CN106477536B - 一种超高纯度硒化镉多晶材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超高纯度硒化镉多晶材料的制备方法，原料使用纯度≥99.999％的高纯块状镉和纯度≥99.999％的块状硒，组成成分镉/硒为1.0:(1.0～1.03)，接近理想化学计量比，可直接用作硒化镉单晶体生长原料。选用内径介于Φ10～Φ50mm的管状电子级石英安瓿，并将石英安瓿水平置于管式炉内制备超高纯度硒化镉多晶材料。本发明方法硒化镉多晶粉体材料制备过程一步完成，保温时间短，产率高，无需提纯，因而工艺简单，成本低，具有实现超高纯度硒化镉规模制备的前景。

Description

一种超高纯度硒化镉多晶材料的制备方法
技术领域
具体本发明属于光电材料领域，具体涉及一种超高纯度硒化镉多晶材料的制备方法。
背景技术
硒化镉(CdSe)晶体是一种II-VI族宽禁带化合物半导体材料，由于其优秀的物理化学性质，在半导体发光器件、中远红外非线性光学器件和室温核辐射探测器件等方面具有重要的应用前景。硒化镉的主要技术应用均依赖于硒化镉单晶的生长。合成或制备高纯度硒化镉多晶粉体原料是生长高质量硒化镉单晶的一个重要前提。由于硒化镉单晶体的生长对杂质十分敏感，目前常用的硒化镉单晶的制备方法包括熔体法、高温溶液法、固相再结晶法和气相生长等方法均需要纯度高达99.999％以上的、符合化学计量比的硒化镉多晶原料。而制备用于单晶体生长的硒化镉多晶粉体通常需要将等量高纯镉和硒置于反应器中，于1000℃以上的温度下长时间反应，然后进行多次提纯备用，具有周期长、高成本特点。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种超高纯度硒化镉多晶材料的制备方法，是一种用于单晶体生长的超高纯度(≥5N)硒化镉多晶材料的制备方法。
技术方案
一种超高纯度硒化镉多晶材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将清洗好的石英安瓿置于真空烘箱中，在110℃温度下保温3小时后干燥；所述石英安瓿是内径为Φ10～Φ50mm的管状电子级石英安瓿；
步骤2：将的块状镉和块状硒按照摩尔比为(1.0～1.05)∶1.0装入石英安瓿中，使得石英安瓿的填满度≤50％；再按照石英安瓿容积浓度为0.01～0.05mmol·cm-3装入CdI2或CdCl2或CdBr2；抽真空除去石英安瓿中的空气，当石英安瓿中气压降为5×10-4～5×10- 3Pa时密封石英安瓿；所述块状镉和块状硒的纯度≥99.999％；
步骤3：将密封的石英安瓿水平置于管式炉内，然后按300℃·h-1升温至950～1000℃，保温24～72小时；保温时间结束后，按50℃·h-1的速率冷却至室温，在石英安瓿内得到超高纯度硒化镉多晶粉体。
所述石英安瓿的清洗是：将石英安瓿采用王水浸泡8小时，再用自来水冲洗至中性后用丙酮浸泡安瓿8小时，然用电阻率15MΩ·cm的超纯去离子水反复冲洗3次。
所述CdI2或CdCl2或CdBr2的纯度≥99.999％。
有益效果
本发明提出的一种超高纯度硒化镉多晶材料的制备方法，原料使用纯度≥99.999％的高纯块状镉和纯度≥99.999％的块状硒，组成成分镉/硒为1.0:(1.0～1.03)，接近理想化学计量比，可直接用作硒化镉单晶体生长原料。选用内径介于Φ10～Φ50mm的管状电子级石英安瓿，并将石英安瓿水平置于管式炉内制备超高纯度硒化镉多晶材料。本发明方法硒化镉多晶粉体材料制备过程一步完成，保温时间短，产率高，无需提纯，因而工艺简单，成本低，具有实现超高纯度硒化镉规模制备的前景。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
