CS270794B1

CS270794B1 - Způsob čiětění selenu od nečistot na koncentrační úrovni ppm a zařízení k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CS270794B1
Application number: CS892138A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Wachtl
Original assignee: Zdenek Wachtl
Priority date: 1989-04-07
Filing date: 1989-04-07
Publication date: 1990-07-12
Also published as: CS213889A1

Abstract

čistění se provádí destilací za sníženého tlaku. ŘeSení vymezuje teplotní režimy a tlaky v jednotlivých komorách, □sou odstraňovány nečistoty těkavější a méně těkavé než selen, obsažené v koncentračních úrovních ppm během jedné operace. Zařízení sestává ze tří komor, varné 1), kondenzační (2) a jímací (3) vytvoených skleněnými ampulemi a opatřených samostatným regulovatelným topením (4). Systém komor je pomocí držáku (6) upevněn otočně v určeném sklonu. Vyčištěný selen je vhodný pro použití v polovodičové technice, infračervené optice a optoelektronice.

Description

Vynález se týká způsobu a zařízení k čištění selenu od nečistot na koncentrační úrovni ppm, zejména od kyslíku, kyslíkatých sloučenin selenu a selenidů kovů, na čistotu požadovanou pro použití v polovodičové technice, infračervené optice a optoelektronice. Nečistoty obsažené v selenu, zejména kyslíkaté nečistoty, způsobují při jeho aplikaci v materiálech pro infračervenou optiku a optoelektroniku zhoršení fyzikálních vlastností, projevující se zejména snížením propustnosti v oblasti 10,6 ^um a v materiálech pro polovodičovou techniku způsobují změnu vodivosti.

Nejpoužívanější způsob k odstranění povrchových oxidů a vlhkosti ze selenu je žíhání selenu při teplotě 300 až 330 °C a tlaku 10^-1 až 10^-5 Pa, který popsal například 0. A. savage, P. 3. Webber, A. M. Pitt: 3. Mater. Sci 13, 859 (1978), A. Felta, o. Linke, B. Voigt; Z. Chem. 20, 81 (1980).

Žíhání za sníženého tlaku je účinné, pokud selen obsahuje nečistoty pouze na povrchu, neboť oxid selenu má podstatně vyšší tenzi páry než selen, lze jej tedy dobře oddělit. Metoda je podstatně méně účinná pro odstranění oxidů obsažených uvnitř materiálu.

Další způsob je zahřívání selenu v proudu vodíku při teplotě 300 °C. Redukce oxidických příměsí je účinnější, ale nevýhodou je vnesení vodíku do materiálu. Vodík lze pak odstranit destilací selenu v atmosféře chloridu selenu, jak uvádí A. R. Hilton, 0. 3. Hayes, μ. 0. Rechtin: 3. Non-Crystal Solide 17, 319 (1975). Po odžíhání za sníženého tlaku může následovat destilace selenu za sníženého tlaku přímo nebo přes křemennou fritu do syntézní ampule. Teplota destilace se uvádí v rozmezí 500 až 700 °C. Destilací za sníženého tlaku sice lze odstranit i příměsové částice obsažené uvnitř materiálu, avšak s nižší účinností, neboť při uvedených teplotách dochází ke strhávání nečistot s vyšší teplotou varu než selen do předestilovaného selenu, κ odstranění netěkavých příměsí je známá rovnovážná destilace v zařízeních s horizontálním nebo vertikálním uspořádáním v rozmezí tlaků 10^-1 až io“⁵ Pa při teplotách 300 až 700 °C, kdy varný prostor od kondenzačního prostoru může být oddělen fritou.

