專利名稱：一種高純鎵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機(jī)半導(dǎo)體材料原料的制備，特別涉及一種鎵(Ga)的制備方法。
背景技術(shù)：
Ga是一種貴重的稀散金屬，應(yīng)用范圍廣泛。它可用于低熔點(diǎn)合金、超導(dǎo)材料、原子反應(yīng)堆中的熱載體；鎵的氧化物是一種多功能材料，除用做計(jì)算機(jī)內(nèi)存、磁泡存儲(chǔ)元件的芯片外，還廣泛用于隱藏式通訊、紅外線輻射二極管振蕩器、鐵磁材料、光電材料、熒光材料等領(lǐng)域；鎵鹽可用做催化劑、用于制備治療癌癥及骨質(zhì)疏松等病癥的藥物。但Ga最重要的用途是與As、Sb、P等元素反應(yīng)形成的二元化合物，是非常重要的半導(dǎo)體材料。
所有的半導(dǎo)體材料都需要對(duì)原料進(jìn)行提純，要求的純度在6個(gè)“9”以上，最高達(dá)11個(gè)“9”以上。提純的方法分兩大類，一類是物理提純；另一類是化學(xué)提純。物理提純的方法有真空蒸發(fā)、區(qū)域精制、拉晶提純等?；瘜W(xué)提純的主要方法有電解、絡(luò)合、萃取、精餾等。絕大多數(shù)半導(dǎo)體器件是在單晶片或以單晶片為襯底的外延片上作出的。成批量的半導(dǎo)體單晶都是用熔體生長法制成的。
通常，熔煉、電解等方法制造的粗鎵中含有Pb、Sn、Cu等雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素的存在將大大影響Ga半導(dǎo)體材料的物理性能，需將其降低到非常低的水平。用于制造半導(dǎo)體材料的金屬鎵，要求其純度非常高，通常要求達(dá)到5N以上，甚至要求達(dá)到6N、7N?，F(xiàn)有技術(shù)中采用部分結(jié)晶法制取超高純Ga的工藝中一般使用筒狀容器凝固即從容器內(nèi)壁面朝著容器中央的方向凝固或從筒狀容器底部逐漸向上部凝固的方法，反應(yīng)過程中易產(chǎn)生枝晶搭橋等現(xiàn)象，凝固過程中需要攪拌，在一定的攪拌速度下，細(xì)粒子在長大的同時(shí)，會(huì)附聚成較大的顆粒，而在攪拌速度過大時(shí)，晶體又容易破裂成為細(xì)粒子，影響金屬鎵的品級(jí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高純鎵的制備方法，可以獲得5N～7N的高純鎵。
一種高純鎵的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟A.潔凈干燥的半球形反應(yīng)容器以水浴加熱，水浴溫度為15℃～25℃，將5～10g的液態(tài)高純鎵均勻涂敷于半球形反應(yīng)容器內(nèi)表面，形成籽晶后，將熔融的粗鎵加入半球形反應(yīng)容器內(nèi)，控制鎵的凝固速度為0.5cm3/min～1.5cm3/min，當(dāng)凝固至固態(tài)鎵占總量的60％～90％時(shí)，將液體鎵倒出；B.將步驟A得到的固態(tài)鎵作為原料，重復(fù)步驟A；重復(fù)步驟A、B三至五次，即可得到產(chǎn)物高純鎵。
上述的一種高純鎵的制備方法，其中液態(tài)高純鎵的純度在6N以上。
上述的一種高純鎵的制備方法，其中鎵的純度在3N～4N。
其中的半球形反應(yīng)容器的直徑為50mm～120mm。
