氮化鎵，是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙的半導(dǎo)體，自1990年起常用在發(fā)光二極管中。此化合物結(jié)構(gòu)類似纖鋅礦，硬度很高。氮化鎵的能隙很寬，為3.4電子伏特，可以用在高功率、高速的光電元件中，例如氮化鎵可以用在紫光的激光二極管，可以在不使用非線性半導(dǎo)體泵浦固體激光器的條件下，產(chǎn)生紫光（405nm）激光。GaN材料系列具有低的熱產(chǎn)生率和高的擊穿電場(chǎng)，是研制高溫大功率電子器件和高頻微波器件的重要材料。

無規(guī)矩不成方圓，只有有了規(guī)矩，有了標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)世界才變得穩(wěn)定有序！標(biāo)準(zhǔn)是科學(xué)、技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。為在一定的范圍內(nèi)獲得最佳秩序，對(duì)實(shí)際的或潛在的問題制定共同的和重復(fù)使用的規(guī)則的活動(dòng)，即制定、發(fā)布及實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的過程，稱為標(biāo)準(zhǔn)化。

而從今日開始，《氮化鎵材料中鎂含量的測(cè)定 二次離子質(zhì)譜法》（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 39144—2020）正式實(shí)施。

這一標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC203）與全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC203/SC2）共同提出并歸口，并于2020年10月11日發(fā)布。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位包括國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所、北京聚睿眾邦科技有限公司、東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司、有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院和廈門市科力電子有限公司，主要起草人為馬農(nóng)農(nóng)、何友琴、陳瀟、劉立娜、何?坤、楊素心、閆方亮、楊麗霞、顏建鋒、倪青青。

這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了氮化鎵材料中鎂含量的二次離子質(zhì)譜測(cè)試方法，適用于氮化鎵材料中鎂含量的定量分析，測(cè)定范圍為不小于5×1014cm-3。其主要原理為在高真空（真空度優(yōu)于10-6Pa）條件下，氧離子源產(chǎn)生的一次離子，經(jīng)過加速、純化、聚焦后，轟擊氮化鎵樣品表面，濺射出多種粒子。將其中的離子（即二次離子）引出，通過質(zhì)譜儀將不同質(zhì)荷比的離子分 開，記錄并計(jì)算樣品中鎂與鎵的離子計(jì)數(shù)率之比，利用相對(duì)靈敏度因子定量分析并計(jì)算出氮化鎵材料中的鎂含量。

氮化鎵（GaN）材料中的鎂（Mg）濃度的精確測(cè)定至關(guān)重要

GaN材料是研制微電子器件、光電子器件的新型半導(dǎo)體材料，在其單晶材料的研制 過程中，摻雜劑Mg的含量對(duì)生長(zhǎng)p型GaN有重要影響，所以對(duì)Mg濃度的精確測(cè)定至關(guān)重要。

在實(shí)際集成電路制造中所需要的絕大多數(shù)半導(dǎo) 體材料中都會(huì)摻入一定數(shù)量的某種原子 ( 雜質(zhì)) ， 以便控制導(dǎo)電類型和導(dǎo)電能力。在高空穴載流子濃度 p 型 GaN 生長(zhǎng)過程中，通常會(huì)摻入Mg元素。Mg 的摻雜量對(duì)高空穴載流子濃度p型GaN特性起決定作用，當(dāng)Mg的摻雜量較小時(shí)，GaN∶Mg單晶膜呈現(xiàn)n型導(dǎo)電，得不到p型層; 當(dāng)Mg的摻雜量過大時(shí)，會(huì)形成與Mg有關(guān)的深施主，由于深施主的 補(bǔ)償作用，得不到高空穴濃度的p型GaN。所以在GaN單晶的研制過程中，需要對(duì)摻雜劑Mg元素進(jìn)行跟蹤測(cè)試。