Nevýhodou dosavadního stavu je, že žádný z uvedených způsobu neodstraňuje všechny nečistoty, a je nutno použít kombinace těchto postupů. Mimo to účinnost těchto způsobů není pro účely uplatnění v polovodičové technice, infračervené optice a optoelektronice postačuj íc í.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob čištění selenu od nečistot na koncentrační úrovni ppm, zejména od kyslíku, kyslíkatých sloučenin selenu a selenidů kovů, destilací selenu za sníženého tlaku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se destilace provádí v zařízení, sestávajícím ze vzájemně propojených komor, varné, kondenzační a jímací tak, že po naplnění varné komory selenem určeným k čištění se systém komor evakuuje na tlak 6.10^-1 až 15.10⁵ pa a současně se ohřívá kondenzační a jímací komora na teplotu vyšší, než je teplota varu nečistot těkavějších než selen a nižší, než je teplota varu selenu. Teplota ve varné komoře se postupně zvyšuje na teplotu tání selenu a déle na teplotu varu selenu při aktuálním tlaku. Po dosažení teploty varu selenu se zvýší teplota v jímací komoře na teplotu o 20 až 50 °C vyšší, než je teplota varu selenu, a po oddestilování nečistot těkavějších než selen, po 15 až 20 min., se sníží teplota v jímací a kondenzační komoře pod teplotu varu selenu. Tento stav se udržuje do konce destilace selenu.

Zařízení se skládá ze tří komor, varné, kondenzační a jímací, vytvořených skleněnými ampulemi a opatřených samostatným odporovým topením a regulací teploty. Varná a kondenzační komora mají společnou podélnou osu a jsou vzájemně propojeny. Na spodní části kondenzační komory je napojena jímací komora, jejíž osa se protíná s osou varné a kondenzační komory a svírají úhel 90 - 45°. V horní části kondenzační komory je hrdlo určené pro plnění selenu do varné komory a pro připojení na vakuové čerpací zařízení, opatřené vymrazovacím zařízením. Systém komor je upevněn otočně v držáku pod určitým sklonem vůči vodorovné rovině tak, že hladina selenu ve varné komoře je níže než nátok do jímací komory.

CS 270794 01

Selen vyčištěný způsobem podle vynálezu je použitelný v kombinaci s prvky o čistotě 6 N a více, například s arsenem, antimonem a germaniem pro přípravu výchozí suroviny pro uplatnění v polovodičové technice, infračervené optice a optoelektronice. Surovina je dále dotována podle účelu užití na binární (ASgSe^, Ae₂Se₂, SbgSe₃, GeSe, GeSe₂), ternární (As₁₅Se₅₅Ge₃₀, Sb₁₅Se₆₀Ge₅₅ ) a kvarterní (^As13^Se27^Te30^Ge30 ) sloučeniny. Další výhodou uvedeného způsobu je oddělení nečistot těkavějších než selen i méně těkavých než elen během jednoho procesu a v jednom zařízení.

Na výkresu je schematicky znázorněno příkladné provedení zařízení k čištění selenu způsobem podle vynálezu.

Zařízení se skládá z varné komory _1, kondenzační komory 2 a jímací komory 3. Každé z těchto komor je opatřena samostatným odporovým topením 4 s regulací teploty. Komory jsou tvořeny ampulemi z křemenného skla, přičemž varná komora 1 a kondenzační komora 2 mají společnou podélnou osu a jsou vzájemně propojeny. Na spodní části kondenzační komory je napojena jímací komora 3, jejíž osa se protíná s osou varné a kondenzační komory a svírají úhel 90°. Horní část kondenzační komory 2 je opatřena hrdlem 5,určeným pro vložení vsázky selenu určeného k čištění a pro připojení na vakuové čerpací zařízení, opatřeného vymrazovacím zařízením s kapalným dusíkem, systém komor je upevněn otočně v držáku umožňujícím při nasypávání selenu nastavení jímací komory nad varnou komoru, aby nedošlo při plnění k vniknutí selenu určeného k čištění do jímací komory, při čisticím procesu svírá podélná osa varné a kondenzační komory s vodorovnou rovinou úhel 50°.

Příklad

Funkce zařízení je objasněna na konkrétním příkladu čištění selenu obchodní jakosti o čistotě 5 N, v množství 1 OOO g.

