Получение высокочистого галлия из отходов производства полупроводниковых материалов
Диссертация
Высокочистый галлий является одним из основных компонентов для получения полупроводниковых материалов соединений АШВУ, к важнейшим из которых относятся арсенид и фосфид галлия и твердые растворы на их основе (СаАэР, СаА1Аз, Са1пР, АНпОаР и другие). Объемы мирового производства монокристаллов арсенида галлия превышают 100т/год, ежегодные темпы прироста составляют 4—10%. Возрастающие потребности… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Литературный обзор
- 1. 1. Методы очистки галлия, полученного из традиционного сырья
- 1. 1. 1. Фильтрование
- 1. 1. 2. Гидрохимическая очистка
- 1. 1. 3. Химическая обработка галлия газообразными реагентами
- 1. 1. 4. Вакуумтермическая обработка
- 1. 1. 5. Электрохимическое рафинирование
- 1. 1. 6. Дистилляция и ректификация трихлорида галлия
- 1. 1. 7. Зонная плавка трихлорида галлия
- 1. 2. Получение высокочистого галлия из нетрадиционного сырья
- 1. 3. Роль кристаллизационных методов в технологии получения высокочистого галлия
- 1. 1. Методы очистки галлия, полученного из традиционного сырья
- Глава 2. Методы экспериментальной работы
- 2. 1. Методы анализа примесей в галлии
- 2. 2. Определение вещества — основы
- 2. 2. 1. Определение галлия
- 2. 2. 2. Определение мышьяка
- 2. 2. 3. Определение фосфора
- I. 2.3. Измерение электрофизических параметров монокристаллов и эпитаксиальных структур ваАБ
- 2. 4. Методы очистки галлия
- 2. 4. 1. Гидрохимическая очистка
- 2. 4. 2. Вакуумтермическая обработка
- 2. 4. 3. Электрохимическое рафинирование
- 2. 4. 4. Направленная кристаллизация по Чохральскому
- 2. 4. 5. Горизонтальная направленная кристаллизация
- 2. 4. 6. Направленная кристаллизация с вращением контейнера
- 2. 4. Методы очистки галлия
- 3. 1. Классификация галлийсодержащих отходов на основе ваАв и ваР. Получение технического галлия
- 3. 2. Глубокая очистка галлия
- 1. 3.2.1. Гидрохимическая очистка
- 3. 2. 2. Вакуумтермическая обработка
- 3. 2. 3. Электрохимическое рафинирование
- 3. 3. Кристаллизационная очистка галлия
- 3. 3. 1. Определение эффективных коэффициентов распределения для бинарных систем галлий — примесь
- 3. 3. 2. Определение эффективных коэффициентов распределения для многокомпонентных систем галлий — примеси
- 3. 3. 3. Механизм влияния природы примеси на морфологию кристалла галлия
- 4. 1. Выбор й обоснование технологической схемы получения высокочистого галлия
- 4. 2. Испытания образцов высокочистого галлия для выращивания монокристаллов арсенида галлия и эпитаксиальных структур Са^хА^Аэ
Список литературы
- Киси К. Примеры и перспективы применения новых материалов в электронике. М.: Наука, 1991. 86 с.
- Марков A.B., Освенский В. Б., Уфимцев В. Б. Развитие технологии получения монокристаллов арсенида галлия // 70 лет в металлургии редких металлов и полупроводников. Юбилейный сборник трудов ГИРЕДМЕТ. М.: ЦИНАО. 2001. С. 191−206.
- Берг А., Дин П. Светодиоды. М: Мир, 1979. 686 с.
- Коган JI.M. Полупроводниковые светоизлучающие диоды. М.: Энергоиздат, 1983. 208 с.
- Химия и технология редких и рассеянных элементов / Под ред. Большакова К. А. М.: Высшая школа, 1976.
- Шека И.А., Чаус И. С., Митюрева Т. Г. Галлий, Киев, «Гостехиздат УССР», 1963, 295 с.сил.
- Коган Б.И., Вершковская О. В., Славиковская И. М. Галлий, М. «Наука», 1973. 186 с.
- Коган Б.И., Вершковская О. В., Славиковская И. М. Галлий. М. «Наука» 1973. 473 с.
- Вершковская О.В., Краснова B.C., Салтыкова B.C., Первухина А. Е. Галлий. М. «Академия наук СССР» 1960. 146 с.
- Еремин Н.И. Галлий, М., «Металлургия», 1964 г., 168 с.