第一步，清洁安瓿
清洁安瓿即将石英安瓿内壁进行去除吸附的杂质的过程。选用内径为Φ10mm的管状电子级高纯石英安瓿，先用王水浸泡石英安瓿8小时，再用自来水冲洗至中性后用丙酮浸泡安瓿8小时，然用电阻率15MΩ·cm的超纯去离子水反复冲洗3次，去除安瓿内的有机物污染和无机物杂质。将清洗好的安瓿置于真空烘箱中，在110℃温度下保温3小时，取出干燥的石英安瓿备装料。
第二步，装料并密封安瓿
将纯度99.999％的块状镉11.2克和99.999％的块状硒7.9克，其摩尔比为1.0:1.0装入清洁后的安瓿中；再按照安瓿容积浓度为0.01mmol·cm-3装入纯度≥99.999％的CdI20.058克；抽真空除去安瓿中的空气，当安瓿中气压降为5×10-4Pa时密封石英安瓿。
第三步，硒化镉多晶粉体制备
将密封后长度200mm的石英安瓿水平置于管式炉内，然后按300℃·h-1升温至1000℃，保温24小时。保温时间结束后，按50℃·h-1的速率冷却至室温，在安瓿内即合成出硒化镉多晶粉体19.1克。制备的硒化镉多晶粉体纯度99.999％，化学成分为：Cd:Se＝1:1.01。
实施例二
第一步，清洁安瓿
清洁安瓿即将石英安瓿内壁进行去除吸附的杂质的过程。选用内径为Φ50mm的管状电子级高纯石英安瓿，先用王水浸泡石英安瓿8小时，再用自来水冲洗至中性后用丙酮浸泡安瓿8小时，然用电阻率15MΩ·cm的超纯去离子水反复冲洗3次，去除安瓿内的有机物污染和无机物杂质。将清洗好的安瓿置于真空烘箱中，在110℃温度下保温3小时，取出干燥的石英安瓿备装料。
第二步，装料并密封安瓿
将纯度99.9999％的块状镉97.1克和99.9999％的块状硒63.2克，其摩尔比为1.05:1.0装入清洁后的安瓿中；再按照安瓿容积浓度为0.03mmol·cm-3装入纯度≥99.999％的CdI2 6.47克；抽真空除去安瓿中的空气，当安瓿中气压降为8×10-4Pa时密封石英安瓿。
第三步，硒化镉多晶粉体制备
将密封后长度300mm的石英安瓿水平置于管式炉内，然后按300℃·h-1升温至980℃，保温48小时。保温时间结束后，按50℃·h-1的速率冷却至室温，在安瓿内即合成出硒化镉多晶粉体160.2克。制备的硒化镉多晶粉体纯度99.9999％，化学成分为：Cd:Se＝1.03:1.0。
实施例三
第一步，清洁安瓿
清洁安瓿即将石英安瓿内壁进行去除吸附的杂质的过程。选用内径为Φ30mm的管状电子级高纯石英安瓿，先用王水浸泡石英安瓿8小时，再用自来水冲洗至中性后用丙酮浸泡安瓿8小时，然用电阻率15MΩ·cm的超纯去离子水反复冲洗3次，去除安瓿内的有机物污染和无机物杂质。将清洗好的安瓿置于真空烘箱中，在110℃温度下保温3小时，取出干燥的石英安瓿备装料。
第二步，装料并密封安瓿
将纯度99.99999％的块状镉46.6克和99.99999％的块状硒31.6克，其摩尔比为1.01:1.0装入清洁后的安瓿中；再按照安瓿容积浓度为0.05mmol·cm-3装入纯度≥99.9999％的CdCl2 1.94克；抽真空除去安瓿中的空气，当安瓿中气压降为5×10-3Pa时密封石英安瓿。
第三步，硒化镉多晶粉体制备
将密封后长度300mm的石英安瓿水平置于管式炉内，然后按300℃·h-1升温至990℃，保温36小时。保温时间结束后，按50℃·h-1的速率冷却至室温，在安瓿内即合成出硒化镉多晶粉体78.2克。制备的硒化镉多晶粉体纯度99.99999％，化学成分为：Cd:Se＝1.03:1.0。
实施例四
第一步，清洁安瓿
