CN104610326A - 固态mo源的固体精馏纯化装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固态MO源的固体精馏纯化装置及方法，精馏釜置于精馏釜加热系统中，精馏釜上连接精馏塔，精馏塔上连接安装体系冷却及回流比控制系统，前馏分接收罐通过前馏分接收阀门连接至出料管，产品凝华接收罐通过产品接收阀门连接出料管，出料管另一端接至体系冷却及回流比控制系统；精馏纯化开始时，打开前馏分接收阀门，关闭产品接收阀门，低沸点杂质收集于前馏分接收罐中，前馏分接收结束后，打开产品接收阀门，关闭前馏分接收阀门，产品汽化凝华结晶在产品凝华接收罐中，前馏分接收罐和产品凝华接收罐通入氮气缓冲保护，确保体系内保持无氧无水，接收结束后关闭产品接收阀门，取下产品凝华接收罐，实现对固态MO源精馏提纯。

Description

固态MO源的固体精馏纯化装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种固态MO源的固体精馏纯化装置及其方法，属于化工技术领域。

背景技术

现代生长化合物半导体材料的方法有金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、化学束外延(CBE)和液相外延(LPE)等多种技术，特别MOCVD技术，是目前能够进行规模化生产化合物半导体薄膜材料最佳的方法。MOCVD外延过程中所使用最关键的基础材料是纯度大于99.9999％(>6N)的高纯金属有机化合物(简称MO源)，MO源也是CBE外延技术的支撑材料。

高纯MO源是MOCVD技术的关键原材料，但是固态MO源是最难提纯的产品，采用传统的固体提纯方法如重结晶、升华、区域熔融等方法，很难将固态MO源纯度提纯到6N以上。例如采用重结晶需要添加新的溶剂，除了添加溶剂需要提纯以外，还需要进行重结晶后的过滤，蒸出溶剂的过程，操作十分繁琐，质量也不稳定；由于这类固体大多熔点较高，升华大多采用减压升华，条件较苛刻，并且在系统恢复常压的过程极易引入新的杂质；由于固态MO源对空气和水都很敏感，提纯必须在隔绝空气的前提下进行，区域熔融的设备显然无法满足要求。所以一般固体提纯方法都不适用于固态MO源的提纯及工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种高纯金属有机化合物汽相沉积(MOCVD)技术外延生长用的固态MO源的固体精馏纯化装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

固态MO源的固体精馏纯化装置，特点是：包括精馏釜、精馏塔、体系冷却及回流比控制系统、前馏分接收罐和产品凝华接收罐，所述精馏釜置于精馏釜加热系统中，精馏釜上连接布置精馏塔，精馏塔上连接安装体系冷却及回流比控制系统，所述前馏分接收罐通过前馏分接收阀门连接至出料管，所述产品凝华接收罐通过产品接收阀门连接至出料管，出料管的另一端接至体系冷却回流及馏分控制系统。

进一步地，上述的固态MO源的固体精馏纯化装置，所述体系冷却及回流比控制系统包含汽态MO源循环冷却器以及与其相连的回流比调节控制器。

更进一步地，上述的固态MO源的固体精馏纯化装置，所述前馏分接收罐连接氮气缓冲保护管路。

更进一步地，上述的固态MO源的固体精馏纯化装置，所述产品凝华接收罐连接氮气缓冲保护管路。

更进一步地，上述的固态MO源的固体精馏纯化装置，所述精馏塔设有精馏塔加热控温模块。

本发明固态MO源的固体精馏纯化方法，将固态MO源粗产品装入精馏釜中，在精馏釜中通过加热使固态MO源转化为液态，控制温度在100～160℃，继而，液体进入精馏塔，控制精馏塔的温度为50～160℃，进行精馏分离，汽态的MO源进入体系冷却及回流比控制系统，在体系冷却及回流比控制系统中，控制温度为80～120℃，将汽态的MO源转化为液态冷凝下来，并调整MO源的出料与回流的比例，从而除去MO源中的杂质，得到高纯的MO源产品；精馏纯化开始时，先打开前馏分接收阀门，关闭产品接收阀门，使得低沸点杂质收集于前馏分接收罐中，前馏分接收结束后，打开产品接收阀门，关闭前馏分接收阀门，使得产品汽化凝华结晶在产品凝华接收罐中，前馏分接收罐和产品凝华接收罐通入氮气缓冲保护，确保体系内保持无氧无水，接收结束后关闭产品接收阀门，取下产品凝华接收罐。

再进一步地，上述的固态MO源的固体精馏纯化方法，所述体系冷却及回流比控制系统包含汽态MO源循环冷却器以及与其相连的回流比调节控制器，通过汽态MO源循环冷却器将汽态的MO源转化为液态回流下来，再通过回流比调节控制器调整MO源的出料与回流的比例，从而除去MO源中的杂质，得到高纯的MO源产品。

