KR100907392B1 - 고유량의 ＧａＣｌ₃이송 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상승된 압력의 담체 가스원; 담체 가스로부터 수분을 제거하기 위한 정제기; 80℃ 이상으로 담체 가스를 가열시킬 수 있는 가열기; 갈륨 트리클로라이드의 공급물을 구비한 용기, 갈륨 트리클로라이드의 높이 아래에 배출구를 지니는 딥 튜브를 갖는 담체 가스용 밸브를 구비한 유입구, 담체 가스 및 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 제거하기 위한 밸브를 구비한 배출구; 갈륨 트리클로라이드를 용융시키기 위해 충분히 가열시킬 수 있는 가열기; 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 갈륨 니트리드를 위한 반응 구역으로 운반하기 위한 밸브를 구비한 배출구에 연결된 이송 라인을 포함하는, 증기상의 고순도 갈륨 트리클로라이드를 갈륨 니트리드 반응기로 이송시키기 위한 장치에 관한 것이다. 이러한 장치에 대한 방법이 또한 기술되어 있다.

Description

고유량의 ＧａＣｌ₃이송 {HIGH FLOW GaCl3 DELIVERY}
도 1은 갈륨-함유 화합물 합성을 위해 고순도 및 고유속으로 GaCl3를 이송시키기 위한 본 발명의 구체예의 개략도이다.
도 2는 갈륨 트리클로라이드에 노출한 후 물로 린싱된 여러 금속 합금에 대한 총 부식 부산물의 그래프이다.
전자기기 제작 산업은 갈륨-함유 필름과 같은 복잡한 반도체에 민감한 관심을 갖는다. 역사적으로, 갈륨-함유 화합물은 트리메틸 갈륨을 사용하여 합성되었다. 이러한 합성방법은 비용이 비싸고, 느리다.
갈륨-함유 화합물의 합성에서 단점 중 하나는 갈륨 소스, 예를 들어 실온 고형의 갈륨 트리클로라이드(GaCl3)에 대한 이송 시스템이다. 고체 전구체에 대한 통상적인 증기 이송 시스템은 고유량 및 고순도의 GaCl3 이송에 대해서는 제공되지 않는데, 이는 이의 고체 상태에서 GaCl3의 증기압이 매우 낮기 때문이다.
이러한 높은 유속으로 이송시킬 수 있는 현존하는 액체 증기 이송 시스템은 용융된(80℃ 초과) GaCl3를 수용하지 못할 수 있는데, 이는 이들의 저온 성능, 및 보다 높은 온도에서 가속되는 염소 화학의 높은 부식 특성으로 인한 것이다.
현존하는 고체 화학물질 증기 이송 시스템에 있어서는 대부분의 고체 전구체의 낮은 증기압으로 인해 보다 낮은 유속을 나타낼 뿐이다. 에어 프로덕츠 및 케밀칼스 인크(Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, PA, USA)는 공개된 미국특허출원번호 제2005-0039794 A1, 10/902,778호에 기술된 슈마허(Schmacher) 브랜드 제품 고체원 기화기를 개발하였다.
다른 관련된 액체 증기 이송 시스템으로는 에어 프로덕츠 및 케밀칼스 인크(Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, PA, USA)에 의해 제공된 가스가드(Gasguard) BSGS 트리클로로실란 발포기 모듈(약 1999년 3월)이 있다.
종래의 용기 및 이송 시스템의 결점은 전자기기 적용을 위한 갈륨-함유 화합물의 경제적이고 고순도 합성을 가능하게 하는 본 발명의 갈륨 트리클로라이드 용기 및 이송 시스템에 의해 극복된다.
