CN103130274B - 一种气相合成制备砷化锌的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气相合成制备砷化锌的方法，通过将金属砷和金属锌按比例取料，分别置于400～1200℃下进行挥发0.5～10h；再将挥发出的金属砷蒸汽和金属锌蒸汽于400～900℃下反应0.5～10h，得到沉积物；所得沉积物置于600～1100℃、压力为0.5～2000Pa的条件下进行挥发0.5～10h，除去未反应的金属锌和金属砷，冷却到300℃以下，即得到砷化锌。所得用于半导体工业的砷化锌中砷化锌的含量大于99.995wt%。本发明能够充分利用金属砷资源，减少工业过程中排放到环境中砷的量，有利于环境保护。将价值较低的金属砷和锌制备为高附加值的、能够用于半导体材料及光伏产业的砷化锌产品。本方法反应速度快、设备投资减低，反应控制条件易控、简单，制备成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用高温挥发金属锌和金属砷、气相沉积制备半导体材料用的砷化锌的方法，具体涉及一种能满足半导体材料要求的砷化锌的制备方法，属于材料制备技术领域。
背景技术
砷化锌为灰色结晶，熔点高(1015℃)，有毒。不溶于水，但能溶于稀酸，在酸中溶解时会产生砷化氢气体。砷化锌常用作光谱分析试剂和制备电子组件的原料，也是一种新型半导体材料。在半导体材料工业中也可用做外延法、气相化学沉积等方法制备砷化镓、砷化铟、砷磷化镓、砷磷化铟等半导体材料的原料或者砷源，用途日益广泛。
目前制备砷化锌的方法主要采用外延法，存在反应速度慢、条件苛刻、设备投资大、合成规模小等问题，本发明的制备方法主要提升了合成过程的反应速度，设备投资减低，反应控制条件易控、简单，产品合成的规模可大可小，也可以组织大规模的合成，制备成本低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以金属锌和金属砷为原料，通过高温挥发、气相沉积的方法制备用于半导体材料工业砷化锌的方法，通过下列技术方案实现。
一种气相合成制备砷化锌的方法，经过下列各步骤：
（1）将金属砷和金属锌按质量比为1：0.5～1.25取料，分别置于400～1200℃下进行挥发0.5～10h；
（2）将步骤（1）挥发出的金属砷蒸汽和金属锌蒸汽于400～900℃下反应0.5～10h，得到沉积物；
（3）将步骤（2）所得沉积物置于600～1100℃、压力为0.5～2000Pa的条件下进行挥发0.5～10h，除去未反应的金属锌和金属砷，冷却到300℃以下，即得到砷化锌。
所得用于半导体工业的砷化锌中砷化锌的含量大于99.995wt%。
所述步骤（1）的金属砷含量为As≥99wt%。
所述步骤（1）的金属锌含量为Zn>99.9wt%。
本发明的原理是：利用砷和锌皆易挥发的特性（砷在613℃产生升华，锌在907℃产生挥发）和砷易与金属形成合金的特性，将锌和砷在高温下分别以气体的形式挥发到一个合成室进行气相反应的方式合成。气相反应可以实现反应迅速、快捷的目的，避免了固相反应速度慢得缺点，而且通过高温挥发，在挥发过程中实现了砷和锌与杂质的分离、砷和锌得到提纯的目的，避免了固相反应过程中原料砷和锌中带入的杂质，从而保证了目标产物的纯度。步骤（1）中的砷和锌比例是反应产物中只有目标产物一种砷化锌的保证；步骤（2）的目的在于砷和锌的提纯，同时实现砷化锌产物在气相反应条件下获得，加快了反应合成速度；步骤（3）的目的在于除去为反应的的砷和锌，保证沉积产物砷化锌的纯度。该发明克服传统方法中砷化锌纯度不高，特别是存在As2Zn，也克服传统方法中有剧毒物质三氧化二砷产生，对环境和操作人员造成危害。此外本发明的制备方法简单、流程短、反应速度快、投资少，产品纯度高。
本发明具备的优点和效果：
1、能够充分利用金属砷资源，减少工业过程中排放到环境中砷的量，有利于环境保护。
2、将价值较低的金属砷和锌制备为高附加值的、能够用于半导体材料及光伏产业的砷化锌产品。
3、本方法反应速度快、设备投资减低，反应控制条件易控、简单，制备成本低。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
（1）将含量为As≥99.5wt%的金属砷200g和含量为Zn>99.95wt%的金属锌250g按质量比为1：1.25取料，加入锌的加热室温度为1050℃，加入金属砷的加热室温度为610℃，进行挥发8h；
（2）将步骤（1）挥发出的金属砷蒸汽和金属锌蒸汽于800℃下反应8h，得到沉积物；
（3）将步骤（2）所得沉积物置于900℃、压力为500Pa的条件下进行挥发1h，除去未反应的金属锌和金属砷，冷却到300℃，即得到砷化锌314.5g。所得用于半导体工业的砷化锌中砷化锌的含量为99.999wt%。
实施例2
（1）将含量为As≥99.5wt%的金属砷300g和含量为Zn>99.95wt%的金属锌330g按质量比为1：1.1取料，加入锌的加热室温度为1200℃，加入金属砷的加热室温度为400℃进行挥发10h；
（2）将步骤（1）挥发出的金属砷蒸汽和金属锌蒸汽于900℃下反应0.5h，得到沉积物；
（3）将步骤（2）所得沉积物置于1100℃、压力为0.5Pa的条件下进行挥发0.5h，除去未反应的金属锌和金属砷，冷却到300℃以下，即得到砷化锌496.4g。所得用于半导体工业的砷化锌中砷化锌的含量为99.9995wt%。
实施例3
（1）将含量为As≥99wt%的金属砷250g和含量为Zn>99.9wt%的金属锌125g按质量比为1：0.5取料，锌的加热室温度为1150℃，加入金属砷的加热室温度为600℃，进行挥发0.5h；
（2）将步骤（1）挥发出的金属砷蒸汽和金属锌蒸汽于400℃下反应10h，得到沉积物；
（3）将步骤（2）所得沉积物置于600℃、压力为2000Pa的条件下进行挥发10h，除去未反应的金属锌和金属砷，冷却到300℃以下，即得到砷化锌285.7g。所得用于半导体工业的砷化锌中砷化锌的含量为99.9998wt%。
Claims (3)
1.一种气相合成制备砷化锌的方法，其特征在于经过下列各步骤：
（1）将金属砷和金属锌按质量比为1：0.5～1.25取料，分别置于400～1200℃下进行挥发0.5～10h；
（2）将步骤（1）挥发出的金属砷蒸汽和金属锌蒸汽于400～900℃下反应0.5～10h，得到沉积物；
（3）将步骤（2）所得沉积物置于600～1100℃、压力为0.5～2000Pa的条件下进行挥发0.5～10h，除去未反应的金属锌和金属砷，冷却到300℃以下，即得到砷化锌。
2.根据权利要求1所述的气相合成制备砷化锌的方法，其特征在于：所述步骤（1）的金属砷含量为As≥99wt%。
3.根据权利要求1或2所述的气相合成制备砷化锌的方法，其特征在于：所述步骤（1）的金属锌含量为Zn>99.9wt%。
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