CN108569679A - 一种一次性大量合成高纯ZnTe粉末的方法 - Google Patents

一种一次性大量合成高纯ZnTe粉末的方法 Download PDF

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雷浩
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卢泽宇
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Abstract

本发明涉及一种一次性大量合成高纯ZnTe粉末的方法，通过将高纯Zn和Te以摩尔比1:1的比例混合，装入石英坩埚中，在高真空下进行封管，制成石英安瓿。采用高频感应加热法来加热，加热时把制得的石英安瓿放入感应线圈中，使安瓿从一端到另一端在线圈中缓慢移动，循环往复数次，通过调节功率来使Zn和Te一部分一部分顺序发生缓慢反应，从而生成棕红色的ZnTe粉末，然后将坩埚放置于水平加热管式炉的中进行保温，一次性成功制备出1.3㎏高纯ZnTe粉末。本方法结合了高频感应加热和普通电阻炉加热的优点，大幅提高了碲化锌粉末的合成效率，易于实现批量化生产，而且所采用的设备简单，操作难度小，工艺过程简单，成本低。

Description

一种一次性大量合成高纯ZnTe粉末的方法
技术领域
本发明属于光电半导体制备领域，涉及一种一次性大量合成高纯ZnTe粉末的方法。
背景技术
ZnTe是Ⅱ-Ⅳ族中一种直接带隙宽禁带半导体材料,室温下带隙宽度为2.39eV,常压下是立方闪锌矿结构。由于其较宽的能隙、低的电子亲和势、高的光电转换效率和可实现重掺杂等特点而成为很有发展前景的光电功能材料，在光电探测、光伏电池等方面具有广泛的应用价值。同时，ZnTe晶体也是一种制作绿光LED的理想材料。目前应用的GaP和InGaN绿光LED是间接迁移型半导体。一般来说，直接带隙的半导体电子和正空穴更容易复合，可以提高发光效率。从制备方法来看，GaP和InGaN在制备绿光LED时必须使用外延生长方法，外延层与基底之间容易产生晶格失配缺陷，影响晶体的发光性能，而ZnTe晶体的制备方法多样，且发光效率高，耗电少，寿命长，体积小等，被广发应用于各种发光装饰，光通信系统光源以及显示光源领域。特别是，ZnTe晶体独特的结构以及较大的二阶非线性系数和光电系数，使其在800nm附近激光脉冲作用下相位匹配最好，在探测和辐射THz波方面效率极高，因此在THz领域应用广泛。但是，从Zn-Te二元相图可知，ZnTe晶体的熔点为1300℃，而且Zn和Te在如此高的温度下会产生高的蒸汽压(＞2.0265×105Pa)，容易发生坩埚爆炸，对于采用元素法合成ZnTe粉末是一个巨大的挑战。
目前，制备ZnTe粉末的方法主要有溶液法和气相法，溶液法又包括水热合成法和直接法。水热合成法主要是以Zn粉和Te粉为原料，通过水热反应来制备ZnTe粉末。直接法是采用碲酸钠和乙酸锌直接在水溶液中制得ZnTe沉淀。气相法主要是将Zn和Te在氢气气氛中加热升华，并进行气相反应而制得ZnTe粉末。而采用这些方法不利于大量制备，而且粉末纯度不能保证，合成效率低。
中国专利201510239026.6公开了一种快速制备高纯碲化锌粉末的新方法，其主要合成方法包括：将锌粉和碲粉按1:1的摩尔比混合，然后研磨制得混合原料，再将混合粉末冷压制成块状，再将制得的块状坯体引发高温自蔓延合成反应，而获得单相碲化锌粉末。该方法工艺过程繁琐，设备复杂，制备成本高，不利于大量合成，而且在此复杂的过程中容易引入其他杂质。
