8.3.1. Метод масс-спектрометрического исследования процесса термодесорбции с поверхности кремниевых пластин

В данном методе масс-спектрометрического исследования про­цесса термодесорбции с поверхности кремниевых пластин исполь­зовался прибор МХ-7302. Чувствительность масс-спектрометра была достаточно высока и составляла по водороду не менее 10^‑31/моль. Диапазон измеряемых массовых чисел (М) – от 1 до 60.

Исследование газовыделений с поверхности кремниевых пла­стин (либо с поверхности металлов) представляет довольно труд­ную задачу в связи с малой величиной удельной поверхности ис­следуемых объектов. Поэтому для повышения чувствительности было необходимо использовать большое количество исследуемого материала. Опытным путем было установлено, что эксперимен­тальная навеска, помещаемая в экстрактор масс-спектрометра, должна составлять ~ 1,5 – 2,0 г, что в пересчете на площадь стан­дартной кремниевой пластины составляет 11–15 см² (~ 1/4 пла­стины диаметром 100 мм).

Аналитическая система масс-спектрометра позволяла произво­дить как запись полного спектра при любой интересующей темпе­ратуре, так и непрерывную запись выбранного газовыделения во время роста температуры и выдержки образца при заданной темпе­ратуре (~ 1,5 ч).

Для изучения термодесорбции был использован метод, позво­ляющий по площади, ограниченной спектральной кривой накопле­ния, получать относительные количества интересующего газовы­деления. Таким образом были исследованы органические выделе­ния (массовые числа 28 и 44), а также выделения воды (массовое число 18), представляющие наибольший интерес. Была разработана методика количественного определения де­сорбированной воды. Для этого была проведена градуировка масс-спектрометра по воде. При этом использовался градуировочный объем, предусмотренный в вакуумной схеме МХ‑7302 для градуи­ровки по водороду.

В качестве эталонной газовой смеси использовался атмосфер­ный воздух, содержащий, как известно, насыщенные пары Н₂О, парциальное давление которых составляет при 20 С (температура помещения) 18 мм.рт.ст., т.е. плотность насыщенного пара 17,3·10^‑6 г/см³. Соответственно, плотность водяного пара при дав­лении воздуха 1 мм.рт.ст. составляет 0,23·10^-7г/см³.

При градуировке калиброванный объем заполнялся атмосфер­ным воздухом до давления 10 мм.рт.ст., затем с помощью электро­магнитного клапана вводился в анализатор масс-спектрометра и производилась запись спектра воды на диаграммной ленте. Опре­деляя площадь под кривой градуировочного пика, можно получить (в результате многократных измерений), что 1 см² площади пика соответствует 1,1510^-7г Н₂О. Используя это значение, можно рас­считать количество воды, выделяющееся при данной температуре.