CN1916199A

CN1916199A - 高频加热水平区熔提纯锗的技术

Info

Publication number: CN1916199A
Application number: CN 200510014743
Authority: CN
Inventors: 张文福
Original assignee: ZHONGHE PHOTOELECTRIC TECH Co Ltd TIANJIN CITY
Current assignee: ZHONGHE PHOTOELECTRIC TECH Co Ltd TIANJIN CITY
Priority date: 2005-08-15
Filing date: 2005-08-15
Publication date: 2007-02-21

Abstract

本发明属半导体材料提纯技术类。该方案采用水平区熔的方式，通入高纯度的氢，在加热过程中保护锗不被氧化，进而将氧化锗还原成锗，其过程是将锗锭放入外部带有感应加热线圈的石英管内，加热到960～1000℃，待熔区熔化及稳定后，开启走车马达做水平位移，移动速度控制在2～5mm/min，熔区宽度控制在4～6cm，提纯运动进行10～15次。本方案的工艺过程经实验证明能获得高纯度的锗并得到高度的经济效益。

Description

高频加热水平区熔提纯锗的技术

技术领域：本发明属于半导体材料提纯技术。它具体涉及一种高频加热水平区熔提纯锗的技术的工艺方法。

背景技术：锗是广泛应用的半导体材料，重要程度仅次于硅；除了半导体应用外，锗大量用于红外光学镜头制作，在军事和航天领域的应用日趋增多；用锗制成的有机锗还有抗癌等医疗作用。不论哪一种应用，都需要制备高纯锗元素，因此，锗的提纯技术成为生产高纯锗元素的关键技术。在生产高纯锗元素过程中广泛使用的加热方法有电阻加热法和高频加热法两种。由于电阻加热法存在升温、降温速度慢，熔区宽度观察控制困难等不利因素，加上高频加热对熔区有搅拌作用，有利于提高提纯效果，因此，生产中采用高频加热水平区熔法制备高纯锗。目前，高频加热水平区熔提纯锗技术仍存在如下技术问题：(1)熔区宽度精确控制问题；(2)熔区移动速度精确控制问题；(3)成品率控制问题。由于生产过程中存在许多不稳定因素，容易造成产品质量不稳定，甚至可能造成材料浪费。

发明内容：本发明目的是为解决用高频加热水平区熔提纯锗技术生产高纯锗过程中存在的技术问题特提出本方案——高频加热水平区熔提纯锗的技术，它采用新技术新工艺，实现锗的高度的提纯，还实现了高经济效益。

按如上构思，本方案所提出的高频加热水平区熔提纯锗的技术，其特征是它的工艺过程如下：

①准备工作：用洗液将制备工艺需要的石英管和石墨舟煮沸、清洗、烘干，并保存在洁净的操作箱内备用；

②将还原锗煮沸腐蚀、清洗、烘干，备用；

③装料：将备用的还原锗装入石墨舟，并将石墨舟装到生产用的外有可以移动的高频加热线圈水平石英管内；

④设备接通冷却水；接通电源预热；

⑤接通高纯H₂将石英管内的空气排空，排空时间为20～40min；

⑥接通高频电源加热，温度控制在960～1000℃；

⑦待熔区熔化及稳定后，开启走车马达，使走车速度即熔区移动速度控制在1～6mm/min，熔区宽度控制在4～6cm。

⑧区熔提纯运动为10～15次。

在本方案中，在水平区熔提纯锗的过程中，1～5次采用熔区宽度为6厘米，后几次采用熔区宽度为4厘米。

采用本方案能体现如下的优越性：①本发明采用了高频加热水平区熔的方式，在高温时通入高纯的氢气把空气排净，它有两个作用，一是保护锗不被空气中的O₂氧化，二是能将少量氧化锗还原成为锗，完成了提纯的过程，经多次水平区熔运动，获得了高纯度的锗；②在本方案中，解决了区熔宽度与提纯效果及生产率之间的矛盾，采用了前几次区熔宽度大，为提高或不降低生产率，后几次用窄区熔宽度为保证产品的纯度，做到三者参数间矛盾的统一，保证了经济效益，提高了成品率达到80％以上；③经多次实验得到优化组合的技术参数，最终稳定产品质量，提高成品率，将还原锗其电阻率10Ωcm，含锗99.999％，进一步提纯为区熔锗电阻率≥47Ωcm，含锗≥99.99999％，解决锗元素的纯度问题；④该方法经实验证明行之有效，它有产品质量高、经济效益好的特点，是个优越的技术方案。