對(duì)于GaN中Mg元素的測(cè)試，此前并無官方發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。由于GaN化學(xué)穩(wěn)定性好，在室溫下不溶于水、酸和堿，在熱的堿溶液中以非常緩慢的速度溶解，而且有些GaN晶體是生長(zhǎng)在其他襯底上的，所以不宜采用化學(xué)溶樣法測(cè)試GaN晶體中雜質(zhì)的含量。而在半導(dǎo)體材料中，雜質(zhì)足以影響材料的性能，所以需要尋求一種能直接采用固體樣品進(jìn)樣而且檢測(cè)限足夠低的測(cè)試方法。目前能滿足這兩個(gè)條件的只有二次離子質(zhì)譜（SIMS）法和輝光放電質(zhì)譜（GDMS）法，而GDMS法存在一定的弊端：GDMS法的扇形磁場(chǎng)檢測(cè)器按原子質(zhì)量順序檢測(cè)的特性使其在快速分析時(shí)受到限制，每個(gè)樣品檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)；雖然GDMS能在沒有標(biāo)樣的情況下直接使用相對(duì)靈敏度因子進(jìn)行定量，而不同儀器的元素相對(duì)靈敏度因子值是不 一樣的，使檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，所以要準(zhǔn)確定量測(cè)定被測(cè)元素的含量，必須要有與樣品一致的標(biāo)準(zhǔn)樣品，以獲得該類樣品被測(cè)元素的相對(duì)靈敏度因子值，從而準(zhǔn)確測(cè)定樣品的雜質(zhì)含量，但標(biāo)準(zhǔn)樣品很難獲得。SIMS法是一種分析固體材料表面組分和雜質(zhì)的方法。它采用一次離子束轟擊樣品，分析濺射產(chǎn)生的正負(fù)二次離子，可以對(duì)樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析、深度剖析或二次離子成像分析。SIMS 不僅具有較寬的動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍，而且具有很高的元素檢測(cè)靈敏度以及在表面和縱深兩個(gè)方向上的高空間分辨能力。最重要的是，SIMS法是一種非常直接的分析手段，可以直接測(cè)量摻雜元素的含量，基本上不受晶體摻雜情況的影響，因此成為現(xiàn)代微電子學(xué)中半導(dǎo)體材料質(zhì)量控制不可缺少的分析工具。

中電科領(lǐng)銜起草相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在氮化鎵材料中鎂含量測(cè)定方面的空白，根據(jù)《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委關(guān)于下達(dá)2017年第四批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》(國(guó)標(biāo)委綜合[2017]128號(hào))的要求，由中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所負(fù)責(zé)制定了《氮化鎵材料中鎂含量的測(cè)定二次離子質(zhì)譜法》，計(jì)劃編號(hào)為20173544T469，要求完成時(shí)間2019年。

據(jù)了解，當(dāng)時(shí)中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所擁有兩臺(tái)二次離子質(zhì)譜儀，是國(guó)內(nèi)唯一家能夠提供全面的二次離子質(zhì)譜測(cè)試技術(shù)的單位,有豐富的操作、試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，可以為《氮化鎵材料中鎂含量的測(cè)定二次離子質(zhì)譜法》標(biāo)準(zhǔn)的制定提供充分的驗(yàn)證報(bào)告。公司擁有批高素質(zhì)的專業(yè)人才,曾制(修)訂定二次離子質(zhì)譜相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)10余項(xiàng),有豐富的制(修)訂標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)。

2017年12月，本標(biāo)準(zhǔn)起草單位(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所)組建了本標(biāo)準(zhǔn)起草工作組：起草工作組討論并形成了制定本標(biāo)準(zhǔn)的工作計(jì)劃及任務(wù)分工。2018年3月，起草工作組完成標(biāo)準(zhǔn)《氮化鎵材料中鎂含量的測(cè)定二次離子質(zhì)譜法》的討論稿2018年4月24日，全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)在北京主持召開了《氮化鎵材料中鎂含量的測(cè)定二次離子質(zhì)譜法》的第一次工作會(huì)（討論會(huì)），提出了“前言中刪除‘本標(biāo)準(zhǔn)為首次制定’等共9條修改意見”，形成了本標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿。

2018年11月由全國(guó)半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)化分技術(shù)委員會(huì)組織，在福建省福州市召開《氮化鎵材料中鎂含量的測(cè)定二次離子質(zhì)譜法》標(biāo)準(zhǔn)第二次工作會(huì)議（預(yù)審會(huì)）與會(huì)專家對(duì)標(biāo)準(zhǔn)資料從標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容和文本質(zhì)量等方面進(jìn)行了充分的討論。提出了擾因素5.1-5.7中表述應(yīng)統(tǒng)一，描述形式應(yīng)進(jìn)行修改，如:5.1改為鎂離子可能影響鎂濃度的測(cè)試”等4條修改意見，形成了送審稿。

2020年10月11日，《氮化鎵材料中鎂含量的測(cè)定二次離子質(zhì)譜法》標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，并于今日實(shí)施生效。