d 1×1013 Fe Fe 44.50d 5×1013 Co Co 5.27a 1×10" Cu tCu 12.70h 2×10 Zn 服Zn 5x10" 244.10d G 14.40h 2×1o13 Ga As 6As 26.32h 1×10 Se Se 19.80d 1×1013 Bre 财Br 35.30h 1×10 18.66d Rb Rb 3×101 85Sr Sr 64.84d 3X10 则Y 5×1o 2.67d Z Zr 3×10 64.03d 2.75d Mo mMo 2×1013 Ru Ru 39.25d 3×10 l0
GB/T32277一2015 表A.1(续) 标准LOD,atoms/enm 元素 核素 半衰期 Pd 1Pd 13.46h 1×10" Ag iAg 249.90d 2×10" s 2×1012 Cd Cd 2.23 wm 3×10 In 49.50d Sn 1Snm 12.10d 3×10" Sb 12Sb 2.70d 2×10o Te uTe/1a1 8.,02d 5×10 Cs 1Cs 2.06a 1×10 1u Ba 'Ba" ll.80d 2×10 e lLa 40.28h 1X10 La Ce lCe 1×10" 32.50d P; 1Pr 19.13h 1×1o1 Nd 1Nd 10.98d 2×101 Sm isSm 46.70h 1×10" Eu Eu 13.33a 2×10" Gd iGd 18.56h 1×10 T Tb 72.30d 3×10 Ho 1Ho 3×1o 26.8h Yb 1的Yb/1Yb 3×10" 32.02d/4.2d 6.71d lu 17Lu 1×10" Hf H 42.40d 1×10 Ta l8Ta l15.00d 5×10" 187W w 23.90h 1×10 6 1X1o Re Re 3.78d O5 1on O 93.60d 5X 19I 73.83d 5×1o" PPr 3mPt 4.02d 2×101 Au 1Au 2.70d 5×10" Hg 0Hg 46.59d 1×10 3Th/2Pa Th 27.00d 3×10" U/Np 2.36d 2×10 辐照条件;质量和中子注量率的乘积=1x1o'(gn)/(s”emi=),辐照时间1=1d;测试条件;等待时间. 5d,测试时间a=8h,等待时间1=10d,测试时间a=24h,样品直接放置在探头顶部的相对探测器效率 =0.4
1l1
GB/T32277一2015 A.1.2其他元素 其他元素如钛(核素为冗-47/48,半衰期a=3.35d/43.6h)和镍(核素为钻-58,半衰期ia=70.86d) 可以通过快中子反应测定,但检测限强烈依赖于辐照孔道中辐照位置处的中子能谱 A.2硅中痕量元素的检测限 硅中痕量元素的实际L(OD是根据15.1在测试之后计算得到的
A.2.1 A.2.2由于经济方面的原因,建议根据所期望的LOD调整辐照的时间
A.2.3各种元素的LOD取决于以下参数;样品质量、中子注量率、辐照时间,天然同位素的中子俘获截 面以及核素的寿命
A.2.4表A.1中的第四列列出了具有适当核素的各种元素在常规辐照和测试条件下的标准LOD
其 他条件下的LOD可以通过与给定核素检测限成比例的系数C来估算
C按式(A.1)计算 A.1 一《式)e"-(一《")]" C=[m中he(1 式中 样品质量 m
-热中子注量率; pl -探测器效率; 入=(In2)/i为衰变常数; -辐照时间 lim 等待时间; t、 -测量时间 A.2.5达到某一特定元素所需的LOD,其辐照时间可以通过比较预期的常数C和参考辐照条件下的 常数C得到
A.2.6LOD的估算没有考虑丫谱中由样品放射性引起的平滑本底的影响 12
GB/T32277一2015 附录B 规范性附录 元素浓度的计算 B.1活化方程 原子量为M，的痕量元素r在硅中的质量朋，可以由活化方程式(B.1)计算 N4 (B.1 -(夕口由十夕g.口)(1一e-社 An M 式中 停止辐照时刻生成的同位素的活度; A N 阿伏伽德罗常数 -所测元素的同位素丰度; a 热中子注量率; 中l 超热中子注量率; 中m -相应能量中子的有效核反应截面(也称为共振积分截面); oh、op 生成同位素的衰变常数; 辐照时间
lin 停止辐照后时刻的活度A(a)按式(B.2)计算， B.2 一A,e" A()一 而经等待时间
后所测得的活度A(.)按式(B.3)计算: A(t.=Aoe-i" ** B.3 通过方程式(B.1),以及和中子注量率监督片测得的来计算所检测痕量元素的浓度
痕量元 素r的浓度！，可以通过式(B.4)得到: N.el"M mn (B,4 p. (一e力n m.e,CNAapMaM十中mdm 7m1 式中; -样品质量; m