中国专利85101849公开了一种制备高纯Ⅱ-Ⅳ族化合物的新方法，其主要是使金属元素锌或镉比硫、硒、碲元素稍过量，然后装入石英制成的“套管冷却式”的容器中，采用高频加热炉来加热反应元素使之进行化合反应，最后将合成的化合物经行分离提纯而获得纯度较高的化合物粉末。该方法虽然可以制备得到纯度较高的化合物粉末，但在合成过程中采用水冷系统，以及非化学计量比的原料，最后还需要经过后续提纯过程，设备复杂，工序较为繁琐，原料利用率低，成本昂贵。
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，本发明提出一种一次性大量合成高纯ZnTe粉末的方法，采用高频感应加热使合金元素局部反应的方式来有效降低合料过程中Zn和Te元素的蒸汽压，从而实现一次性合成大量ZnTe粉末。
本发明采用简单的设备，工序简洁，采用正化学计量比的原料合成，不需要提纯过程，且可一次性合成千克量级的高纯ZnTe粉末。
技术方案
一种一次性大量合成高纯ZnTe粉末的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在真空箱内将高纯的Zn和Te按摩尔比1:1的比例装进石英坩埚内，进行抽真空至2.6×10-5Pa，封管制成石英安瓿；
步骤2、预反应过程：采用高频感应加热装置对制成的石英安瓿进行局部顺序加热，循环往复数次，待坩埚内的Zn原料全部被反应并出现红色ZnTe颗粒状停止加热；所述局部顺序加热为自安瓿的头部到尾部；所述加热电流控制在400-500A；
步骤3、合料过程：采用丙酮或无水乙醇石英安瓿清理外壁，然后将安瓿转移到放入水平管式电阻炉中，缓慢升温至1000℃，保温5-7天后，冷却至室温；高纯ZnTe粉末合成完毕。
所述石英坩埚的处理：首先用去离子水冲洗坩埚数次；然后将坩埚浸泡在丙酮中大于24h，再用去离子水冲洗干净；最后再将坩埚浸泡在王水中24h，冲洗干净后，在烘箱中120℃烘干。
所述高纯的Zn和Te的纯度为7N。
有益效果
本发明提出的一种一次性大量合成高纯ZnTe粉末的方法，通过将纯度为7N的高纯Zn和Te以摩尔比1:1的比例均匀混合，装入外径60㎜长40㎜壁厚3㎜的石英坩埚中，在高真空下(＜3×10-5pa)进行封管，制成石英安瓿。采用高频感应加热法来加热，加热时把制得的石英安瓿放入感应线圈中，使安瓿从一端到另一端在线圈中缓慢移动，循环往复数次，通过调节功率来使Zn和Te一部分一部分顺序发生缓慢反应，从而生成棕红色的ZnTe粉末，然后将坩埚放置于水平加热管式炉的中进行保温，一次性成功制备出1.3㎏高纯ZnTe粉末。
本方法结合了高频感应加热和普通电阻炉加热的优点，使用高频感应加热来直接加热原料而不加石英安瓿来使原料发生预反应，有效避免了因为反应元素在高温下产生高的蒸汽压所带来的石英安瓿爆炸的危险性，成功一次性合成出超过1.3㎏的ZnTe粉末，大幅提高了碲化锌粉末的合成效率，易于实现批量化生产，而且所采用的设备简单，操作难度小，工艺过程简单，成本低。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步描述：
本发明的具体步骤是：