본 발명의 간략한 개요
본 발명은 대기압 초과의 상승된 압력의 불활성 담체 가스원; 담체 가스를 80℃ 이상의 온도로 가열시킬 수 있는 담체 가스 가열기; 갈륨 트리클로라이드의 공급물을 수용하는 내부식성 내측 표면, 갈륨 트리클로라이드 공급의 표면 레벨 아래에 배출구를 지니는 딥 튜브(dip tube)를 형성하는 담체 가스용 밸브를 구비한 유입구, 담체 가스 및 담체 가스에 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 제거하기 위한 밸브를 구비한 배출구를 구비한 용기; 갈륨 트리클로라이드를 용융시키기 위해 용기를 가열시킬 수 있는 용기 가열기; 및 담체 가스 및 갈륨 트리클로라이드를 갈륨-함유 생성물로 전환시키는 반응 구역으로 운반하기 위하여, 밸브를 구비한 배출구에 연결된 이송 라인을 포함하며, 상기 담체 가스 가열용 가열기, 용기, 및 용기 가열용 가열기가 이송 라인을 통해 상호 연결되거나 일체로 되며, 상기 유입구의 유량과 배출구의 유량이 제어 밸브에 의해 제어되는, 증기상의 고순도 갈륨 트리클로라이드를 갈륨-함유 생성물을 생산하기 위한 반응기로 이송시키기 위한 이송 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 비반응성 담체 가스원과 담체 가스 가열기 사이의 담체 가스로부터 수분을 10억부 당 10 부 이하로 제거할 수 있는 정제기를 더 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 담체 가스를 가열시킬 수 있는 가열기 및 용기를 가열시킬 수 있는 가열기가 하나의 가열기이다. 또한, 담체 가스원이 질량 유동 제어기를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 정제기와 담체 가스 가열기 사이에 담체 가스 여과기를 더 포함할 수 있다. 또한, 용기가 절연된 외피내에 존재할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 담체 가스원이, 담체 가스를 가열시킬 수 있는 가열기 부근에서 담체 가스를 가열하기 위한 열교환 표면을 제공하는 사인모양 벤드(sinusoidal bend)로 형성된 담체 가스 라인을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 이송 라인이 담체 가스 및 갈륨 트리클로라이드를 운반하는 내측 라인 및 가열 매질을 함유한 환형 공간을 제공하는 외측 라인과 동축 선상에 있으며, 내측 라인과 외측 라인이 상호 동축일 수 있다.
바람직하게, 용기가 스테인레스 스틸, 하스텔로이(Hastelloy), 하스텔로이 B-2, 하스텔로이 B-3, 하스텔로이 C-22, 니켈, 모넬(Monel), 인코넬(Inconel) 686 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 금속으로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 이송 라인이 스테인레스 스틸, 하스텔로이(Hastelloy), 하스텔로이 B-2, 하스텔로이 B-3, 하스텔로이 C-22, 니켈, 모넬(Monel), 인코넬(Inconel) 686 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 금속으로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 유입구, 배출구 및 이러한 유입구 및 배출구의 밸브가 스테인레스 스틸, 하스텔로이(Hastelloy), 하스텔로이 B-2, 하스텔로이 B-3, 하스텔로이 C-22, 니켈, 모넬(Monel), 인코넬(Inconel) 686 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 금속으로 구성될 수 있다. 또는 밸브가 불소중합체 시트를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 용기가 불소중합체의 내부 라이너를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 용기 및 이송 라인이 갈륨 트리클로라이드와 접촉하는 내측 표면을 갖으며, 이들 표면이 금속 클로라이드의 패시베이션 층을 갖는다.
바람직하게, 유입구, 배출구 및 이러한 유입구 및 배출구의 밸브가 갈륨 트리클로라이드와 접촉하는 내측 표면을 갖으며, 이들 표면이 금속 클로라이드의 패시베이션 층을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 용기 및 이송 라인이 갈륨 트리클로라이드와 접촉하는 내측 표면을 갖으며, 이들 표면이 실리콘-함유 화합물의 패시베이션 층을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 밸브를 지닌 유입구, 밸브를 지닌 배출구 및 이러한 유입구 및 배출구의 밸브가 갈륨 트리클로라이드와 접촉하는 내측 표면을 갖으며, 이들 표면이 실리콘-함유 화합물의 패시베이션 층을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 증기상의 고순도 갈륨 트리클로라이드를 갈륨-함유 화합물을 생산하기 위한 반응기로 이송시키기 위한 장치에 관한 것으로, 대기압 초과의 상승된 압력의 불활성 담체 가스원; 담체 가스로부터 수분을 10억부 당 10 부("ppb") 이하, 바람직하게는 5 ppb로 떨어지게 제거할 수 있는 정제기; 담체 가스를 80℃ 이상, 바람직하게는 110℃의 온도로 가열할 수 있는 가열기; 갈륨 트리클로라이드의 공급물을 구비한 내부식성 내측 표면을 갖는 용기, 갈륨 트리클로라이드의 높이 아래에 배출구를 지니는 딥 튜브를 형성하는 담체 가스용 밸브를 구비한 유입구, 담체 가스 및 담체 가스에 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 제거하기 위한 밸브를 구비한 배출기; 갈륨 트리클로라이드를 용융시키기 위해 용기를 충분히 가열시킬 수 있는 가열기; 담체 가스 및 혼입된 갈륨 트리클로라이드를, 갈륨 트리클로라이드를 갈륨-함유 화합물로 전환하기 위한 반응 구역으로 운반하기 위한 밸브를 구비한 배출구에 연결된 이송 라인을 포함한다.