有益效果本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)本發(fā)明制取工藝簡單易控制，容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)；(2)反應(yīng)過程中不需攪拌由于采用半球面容器凝固，不易產(chǎn)生枝晶搭橋等現(xiàn)象，同時(shí)，固體Ga位于液體Ga下面，凝固潛熱的釋放導(dǎo)致液體對(duì)流充分，因此，凝固過程中不需進(jìn)行攪拌；(3)縮短凝固時(shí)間由于使用預(yù)種Ga籽晶工藝，且冷卻面積大，凝固速度大幅提高，可由原來0.1～0.4cm3/min提高到0.5～1.5cm3/min；(4)減少提純次數(shù)同樣條件下，提純次數(shù)可由原來的7～12次降低到3～7次。


圖1是凝固容器示意圖。
圖2是凝固工作示意圖。
圖3本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)條件下，Pb元素含量與提純次數(shù)關(guān)系曲線。
圖4本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)條件下，Cu元素含量與提純次數(shù)關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種高純鎵的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟A.潔凈干燥的半球形反應(yīng)容器以水浴加熱，水浴溫度為15℃～25℃，將5～10g的液態(tài)高純鎵均勻涂敷于半球形反應(yīng)容器內(nèi)表面，形成籽晶后，將熔融的粗鎵加入半球形反應(yīng)容器內(nèi)，控制鎵的凝固速度為0.5cm3/min～1.5cm3/min，當(dāng)凝固至固態(tài)鎵占總量的60％～90％時(shí)，將液體鎵倒出；B.將步驟A得到的固態(tài)鎵作為原料，重復(fù)步驟A；重復(fù)步驟A、B三至五次，即可得到產(chǎn)物高純鎵。
其中半球形反應(yīng)容器的直徑為50mm～120mm，半球形反應(yīng)容器的半球部分需要完全沒入水中，熔融的粗鎵純度為3N～4N，溫度為30℃～40℃；反應(yīng)中通過調(diào)節(jié)冷卻水流速即水浴的溫度來控制Ga的凝固速度為0.5cm3/min～1.5cm3/min；凝固末期，液體Ga將位于容器的中心部位，通過測(cè)量凝固表面上固相與液相的比例可得出凝固百分?jǐn)?shù)，當(dāng)凝固至固態(tài)鎵占總量的60％～90％時(shí)，將液體鎵倒出。
下面通過具體實(shí)施例來說明本發(fā)明。
實(shí)施例1直徑為50mm半球形反應(yīng)容器，用電子級(jí)去離子水清洗后烘干；將容器置于25℃的水浴中，半球部分完全沒入水中，將5g純度6N的液態(tài)高純鎵涂敷于容器內(nèi)表面，形成籽晶后，加入溫度為30℃純度為4N的熔融的粗鎵，調(diào)節(jié)水浴溫度控制Ga的凝固速度為0.8cm3/min，當(dāng)凝固量達(dá)到80％時(shí)，把未凝固的液體Ga倒出，將獲得的固態(tài)Ga作為原料，重復(fù)上述過程3次，可得到6N的高純鎵。
實(shí)施例2直徑為80mm半球形反應(yīng)容器，用電子級(jí)去離子水清洗后烘干；將容器置于24℃的水浴中，半球部分完全沒入水中，將8g純度6N的液態(tài)高純鎵涂敷于容器內(nèi)表面，形成籽晶后，加入溫度為30℃純度4N的熔融粗鎵，調(diào)節(jié)水浴溫度控制Ga的凝固速度為0.6cm3/min，當(dāng)凝固量達(dá)到80％時(shí)，把未凝固的液體Ga倒出，將獲得的固態(tài)Ga作為原料，重復(fù)上述過程4次，可得到6N的高純鎵。
實(shí)施例3直徑為120mm半球形反應(yīng)容器，用電子級(jí)去離子水清洗后烘干；將容器置于20℃的水浴中，半球部分完全沒入水中，將10g純度6N的液態(tài)高純鎵均勻涂敷于容器內(nèi)表面，形成籽晶后，加入溫度為30℃的熔融粗鎵，純度4N，調(diào)節(jié)水浴溫度控制Ga的凝固速度為0.5cm3/min，當(dāng)凝固至80％時(shí)，將未凝固的液體Ga倒出；將獲得的固態(tài)Ga作為原料，重復(fù)上述過程5次，可得到6N的高純鎵。
