LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Удосконалення технології отримання металічного арсену зі зниженим вмістом кисню для виробництва монокристалів GaAs

Кременчуцький університет економіки,

інформаційних технологій і управління






Мазницька Оксана Вікторівна



УДК 661.644.2



Удосконалення технології отримання

металічного арсену зі зниженим

вмістом кисню

для виробництва монокристалів GaAs




05.27.06 – технологія, обладнання та виробництво електронної техніки







Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук


















Кременчук – 2008

Дисертацією є рукопис


Робота виконана у Кременчуцькому університеті економіки, інформаційних технологій і управління МОН України


Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Оксанич Анатолій Петрович,

Кременчуцький університет економіки, інформаційних технологій і управління, завідувач кафедри комп’ютеризованих систем автоматики.



Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

Данильченко Борис Олександрович,

Інститут фізики НАН України,

завідувач відділом;


кандидат технічних наук

Тербан Віктор Андрійович,

Відкрите акціонерне товариство “Чисті метали” Міністерства промислової політики України,

головний інженер.




Захист відбудеться 28.03.2008 р. об 15_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К45.124.01 при Кременчуцькому університеті економіки, інформаційних технологій і управління за адресою:

39600, м. Кременчук, вул. Пролетарська, 24/37, аудит. 1301.


З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Кременчуцького університету економіки, інформаційних технологій і управління за адресою:

39600, м. Кременчук, вул. Пролетарська, 24/37




Автореферат розісланий 27.02.2008 р.


Учений секретар

спеціалізованої вченої ради ______________С.Е. Притчин

загальна характеристика роботи


Актуальність теми. Підвищення якості напівпровідників, що використовуються для виготовлення тунельних діодів, транзисторів, які працюють при високих температурах, лазерів, перетворювачів сонячної енергії та інших важливих приладів, одержаних на основі напівпровідникових сполук, що мають велику ширину забороненої зони і високу рухливість носіїв заряду, є важливою проблемою сучасної електроніки. Однією з таких напівпровідникових сполук є GaAs, властивості якого визначили перспективність його застосування.

Широкому практичному застосуванню GaAs заважає складність отримання його в стані високої чистоти і зі стабільними властивостями. Причинами цього є недостатня чистота і несталість якості вихідних матеріалів – арсену, що одержується з AsCl3, і галію.

У технології отримання надчистого GaAs першочергове значення має роздільне очищення його складових елементів. Більшою мірою це стосується арсену, оскільки основними домішками в ньому є сульфур і селен, що мають несприятливі константи сегрегації в GaAs. Кисень у тих або інших кількостях присутній у кристалах, потрапляючи в них з різних джерел (оксиди галію, арсен, кварц тощо) і є також важливою домішкою у GaAs, що впливає на рухливість носіїв заряду.

Арсен значно важче піддається очищенню, ніж галій. У промисловості вдається одержати галій високої чистоти (99,99999 % мас.) але арсен з сумарним вмістом домішок менше 10-4 % (без урахування кисню), можна одержати тільки в лабораторних умовах і в невеликих кількостях.

Аналізуючи технології одержання арсену для синтезу GaAs, можна зробити висновок, що всі вони не виключають можливості забруднення його киснем.

У найбільш перспективній у даний час хлоридній технології одержання арсену як початкова сировина використовується As2О3. Тому проміжний продукт для синтезу металічного арсену високої чистоти AsCl3 завжди містить у своїй масі частково гідролізовані сполуки As(ОН)Cl2 і As(ОН)2Cl (оксихлориди), а також арсенітну кислоту (Н3AsО3), з якими кисень потрапляє в кінцевий продукт.

Таким чином, проблема отримання металічного арсену зі зниженим вмістом кисню є дуже актуальною як з наукової, так і з практичної точок зору. Звідси очевидна необхідність удосконалення технології його отримання з метою подальшого пониження вмісту кисню.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі комп’ютеризованих систем автоматики Кременчуцького університету економіки, інформаційних технологій і управління (Куеіту) з використанням виробничих потужностей і вимірювальних засобів ВАТ “Чисті метали” (м. Світловодськ) відповідно до міжвідомчих науково-технічних програм: “Комплексна програма розвитку кольорової металургії України на період до 2010 року” (Програма № 286 від 26.09.2002 р., п. 6.4. Модернізація і удосконалення технології виробництва високочистих кольорових металів 2-6 груп періодичної системи елементів, монокристалічних твердих розчинів на підприємствах Мінпромполітики і в організаціях НАН України); “Нанофізика і наноелектроніка”; науково-технічною програмою “Електроніка-2005”.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи полягала в удосконаленні промислової технології очищення AsCl3 і його відновлення для отримання металічного арсену зі зниженим вмістом кисню.

Для досягнення вказаної мети вирішувалися такі завдання:

  • Дослідження джерел і визначення основних механізмів надходження фонової домішки кисню в арсен на всіх стадіях технологічного процесу.

  • Розробка теоретичних основ для визначення конструктивних параметрів обладнання (розробка моделі поведінки AsCl3 у солянокислих розчинах на основі фазової діаграми as2О3 – HCl – AsCl3 – H2O в процесі ректифікації; розробка методики визначення енергетичних характеристик оксихлоридів в процесі ректифікації AsCl3 у хлоридній кислоті).

  • Розробка методики визначення коефіцієнта відносної леткості AsCl3 у хлоридній кислоті.

  • Дослідження рівноваги рідина-пара в системах, що утворюються AsCl3 і оксихлоридами сульфуру і фосфору – основними джерелами кисню в процесі очищення.

  • розробка моделі кінетики газових хімічних реакцій в потоці водню (дослідження кінетичних закономірностей реакції відновлення в системі AsCl3 – H2).

  • розробка реактора для відновлення AsCl3 воднем з високим виходом металічного арсену зі зниженим вмістом домішки кисню.

  • Розробка технологічної схеми і обладнання для здійснення ефективного очищення AsCl3 від домішки кисню.

    Об’єкт дослідження– технологічні процеси одержання металічного арсену зі зниженим вмістом кисню, що використовується для виробництва монокристалів GaAs.

    Предмет дослідження– процес ректифікаційного очищення AsCl3 від домішки кисню, що включає подачу газоподібного НCl в колону, а також відновлення AsCl3 до металічного As воднем у потоці.

    Методи дослідження.Виконані дослідження базувалися на фундаментальних положеннях хімічної термодинаміки і кінетики, теорії розділення речовин при фазових переходах, фізики напівпровідників, фізико-хімічних основах процесів дистиляції і ректифікації та результатах практичних досліджень при одержанні монокристалів GaAs.

    У дослідженнях використовувалися методи:

    – хіміко- і мас-спектральний метод для визначення складу домішок в арсені високої чистоти;

    – фізико-хімічні методи для визначення складу багатокомпонентних систем;

    – фізичні методи для визначення концентрації домішок в одержаних монокристалах GaAs;

    – математичне моделювання і засоби нелінійної оптимізації.


    Наукова новизна одержаних результатів полягає в такому:

    1. Вперше запропоновано термодинамічну модель рівноваги в системі As2O3–HCl–AsCl3–H2O і


  •