본 발명은 또한 수소, 질소, 헬륨, 아르곤 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 담체 가스를 대기압 초과의 압력으로 제공하는 단계; 담체 가스를 80℃ 이상의 온도로 가열시키는 단계; 담체 가스를 용기의 용융된 갈륨 트리클로라이드 조(bath)에 주입하여 담체 가스에 갈륨 트리클로라이드를 혼입시키는 단계; 담체 가스 및 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 용기로부터 제거하는 단계; 및 담체 가스 및 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 80℃ 이상의 온도에서 이송 라인을 통해 갈륨-함유 생성물을 합성하기 위한 반응 구역으로 이송시키는 단계를 포함하여, 증기상 갈륨 트리클로라이드를 갈륨-함유 생성물을 합성하기 위한 반응 구역으로 이송시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 수소, 질소, 헬륨, 아르곤 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 담체 가스를 대기압 초과의 압력으로 제공하는 단계; 담체 가스를 100 ppb 이하, 바람직하게는 5 ppb로 수분 제거하기 위해 선택적인 정제 매질을 통과시켜 담체 가스를 정제하는 단계; 담체 가스를 80℃ 이상, 바람직하게는 110℃이 온도로 가열시키는 단계; 담체 가스를 용기의 용융된 갈륨 트리클로라이드 조에 주입하여 담체 가스에 갈륨 클로라이드를 혼입시키는 단계; 용기로부터 담체 가스 및 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 제거하는 단계; 및 담체 가스 및 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 80℃ 이상, 바람직하게는 110℃의 온도에서 갈륨-함유 필름을 합성하기 위한 반응 구역으로 이송시키는 단계를 포함하여, 증기상 갈륨 트리클로라이드를 갈륨-함유 화합물을 합성하기 위한 반응 구역으로 이송시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 담체 가스를 10억부 당 10 부 이하로 수분을 제거하기 위해 정제 매질을 통과시켜 담체 가스를 정제하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 담체 가스가 분당 5 내지 15 리터의 속도로 유동될 수 있다. 바람직하게, 갈륨 트리클로라이드가 시간 당 300 내지 400 그램의 속도로 반응 구역으로 이송될 수 있다. 바람직하게, 용기 중 갈륨 트리클로라이드가 110℃ 내지 140℃ 범위의 온도로 가열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 용기 및 이송 라인이 갈륨 트리클로라이드와 접촉하는 내측 표면을 갖고, 이러한 표면이 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 이송하기 전에 용기 및 이송 라인을 통해 염화된 가스를 유동시켜 패시베이션될 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법은 높은 증기압 에피택시 (HVPE)를 사용하여 고유량 및 고순도 GaCl3 증기를 반응기로 이송시키므로써 에피택셜 반응기에 화학적 증기 증착 (CVD) 갈륨 필름 증착을 가능하게 한다.
고체 전구체를 위한 통상적인 증기 이송 시스템은 고유량 및 고순도의 GaCl3 이송에 대해 제공되지 않는데, 이는 고체 상태에서 GaCl3의 낮은 증기압 때문이다.
이러한 높은 유속으로 이송시킬 수 있는 현존하는 액체 증기 이송 시스템은 용융된(80℃ 초과) GaCl3를 수용하지 못할 수 있는데, 이는 이들의 저온 성능, 및 보다 높은 온도에서 가속되는 염소 화학의 높은 부식 특성으로 인한 것이다.
본 발명은 하기와 같이 기술되었다. GaCl3 고체 전구체는 316LSS 발포기 용기에 배치되고, 여기서 이의 78℃ 융점 초과로 가열된다. 이러한 온도 및 이를 초과하는 온도에서, 이는 액체이며 낮은 유속으로 버블링될 수 있다.
