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高纯镓的主要提纯工艺 高纯镓是指镓元素的纯度达到99.999%以上的材料,因其在半导体电子学、光电子学和信息技术中的广泛应用,而备受瞩目。高纯镓的主要提纯工艺主要有熔盐电解法、气相转移法和多晶硅还原法三种。下面将逐一介绍各个方法的工艺流程及其优缺点。 1.熔盐电解法 熔盐电解法是高纯镓制备中最常采用的一种方法之一。其基本工艺流程如下:使用金属镓或次氯酸镓作为原料,将其置于具有高熔点的化合物氯化镁中,使镓物质完全溶解。然后,在一定的温度和电场的作用下,对熔融物进行电解,把所含有的杂质氧、硼、铝、铁、锌、钠等离子定向移动至电极并通过电解的方式去除。最后得到纯度为99.99%的被称为“4N”的高纯镓。 该方法的优点主要在于: (1)高提纯效率:该方法可以减少镓晶体中杂质元素的浓度,提纯效果很好,镓的纯度可以达到99.999%以上; (2)较高的提纯温度:该方法在熔点较高的情况下进行,相比于常温处理方式可以消除温度被低估的问题,提高了纯化效果。 然而该方法也存在一些缺点: (1)相比其他工艺流程,熔盐电解法要求加热温度较高,提高了成本; (2)苛刻的工艺条件:电场强度和温度对熔盐电解法的提纯效果影响较大; (3)对反应器设备的要求高:电极及反应器一般采用铂、钼两种材料制造,造价较高,大大提升了生产成本。 2.多晶硅还原法 多晶硅还原法是另外一种高纯镓制备的主流工艺,其基本工艺流程如下: 首先用高纯氢气和氯化镓的混合气体,在高温下进行反应,将氯化镓转化为气相黑色固体三氯化镓(GaCl3)。然后将三氯化镓和多晶硅在惰性气氛下进行反应,反应得到纯度约为99.9999%的高纯镓。 该方法的优点主要在于: (1)点多晶硅是常见的材料,在工艺的实施上可以降低成本; (2)工艺条件简单,并且对反应器设备的要求低; (3)由于三氯化镓是气体状态,因此容易控制物质最终的纯度和质量。 该方法也存在着一些缺点: (1)多晶硅还原法的工艺过程可能导致对环境的污染; (2)多晶硅还原法还有可能导致高温反应中产生的酸性废物的处理问题,产生二次环境污染的效果。 3.气相转移法 气相转移法是一种独特的、针对镓薄膜材料的提纯工艺,其基本工艺流程如下: 在真空容器内,将表面覆盖一层镓金属,使其达到纳米级别,然后将高纯气体传过这一薄层,以利用分压效应和表面扩散作用,实现对表面金属镓的提纯。利用气相转移法获得的高纯度镓,可以达到99.9999999%,是目前纯度最高的镓制备方法。 该方法的优点如下: (1)气相转移法的方法可以节省成本,因为设备和材料的要求较低,即使在大规模生产的情况下也不会增加过多的成本。 (2)此外,气相转移法还可以通过选用不同的高纯气体,以达到不同程度的提纯,应用范围较广。 不过相对而言,气相转移法的缺点也是比较明显的,它主要表现为: (1)气相转移法的提纯需求时间相对较长,因而耗费的资源比其他两种工艺要更多。 (2)气相转移法的提纯温度不能超过能使金属镓转化为薄膜的范围,否则将会降低其薄膜的质量和展示效果。 总而言之,以上是三种高纯镓主要提纯工艺的流程、优缺点。当前,各种工艺手段都在逐步改进中,特别是气相转移法,根据生产实践经验,不断优化提纯工艺流程,还可以进一步控制杂质,提高纯度,更好地满足市场对高品质高纯度镓材料的需求。