步骤一：坩埚的处理：首先用去离子水冲洗坩埚数次；然后将坩埚分别浸泡丙酮和新配置的王水中24h甚至更长时间，保证坩埚内的油污以及金属离子被完全去除，最后再用去离子水冲洗干净后，在烘箱中120℃烘烤直至水分完全被烘干。
步骤二：装料过程：装料过程在真空箱内进行，将纯度为7N的高纯Zn和Te单质按摩尔比1:1的比例直接装进经步骤一处理过的石英坩埚内，进行抽真空至2.6×10-5Pa以下，封管制成石英安瓿。
步骤三：预反应过程：采用高频感应加热装置对制成的石英安瓿进行局部顺序加热。加热电流控制在400-500A，加热过程主要是从安瓿的头部到尾部依次循环往复加热数次，待坩埚内的Zn原料全部被反应并出现红色ZnTe颗粒状停止加热。
步骤四：合料过程：将经步骤三处理过的石英安瓿外壁用丙酮或无水乙醇擦洗干净，防止石英安瓿因表面脏污而发生析晶，降低安瓿发生爆炸的可能性，然后将安瓿转移到水平管式电阻炉中，缓慢升温至1000℃，保温5-7天后，缓慢冷却至室温。
合成完毕后，打开安瓿，对合成的ZnTe粉末进行测试表征。
具体实施例：
实例一：
步骤一：坩埚的处理：首先用去离子水冲洗坩埚数次；然后将坩埚分别浸泡丙酮和以HCl：HNO3＝3:1的体积比配置的王水中24h甚至更长时间，保证坩埚内的油污以及金属离子被完全去除，最后再用去离子水冲洗干净后，在烘箱中120℃烘烤直至水分完全被烘干。
步骤二：装料过程：装料过程在真空箱内进行，分别称取7mol左右的，纯度为7N的高纯Zn和Te单质直接装进经步骤一处理过的石英坩埚内，进行抽真空至2.6×10-5Pa以下，封管制成石英安瓿。
步骤三：预反应过程：采用高频感应加热装置对制成的石英安瓿进行局部顺序加热。加热电流控制在400-500A，加热过程主要是从安瓿的头部到尾部依次循环往复加热数次，待坩埚内的Zn原料全部被反应并出现红色ZnTe颗粒状停止加热。
步骤四：合料过程：将经步骤三处理过的石英安瓿外壁用丙酮或无水乙醇擦洗干净，防止石英安瓿因表面脏污而发生析晶，降低安瓿发生爆炸的可能性，然后将安瓿转移到水平管式电阻炉中，以100℃/h的速率升温至1000℃，保温5-7天后，然后以50℃/h冷却至室温。
打开安瓿，对合成的ZnTe粉末进行测试表征。
本实例成功合成出了1.3㎏碲化锌粉末，且粉末纯度高。
实例二：
步骤一：坩埚的处理：首先用去离子水冲洗坩埚数次；然后将坩埚分别浸泡丙酮和以HCl：HNO3＝3:1的体积比配置的王水中24h甚至更长时间，保证坩埚内的油污以及金属离子被完全去除，最后再用去离子水冲洗干净后，在烘箱中120℃烘烤直至水分完全被烘干。
步骤二：装料过程：装料过程在真空箱内进行，分别称取7mol左右的、纯度为7N的高纯Zn和Te单质直接装进经步骤一处理过的石英坩埚内，进行抽真空至2.6×10-5Pa以下，封管制成石英安瓿。
步骤三：预反应过程：采用高频感应加热装置对制成的石英安瓿进行局部顺序加热。加热电流控制在400-500A，加热过程主要是从安瓿的头部到尾部依次循环往复加热数次，待坩埚内的Zn原料全部被反应并出现红色ZnTe颗粒状停止加热。
步骤四：合料过程：将经步骤三处理过的石英安瓿外壁用丙酮或无水乙醇擦洗干净，防止石英安瓿因表面脏污而发生析晶，降低安瓿发生爆炸的可能性，然后将安瓿转移到水平管式电阻炉中，以100℃/h的速率升温至1000℃，保温5-7天后，然后以50℃/h冷却至室温。
打开安瓿，对合成的ZnTe粉末进行测试表征。
本实例成功合成出了1.3㎏左右碲化锌粉末，且粉末纯度高。