Po naplnění selenu určeného k čištění do varné komory £ se systém komor evakuuje na počáteční tlak 6 . ίο”¹ Pa. Současně se ohřívá kondenzační a jímací komora 2, 3 na teplotu vyšší, než je teplota varu nečistot těkavějších než selen a nižší, než je teplota varu selenu. Teplota ve varné komoře £ se zvyšuje na teplotu tání selenu a dále na teplotu varu selenu při aktuálním tlaku. V této fázi dochází k roztavení selenu a k úniku nečistot, zejména kyslíkatých sloučenin selenu absorbovaných na povrchu. Po roztavení selenu se odpařují příměsi těkavější než selen, obsažené v tavenině, odcházejí z kondenzační komory 2 hrdlem 5 a kondenzují ve vymrazovacím zařízení vakuového čerpacího systému. Po dosažení teploty varu selenu se zvýší teplota v jímací komoře 3 na teplotu o 30 °C vyšší, než je teplota varu selenu. V této fázi odcházejí zbývající nečistoty těkavější než selen s blízkou teplotou varu selenu, současně se odpařuje selen, kondenzuje v kondenzační komoře 2, stéká do jímací komory 3, kde se znovu odpařuje a cirkuluje mezi kondenzační a jímací komorou. Po 20 min, což je doba potřebná k odpaření zbývajících těkavějších nečistot při vsázce v množství 1 OOO g, se sníží teplota jímací komory 3 pod teplotu varu selenu, takže zkondenzovaný selen zůstává v jímací komoře 3 v kapalném stavu. Tyto teploty se udržují do ukončení destilace selenu. Nečistoty s vyšší teplotou varu než selen zůstávají jako zbytek ve varné komoře £. Destilace je řízena tak, že je oddestilováno 80 až 100 g selenu za hod.

Takto vyčištěny selen byl použit k syntéze s arsenem o čistotě 6 N na selenid arsenitý As₂Se₃, což je základní surovina k přípravě chalkogenidových skel.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob čištění selenu od nečistot na koncentrační úrovni ppm, zejména od kyslíku, kyslíkatých sloučenin selenu a selenidů kovů, destilací za sníženého tlaku vyznačený tím, že se destilace provádí v zařízení, skládající se ze vzájemně propojených komor varné, kondenzační a jímací, přičemž po naplnění varné komory selenem určeným k vyčistění se systém komor evakuuje na tlak 6 . 10 až 15 . 10 Pa, současně se ohřívá kondenzační a jímací komora na teplotu vySSí, než je teplota varu nečistot těkavějších než' selen a nižSÍ, než je teplota varu selenu, pak se teplota ve varné komoře postupně zvyšuje na teplotu tání selenu a dále na teplotu varu selenu při aktuálním tlaku a po dosažení teploty varu selenu se teplota v jímací komoře zvýší na teplotu o 20 až 50 °C vyšší, po 15 až 20 min se sníží teplota kondenzační a jímací komory pod teplotu varu selenu a tento stav se udržuje do konce destilace selenu.

2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, vyznačené tím, že se skládá z varné komory (1), kondenzační komory (2) a jímací komory (3), které jsou vytvořeny skleněnými ampulemi a opatřeny samostatným odporovým topením (4) s regulací teploty, přičemž varná komora a kondenzační komora mají společnou podélnou osu a jsou vzájemně propojeny a na spodní části kondenzační komory je napojena jímací komora, jejíž osa se protíná s osou varné a kondenzační komory a svírají úhel 90 i 45°, horní část kondenzační komory je opatřena hrdlem (5) pro plnění selenu a pro připojení na vakuové čerpací zařízení opatřené vymrazovacím zařízením a systém komor je upevněn otočně v držáku (6) se sklonem vůči vodorovné rovině tak, že hladina selenu ve varné komoře je níže než nátok do jímací komory (4).