實(shí)施例4直徑為60mm半球形反應(yīng)容器，用電子級(jí)去離子水清洗后烘干；將容器置于20℃的水浴中，半球部分完全沒入水中，將6g純度6N的液態(tài)高純鎵均勻涂敷于容器內(nèi)表面，形成籽晶后，加入溫度為35℃純度4N的熔融粗鎵，調(diào)節(jié)水浴溫度控制Ga的凝固速度為1.2cm3/min，當(dāng)凝固至80％時(shí)，將未凝固的液體Ga倒出；將獲得的固態(tài)Ga作為原料，重復(fù)上述過程6次，可得到7N的高純鎵。
實(shí)施例5直徑為60mm半球形反應(yīng)容器，用電子級(jí)去離子水清洗后烘干；將容器置于15℃的水浴中，半球部分完全沒入水中，將5g純度6N的液態(tài)高純鎵涂敷于容器內(nèi)表面，形成籽晶后，加入溫度為30℃的純度4N的熔融粗鎵，調(diào)節(jié)水浴溫度控制Ga的凝固速度為1.5cm3/min，當(dāng)凝固量達(dá)到80％時(shí)，把未凝固的液體Ga倒出，將獲得的固態(tài)Ga作為原料，重復(fù)上述過程3次，可得到6N的高純鎵。
實(shí)施例6直徑為80mm半球形反應(yīng)容器，用電子級(jí)去離子水清洗后烘干；將容器置于25℃的水浴中，半球部分完全沒入水中，將8g純度6N的液態(tài)高純鎵涂敷于容器內(nèi)表面，形成籽晶后，加入溫度為30℃純度4N的熔融粗鎵，調(diào)節(jié)水浴溫度控制Ga的凝固速度為0.6cm3/min，當(dāng)凝固量達(dá)到80％時(shí)，把未凝固的液體Ga倒出，將獲得的固態(tài)Ga作為原料，重復(fù)上述過程4次，可得到6N的高純鎵。
權(quán)利要求
1.一種高純鎵的制備方法，其特征為包括以下幾個(gè)步驟A潔凈干燥的半球形反應(yīng)容器以水浴加熱，水浴溫度為15℃～25℃，將5～10g的液態(tài)高純鎵均勻涂敷于半球形反應(yīng)容器內(nèi)表面，形成籽晶后，將熔融的粗鎵加入半球形反應(yīng)容器內(nèi)，控制鎵的凝固速度為0.5cm3/min～1.5cm3/min，當(dāng)凝固至固態(tài)嫁占總量的60％～90％時(shí)，將液體鎵倒出；B將步驟A得到的固態(tài)鎵作為原料，重復(fù)步驟A；重復(fù)步驟A、B三至五次，即可得到產(chǎn)物高純鎵。
2.如權(quán)利要求1所述一種高純鎵的制備方法，其特征為液態(tài)高純鎵的純度在6N以上。
3.如權(quán)利要求1所述一種高純鎵的制備方法，其特征為粗鎵的純度在3N～4N。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高純鎵的制備方法，其特征為半球形反應(yīng)容器的直徑為50mm～120mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高純鎵的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟A.潔凈干燥的半球形反應(yīng)容器以水浴加熱，將5～10g的液態(tài)高純鎵均勻涂敷于容器內(nèi)表面，形成籽晶后，將熔融的粗鎵加入反應(yīng)容器內(nèi)，控制鎵的凝固速度為0.5cm
文檔編號(hào)C22B9/16GK101082086SQ20071002458
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者方峰, 蔣建清, 邵起越, 董巖, 涂益友, 王東靜 申請(qǐng)人:東南大學(xué)