一种致密超高纯材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112374474A(43)申请公布日2021.02.19(21)申请号202011267998.3(22)申请日2020.11.13(71)申请人广东先导先进材料股份有限公司地址511517广东省清远市高新区百嘉工业园27-9号B区(72)发明人陈伟杰白平平朱刘周铁军何志达危严林嘉威王帮琼(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人付丽(51)Int.Cl.C01B25/043(2006.01)C22B30/04(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种致密超高纯材料的制备方法(57)摘要本发明提供了一种致密超高纯材料的制备方法，与现有的红磷/砷生产提纯工艺相比，本发明中的整个转化过程在密闭的石英管内进行，避免环境对产品的影响，通过精确控制高低温区温度，使得高温区非致密的砷/磷颗粒以气态形式迁移至低温区后凝华、成核、生长得出致密的砷或磷，而高沸点杂质元素仍然留在高温区，实现砷/磷的第一步提纯。降温末期，控制致密砷或磷区域温度始终高于其他区域，使低沸点的Cl、S等杂质元素在另一端冷凝，实现砷/磷的第二步提纯。CN112374474ACN112374474A权利要求书1/1页1.一种致密超高纯材料的制备方法，包括以下步骤：A)将原料置于石英管的第一温区内，进行加热，原料升华在所述石英管的第二温区内凝华，得到中间产物；在所述加热过程中，所述第一温区的温度比第二温区的温度高50～100℃；B)保持所述第一温区的温度比第二温区的温度高50～100℃的温差进行整体降温，先将所述第二温区的温度降温至比所述中间产物常压下的升华温度低30～50℃，保温2～4小时，然后再降温至所述第一温区的温度比所述中间产物常压下的升华温度低50～80℃；C)停止降低第二温区的温度，继续降低第一温区的温度，直至所述第一温区的温度比第二温区的温度低100～120℃，最后将第一温区和第二温区的温度同步降至常温，得到致密超高纯材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料为砷或红磷，所述原料的纯度为5N～7N。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石英管置于压力容器内，且所述石英管外部压力大于内部压力。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)中加热至所述第一温区的温度为所述原料的三相点所对应温度的95～110％；所述加热的时间为2～10小时。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述石英管内抽真空，所述压力容器内充满保护性气体。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，根据红磷和砷的Antoine方程lgP＝A-B(T+C)中温度与压力间的关系，计算出对应温度T下的压力P，然后压力容器中充P+1atm压力的保护性气体。7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述原料为砷时，所述步骤A)中加热至所述第一温区的温度为750～900℃；所述步骤B)中先将所述第一温区的温度降至600～700℃，保温2～4小时，然后再降温至所述第一温区500～600℃；停止降低第二温区的温度，继续降低第一温区的温度至350～450℃，最后同步降温至常温。8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述原料为红磷时，所述步骤A)中加热至所述第一温区的温度为550～700℃；所述步骤B)中先将所述第一温区的温度降至400～500℃，保温2～4小时，然后再降温至所述第一温区300～400℃；停止降低第二温区的温度，继续降低第一温区的温度至150～250℃，最后同步降温至常温。2CN112374474A说明书1/5页一种致密超高纯材料的制备方法技术领域[0001]本发明属于半导体材料技术领域，尤其涉及一种致密超高纯材料的制备方法。背景技术[0002]超高纯砷、红磷(纯度大于99.9999％)是制备砷化镓、磷化铟等化合物半导体的主要原材料，同时也是硅、锗等单晶的主要掺杂元素之一，此外在晶圆的分子束外延(MBE)掺杂时也会用到超纯的红磷、砷(纯度大于99.99999％)。目前制备高纯红磷、砷的主要工艺均是将原料黄磷或砷用氯气氯化得到砷和磷的氯化物，再根据其氯化物与杂质元素氯化物的沸点差异，利用精馏去除杂质。然后将精馏提纯后的氯化砷或氯化磷用氢气在微正压下还原得到相应的单质和磷和砷。[0003]常压下砷无熔点，因此氢气还原氯化砷得到的砷通常是海绵状的砷，表面缝隙较多，不致密，过多的外观缺陷通常会夹杂大量的杂质元素，干扰产品检测。相比于砷，高纯红磷通常以高纯黄磷在常压下加热至沸点左右转化得到，常压转化得到的红磷，密度较低，容易掉粉，且红磷中会夹杂少量黄磷，此外，由于黄磷通常由三氯化磷还原得到，黄磷中会含有微量的氯离子，常