이의 융점(78℃) 내지 130℃로 GaCl3의 추가 가열은 버블링에 의해 높은 유속(300 내지 400 gr/시간)으로 이송하기에 적당하게 액체 GaCl3의 증기압을 상승시킨다(130℃에서 GaCl3의 증기압은 90 Torr임). 이 보다 높은 온도에서, 5 내지 15 리터/분의 범위의 담체 가스 유속은 요망되는 높은 질량 유속을 초래할 것이지만, 용기 배출구로부터 액체를 큰 방울 에어로졸의 형태로 배출시킬 수 있는 액체의 난기류를 막기에 충분히 낮다. 단지 포화된 증기는, 버블링시에 일정한 질량 이동을 유지하고 에어로졸 방울들에 의해 종종 야기되는 입자 문제를 방지하는데 허용될 수 있다.
본 발명의 방법은 정제된 담체 가스(H2, Ar, He 또는 N2)를 사용하여 GaCl3를 버블링시킨다. 초고순도(UHP) 정제기는 수분을 10억부 당 10부 미만, 바람직하게는 5부(ppb)로 제거하여 (GaCl3 중) 염소와 수분의 반응에 의한 HCl 발생을 방지한다.
담체 가스로부터 수분의 제거는 금속 발포기의 습윤된 표면의 HCl 공격을 조절하고, 이는 금속 불순물을 GaCl3 전구체로 야기시킬 수 있으며, 부식 결핍을 초래할 수 있다. 금속 오염물은 갈륨-함유 필름의 에피택셜 결정 성장을 방해할 수 있다.
고온에서 HCl의 증가된 부식 속도는 본 발명에 다른 임의적 특징의 부가를 초래한다. 불소중합체, 불화된 에틸렌-프로필렌("FEP"), 폴리테트라플루오로에틸렌("ETFE") 또는 PFA(폴리테트라플루오로에틸렌의 콤중합체(compolymer) 또는 유도체, 이후 총괄하여 폴리테트라플루오로에틸렌) 보호 코팅은 금속 또는 합금, 예를 들어 스테인레스 스틸(SS) 발포기의 내측의 습윤된 표면 상에 몰딩되어 SS 습윤된 표면으로부터 초래되는 금속 불순물을 보다 양호하게 방지할 수 있다. 이러한 코팅은 또한, 수분이 갑자기 도입되는 경우, 금속 또는 합금 용기에 대한 부식을 억제한다.
용기, 밸브, 튜빙(tubing), 및 부속품은 바람직하게는 전해연마된 316L 스테 인레스 스틸("SS")이다. 316L SS 밸브는 바람직하게는 특별한 PFA 시트를 사용하여 고온의 작업을 견디고 염소 공격에 저항한다. 이들 성분으로는 또한 하스텔로이(Hastelloy), 예를 들어 하스텔로이 B-2 합금, 하스텔로이 B-3 합금, 예를 들어 하스텔로이 C-22 합금, 니켈 또는 모넬일 수 있다. 하스텔로이 B-3 합금은 Ni-65 중량%, Mo-28.5 중량%, Cr-1.5 중량%, Fe-1.5 중량%, Co-3 중량%, W-3 중량%, Mn-3 중량%, Al-0.5 중량%, Ti-0.2 중량%, Si-0.1 중량%, 및 C-0.01 중량%의 조성을 갖는다. 하스텔로이 C-22 합금은 Ni-56 중량%, Mo-13 중량%, Cr-22 중량%, Fe-3 중량%, Co-2.5 중량%, W-3 중량%, Mn-0.5 중량%, V-0.35 중량%, Si-0.08 중량%, 및 C-0.01 중량%의 조성을 갖는다. 대안적으로는, 실리콘 옥사이드로 코팅된 금속("실리카")은 부식을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 실리카는 비정질 실리카, 예를 들어 레스텍 오브 벨레폰트(Restek of Bellefonte, PA, USA)로부터 입수가능한 실텍크(Siltek)일 수 있다. 비정질 실리카 코팅은 바람직하게는 316L 전해연마된 스테인레스 스틸 또는 하스텔로이 B-2 또는 하스텔로이 B-3 또는 하스텔로이 C-22에 도포된다. 다른 실리콘 내부식성 코팅은 금속, 예를 들어 316L SS으로 다시 코팅된 용융 실리카이다. 표 1은 관련된 내부식성 합금의 조성을 나타낸 것이다.