- Иванова Р.В. Химия и технология галлия. М.: Металлургия, 1973. 392 с.
- Полупроводниковые соединения A111 Bv. Под редакцией Роберта Виллардсона и Харвея Геринга. М «Металлургия», 1967, 727 с.
- Беляев А.И., Жемчужина Е. А., Фирсанова JI.A. Металлургия чистых металлов и элементарных полупроводников. М. «Металлургия», 1969. 503 с.
- Вигдорович В.Н. Получение металлов высокой чистоты для полупроводниковой техники.//Металлургия редких металлов и полупроводников. М. «Цветметинформация» 1969. С 22 — 26.
- Мильвидский М.Г., /Пелевин О.В., Сахаров Б. А. Физико-химические основы получения разлагающихся полупроводниковых соединений (на основе арсенида галлия). М. Металлургия. 1974. 392 с.
- Яценко С.П. Галлий. Взаимодействие с металлами. М. «Наука», 1974 г. 220 с.
- Федоров П.И., Мохосоев М. В., Алексеев Ф. П. Химия галлия, индия и таллия, Новосибирск, «Наука», 1977,222 с.
- Яценко С.П., Аникин Ю. А. Растворимость металлов IV периода в жидком галлии. Изв. АН СССР. Металлы 1970, № 4, С. 162 167.
- Яценко С.П., Аникин Ю. А. Растворимость металлов V периода в жидком галлии. Физхим. и мех. матер., 1970, т.6, № 3, С. 57 — 62.
- Яценко С.П., Аникин Ю. А., Диева Э. Н. Растворимость металлов VI периода в жидком галлии. Журн. физ. химии, 1971, т.45, С. 2098 2099.
- Асхадуллин Р.Ш., Лаврова О. В., Мартынов П. Н., Сысоев Ю. М. Способ очистки технического галлия. Патент RU № 2 087 573, от 19.12.95, С 22 В 58/00, опубл. 20.08.97 Бюл.№ 23
- Зарубицкий О.Г., Омельчук A.A., Будник В. Г. Эффект фильтрации галлия при анодной поляризации в щелочных электролитах.// ЖПХ, 1996. т 69, № 5. С 788−791.
- Мельников Ю.Т., Веприкова Е. В. Способ очистки галлия от примесей. Патент RU С 22 В 58/00, № 2 070 594,16.12.92, опубл. 20.12.96 Бюл. № 35
- Закурдаева И.В., Гнидо В. Ф. Способ очистки галлия от примесей. Патент RU № 2 162 114,05.04.1999, С 22 В 58/00,9/02, опубл. 20.01.01 Бюл.№ 2
- Козлов С.А., Потолоков H.A., Сажин М. В. Способ рафинирования галлия. A.C. СССР № 1 803 446, 24.04.1991. С 22 В 58/00, опубл.23.03.93 Бюл.№ 11
- Лаврова О.В., Сысоев Ю. М., Мартынов П. Н., Скоморохова С. Н. Способ рафинирования галлия. Патент RU № 2 086 692, 19.02.95. С 22 В 58/00, опубл. 10.08.97 Бюл. № 22
- Некрасов Б.В. Основы общей химии. М. «Химия», 1973. Т. 1, 656 с, Т. 2, 688 с.
- Дмитриев B.C., Таций В. И., Смирнов В. А. Способ рафинирования галлия. A.C. СССР № 1 391 117,12.12.85., опубл. 27.08.99 Бюл. № 24
- Щукин Л.И., Смотрина О. В., Король H.A., Корниевич М. В. Исследование взаимодействия примесей в галлии с низкотемпературной кислородной плазмой. Высокочистые вещества. 1996. № 3. С. 37−40.
- Емельянов B.C., А.И. Евстюхин, В.А. Шулов. Теория процессов получения чистых металлов, сплавов и интерметаллидов. М. «Энергоатомиздат», 1983. 143 с.
- Беляев А.И. Физико химические основы очистки металлов и полупроводниковых материалов. М. «Металлургия» 1973. 222 с.
- Шокол A.A., Козин Л. Ф. Очистка галлия, индия и теллура от ртути, кадмия и цинка дистилляцией примесей в вакууме при высоких температурах. Укр. Хим. журнал, 1962, т.28, № 6, С. 699−702.
- Справочник по электрохимии J1.: Химия, 1981. 486 с.