Claims (3)

1.一种一次性大量合成高纯ZnTe粉末的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在真空箱内将高纯的Zn和Te按摩尔比1:1的比例装进石英坩埚内，进行抽真空＜3×10-5pa，封管制成石英安瓿；
步骤2、预反应过程：采用高频感应加热装置对制成的石英安瓿进行局部顺序加热，循环往复数次，待坩埚内的Zn原料全部被反应并出现红色ZnTe颗粒状停止加热；所述局部顺序加热为自安瓿的头部到尾部；所述加热电流控制在400-500A；
步骤3、合料过程：采用丙酮或无水乙醇石英安瓿清理外壁，然后将安瓿转移到放入水平管式电阻炉中，缓慢升温至1000℃，保温5-7天后，冷却至室温；高纯ZnTe粉末合成完毕。
2.根据权利要求1所述一次性大量合成高纯ZnTe粉末的方法，其特征在于：所述石英坩埚的处理：首先用去离子水冲洗坩埚数次；然后将坩埚浸泡在丙酮中大于24h，再用去离子水冲洗干净；最后再将坩埚浸泡在王水中24h，冲洗干净后，在烘箱中120℃烘干。
3.根据权利要求1所述一次性大量合成高纯ZnTe粉末的方法，其特征在于：所述高纯的Zn和Te的纯度为7N。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111517291A (zh) * 2019-02-01 2020-08-11 中国科学院物理研究所 一种具有条纹结构的过渡金属二硫属化合物及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2341360A1 (fr) * 1976-02-20 1977-09-16 Radiologie Cie Gle Procede d'obtention de monocristaux de tellurure de zinc dopes a l'oxygene, et cristaux scintillateurs obtenus par ce procede.
CN85101849A (zh) * 1985-04-01 1986-07-30 中国科学院长春物理研究所 制备高纯度ⅱ-ⅵ族化合物的新方法
JPH01183499A (ja) * 1988-01-13 1989-07-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 高純度ＺｎＳｅ単結晶の作成方法及び装置
CN101665245A (zh) * 2008-09-01 2010-03-10 西北工业大学 一种用于单晶生长的硒化锌多晶材料的制备方法
CN103183322A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 广东先导稀材股份有限公司 高纯碲的制备方法
CN104803360A (zh) * 2015-05-12 2015-07-29 武汉理工大学 一种快速制备高纯碲化锌粉末的新方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2341360A1 (fr) * 1976-02-20 1977-09-16 Radiologie Cie Gle Procede d'obtention de monocristaux de tellurure de zinc dopes a l'oxygene, et cristaux scintillateurs obtenus par ce procede.
CN85101849A (zh) * 1985-04-01 1986-07-30 中国科学院长春物理研究所 制备高纯度ⅱ-ⅵ族化合物的新方法
JPH01183499A (ja) * 1988-01-13 1989-07-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 高純度ＺｎＳｅ単結晶の作成方法及び装置
CN101665245A (zh) * 2008-09-01 2010-03-10 西北工业大学 一种用于单晶生长的硒化锌多晶材料的制备方法
CN103183322A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 广东先导稀材股份有限公司 高纯碲的制备方法
CN104803360A (zh) * 2015-05-12 2015-07-29 武汉理工大学 一种快速制备高纯碲化锌粉末的新方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘长友 等: ""ZnSe多晶料的合成方法及其工艺研究"", 《材料导报》 *
干福熹: "《现代玻璃科学技术 下册》", 31 August 1990, 上海科学技术出版社 *
张金锐等: "《石油化工分析基础知识问答》", 28 February 1997, 中国石化出版社 *
戚桓瑜: "《光伏材料制备与加工》", 28 February 2015, 西北工业大学出版社 *
王吉丰 等: ""用改进升华方法生长ZnSe单晶"", 《人工晶体学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111517291A (zh) * 2019-02-01 2020-08-11 中国科学院物理研究所 一种具有条纹结构的过渡金属二硫属化合物及其制备方法

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