표 1
성분 엘길로이(Elgiloy) 316LSS 니켈 200 하스텔로이 C-22 하스텔로이 B-2 하스텔로이 B-3
% % % % % %
Cr 19-21 16-18 22 최대 1 1.5
Co 39-41 - 최대 2.5 최대 1 최대 3
Cu - - 최대 0.25 최대 0.5 최대 0.5 최대 0.2
Fe 16 잔부(~66%) 최대 0.40 3 최대 2 1.5
Mn 1.5-2.5 최대 2.0 최대 0.35 최대 0.5 최대 1 최대 3
Mo 6-8 2.0-3.0 13 28 28.5
Ni 14-16 10.0-14.0 최소 99.0 56 69 65
Si - 최대 0.75 최대 0.35 최대 0.08 최대 0.1 최대 0.1
V - - 최대 0.35
W - - 3 최대 3
탄소 최대 0.15 최대 0.03 최대 0.15 최대 0.01 최대 0.01 최대 0.01
Be 최대 0.1
Nb
Ti 최대 0.2
Al 최대 0.5
S 최대 0.01
P
용기, 유입구, 배출구, 밸브 및 이송 라인용 구조물의 물질에 대한 다양한 합금의 시험을 갈륨 트리클로라이드에 대한 합금의 노출로 수행하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었으며, 하스텔로이 C-22가 가장 낮은 측정가능한 부식을 나타냄을 알 수 있다. 데이타를 갈륨 트리클로라이드와 접촉 전 및 후에 합금 쿠폰(샘플) 중량과 비교하고 쿠폰에 노출된 갈륨 트리클로라이드와 갈륨 트리클로라이드 노출 후 쿠폰과 접촉된 린싱수 모두를 분석하여 수집하였다. 그러나, 하스텔로이 B-2 및 B-3 합금은 가장 적은 휘발성 부식 부산물을 수득하였으며, 이에 따라 금속성 불순물을 덜 갖는 갈륨 필름을 생산할 것으로 기대된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 총 부산물의 비교는 특정 합금 쿠폰과의 접촉 후에 가스성 갈륨 트리클로라이드에서 발견된 부식성 부산물 및 쿠폰이 갈륨 트리클로라이드에 노출된 후 특정 합금 쿠폰과 접촉된 린싱수에서 발견된 부식성 부산물을 합친 것이다.
표 2
중량 및 금속 분석에 따른 합금 부식률의 비교
Figure 112007041686646-pat00001
표 3
상대적인 금속 클로라이드 휘발성
Figure 112007041686646-pat00002
발포기는 금속 오염물로부터 더욱 보호를 필요로 하는 적용을 위해 임의적 몰딩된 PFA 라이너와 함께 이용가능하다. 이러한 경우에, 모든 밸브는 316L SS에서 모두 퍼플루오로중합체, 예를 들어 테플론 PFA(몸체 및 시트) 밸브로 전환될 것이다.
이하에서 도면을 참고로, 본 발명을 상술한다. 아르곤, 헬륨, 수소, 질소 또는 이의 혼합물을 포함하는 고순도 불활성 담체 증기는 담체 가스 공급물(10)에 대기압 초과의 상승된 압력으로 제공된다. 담체 가스는 밸브(12), 임의의 수분을 10억부 당 10부 미만, 바람직하게는 5부로 제거하는 정제기(14), 및 미립자, 특히 정제기(14)에서 부주위하게 발생될 수 있는 미립자를 제거하는 여과기(16)를 통해 분당 5 내지 15 리터의 유속으로 분산된다. 담체 가스는 충분히 순수한 경우, 임의적으로 임의의 정제기 또는 여과기를 우회할 수 있으며, 담체 가스 유동은 질량 유동 제어기(18)를 통해 측정되고 계량된다.
담체 가스는 라인(20)을 통해 갈륨 트리클로라이드 용기(26)를 함유하는 절연된 외피(24)로 이송된다. 담체 가스 라인은 별도로 가열될 수 있는 열교환 표면을 형성시키도록 하나 이상의 사인모양 밴드(22)를 통해 형성되거나, 도면에 기술된 바와 같이, 용기(26)용 가열기(40)로 가열시킨다.