- Зеликман А.Н., Меерсон Г. А. Металлургия редких металлов. М. «Металлургия» 1978. 346 с.
- Хаяк В.Г., Яценко С. П., Диев В. Н. и др. Электролиз щелочных растворов, содержащих цинк и галлий // Цветные металлы. 1983, № 12, С. 29 — 31.
- Сергеев С.И., Лыкасов A.A. Исследование влияния температуры на электролиз галлия из щелочных растворов // Цветные металлы. 1983, № 10, С. 63−66.
- Любимова H.A., Фомина H.A., Селехова Н. П. и др. Получение галлия высокой чистоты методом электрорафинирования // Труды ГИРЕДМЕТ. 1972. Т. XXXVIII. С. 119- 134.
- Омелъчук A.A., Козин В. Ф., Иванова Е. Г. Электрохимическое извлечение галлия из тройного индий галлий — оловянного сплава в щелочных электролитах. //ЖПХ, 1997. т 70, № 2. С 247−251.
- Яценко С.П., Диев В. Н., Диева Э. Н., Хаяк В. Г., Панов A.C., Рубинштейн Г. М. Способ электрохимической очистки галлия и его сплавов. A.C. СССР № 1 170 793,09.06.83. С 22 В 58/00, опубл. 10.05.00 Бюл. № 13.
- Нисельсон JI.A., Алексеева H.H., Иванова P.B. Очистка галлия ректификацией его хлорида. «Изв. АН СССР. Металлы», 1965, № 3, С. 40−46.
- Девятых Г. Г., Аглиулов Н. Х., Лучинкин В.В.и др. Методы получения и анализа веществ особой чистоты. М. «Наука», 1970, С. 51 —54.
- Нисельсон Л.А., Алексеева H.H., Иванова Р. В. Известия АН СССР, Металлы, 1965г., вып. 3, С. 40−49.
- Артюхин П.И. Радиохимия, 1967г., т. 9, вып. 3, С. 341 -346.
- Крейн O.E. Отходы рассеянных редких металлов. М.: Металлургия, 1985. 103 с.
- Иванова Р.В., Калашник О. Н., Нисельсон Л. А. Сравнительный анализ возможных способов переработки отходов производства арсенида галлия //Электронная техника. 1970. Серия 14 «Материалы». Выпуск 1. С. 108 115.
- Фомин С.С., Рыцарев В. В. Галлий. Технология и производство // 70 лет в металлургии редких металлов и полупроводниковых материалов: Юбилейный сб. трудов ГИРЕДМЕТ. М.: ЦИНАО. 2001. С. 104 110.
- Потолоков H.A., Козлов С. А. Получение галлия высокой чистоты из отходов полупроводникового производства //Электронная промышленность. 1996. № 3. С 84 85.
- Козлов С.А., Сажин М. В., Петрухин И. О., Сидоров О. Л., Аганичев М. П., Потолоков H.A. Технология получения галлия высокой чистоты из отходов полупроводникового производства. // Наукоемкие технологии. 2003. т.4. № 2. С. 88−94.
- Papp Е., Schoimar К. Einige Probleme der Herstellung und Prufung dtr Reinstgallium //Acta Chim. Sei. Acad. Hung. 1960. V. 24. № 4. P. 451 -457.50.3еликман A.H., Крейн О. В., Самсонов Г. В. Металлургия редких металлов. М.: Металлургия, 1978. 560 с.
- Потолоков H.A., Козлов С. А., Захарова Н. С., Федоров В. А. Получение высокочистых галлия и мышьяка из отходов производстваполупроводниковых материалов. // Тезисы докладов XI конференции по химии высокочистых веществ. Нижний Новгород. 2000. С. 35 36.
- Козлов С.А., Потолоков H.A., Сажин М. В. Способ получения галлия высокой чистоты. Патент RU № 2 224 038, приоритет от 17.01.2002., опубл. 20.02.2004. Бюл. № 5.
- McDonald J. А. Gallium Goes Green, Thanks to Recapture Metals Inc. // III -Vs Review. 1994. V. 7. № 2. P. 25 28.
- Abijutin V.N., Eskov V.P., Ivanova R.V. u.a. Verfahren zur Herstellung von Reinstgallium: Патент ФРГ № 3 048 858 AI. МКИ С 22 В 58/00, С 01 G 15/00. Приоритет от 22.07.82., опубл. 4. 03.84. Бюл. № 8.
