结晶法提纯金属镓的工艺及理论研究

发布时间：2021-04-28 21:10

　　随着IT与新能源技术的发展,半导体材料完成了第二代半导体砷化镓和第三代半导体氮化镓的飞跃,镓及其代表的Ⅲ-Ⅳ族化合物的优良物性在此领域开始发挥作用。镓化合物半导体是光电技术及电子领域中的重要基础材料,用于制造发光二极管、激光二极管、光电探测器、太阳能电池、微波器件及超大规模集成电路。高纯镓是制备镓化合物的重要原料,目前国内国际市场对高纯镓的需求逐渐增大。本文主要研究结晶法提纯金属镓的工艺,依据文献和凝固原理,设计了具有单一稳定的纵向温度梯度场,金属镓自下而上凝固的结晶器装置。通过结晶生长实验的研究,对比不同结晶器装置的结晶速率、结晶率及晶种引入方式,选择内径为60mm的圆底结晶器进行结晶提纯条件实验；在结晶条件实验中,研究结晶时间、结晶温度对于单次结晶提纯的影响,并确定出最佳的结晶提纯工艺条件；根据上述结晶条件,进行多次提纯结晶实验,研究结晶次数对提纯的影响；同时根据结晶过程中镓晶体生长形貌的变化,结合晶体生长理论,分析镓晶体形貌与镓晶体纯度的关系。实验结果表明,在内径为60mm的结晶器中,冷端温度为9℃,结晶时间为30min的条件下,单次结晶除杂效果最好；在多次结晶提纯实验中,控制单... 

【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
    1.1 稀散金属镓的概况
        1.1.1 镓的性质概述
        1.1.2 镓资源的分布情况
        1.1.3 镓的产品及用途
    1.2 金属镓提纯的主要方法及研究现状
        1.2.1 电解精炼法
        1.2.2 真空精炼法
        1.2.3 化学处理法
        1.2.4 三氯化镓法
        1.2.5 有机化合物热分解法
        1.2.6 结晶法
        1.2.7 联合法
    1.3 结晶法提纯镓及其研究现状
        1.3.1 部分结晶法
        1.3.2 定向结晶法
        1.3.3 区域熔炼法
        1.3.4 拉单晶法
        1.3.5 其他结晶法
        1.3.6 结晶法提纯镓的方法比较
    1.4 金属镓提纯方法的比较
    1.5 本课题的研究背景与研究内容
        1.5.1 本课题研究背景
        1.5.2 研究内容
第2章 实验原料及方案
    2.1 实验原料
    2.2 实验试剂及设备
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 实验设备
    2.3 实验分析方法
        2.3.1 镓晶体生长分析测量
        2.3.2 金属镓中杂质含量的测量
    2.4 实验步骤
        2.4.1 晶体生长实验步骤
        2.4.2 结晶提纯条件实验步骤
    2.5 实验研究方案
第3章 结晶器设计与晶体生长的实验研究
    3.1 引言
    3.2 金属结晶凝固理论
    3.3 结晶提纯装置的设计
        3.3.1 结晶器的材质选择
        3.3.2 结晶器装置的结构设计
        3.3.3 温度场的控制
    3.4 不同结晶器结晶生长实验研究
        3.4.1 内径40mm的结晶器晶体生长实验的结果
        3.4.2 内径50mm的结晶器晶体生长实验的结果
        3.4.3 内径60mm的结晶器晶体生长实验的结果
        3.4.4 结果对比及分析
    3.5 晶种引入的研究
        3.5.1 实验内容
        3.5.2 晶种引入效果的对比分析
    3.6 本章小结
第4章 结晶提纯条件实验的研究
    4.1 引言
    4.2 结晶法提纯的理论基础
        4.2.1 结晶法提纯的相平衡原理
        4.2.2 结晶法提纯的理论判据
    4.3 结晶时间对单次结晶提纯的影响
        4.3.1 60mm平底结晶器杂质元素检测结果及分析
        4.3.2 60mm圆底结晶器杂质元素检测结果及分析
    4.4 结晶器冷端温度对单次结晶提纯的影响
        4.4.1 60mm平底结晶器杂质元素检测结果及分析
        4.4.2 60mm圆底结晶器杂质元素检测结果及分析
    4.5 晶体结晶形貌的研究
        4.5.1 结晶温度对Ga晶体形貌的影响
        4.5.2 结晶时间对Ga晶体形貌的影响
        4.5.3 晶体结晶形貌的理论分析
    4.6 结晶次数对提纯效果的影响
        4.6.1 实验内容
        4.6.2 实验结果与分析
    4.7 本章小结
第5章 结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]高纯镓制备技术的研究进展[J]. 厉英,曾杰,闫晨,刘杰.  材料导报. 2013(07)
[3]6英寸砷化镓单晶VGF法生长中坩埚-埚托间隙对晶体生长过程影响[J]. 涂凡,苏小平,张峰燚,黎建明,丁国强.  稀有金属. 2011(04)
[4]金属镓的生产、应用现状和前景[J]. 宣宁.  世界有色金属. 2010(12)
[5]H3BO3-Na2SO4-H2O体系结晶动力学研究[J]. 龚殿婷,李凤华,樊占国,刘素兰.  郑州大学学报(工学版). 2009(01)
[6]垂直布里奇曼法生长铜单晶体的研究[J]. 王立苗,赵北君,朱世富,唐世红,何知宇,肖怀安.  人工晶体学报. 2009(01)
[7]高纯硼酸制备过程中的结晶动力学[J]. 龚殿婷,李凤华,樊占国,刘素兰.  过程工程学报. 2008(06)
[8]高纯镓电解精炼的研究[J]. 佘旭.  稀有金属. 2007(06)
[9]多晶硅的真空感应熔炼及定向凝固研究[J]. 吴亚萍,张剑,高学鹏,李廷举.  特种铸造及有色合金. 2006(12)
[10]超纯镓的研制和产业化[J]. 范家骅.  广东有色金属学报. 2006(02)

博士论文
[1]真空定向凝固法去除硅中金属杂质和晶体生长控制的研究[D]. 梅向阳.昆明理工大学 2010

硕士论文
[1]冶金法去除工业硅中杂质的研究[D]. 马晓东.大连理工大学 2009
[2]金属镓出口战略研究[D]. 周重阳.大连理工大学 2002



本文编号：3166179