가열된 담체 가스는 밸브(36)를 통해 이송되고, 용기(26)의 밸브를 갖는 유입구로서 딥 튜브(32)를 통해 용기(26)에 주입한다. 딥튜브의 배출구는 용융된 갈륨 트리클로라이드(28)의 표면 아래에 존재하며, 용융된 갈륨 트리클로라이드는 용기(26)를 둘러쌀 수 있는 가열기(40)에 의해 그밖의 실온 고체를 이의 78℃ 융점 초과로 가열하여 액상으로 유지된다.
용기(26)는 또한 "발포기"로 칭하는데, 이는 딥튜브 배출구(32)로부터 분배된 담체 가스가 밸브(38)에 의해 제어된, 밸브를 갖는 배출구(34)를 통한 제거를 위해 계량된 액체 갈륨 트리클로라이드를 통해 증기상의 혼입된 갈륨 트리클로라이드로 "버블링"하기 때문이다. 가열기(40)는 통상적인 가열기 제어기(42)에 의해 제어된다.
갈륨 트리클로라이드로 포화된 담체 가스는 이송 라인(44)에서 용기(26)로부터 제거되며, 이송 라인은 갈륨 트리클로라이드를 운반하는 내측 라인(46) 및 내측 라인(46)과 가열된 대기(바람직하게는 불활성 질소)를 허용하여 환형 공간을 차지하고 담체 가스 및 갈륨 트리클로라이드의 상승된 온도를 유지하는 환형 공간(48)을 형성하는 외측 라인(44)을 갖는 동축 라인이며, 여기서 담체 및 갈륨 트리클로라이드는 용기(26)로부터 밸브(50)를 통해 갈륨-함유 화합물 반응기(52)로 분배되어 타겟(54) 상에 갈륨-함유 화합물 생성물을 형성시킨다.
이러한 장치 및 방법은 갈륨 트리클로라이드를 110℃ 내지 140℃에서 시간 당 300 내지 400 그램의 유속으로 반응기(52)의 갈륨-함유 화합물 반응 구역으로 이송될 수 있으며, 이는 고순도 갈륨-함유 화합물의 경제적 생산을 위해 요망되는 것이다.
본 발명은 여러 개의 대표적인 구체예를 참조로 하여 기술되었지만, 본 발명의 전체 범위는 하기 청구범위로부터 확인될 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 갈륨 트리클로라이드 용기 및 이송 시스템은 전자기기 적용을 위한 갈륨-함유 화합물의 경제적이고 고순도 합성을 가능하게 한다.

Claims (23)

  1. 대기압 초과의 상승된 압력의 불활성 담체 가스원;
    담체 가스를 80℃ 이상의 온도로 가열시킬 수 있는 담체 가스 가열용 가열기;
    갈륨 트리클로라이드의 공급물을 수용하는 내부식성 내측 표면, 갈륨 트리클로라이드 공급의 표면 레벨 아래에 배출구를 지니는 딥 튜브(dip tube)를 형성하는 담체 가스용 밸브를 구비한 유입구, 담체 가스 및 담체 가스에 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 제거하기 위한 밸브를 구비한 배출구를 구비한 용기;
    갈륨 트리클로라이드를 용융시키기 위해 용기를 가열시킬 수 있는 용기 가열용 가열기; 및
    담체 가스 및 갈륨 트리클로라이드를 갈륨-함유 생성물로 전환시키는 반응 구역으로 운반하기 위하여, 밸브를 구비한 배출구에 연결된 이송 라인을 포함하며,
    상기 담체 가스 가열용 가열기, 용기, 및 용기 가열용 가열기가 이송 라인을 통해 상호 연결되거나 일체로 되며, 상기 유입구의 유량과 배출구의 유량이 제어 밸브에 의해 제어되는,
    증기상의 고순도 갈륨 트리클로라이드를 갈륨-함유 생성물을 생산하기 위한 반응기로 이송시키기 위한 이송 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 비반응성 담체 가스원과 담체 가스 가열기 사이의 담체 가스로부터 수분을 10억부 당 10 부 이하로 제거할 수 있는 정제기를 더 포함하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 담체 가스를 가열시킬 수 있는 가열기 및 용기를 가열시킬 수 있는 가열기가 하나의 가열기인 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 담체 가스원이 질량 유동 제어기를 포함하는 장치.
