結(jié)晶法提純金屬鎵的工藝及理論研究.pdf

1、隨著IT與新能源技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體材料完成了第二代半導(dǎo)體砷化鎵和第三代半導(dǎo)體氮化鎵的飛躍，鎵及其代表的Ⅲ-Ⅳ族化合物的優(yōu)良物性在此領(lǐng)域開始發(fā)揮作用。鎵化合物半導(dǎo)體是光電技術(shù)及電子領(lǐng)域中的重要基礎(chǔ)材料，用于制造發(fā)光二極管、激光二極管、光電探測器、太陽能電池、微波器件及超大規(guī)模集成電路。高純鎵是制備鎵化合物的重要原料，目前國內(nèi)國際市場對高純鎵的需求逐漸增大。
　　本文主要研究結(jié)晶法提純金屬鎵的工藝，依據(jù)文獻和凝固原理，設(shè)計了具有單一穩(wěn)

2、定的縱向溫度梯度場，金屬鎵自下而上凝固的結(jié)晶器裝置。通過結(jié)晶生長實驗的研究，對比不同結(jié)晶器裝置的結(jié)晶速率、結(jié)晶率及晶種引入方式，選擇內(nèi)徑為60mm的圓底結(jié)晶器進行結(jié)晶提純條件實驗;在結(jié)晶條件實驗中，研究結(jié)晶時間、結(jié)晶溫度對于單次結(jié)晶提純的影響，并確定出最佳的結(jié)晶提純工藝條件;根據(jù)上述結(jié)晶條件，進行多次提純結(jié)晶實驗，研究結(jié)晶次數(shù)對提純的影響;同時根據(jù)結(jié)晶過程中鎵晶體生長形貌的變化，結(jié)合晶體生長理論，分析鎵晶體形貌與鎵晶體純度的關(guān)系。

3、>　　實驗結(jié)果表明，在內(nèi)徑為60mm的結(jié)晶器中，冷端溫度為9℃，結(jié)晶時間為30min的條件下，單次結(jié)晶除雜效果最好;在多次結(jié)晶提純實驗中，控制單次結(jié)晶率為60％～70％，通過3次結(jié)晶提純操作，可以制備出5N級金屬鎵;結(jié)合晶體生長理論，分析鎵晶體生長形貌與鎵晶體純度的關(guān)系，雜質(zhì)Cu、Pb的電負性較Ga大，會造成鎵晶體生長的缺陷，晶體生長形貌表現(xiàn)為分層狀生長，而雜質(zhì)In的電負性較Ga小，不會引起晶體生長形貌的缺陷，所以可以通過晶體形貌表面缺