Получение высокочистого галлия из отходов производства полупроводниковых материалов

• Автор: Козлов, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Глава 1. Литературный обзор

у 1.1. Методы очистки галлия, полученного из традиционного сырья

1.1.1. Фильтрование

1.1.2. Гидрохимическая очистка

1.1.3. Химическая обработка галлия газообразными реагентами.

1.1.4. Вакуумтермическая обработка

1.1.5. Электрохимическое рафинирование

1.1.6. Дистилляция и ректификация трихлорида галлия.

1.1.7. Зонная плавка трихлорида галлия

1.2. Получение высокочистого галлия из нетрадиционного сырья
1.3. Роль кристаллизационных методов в технологии получения
высокочистого галлия.
Глава 2. Методы экспериментальной работы.
2.1. Методы анализа примесей в галлии
2.2. Определение вещества основы
2.2.1. Определение галлия
2.2.2. Определение мышьяка
2.2.3. Определение фосфора
1 2.3. Измерение электрофизических параметров монокристаллов
и эпитаксиальных структур СаАэ.
2.4. Методы очистки галлия
2.4.1. Г идрохимическая очистка
2.4.2. Вакуумтермическая обработка.
2.4.3. Электрохимическое рафинирование.
2.4.4. Направленная кристаллизация по Чохральскому.
2.4.5. Горизонтальная направленная кристаллизация
2.4.6. Направленная кристаллизация с вращением контейнера
Глава 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение.
3.1. Классификация галлийсодержащих отходов на основе
СаЛБ и СаР. Получение технического галлия
3.2. Глубокая очистка галлия.
3.2.1. Гидрохимическая очистка.
3.2.2. Вакуумтермическая обработка.
3.2.3. Электрохимическое рафинирование.
3.3. Кристаллизационная очистка галлия
3.3.1. Определение эффективных коэффициентов распределения для бинарных систем галлий примесь
3.3.2. Определение эффективных коэффициентов распределения для многокомпонентных систем галлий примеси .
3.3.3. Механизм влияния природы примеси на морфологию кристалла галлия
Глава 4. Комплексная технологическая схема получения высокочистого галлия из отходов производства
полупроводниковых материалов
4.1. Выбор й обоснование технологической схемы получения высокочистого галлия
4.2. Испытания образцов высокочистого галлия для выращивания монокристаллов арсснида галлия
и эпитаксиальных структур СаЛАв .
Выводы.
Список литературы


Показана также возможность извлечения галлия из некоторых видов отходов производства полупроводниковых материалов на основе арсенида галлия. Однако для создания эффективного ироизводсгва галлия высокой чистоты с использованием новой сырьевой базы, отличающейся значительным количеством видов отходов, требуется решение целого комплекса физикохимических и технологических задач, обусловленных сложным составом сырья, наличием трудноотделяемых примесей олово, индий, германий и др. Цель настоящей работы заключается в разработке физикохимических основ извлечения галлия из различных отходов производства полупроводниковых материалов, его глубокой очистки и обосновании комплексной технологической схемы получшшя высокочистого продукта. МО1 НО4 мае. ГЛАВА 1. Методы очистки галлия, полученного из традиционного сырья. Для разработки процессов выделения и глубокой очистки галлия необходимо знание его физикохимических свойств. Рассмотрим кратко некоторые из них. Галлий представляет собой мягкий светлосерый металл 5. Физикохимические свойства галлия, которые необходимы для определения характера поведения различных примесей, оптимизации процессов его извлечения и глубокой очистки приведены в табл. Таблица 1. Физикохимические свойства галлия. Параметр Ед. Технический или черновой галлий получают из традиционного сырья алюминиевой, цинковой, индиевой или германиевой руды. В работах 59 детально рассмотрены эти вопросы. В настоящее время наибольшее количество галлия извлекают из алюминийсодержащей руды. Это обусловлено большими объемами получения алюминия, достаточной простотой извлечения галлия из технологических растворов этого производства. Технический галлий, выделенный при комплексной переработке алюминиевой бокситы, нефелины или полиметаллической руды электролизом или цементацией содержит большое количество примесей А1, , Си, ве, РЬ, Са, Ыа. Набор примесей определяется их начальным содержанием в руде и используемой технологической схемой 5,. С целью отделить остатки реагентов электролит, цементирующие металлы и примеси технический галлий подвергают глубокой очистке, значение которой определяется высокими, конкурентоспособными требованиями к конечным полупроводниковым изделиям. Для получения галлия высокой чистоты из технического металла используют различные методы. Первая группа основана на удалении примесей из технического металла, т. Другая группа основана на переводе технического металла в химические соединения, например, ваСЬ, ОаС2Н53, их глубокой очистке и последующем восстановлении до высокочистого металла. Рассмотрим кратко основные методы очистки галлия. Фильтрование. Этот метод позволяет отделить твердые частицы ограниченно растворимых в галлии примесей, которые могут находиться в элементарном виде, в виде соединений с галлием или образованных примесями между собой. Это наблюдается, в частности, для цинка, способного в присутствии образовывать 32 . Растворимость некоторых возможных форм примесей в галлии при различных температурах представлена в табл. Для фильтрования галлия используют пористые керамические и стеклянные фильтры, например фильтры Шотта. Оптимальный диаметр пор мкм. Процесс проводят при температуре С. Авторы указывают на хорошую очистку от примесей, имеющих низкую растворимость в галлии при температуре процесса Так для примеси мышьяка концентрация понизилась с 81 до 55 мас. МО7 мас. Известен патент , в котором расплав галлия фильтруют через пористую перегородку стеклоткань, при этом дополнительно расплав пропускают от 1 до раз через зернистый слой сорбента, представляющий силикагель, цеолит или алюмогсль. Отношение масс очищаемого металла и сорбента не более 0. Авторы считают, что i пористых перегородках осаждаются твердые включения, а зернистый слой твердого сорбента аккумулирует благодаря высокоразвитой поверхности, контактирующей с жидким металлом, адсорбируемые растворенные примеси, к числу которых относятся медь, свинец, висмут, индий, олово. В качестве примера в табл. Полученные авторами результаты свидетельствуют о недостаточной степени очистки данным способом, так как исследованные примеси обладают высокой растворимостью в галлии табл.