  5. 제 2항에 있어서, 정제기와 담체 가스 가열기 사이에 담체 가스 여과기를 더 포함하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 용기가 절연된 외피내에 존재하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 담체 가스원이, 담체 가스를 가열시킬 수 있는 가열기 부근에서 담체 가스를 가열하기 위한 열교환 표면을 제공하는 사인모양 벤드(sinusoidal bend)로 형성된 담체 가스 라인을 포함하는 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 이송 라인이 담체 가스 및 갈륨 트리클로라이드를 운반하는 내측 라인 및 가열 매질을 함유한 환형 공간을 제공하는 외측 라인을 포함하며, 상기 내측 라인과 외측 라인이 상호 동축인 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 용기가 스테인레스 스틸, 하스텔로이(Hastelloy), 하스텔로이 B-2, 하스텔로이 B-3, 하스텔로이 C-22, 니켈, 모넬(Monel), 인코넬(Inconel) 686 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 금속으로 구성된 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 이송 라인이 스테인레스 스틸, 하스텔로이(Hastelloy), 하스텔로이 B-2, 하스텔로이 B-3, 하스텔로이 C-22, 니켈, 모넬(Monel), 인코넬(Inconel) 686 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 금속으로 구성된 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 유입구, 배출구 및 이러한 유입구 및 배출구의 밸브가 스테인레스 스틸, 하스텔로이(Hastelloy), 하스텔로이 B-2, 하스텔로이 B-3, 하스텔로이 C-22, 니켈, 모넬(Monel), 인코넬(Inconel) 686 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 금속으로 구성된 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 밸브가 불소중합체 시트를 갖는 장치.
  13. 제 1항에 있어서, 용기가 불소중합체의 내부 라이너를 갖는 장치.
  14. 제 1항에 있어서, 용기 및 이송 라인이 갈륨 트리클로라이드와 접촉하는 내측 표면을 갖으며, 이들 표면이 금속 클로라이드의 패시베이션 층을 갖는 장치.
  15. 제 11항에 있어서, 유입구, 배출구 및 이러한 유입구 및 배출구의 밸브가 갈륨 트리클로라이드와 접촉하는 내측 표면을 갖으며, 이들 표면이 금속 클로라이드의 패시베이션 층을 갖는 장치.
  16. 제 1항에 있어서, 용기 및 이송 라인이 갈륨 트리클로라이드와 접촉하는 내측 표면을 갖으며, 이들 표면이 실리콘-함유 화합물의 패시베이션 층을 갖는 장치.
  17. 제 11항에 있어서, 밸브를 지닌 유입구, 밸브를 지닌 배출구 및 이러한 유입구 및 배출구의 밸브가 갈륨 트리클로라이드와 접촉하는 내측 표면을 갖으며, 이들 표면이 실리콘-함유 화합물의 패시베이션 층을 갖는 장치.
  18. 수소, 질소, 헬륨, 아르곤 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 담체 가스를 대기압 초과의 압력으로 제공하는 단계;
    담체 가스를 80℃ 이상의 온도로 가열시키는 단계;
    담체 가스를 용기의 용융된 갈륨 트리클로라이드 조(bath)에 주입하여 담체 가스에 갈륨 트리클로라이드를 혼입시키는 단계;
    담체 가스 및 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 용기로부터 제거하는 단계; 및
    담체 가스 및 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 80℃ 이상의 온도에서 이송 라인을 통해 갈륨-함유 생성물을 합성하기 위한 반응 구역으로 이송시키는 단계를 포함하여, 증기상 갈륨 트리클로라이드를 갈륨-함유 생성물을 합성하기 위한 반응 구역으로 이송시키는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 담체 가스를 10억부 당 10 부 이하로 수분을 제거하기 위해 정제 매질을 통과시켜 담체 가스를 정제하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제 18항에 있어서, 담체 가스가 분당 5 내지 15 리터의 속도로 유동되는 방법.
  21. 제 18항에 있어서, 갈륨 트리클로라이드가 시간 당 300 내지 400 그램의 속도로 반응 구역으로 이송되는 방법.
  22. 제 18항에 있어서, 용기 중 갈륨 트리클로라이드가 110℃ 내지 140℃ 범위의 온도로 가열되는 방법.
  23. 제 18항에 있어서, 용기 및 이송 라인이 갈륨 트리클로라이드와 접촉하는 내측 표면을 갖으며, 이러한 표면이 혼입된 갈륨 트리클로라이드를 이송하기 전에 용기 및 이송 라인을 통해 염화된 가스를 유동시켜 패시베이션되는 방법.
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