具体实施方式：本发明采用的高频加热水平区熔提纯锗原理是区熔提纯中是把锗锭的一小部分熔化形成熔区，然后把熔区从锭头移到锭尾，因为每次熔化的仅仅是锭条的一小部分，由于存在分凝现象，对于分凝系数K＜1的杂子，当熔区在锭首时，浓度较高的尾部没有被熔区熔化，所以熔区中的杂子浓度一定比原来锭的杂子浓度小，熔区移动后，新凝固出的固相中的杂子浓度就比前一次少，这样当熔区一次次通过锗锭时，材料就能逐渐纯化，杂子的分凝系数越小，提纯效果就越好，由于锗中大多数杂子分凝系数小于1，可以用区熔提纯的方法，将99.999％的锗提纯到99.99999以上，锗中部分杂子的平衡分凝系数K₀见表1。

表1 锗中部分杂子的平衡分凝系数K₀

元素	Li	Cu	Ag	Au	Zn	Cd	Al
元素	Li	Cu	Ag	Au	Zn	Cd	Al	K₀	0.002	1.5×10^-5	4×10^-7	1.3×10^-5	4×10^-4	7×10^-5	0.073
元素	Ga	In	Te	Si	Sn	Pb	P	K₀	0.002	1.5×10^-5	4×10^-7	1.3×10^-5	4×10^-4	7×10^-5	0.073
元素	Ga	In	Te	Si	Sn	Pb	P	K₀	0.087	0.001	4×10^-5	5.5	0.020	1.7×10^-4	0.080
元素	As	Sb	Bi	V	Mn	Fe	Co	K₀	0.087	0.001	4×10^-5	5.5	0.020	1.7×10^-4	0.080

K₀

0.020

0.003

4×10^-5

3×10^-7

10^-6

3×10^-5

10^-6

影响区熔提纯的因素：

区熔提纯的效果，不能只看材料的纯度，还要看提纯的经济效益，要用最短的时间，最少的费用，达到最大的提纯效果，要达到这个要求，就要选择好熔区的长度，熔区移动的速度，区熔次数。

本方案的实际操作的过程为

①准备工作：用洗液将制备工艺需要的石英管、石墨舟煮沸、清洗和烘干，并保存在洁净的操作箱内备用；

②将还原锗煮沸腐蚀、清洗、烘干，备用；

③装料：将备用的还原锗装入石墨舟，并将石墨舟装到生产用外部有可以移动的高频加热线圈的水平石英管内；

④设备接通冷却水；接通电源预热；

⑤接通提纯和保护性气体高纯H₂，将石英管内的空气排空，排空时间为20～40min；

⑥接通高频电源加热，温度控制在960～1000℃；

⑦待熔区熔化及稳定后，开启走车马达，使走车速度即熔区移动速度控制在2～5mm/min，熔区宽度控制在4～6cm；

⑧区熔提纯运动为10～15次。

经各级的试验证明该方法生产的产品具有纯度高、经济效果好的优点，是个优越的成熟的技术方案。

Claims

1.一种高频加热水平区熔提纯锗的技术，其特征是它的工艺过程如下：

②将还原锗煮沸腐蚀、清洗、烘干，备用；

④设备接通冷却水；接通电源预热；

⑥接通高频电源加热，温度控制在960～1000℃；

⑦待熔区熔化及稳定后，开启走车马达，使走车速度即熔区移动速度控制在1～6mm/min，熔区宽度控制在4～6cm；

⑧区熔提纯运动为10～15次。

2.按照权利要求1所述的提纯锗的技术，其特征是在水平区熔提纯锗的过程中，1～5次采用熔区宽度为6厘米，后几次采用熔区宽度为4厘米。