- Абрютин В.Н., Калашник О. Н. Способ переработки галлий-мышьяксодержащих отходов. Патент RU № 2 078 842. МКИ С 22 В 58/00. Приоритет от 11.10.95., опубл. 10.05.97. Бюл. № 13.
- Грачев В.М., Макаренко В. Г., Мартынко В. Д. и др. Способ переработки отходов полупроводникового фосфида галлия и устройство для его получения. A.C. СССР № 871 537. МКИ С22 В 58/00. Приоритет от 17.01.80. опубл. 12.03.83 Бюл. № 24
- Harper J.G. Method of Purifyng Gallium by Recrystallization: Патент США № 3 088 853, НКИ 148 1.6. Приоритет от 07.05.63.
- Вельский A.A., Иванова Р. В. Физико-химические основы кристаллизационных процессов глубокой очистки металлов. М., «Наука», 1970,100 с.
- Иванова Р.В., Бельский A.A. Анализ выполненных работ по очистке галлия методом зонной плавки // Труды ГИРЕДМЕТ. 1972. Т. XXXVIII. С. 104−108.
- Иванова Р.В., Бельский A.A. Условия зонной плавки галлия с учетом физико-химических свойств // Труды ГИРЕДМЕТ. 1972. Т. XXXVIII. С. 109−113.
- Папп Э., Шоймар К. Получение галлия чистотой 99,9999% методом дробной кристаллизации и зонной плавки. «Изв. вузов. Цвет, металлургия», 1963, № 5, С. 108 — 111.
- Козин Л.Ф., Богданова А. К. Очистка галлия от олова и индия кристаллизацией.// Высокочистые вещества. 1992. № 1 С. 37−43. .
- Ярошевский А.Г., Киреев С. М., Кочуров А. З., Нисельсон Л. А. Коэффициент распределения примеси германия в галлии при равновесии кристалл расплав. // Высокочистые вещества. 1989. № 3 С. 46- 48.
- Нашельский А .Я., Мевиус В. И. Расчет распределения примеси по длине кристаллов, выращенных методами направленной кристаллизации. // Высокочистые вещества. 1994. № 1. С. 5 — 21.
- Пфанн В. Зонная плавка. М. «Мир», 1970, 364 с.
- Химический энциклопедический словарь. М. «Советская энциклопедия» 1983. 791 с.
- Нисельсон Л.А., Ярошевский А. Г. Межфазовые коэффициенты распределения. М.: Наука. 1992. 397 с.
- Девятых Г. Г., Еллиев Ю. Е. Введение в теорию глубокой очистки веществ. М. «Наука» 1990. 320 с.
- Девятых Г. Г., Бурханов Г. С. Высокочистые тугоплавкие и редкие металлы. М., «Наука», 1993. 223 с.
- Нашельский А.Я. Монокристаллы полупроводников. М. «Металлургия» 1978. 199 с.
- Обзоры по электронной технике. Серия 7. Выпуск 12. Закурдаев И. В., Музлов Д. П., Трунин Е. Б., Жевняк A.B. Чистые материалы в электронной технике. ЦНИИ «Электроника», М. 1980. С. 4−7.
- Кристаллизация из расплавов / Под ред. И. Бартель, Э. Бурит, К. Хайн, Л. Кухарж. М.: Металлургия, 1987. 319 с.
- Девятых Г. Г., Гавва В. А., Гусев A.B., Кириллов Ю. П. Предельное распределение двух взаимопревращающихся форм примеси в процессезонной перекристаллизации. // Высокочистые вещества. 1996 г. № 1. С. 5 — 10.
- Девятых Г. Г., Бурханов Ю. С. Концентрационная зависимость равновесного коэффициента распределения. // Высокочистые вещества. 1996. № 2 С 48−49.
- Мартинсон И.Г. Зонная плавка и направленная кристаллизация в кинетическом режиме. // Высокочистые вещества. 1989. № 3 С. 68—72.
- Гавва В.А., Гусев А. В., Кириллов Ю. П. Динамика распределения взаимопревращающихся форм примеси при зонной перекристаллизации. Высокочистые вещества. 1996. № 5. С5 10.
- Лякишев Н.П., Бурханов Г. С. Монокристаллы веществ с металлическим типом химической связи. // Высокочистые вещества. 1995. № 1. С. 5 17.
- Девятых Г. Г., Гавва В. А., Гусев А. В., Кириллов Ю. П., Чурбанов М. Ф. Распределение двух взаимопревращающихся форм примеси при направленной кристаллизации. // Высокочистые вещества. 1995. № 5 С. 14−18.