再进一步地，上述的固态MO源的固体精馏纯化方法，所述前馏分接收的温度控制在0～20℃。

再进一步地，上述的固态MO源的固体精馏纯化方法，所述产品凝华接收的温度控制在-20～10℃。

再进一步地，上述的固态MO源的固体精馏纯化方法，所述固体MO源粗产品是一次性加入。

再进一步地，上述的固态MO源的固体精馏纯化方法，所述MO源为三甲基铟或二茂镁。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

首次实现对固态MO源进行精馏提纯，得到高纯度的MO源，且生产操作方便可控，产品的质量稳定性好，最终得到的MO源纯度达到99.9999％以上，而且采用凝华接收，可以控制接收固体颗粒均匀状，满足MOCVD外延生长对于固体MO源的要求。可以直接分装，防止了其它操作过程中可能存在的二次沾污，较好的解决了MO源的纯度和颗粒度问题。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明的结构示意图。

具体实施方式

本发明研发一种固态MO源的固体精馏体系，最终得到的MO源纯度可达到99.9999％，而且可以直接分装给客户使用，避免了一般纯化方法过程中的二次沾污。

如图1所示，固态MO源的固体精馏纯化装置，包括精馏釜2、精馏塔4、体系冷却及回流比控制系统5、前馏分接收罐9和产品凝华接收罐10，精馏釜2置于精馏釜加热系统1中，精馏釜2上连接布置精馏塔4，精馏塔4设有精馏塔加热控温模块3，精馏塔4上连接安装体系冷却及回流比控制系统5，体系冷却及回流比控制系统5包含汽态MO源循环冷却器以及与其相连的回流比调节控制器，前馏分接收罐9通过液化管8和前馏分接收阀门7连接至出料管6，产品凝华接收罐10通过汽化管11和产品接收阀门12连接至出料管6，出料管6的另一端接至体系冷却及回流比控制系统5。前馏分接收罐9连接氮气缓冲保护管路A，氮气缓冲保护管路A连接至氮气缓冲保护罐，产品凝华接收罐10连接氮气缓冲保护管路B，氮气缓冲保护管路B连接至氮气缓冲保护罐。

固态MO源的固体精馏纯化方法，将固体MO源粗产品装入精馏釜2中，在精馏釜2中通过加热将固态MO源转化为液态，控制温度在100～160℃，继而，液体进入精馏塔4，控制精馏塔4的温度为50～160℃，进行精馏分离，汽态的MO源进入体系冷却及回流比控制系统5，在体系冷却及回流比控制系统5中，控制温度为80～120℃，通过汽态MO源循环冷却器将汽态的MO源转化为液态回流下来，再通过回流比调节控制器调整MO源的出料与回流的比例，从而除去MO源中的杂质，得到高纯的MO源产品；精馏纯化开始时，先打开前馏分接收阀门7，关闭产品接收阀门12，使得低沸点杂质收集于前馏分接收罐9中，前馏分接收的温度控制在0～20℃，前馏分接收结束后，打开产品接收阀门12，关闭前馏分接收阀门7，使得产品汽化凝华结晶在产品凝华接收罐10中，产品凝华接收的温度控制在-20～10℃，前馏分接收罐9和产品凝华接收罐10通入氮气缓冲保护，确保体系内保持无氧无水，接收结束后关闭产品接收阀门12，取下产品凝华接收罐10。固态MO源为三甲基铟或二茂镁等。

实施例1

将一定量的固体三甲基铟粗产品加入到精馏釜2中，粗产品是一次性加入，加热三甲基铟到100～160℃，控制精馏塔4的温度为50～160℃，控制体系冷却及回流比控制系统5的温度为80～120℃，打开前馏分接收阀门7，关闭产品接收阀门12，前馏分接收的温度控制在0～20℃，使得低沸点杂质收集于前馏分接收罐中，前馏分接收结束后，打开产品接收阀门，关闭前馏分接收阀门，产品凝华接收的温度控制在-20～10℃，使得产品汽化凝华结晶在产品凝华接收罐中，取下产品凝华接收罐，经检测得到的三甲基铟纯度达到99.99998％。

实施例2

将10Kg固体二茂镁粗产品加入到精馏釜2中，加热到100～160℃，二茂镁首先一点点融化，逐步全部变成液体，继续加热到二茂镁沸腾，二茂镁进入体系冷却及回流比控制系统5，控制精馏塔4的加热，二茂镁在体系冷却及回流比控制系统5中一步步分离，含环戊二烯等杂质的二茂镁进入到前馏分接收罐9中，持续一段时间后，通过控制系统，使高纯产品进入到产品凝华接收罐10中，产品接收结束后，取下产品凝华接收罐10，罐内即为所需超高纯MO源，经检测二茂镁的纯度高于99.99998％。整个精馏体系通过加热方法保持温度在80～170℃，使固体MO源变成液态，MO源经过精馏纯化后，再经汽化与凝华呈颗粒状结晶于产品凝华接收罐中，精馏得到的产品由液体直接汽化再凝华转变为颗粒状晶体。

