一种砷烷在线检测装置和检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种砷烷在线检测装置和检测方法。该在线检测装置包括：砷烷浓度检测器；水分检测器，与砷烷浓度检测器相连；气质联用仪，与水分检测器相连，气质联用仪配置第一色谱柱、第二色谱柱、脉冲放电氦离子化检测器和质量选择检测器，第一色谱柱用于分离砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳，第二色谱柱用于分离砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢，脉冲放电氦离子化检测器用于检测砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳，质量选择检测器用于检测砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢。上述在线检测装置可以实时对砷烷中各组分的准确检测。

【技术实现步骤摘要】
一种砷烷在线检测装置和检测方法
本专利技术涉及电子气制备和应用
，具体而言，涉及一种砷烷在线检测装置和检测方法。
技术介绍
砷烷是生产砷化镓的主要原料，砷烷在国内一般是由化学法生产的，但是化学法制砷烷存在反应难以控制，杂质含量较高，且制备的气体一般采用钢瓶保存和运输，由此带来了极高的安全隐患以及储存和运输成本。电解法制砷烷是一种反应可控、设备体积小、可以按需供应的砷烷生产技术，从而有效的避免了砷烷存储和运输带来的安全隐患，降低成本。电解法制砷烷可以在线、按需地向下游的MOCVD砷化镓制造设备供应砷烷。相对于传统的钢瓶气检测，这种气体生产模式和供气方式要求对气体产品检测要有实时性，尽可能的提高检测速率，实时监测供给MOCVD设备的气体是否达标。电解法制备的砷烷混合气中包含氢气和砷烷，由于在后续的MOCVD工艺中，氢气是作为载气出现的，所以在电解法制备的砷烷中，氢气不当作杂质。砷烷气体中的待检杂质包含硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫、硫化氢、气态水、氧气、碳的氧化物。各种杂质的检出要求如表1所示。表1杂质含量1COS<100ppbv2GeH4<50ppbv3H2S<100ppbv4SiH4<50ppbv5PH3<50ppbv6O2<100ppbv7H2O<100ppbv8CO2<100ppbv9CO<100ppbv目前文献中已公开的方法中，普遍存在分析方案复杂，分析周期长的缺点，以及一些管路设计和检测器的选用不能满足在线实时检测电解法所制备砷烷的检测需要。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种砷烷在线检测装置和检测方法，以解决现有技术中检测方法不能同时实现实时、准确检测砷烷中杂质的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种砷烷在线检测装置，包括：砷烷浓度检测器；水分检测器，与砷烷浓度检测器相连；气质联用仪，与水分检测器相连，气质联用仪配置第一色谱柱、第二色谱柱、脉冲放电氦离子化检测器和质量选择检测器，第一色谱柱用于分离砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳，第二色谱柱用于分离砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢，脉冲放电氦离子化检测器用于检测砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳，质量选择检测器用于检测砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢。进一步地，上述气质联用仪还包括：第一阀开关，具有至少四个油口，四个油口分别为I-1油口、I-2油口、I-3油口和I-4油口，其中I-1油口与水分检测器相连；第二阀开关，具有至少十个油口，十个油口分别为II-1油口、II-2油口、II-3油口、II-4油口、II-5油口、II-6油口、II-7油口、II-8油口、II-9油口和II-10油口，其中II-2油口与I-2油口相连，II-1油口和II-4油口连接有定量环，II-5油口和II-8油口连接有第一色谱柱，II-9油口连接有脉冲放电氦离子化检测器，II-7油口和II-10油口为载气入口；第三阀开关，具有至少六个油口，六个油口分别为III-1油口、III-2油口、III-3油口、III-4油口、III-5油口和III-6油口，III-1油口与II-6油口相连，III-2油口和III-5油口之间连接有第二色谱柱，III-6油口连接有质量选择检测器，III-4油口为载气入口，优选第一阀开关、第二阀开关和第三阀开关为电磁阀。进一步地，上述I-1油口与水分检测器之间的管路上设置有调压阀和压力传感器。进一步地，上述第一色谱柱为炭分子筛色谱柱，优选第二色谱柱为GasPlot色谱柱。进一步地，上述水分检测器为光腔衰荡光谱装置。进一步地，上述在线检测装置的气体流路管材包括电抛光316L不锈钢、哈氏合金316L或不锈钢内层镀镍，优选管径为1/8”、3/8”或1/4”。