N 同位素r的峰面积 全能峰探测效率; Ep -计数因子[见式(B.10)]; C -测量时间
B.2k，法 B.2.1痕量元素r的浓度p，也可通过式(B.5)用标准k，法计算: f十Qaae aug en (B.5 10° Ak.(r+Q.(ae 式中 -样品的特征活度; A A
-中子注量率监督片的特征活度; -实验测定的修正因子; ko,(.r 夕山/中,,即热中子和超热中子注量率的比值; 13
GB/T32277一2015 表征中子注量率的因子; Qa.ma 表征反应率的因子 Q,a -中子注量率按E-I+"近似分布的修正因子; -中子注量率监督片全能峰探测效率; Epm 痕量元素r的全能峰探测效率 E. B.2.2特征活度A，和A分别按式(B.6)和式(B.7)计算得出: N (B,6) .SDCw A (B.7 SDCw lS 式中 痕量元素经死时间修正的净峰面积 N N 中子注量率监督片经死时间修正的净峰面积; p.m 测量时间; S 饱和因子; D 衰变因子 计数因子; W -样品的质量,单位为克(g); -中子注量率监督片的质量,单位为克(g) B.2.3B.2.2中的因子s、D,C分别由式(B.8),式(B.9),式(B.10)计算 一imr B.8 e B.9 e-加e/入t B.l10 B.2.4相对于中子注量率监督片m,实验测定的分析元素r的人，因子按式(B.11)计算 Mna.do.y (B.11 尺0,m.r M.amo0.my 式中 M 原子量; 同位素丰度; 能量2200m/s中子的俘获截面 Go 7射线强度
ka.(.r)也可以借助参考文献[4]中的表值,通过式(B.12)计算 koAw.r ko,.mr= (B.12 ko \ B.2.5分析元素r和中子注量率监督片朋的Q因子被定义为 0.429 1eV)" B.13 Q.(a)=Q
一0.429)E”十 o.55"2a+ 式中: Q -共振积分I，和截面
的比值,其中I
按式(B.14)计算; -有效共振能量,单位为电子伏(eV); E 中子注量率按1/El十"近似分布的修正因子
a(E -dE (B.14 E B.2.6与能量相关的全能峰探测效率e.和en在进行仪器校准的过程中确定
14
GB/T32277?2015 [[1]BlaauwM.OsorioFernandezV.vanEspenP.BernasconiG.CapoteNoyR. ManhDngH.andMolaN.I..Nuclearnstruments&.MethodsinPhysicsReearch.sSsect.A 387.(1997):pp.416-432. [2]DeSoeteD.GijbelsR.andHosteJ.,NeutronAetivationAnalysisChemical Analysis.vol.34EIvingP.J.KolthoffL.M.Eds.wileylnterscienceL.omdon1972. [3]HoldenN.E.,Nd NeutronSeateringandAbworptionProperties,CRcHandlhookafChemr iistryandPhysics1999. ,At [4] Decorte,F.andSimonitsA \tomicDataandNuclearDataTables.85,(2003):p.47.
硅的仪器中子活化分析测试方法GB/T32277-2015
硅是一种广泛应用于电子、光电和半导体等领域的材料，其质量和纯度对产品性能具有重要影响。中子活化分析作为一种无损检测手段，已经成为测定硅材料中杂质元素含量的重要技术之一。
为此，中国于2015年发布了《硅的仪器中子活化分析测试方法GB/T32277-2015》，该标准规定了硅样品的制备方法、中子活化分析的测试方法及其数据处理方法，包括质量控制、基准物质的选择和使用、中子源的选择和运用等项目。
该标准在实现中子活化分析测试精度和可靠性方面做出了很多努力，并提供了具体的实施细则，使得测试更加标准化、规范化。与以往的类似标准相比，GB/T32277-2015更加注重实用性和可操作性，同时也更加符合国际标准的要求。该标准的实施将有助于提高我国硅材料中杂质元素含量测定数据的可比性和可靠性，为相关领域的科研与产业发展提供支持。
总之，GB/T32277-2015标准的出台对于推动我国硅材料中杂质元素含量测定技术水平的提高、促进电子、光电和半导体等领域的发展具有重要作用。各厂家和使用者应严格按照该标准进行测试和数据处理，以确保测试结果的准确性和可靠性。
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