整个精馏体系通过加热方法，使固体MO源变成液态，再经过高精密精馏，使产品得到纯化，并呈颗粒状结晶。整个精馏体系要求密封性极好，在整个精馏纯化过程中，只要按照各功能区域设定好的温度就能使精馏纯化顺利实施，最重要的是确保MO源不在管路中析出，而且MO源的纯度能达到99.99998％，很好解决了MO源的高纯度要求，还通过控制汽化和凝华的温度条件，控制MO源的颗粒大小，使得MO源的颗粒度能满足最终客户的要求。

综上所述，本发明采用固体精馏，得到高纯度的MO源，而且生产操作方便可控，产品的质量稳定性好，最终得到的MO源纯度达到99.9999％以上，而且接收品颗粒均匀状，可以直接分装，防止了其它操作过程中可能存在的二次沾污，较好的解决了MO源的纯度和颗粒度问题，满足最终客户的需求。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.固态MO源的固体精馏纯化装置，其特征在于：包括精馏釜(2)、精馏塔(4)、体系冷却及回流比控制系统(5)、前馏分接收罐(9)和产品凝华接收罐(10)，所述精馏釜(2)置于精馏釜加热系统(1)中，精馏釜(2)上连接布置精馏塔(4)，精馏塔(4)上连接安装体系冷却及回流比控制系统(5)，所述前馏分接收罐(9)通过前馏分接收阀门(7)连接至出料管(6)，所述产品凝华接收罐(10)通过产品接收阀门(12)连接至出料管(6)，出料管(6)的另一端接至体系冷却回流及馏分控制系统(5)。

2.根据权利要求1所述的固态MO源的固体精馏纯化装置，其特征在于：所述体系冷却及回流比控制系统(5)包含汽态MO源循环冷却器以及与其相连的回流比调节控制器。

3.根据权利要求1所述的固态MO源的固体精馏纯化装置，其特征在于：所述前馏分接收罐(9)连接氮气缓冲保护管路。

4.根据权利要求1所述的固态MO源的固体精馏纯化装置，其特征在于：所述产品凝华接收罐(10)连接氮气缓冲保护管路。

5.根据权利要求1所述的固态MO源的固体精馏纯化装置，其特征在于：所述精馏塔(4)设有精馏塔加热控温模块(3)。

6.利用权利要求1所述装置实现固态MO源的固体精馏纯化方法，其特征在于：将固态MO源粗产品装入精馏釜(2)中，在精馏釜(2)中通过加热使固态MO源转化为液态，控制温度在100～160℃，继而，液体进入精馏塔(4)，控制精馏塔(4)的温度为50～160℃，进行精馏分离，汽态的MO源进入体系冷却及回流比控制系统(5)，在体系冷却及回流比控制系统(5)中，控制温度为80～120℃，将汽态的MO源转化为液态冷凝下来，并调整MO源的出料与回流的比例，从而除去MO源中的杂质，得到高纯的MO源产品，纯度达到99.9999％以上；精馏纯化开始时，先打开前馏分接收阀门(7)，关闭产品接收阀门(12)，使得低沸点杂质收集于前馏分接收罐(9)中，前馏分接收结束后，打开产品接收阀门(12)，关闭前馏分接收阀门(7)，使得产品汽化凝华结晶在产品凝华接收罐(10)中，前馏分接收罐(9)和产品凝华接收罐(10)通入氮气缓冲保护，确保体系内保持无氧无水，接收结束后关闭产品接收阀门(12)，取下产品凝华接收罐(10)。

7.根据权利要求6所述的固态MO源的固体精馏纯化方法，其特征在于：所述体系冷却及回流比控制系统(5)包含汽态MO源循环冷却器以及与其相连的回流比调节控制器，通过汽态MO源循环冷却器将汽态的MO源转化为液态回流下来，再通过回流比调节控制器调整MO源的出料与回流的比例，从而除去MO源中的杂质，得到高纯的MO源产品。

8.根据权利要求6所述的固态MO源的固体精馏纯化方法，其特征在于：所述前馏分接收的温度控制在0～20℃。

9.根据权利要求6所述的固态MO源的固体精馏纯化方法，其特征在于：所述产品凝华接收的温度控制在-20～10℃。

10.根据权利要求6所述的固态MO源的精馏纯化方法，其特征在于：所述固态MO源粗产品是一次性加入。

11.根据权利要求6所述的固态MO源的精馏纯化方法，其特征在于：所述MO源为三甲基铟或二茂镁。