根据本专利技术的另一方面，提供了一种砷烷在线检测方法，该在线检测方法包括：步骤S1，检测砷烷的浓度，确定砷烷中氢气和其它气体之和的比例；步骤S2，检测砷烷中的水分含量；步骤S3，将水分含量在0.1～100ppm的砷烷送入气质联用仪，利用第一色谱柱分离砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳后利用脉冲放电氦离子化检测器检测砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳的含量，利用第二色谱柱分离砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢后利用质量选择检测器检测砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢的含量。进一步地，上述步骤S3包括：将砷烷采用定量环定量后，利用第一色谱柱分离砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳，并采用脉冲放电氦离子化检测器得到砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳的质谱数据；对第一色谱柱进行反吹使其中的气体进入第二色谱柱，利用第二色谱柱分离其中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢，并采用质量选择检测器检测得到砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢的质谱数据；利用外标法对砷烷中的氧气、一氧化碳、二氧化碳、硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢进行定量，得到各自的含量。进一步地，上述气质联用仪还包括：第一阀开关，具有至少四个油口，四个油口分别为I-1油口、I-2油口、I-3油口和I-4油口，其中I-1油口为砷烷进口；第二阀开关，具有至少十个油口，十个油口分别为II-1油口、II-2油口、II-3油口、II-4油口、II-5油口、II-6油口、II-7油口、II-8油口II-9油口和II-10油口，其中II-2油口与I-2油口相连，II-1油口和II-4油口连接有定量环，II-5油口和II-8油口连接有第一色谱柱，第一色谱柱用于吸附砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳之外的成分，II-9油口连接有脉冲放电氦离子化检测器，II-7油口和II-10油口为载气入口；第三阀开关，具有至少六个油口，六个油口分别为III-1油口、III-2油口、III-3油口、III-4油口、III-5油口和III-6油口，III-1油口与II-6油口相连，III-2油口和III-5油口之间连接有第二色谱柱，第二色谱柱用于吸附砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳，III-6油口连接有质量选择检测器，III-4油口为载气入口，步骤S3包括：步骤S31，将砷烷通过第一阀开关，使第一阀开关I-2油口、II-2油口、II-1油口、定量环、II-4油口和II-3油口连通；步骤S32，5～10min后，进行第一次阀切换，使载气与II-10油口、II-1油口、定量环、II-4油口、II-5油口、第一色谱柱、II-8油口、II-9和脉冲放电氦离子化检测器连通，采用脉冲放电氦离子化检测器得到砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳的质谱数据；步骤S33，0.5～2mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种砷烷在线检测装置，其特征在于，包括：/n砷烷浓度检测器(10)；/n水分检测器(20)，与所述砷烷浓度检测器(10)相连；/n气质联用仪(50)，与所述水分检测器(20)相连，所述气质联用仪(50)配置第一色谱柱(53)、第二色谱柱(56)、脉冲放电氦离子化检测器(54)和质量选择检测器(57)，所述第一色谱柱(53)用于分离所述砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳，所述第二色谱柱(56)用于分离所述砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢，所述脉冲放电氦离子化检测器(54)用于检测所述砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳，所述质量选择检测器(57)用于检测所述砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢。/n

【技术特征摘要】
1.一种砷烷在线检测装置，其特征在于，包括：
砷烷浓度检测器(10)；
水分检测器(20)，与所述砷烷浓度检测器(10)相连；
气质联用仪(50)，与所述水分检测器(20)相连，所述气质联用仪(50)配置第一色谱柱(53)、第二色谱柱(56)、脉冲放电氦离子化检测器(54)和质量选择检测器(57)，所述第一色谱柱(53)用于分离所述砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳，所述第二色谱柱(56)用于分离所述砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢，所述脉冲放电氦离子化检测器(54)用于检测所述砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳，所述质量选择检测器(57)用于检测所述砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢。


