Глубокая очистка мышьяка методом кристаллизации (2)
Высокочистый мышьяк квалификации 99,9999 мас.% (6N) находит широкое применение в технологии полупроводниковых материалов. Вместе с тем имеются процессы, в которых требуются образцы, однородные по макроструктуре, с минимальным количеством дефектов. К таким технологиям относится метод молекулярно-лучевой эпитаксии с применением мышьяка квалификации 7N. В последнее время значительный интерес проявляется к очистке мышьяка методом направленной кристаллизации из расплава. Показана принципиальная возможность получения продукта квалификации 7N с использованием финишной стадии — кристаллизационной очистки. Практическая реализация метода связана с технической сложностью оформления процесса.
В сообщении изложены результаты исследований физико-химических и технологических основ получения мышьяка квалификации 99,99999 мас.% из различного сырья с применением метода направленной кристаллизации.
Изучены фазовые равновесия «расплав-кристалл» и «кристалл-пар» для ряда систем мышьяк-примесь.
Важным этапом процесса кристаллизационной очистки является предварительное удаление As2O3, который вызывает разрушение кварцевых ампул.
Изучение эффективности кристаллизационной очистки мышьяка проводили на лабораторной установке по двум схемам: «сублимационной» и «кристаллизационной».
Сублимационный процесс включает использование активных добавок (коллекторов примесей) и фильтрацию паров. Получен из технического мышьяка и «ос.ч. 17-4» продукт 6N. Финишная кристаллизация обеспечивает достижение чистоты 7N. Определены оптимальные режимы, которые послужили основой создания макета установки кристаллизации, включающей также блоки очистки от As2O3 и сублимации мышьяка.
Получены слитки мышьяка, состоящие из 1-2 монокристаллических блоков.
Метод направленной кристаллизации обеспечивает получение мышьяка уникальной чистоты 99,99999 мас.% из исходных образцов 6N. Направленную кристаллизацию проводят в вертикальном ростовом блоке установки при рабочей температуре 800°С и давлении инертного газа 35-38 атм. Ампулу перемещают со скоростью 5 мм/ч. Высокая степень чистоты кристаллических образцов мышьяка подтверждается также значениями относительного остаточного электросопротивления (8000-12000). Монокристаллический мышьяк обладает высокой устойчивостью к воздействию внешней среды.
Скорость его окисления на несколько порядков ниже, чем у образцов, полученных сублимацией.
Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных научных исследований Президиума Российской академии наук №39 «Фундаментальные основы и энергоэффективные, ресурсосберегающие, инновационные технологии переработки минерального сырья, утилизации промышленных и бытовых отходов».