清洁安瓿即将石英安瓿内壁进行去除吸附的杂质的过程。选用内径为Φ20mm的管状电子级高纯石英安瓿，先用王水浸泡石英安瓿8小时，再用自来水冲洗至中性后用丙酮浸泡安瓿8小时，然用电阻率15MΩ·cm的超纯去离子水反复冲洗3次，去除安瓿内的有机物污染和无机物杂质。将清洗好的安瓿置于真空烘箱中，在110℃温度下保温3小时，取出干燥的石英安瓿备装料。
第二步，装料并密封安瓿
将纯度99.9999％的块状镉67.4克和99.9999％的块状硒47.4克，其摩尔比为1.0:1.0装入清洁后的安瓿中；再按照安瓿容积浓度为0.02mmol·cm-3装入纯度≥99.9999％的CdBr2 0.52克；抽真空除去安瓿中的空气，当安瓿中气压降为5×10-3Pa时密封石英安瓿。
第三步，硒化镉多晶粉体制备
将密封后长度300mm的石英安瓿水平置于管式炉内，然后按300℃·h-1升温至970℃，保温48小时。保温时间结束后，按50℃·h-1的速率冷却至室温，在安瓿内即合成出硒化镉多晶粉体114.8克。制备的硒化镉多晶粉体纯度99.9999％，化学成分为：Cd:Se＝1.01:1.0。
实施例五
第一步，清洁安瓿
清洁安瓿即将石英安瓿内壁进行去除吸附的杂质的过程。选用内径为Φ20mm的管状电子级高纯石英安瓿，先用王水浸泡石英安瓿8小时，再用自来水冲洗至中性后用丙酮浸泡安瓿8小时，然用电阻率15MΩ·cm的超纯去离子水反复冲洗3次，去除安瓿内的有机物污染和无机物杂质。将清洗好的安瓿置于真空烘箱中，在110℃温度下保温3小时，取出干燥的石英安瓿备装料。
第二步，装料并密封安瓿
将纯度99.999％的块状镉56.2克和99.999％的块状硒39.5克，其摩尔比为1.0:1.0装入清洁后的安瓿中；再按照安瓿容积浓度为0.04mmol·cm-3装入纯度≥99.999％的CdCl2 0.72克；抽真空除去安瓿中的空气，当安瓿中气压降为8×10-4Pa时密封石英安瓿。
第三步，硒化镉多晶粉体制备
将密封后长度300mm的石英安瓿水平置于管式炉内，然后按300℃·h-1升温至990℃，保温56小时。保温时间结束后，按50℃·h-1的速率冷却至室温，在安瓿内即合成出硒化镉多晶粉体95.7克。制备的硒化镉多晶粉体纯度99.999％，化学成分为：Cd:Se＝1.01:1.0。

Claims (3)

1.一种超高纯度硒化镉多晶材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将清洗好的石英安瓿置于真空烘箱中，在110℃温度下保温3小时后干燥；所述石英安瓿是内径为Φ10～Φ50mm的管状电子级石英安瓿；
步骤2：将块状镉和块状硒按照摩尔比为(1.0～1.05)∶1.0装入石英安瓿中，使得石英安瓿的填满度≤50％；再按照石英安瓿容积浓度为0.01～0.05mmol·cm-3装入CdI2或CdCl2或CdBr2；抽真空除去石英安瓿中的空气，当石英安瓿中气压降为5×10-4～5×10-3Pa时密封石英安瓿；所述块状镉和块状硒的纯度≥99.999％；
步骤3：将密封的石英安瓿水平置于管式炉内，然后按300℃·h-1升温至950～1000℃，保温24～72小时；保温时间结束后，按50℃·h-1的速率冷却至室温，在石英安瓿内得到超高纯度硒化镉多晶粉体。
2.根据权利要求1所述超高纯度硒化镉多晶材料的制备方法，其特征在于：所述石英安瓿的清洗是：将石英安瓿采用王水浸泡8小时，再用自来水冲洗至中性后用丙酮浸泡安瓿8小时，然用电阻率15MΩ·cm的超纯去离子水反复冲洗3次。
3.根据权利要求1所述超高纯度硒化镉多晶材料的制备方法，其特征在于：所述CdI2或CdCl2或CdBr2的纯度≥99.999％。
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