2.根据权利要求1所述的砷烷在线检测装置，其特征在于，所述气质联用仪(50)还包括：
第一阀开关(51)，具有至少四个油口，所述四个油口分别为I-1油口(I-1)、I-2油口(I-2)、I-3油口(I-3)和I-4油口(I-4)，其中所述I-1油口(I-1)与所述水分检测器(20)相连；
第二阀开关(52)，具有至少十个油口，所述十个油口分别为II-1油口(II-1)、II-2油口(II-2)、II-3油口(II-3)、II-4油口(II-4)、II-5油口(II-5)、II-6油口(II-6)、II-7油口(II-7)、II-8油口(II-8)、II-9油口(II-9)和II-10油口(II-10)，其中所述II-2油口(II-2)与所述I-2油口(I-2)相连，所述II-1油口(II-1)和所述II-4油口(II-4)连接有定量环，所述II-5油口(II-5)和II-8油口(II-8)连接有所述第一色谱柱(53)，所述II-9油口(II-9)连接有所述脉冲放电氦离子化检测器(54)，所述II-7油口(II-7)和所述II-10油口(II-10)为载气入口；
第三阀开关(55)，具有至少六个油口，所述六个油口分别为III-1油口(III-1)、III-2油口(III-2)、III-3油口(III-3)、III-4油口(III-4)、III-5油口(III-5)和III-6油口(III-6)，所述III-1油口(III-1)与所述II-6油口(II-6)相连，所述III-2油口(III-2)和所述III-5油口(III-5)之间连接有所述第二色谱柱(56)，所述III-6油口(III-6)连接有所述质量选择检测器(57)，所述III-4油口(III-4)为载气入口，优选所述第一阀开关(51)、第二阀开关(52)和所述第三阀开关(55)为电磁阀。


3.根据权利要求2所述的砷烷在线检测装置，其特征在于，所述I-1油口(I-1)与所述水分检测器(20)之间的管路上设置有调压阀(30)和压力传感器(40)。


4.根据权利要求1所述的砷烷在线检测装置，其特征在于，所述第一色谱柱(53)为炭分子筛色谱柱，优选所述第二色谱柱(56)为GasPlot色谱柱。


5.根据权利要求1所述的砷烷在线检测装置，其特征在于，所述水分检测器(20)为光腔衰荡光谱装置。


6.一种砷烷在线检测方法，其特征在于，所述在线检测方法包括：
步骤S1，检测所述砷烷的浓度，确定所述砷烷中氢气和其它气体之和的比例；
步骤S2，检测所述砷烷中的水分含量；
步骤S3，将水分含量在0.1～100ppm的砷烷送入气质联用仪(50)，利用第一色谱柱(53)分离所述砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳后利用脉冲放电氦离子化检测器(54)检测所述砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳的含量，利用第二色谱柱(56)分离所述砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢后利用质量选择检测器(57)检测所述砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢的含量。


7.根据权利要求6所述的在线检测方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
将所述砷烷采用定量环定量后，利用所述第一色谱柱(53)分离所述砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳，并采用所述脉冲放电氦离子化检测器(54)得到所述砷烷中的氧气、一氧化碳和二氧化碳的质谱数据；
对所述第一色谱柱(53)进行反吹使其中的气体进入所述第二色谱柱(56)，利用所述第二色谱柱(56)分离其中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢，并采用质量选择检测器(57)检测得到所述砷烷中的硅烷、锗烷、磷烷、羰基硫和硫化氢的质谱数据；
利用外标法对所述砷烷中的所述氧气、所述一氧化碳、所述二氧化碳、所述硅烷、所述锗烷、所述磷烷、所述羰基硫和所述硫化氢进行定量，得到各自的含量。
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【专利技术属性】
技术研发人员：孟亚飞，胡光有，彭小磊，赵青松，南建辉，
申请(专利权)人：东泰高科装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11