氮化镓，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙的半导体，自1990年起常用在发光二极管中。此化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。氮化镓的能隙很宽，为3.4电子伏特，可以用在高功率、高速的光电元件中，例如氮化镓可以用在紫光的激光二极管，可以在不使用非线性半导体泵浦固体激光器的条件下，产生紫光（405nm）激光。GaN材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。

　　

　　无规矩不成方圆，只有有了规矩，有了标准，这个世界才变得稳定有序！标准是科学、技术和实践经验的总结。为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动，即制定、发布及实施标准的过程，称为标准化。

　　

　　而从今日开始，《氮化镓材料中镁含量的测定 二次离子质谱法》（标准号：GB/T 39144—2020）正式实施。

　　

　　这一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技术委员会（SAC/TC203/SC2）共同提出并归口，并于2020年10月11日发布。本标准起草单位包括国电子科技集团公司第四十六研究所、北京聚睿众邦科技有限公司、东莞市中镓半导体科技有限公司、有色金属技术经济研究院和厦门市科力电子有限公司，主要起草人为马农农、何友琴、陈潇、刘立娜、何?坤、杨素心、闫方亮、杨丽霞、颜建锋、倪青青。

　　

　　这项标准规定了氮化镓材料中镁含量的二次离子质谱测试方法，适用于氮化镓材料中镁含量的定量分析，测定范围为不小于5×1014cm-3。其主要原理为在高真空（真空度优于10-6Pa）条件下，氧离子源产生的一次离子，经过加速、纯化、聚焦后，轰击氮化镓样品表面，溅射出多种粒子。将其中的离子（即二次离子）引出，通过质谱仪将不同质荷比的离子分 开，记录并计算样品中镁与镓的离子计数率之比，利用相对灵敏度因子定量分析并计算出氮化镓材料中的镁含量。

　　

　　氮化镓（GaN）材料中的镁（Mg）浓度的精确测定至关重要

　　GaN材料是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，在其单晶材料的研制 过程中，掺杂剂Mg的含量对生长p型GaN有重要影响，所以对Mg浓度的精确测定至关重要。

　　

　　在实际集成电路制造中所需要的绝大多数半导 体材料中都会掺入一定数量的某种原子 ( 杂质) ， 以便控制导电类型和导电能力。在高空穴载流子浓度 p 型 GaN 生长过程中，通常会掺入Mg元素。Mg 的掺杂量对高空穴载流子浓度p型GaN特性起决定作用，当Mg的掺杂量较小时，GaN∶Mg单晶膜呈现n型导电，得不到p型层; 当Mg的掺杂量过大时，会形成与Mg有关的深施主，由于深施主的 补偿作用，得不到高空穴浓度的p型GaN。所以在GaN单晶的研制过程中，需要对掺杂剂Mg元素进行跟踪测试。

　　

　　对于GaN中Mg元素的测试，此前并无官方发布的标准测试方法。由于GaN化学稳定性好，在室温下不溶于水、酸和碱，在热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解，而且有些GaN晶体是生长在其他衬底上的，所以不宜采用化学溶样法测试GaN晶体中杂质的含量。而在半导体材料中，杂质足以影响材料的性能，所以需要寻求一种能直接采用固体样品进样而且检测限足够低的测试方法。目前能满足这两个条件的只有二次离子质谱（SIMS）法和辉光放电质谱（GDMS）法，而GDMS法存在一定的弊端：GDMS法的扇形磁场检测器按原子质量顺序检测的特性使其在快速分析时受到限制，每个样品检测时间较长；虽然GDMS能在没有标样的情况下直接使用相对灵敏度因子进行定量，而不同仪器的元素相对灵敏度因子值是不 一样的，使检测结果不准确，所以要准确定量测定被测元素的含量，必须要有与样品一致的标准样品，以获得该类样品被测元素的相对灵敏度因子值，从而准确测定样品的杂质含量，但标准样品很难获得。SIMS法是一种分析固体材料表面组分和杂质的方法。它采用一次离子束轰击样品，分析溅射产生的正负二次离子，可以对样品进行质谱分析、深度剖析或二次离子成像分析。SIMS 不仅具有较宽的动态检测范围，而且具有很高的元素检测灵敏度以及在表面和纵深两个方向上的高空间分辨能力。最重要的是，SIMS法是一种非常直接的分析手段，可以直接测量掺杂元素的含量，基本上不受晶体掺杂情况的影响，因此成为现代微电子学中半导体材料质量控制不可缺少的分析工具。

　　

　　中电科领衔起草相关标准

　　

　　针对国家标准在氮化镓材料中镁含量测定方面的空白，根据《国家标准委关于下达2017年第四批国家标准制修订计划的通知》(国标委综合[2017]128号)的要求，由中国电子科技集团公司第四十六研究所负责制定了《氮化镓材料中镁含量的测定二次离子质谱法》，计划编号为20173544T469，要求完成时间2019年。

　　

　　据了解，当时中国电子科技集团公司第四十六研究所拥有两台二次离子质谱仪，是国内唯一家能够提供全面的二次离子质谱测试技术的单位,有丰富的操作、试验经验，可以为《氮化镓材料中镁含量的测定二次离子质谱法》标准的制定提供充分的验证报告。公司拥有批高素质的专业人才,曾制(修)订定二次离子质谱相关的标准10余项,有丰富的制(修)订标准的经验。

　　

　　2017年12月，本标准起草单位(中国电子科技集团公司第四十六研究所)组建了本标准起草工作组：起草工作组讨论并形成了制定本标准的工作计划及任务分工。2018年3月，起草工作组完成标准《氮化镓材料中镁含量的测定二次离子质谱法》的讨论稿2018年4月24日，全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会在北京主持召开了《氮化镓材料中镁含量的测定二次离子质谱法》的第一次工作会（讨论会），提出了“前言中删除‘本标准为首次制定’等共9条修改意见”，形成了本标准的征求意见稿。

　　

　　2018年11月由全国半导体材料标准化分技术委员会组织，在福建省福州市召开《氮化镓材料中镁含量的测定二次离子质谱法》标准第二次工作会议（预审会）与会专家对标准资料从标准技术内容和文本质量等方面进行了充分的讨论。提出了扰因素5.1-5.7中表述应统一，描述形式应进行修改，如:5.1改为镁离子可能影响镁浓度的测试”等4条修改意见，形成了送审稿。

　　

　　2020年10月11日，《氮化镓材料中镁含量的测定二次离子质谱法》标准正式发布，并于今日实施生效。