摘 要：影响太阳能电池发电的一个重要的因素就是太阳能级晶体硅的杂质种类以及质量，所以，检测太阳能级晶体硅中杂质就成为关键的一个环节。伴随着当今社会光伏产业的快速发展，杂质检测技术也不断地进行升级改造。文章主要详细介绍了电感耦合等离子体质谱法、二次离子质谱（SIMS）法、辉光放电质谱（GDMS）法、激光电离质谱（LIMS）法并详细探讨这四种质谱法的应用原理以及特点，从而为检测太阳级晶体硅中杂质提供借鉴。
关键词：太阳能级晶体硅；杂质检测；质谱检测
1 四种质谱法的详细介绍
1.1 电感耦合等离子体质谱法
电感耦合等离子体质谱法兴起于20世纪80年代，是一种分析测试无机元素和同位素的技术，它是一种高灵敏度的分析技术，既具备电感耦合等离子体的高温电离特性的优点，也具备质谱计的灵敏快速扫描的优点。主要用在同时测定多种元素，也可以和联用其他色谱分离技术，分析元素价态。
电感耦合等离子体质谱法过程是：由载气将样品引入雾化系统进行雾化，形成气溶胶的形式，并进入等离子中心区，利用高温和惰性气氛进行电离、被去溶剂化和气化解离，形成带正电的正离子，经过离子采集系统进入质谱仪，并根据质荷比进行分离，从而根据元素质谱峰的强度来测定相应元素的含量。在对元素用质谱法进行分析时，要注意其相当高的灵敏度，所以，质谱法对仪器的要求是非常高的，一般情况下，仪器主要包括四极杆质量的分析器、检测器、离子透镜系统、电感耦合等离子体离子源、接口、样品引入系统等，支持系统主要是指冷却系统、气体控制系统、真空系统、计算机控制及数据处理系统。在这里，主要介绍一下样品引入系统。样品引入系统主要分为液体进样、固体进样和气体进样，而通常采用的就是气体进样。系统主要分为提升和物化两个环节。在提升环节，主要使用蠕动泵或者自提升雾化器。使用蠕动泵必须要注意样品溶液能够匀速的进入，废液也能够顺利地排除，这就需要蠕动泵能够有稳定的转速和弹性良好的泵管。
1.2 二次离子质谱（SIMS）法
二次离子质谱（SIMS）法是一种有着较高灵敏度的独具特色的分析手段，在微电子技术、纳米技术、生命科学技术以及化学技术方面有着广泛的应用。主要原理是利用一束离子轰击样品的表面，再用质谱仪分析样品表面的原子溅射出来的成为带电离子的荷质比，这样就可以知道比较灵敏的表面成分，这一高端的表面分析技术能够鉴定出有机成分的分子结构。
在1981年，为了能够让这一技术的灵敏度有所提高，chait和standing将二次离子质谱技术引入了飞行时间装置。而且，降低脉冲的重复频率不仅可以扩展质量范围，而且还可以减低本底干扰和提高分辨率，所以，这项技术成为质谱仪的研究热点。虽然，二次离子质谱技术有着许多的优点，比如，在超高真空下进行测试，样品表层的真实信息能够很好的保留下来，而且，可以检测同位素，这就便于对同位素进行分析或了解。但是，这项技术也存在很大的局限，比如，包含太过丰富的信息，尤其在低分辨率时分析复杂成分就更加困难。还有，一次离子对样品也会造成一定量的损失，尤其动态的二次离子质谱。在分析绝缘样品时必须经过特殊的处理才能使用也给研究带来一些困难。
1.3 辉光放电质谱（GDMS）法
辉光放电质谱（GDMS）法是一种针对固体样品做出分析的一项技术，在半导体、导体、金属、气体、深度等材料的杂质分析方面有着广泛的应用。由于离子源装置的改进和制样方法的改进，辉光放电质谱（GDMS）法也能用于氧化粉末、太阳能级晶体硅的杂质的测量。辉光放电质谱（GDMS）法是一种直接有效的分析固体材料的方法，辉光放电离子源是在上千伏的电压下，利用低压惰性气体电离出电子，然后形成正离子之后就会加快速度到阴极表面，从而由此而产生的阴极原子在撞击待测样品构成的阴极之后产生溅射，最后在等离子体中通过彭宁碰撞和电子轰击产生可以进入质朴检测的待测离子。辉光放电质谱（GDMS）法中的辉光放电是低压放电的一种。样品原子会和放电之后产生大量的亚稳态惰性气体原子或是离子相碰撞，这样就使样品能够高度溅射和中离。辉光放电质谱（GDMS）法具有固体进样、分析速度快，样品准备过程简单，线性范围宽，基体效应小的优点。选择辉光放电质谱（GDMS）法必须选择合适的放电条件，才能够在样品表面形成平底坑，能够深度分析，其分辨率可以满足微米量级的层状样品。在市场中辉光放电质谱（GDMS）法主要使用直流放电源，但是必须使用混合法或者是第二阴极法才能够对非导电材料进行测量，这些缺陷导致辉光放电质谱（GDMS）法不能够广泛应用在非半导体材料中。但是，如果在精确度不高的情况下，辉光放电质谱（GDMS）法还是具备一定的应用价值，尤其在固体样品同位素的测量方面。
1.4 激光电离质谱（LIMS）法
激光电离质谱（LIMS）法的检测原理主要是激光器发射一束激光束，聚焦到样品的表面，样品的表面被一下子加热，溶化并气化成原子的形态，形成很高的能量密度，产生高温等离子体。样品成为原子态后，原子最外边的电子就会将与原子电离后的能量吸收，从而摆托原子核的束缚，发生离子化，整个过程完成的十分迅速。样品产生离子后，与辅助气体相互碰撞，当能量冷却后，去除高价离子之后进入质谱质量分析器进行分析检测，根据质荷比，对样品进行定性分析，根据质谱峰的强度，完成对样品的定量分析。
激光电离质谱（LIMS）法的优点主要包括以下几点，首先，激光电离质谱（LIMS）法简单快速，不用对样品进行特殊的处理，不用破坏样品，不用提前处理尺寸和形状，这样就大大减少了分析的时间。其次，当激光束照射在样品表面的时候，样品的大部分元素都被电离，所以，就算元素不同，灵敏度也是相对比较统一的。这样，就便于得到样品中各个元素的组成，而不用标准样品。最后，由于激光电离质谱（LIMS）法离子化需要较高的温度，所以分馏效应会大大的降低，这样提高了分析的准确性，因为样品中的离子就和溅射电离产生的离子相匹配。而且，激光电离质谱（LIMS）法分析速度快，分析的过程中由于不需要使用大量的高纯度气体而使得分析的费用大大地降低，但这个需要结合飞行时间质量检测器。但是，激光电离质谱（LIMS）法也存在一些缺点，最大的问题就是技术尚在研究阶段，无法商业化，所以没有仪器提供，因为有些元素的检测限还没有达到一些太阳能级晶体硅的纯度要求，无法使用飞行时间质量检测器。另外，使用ns级的激光器必须需要标准样品，才能准确定量。激光电离质谱（LIMS）法要想使分流效应大大减少，必须使用飞秒级的激光器。这样在空间的分辨率和检测限以及分析速度方面都会大大的提高。
2 结束语
质谱法是目前具有较强发展前景的一类方法，其最大的优势是具有全元素分析能力，同时具备超低检出限和强抗干扰能力等优点，其成本过高是当前需要重点解决的问题之一，也是限制其广泛应用的主要原因。但是，在国内外，在太阳能级晶体硅中杂质检测中，质谱检测技术是比较看好的一类方法。
参考文献
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