- Степин Б.Д., Горштейн и.Г., Блюм Г. З., Курдюмов Г. М., Оглоблина И. П. Методы получения особо чистых неорганических веществ. Я. «Химия» 1969. 480 с.
- Вигдорович В.Н. Очистка металлов и полупроводников кристаллизацией. М. «Металлургия» 1969. 296 с.
- Дудникова В.Б., Русаков B.C., Хованский Г. С., Урусов B.C. Концентрационная зависимость коэффициента распределения микропримеси при ее взаимодействии с собственными дефектами кристалла. //Высокочистые вещества. 1993. № 6 С. 39−49.
- Драпала Я., Кухарж JL, Бурханов Г.С. Периодическая зависимость коэффициентов распределения примесей в металлах от атомного номера примеси.//Неорганические материалы. 1998 г. Том 34. № 2. С. 165- 178.
- Вольпян А.Е. Физико-химические основы кристаллизационных процессов глубокой очистки металлов. М. Наука. 1992. С. 7.
- Мевиус В.И., Нашельский А. Я. //ТОХТ. 1992. т.26. С. 779.
- Бенуа Пеликен, Мишель Jlepya, Юбер Д’Ондт. Способ очистки галлия. Патент СССР № 1 782 247,30.06.89., опубл. 15.12.92. Бюл. № 46.
- Галлий. Методы анализа. ГОСТ 13 637.0−93 ГОСТ 13 637.9−93. М.: ИПК Издательство стандартов, 1996. 96 с.
- Галлий высокой чистоты. Технические условия ТУ 48 — 4 — 350 — 84. 33 с.
- Умланд Ф., Янсен А., Тириг Д., Вюнш Г. Комплексные соединения в аналитической химии. М. Наука. 1975. 532 с.
- Дымов A.M., Савостин А. П. Аналитическая химия галлия. М. Наука. 1968. 256 с.
- Немодрук A.A. Аналитическая химия мышьяка. М. Наука. 1976. 244 с.
- Федоров A.A., Черняховская Ф. В., Вернидуб A.C. Аналитическая химия фосфора М. Наука. 1974. 220 с.
- Арсенид галлия. Технические условия ТУ 48 — 4 — 276 — 92, 135 с.
- Козлов С.А., Потолоков H.A., Гусев A.B., Федоров В. А. Определение эффективных коэффициентов распределения галлий — примеси металлов методом направленной кристаллизации из расплава //ЖНМ, 2002. т.38, № 12, С. 1432−1435.
- Козлов С.А., Сидоров О. Л., Сажин М. В., Петрухин И. О., Потолоков H.A. Способ и устройство для получения галлия из отходов полупроводникового фосфида галлия. Патент RU № 2 226 563, приоритет от 17.01.2002. опубл. 10. 04. 2004. Бюл. № 10.
- Пелевин О.В., Гиммельфарб Ф. А., Мильвидский М. Г. и др. Политермический разрез GaAs Zn // Изв. АН СССР. 1972. Т. VIII, № 6. С. 1049−1054.
- Карабаш А.Г., Карабаш В. А., Вивдыч И. К. и др. Растворимость воды в расплавах металлов и определение в них примеси конституционно связанной воды // XV Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Обнинск, ФЭИ. 1993. т.2. С. 198- 199.
- Козлов С.А., Сидоров О. Л., Сажин М. В., Петрухин И. О., Потолоков H.A. Способ рафинирования галлия. Патент RU № 2 221 066, приоритет 17.01.2002. Опубл. 10.01.2002.Бюл.№ 1.
- Крапухин В.В., Соколов И. А., Кузнецов Г. Д. Физико-химические основы технологии полупроводниковых материалов. М. Металлургия. 1982. 392с.
- Новицкий П.В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. JI. Энергоатомиздат, 1991. 302 с.
- Гринь Ю.Н., Гладышевский P.E. Галлиды. М. Металлургия, 1989, 303 с.
- Соколовская Е.М., Гузей J1.C. Металлохимия. М. Московский университет. 1986. 264 с.
- Козлов С.А., Потолоков H.A., Федоров В. А., Аганичев М. П., Сидоров O.J1., Сажин М. В., Петрухин И. О. Получение высокочистого галлия из отходов производства полупроводниковых материалов. // ЖНМ, 2003. Т. 39. № 12. С. 5−16.