LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

визначено закономірності процесу хлорування As2O3 за участю розчину HCl у воді. Встановлено, що в ході хлорування вода, в якій розчинений HCl, бере участь у встановленні термодинамічної рівноваги як четвертий компонент фазової діаграми з утворенням оксихлоридів, як основних джерел кисню в технологічному процесі.

2. Встановлено кінетичні закономірності процесу хлорування As2O3 в хлоридній кислоті.

3. Розроблено методику та обладнання для проведення ректифікаційного очищення AsCl3 без його спонтанної гідратації, яка призводить до додаткового забруднення AsCl3 оксихлоридами в процесі його очищення. Показано, що введення газоподібного HCl в об’єм ректифікаційної колони не впливає на її матеріальний баланс.

4. Визначено кінетичні закономірності процесу відновлення AsCl3 воднем, які добре узгоджуються з рівнянням Вант-Гоффа – Арреніуса в інтервалі температур 600-1300 K. Експериментально визначено оптимальні значення величини надлишку водню (К = 2ч3) і мінімальне значення температури (750 oС ), необхідні для повного перебігу реакції.

5. Встановлено математичну залежність між об’ємом реакційної зони і часом ф 40 с, необхідним для повного перебігу реакції відновлення для вказаних значень надлишку водню і температури реакції.

Практичне значення одержаних результатів. Встановлення закономірностей процесу хлорування As2О3 і дослідження термодинамічної рівноваги в системі As2O3–HCl–AsCl3–H2O дозволили удосконалити промислову технологію ректифікаційного очищення AsCl3 з подачею газоподібного НCl; досліджені кінетичні параметри процесу відновлення AsCl3 в потоці водню визначили можливість впровадження високоефективного обладнання для ведення цього процесу, що дозволяє одержувати монокристалічний GaAs зі зниженим вмістом кисню, який впливає на його напівпровідникові властивості. отримано GaAs з високими електрофізичними параметрами (для нелегованих зразків кількість носіїв заряду n = 41014, рухливість µ = 8,03·103 см2/Вс; для компенсованих зразків питомий опір с = 1,21·108 Ом/см, µ = 6,108·103 см2/Вс).

Удосконалену технологію впроваджено на підприємстві ДП “Завод чистих металів” ВАТ “Чисті метали”, м. Світловодськ. Результати дисертаційної роботи також впроваджені в КУЕІТУ в навчальному процесі при вивченні курсів “Фізико-хімічні основи охорони атмосфери та гідросфери” та “Екологічні аспекти процесів і апаратів промислових виробництв”, що підтверджено актами впровадження.

Особистий внесок здобувача. Роботу виконано на кафедрі комп’ютеризованих систем автоматики КУЕІТУ. Основні наукові результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. У роботах, виконаних у співавторстві, особисто здобувачу належать наступні наукові результати:

– у роботах [1,7] – особисто автором виконано аналіз поведінки ascl3 в солянокислих розчинах, результат якої (гідроліз) впливає на якість цільового компонента – металічного арсену;

– у роботі [2] – особисто авторові належить розробка і розрахунок ректифікаційної колони для безперервного надходження газоподібного хлористого водню з метою запобігання гідролізові ascl3, що підлягає очищенню;

– у роботі [3] – особисто автором досліджені кінетичні й температурні закономірності процесу відновлення AsCl3 воднем для розробки більш досконалої конструкції реактора і її розрахунку;

– у роботі [4] – особисто авторові належить розробка альтернативного методу осадження арсену з технологічних розчинів з використанням сірководню як сульфідуючого агенту і установки для здійснення процесу осадження арсену сульфідвмісними реагентами;

– у роботі [5] – особисто авторові належить виявлення особливостей ректифікаційного очищення AsCl3;

– у роботі [6] – особисто авторові належить дослідження впливу температури в зоні осадження на електричні властивості монокристалічного GaAs, що дозволяє підібрати оптимальні умови для ведення процесу, що забезпечують зниження вмісту домішки кисню;

– у роботі [8] – особисто авторові належить розрахунок конструктивних параметрів ректифікаційної колони.

Апробація результатів дисертації. Основні висновки та результати роботи доповідалися й обговорювалися на:

– 2-й науково-технічній конференції з міжнародною участю “Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології” (МЕТІТ-2), м. Кременчук, Україна, 2006;

– 2-й міжвузівській науково-технічній конференції молодих вчених і студентів “Інформаційні технології в економічних і технічних системах” (ІТЕТС-2007), м. Кременчук, Україна, 2007;

– Міжнародній науково-практичній конференції “Интегрированные технологии и энергосбережение” (ИТЭ-2007), м. Алушта, Україна, 2007;

– ІІІ Українській науковій конференції з фізики напівпровідників (УНКФП-3), м. Одеса, Україна, 2007.

Публікації. За результатами, отриманими в роботі, опубліковано 8 праць. У тому числі 6 із них у фахових виданнях, затверджених ВАК України, та 2 – у матеріалах конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків. списку використаних джерел і додатків. Робота представлена на 117 сторінках основного тексту й містить 35 рисунків, 28 таблиць, додатки на 13 сторінках, список використаних джерел із 83 найменувань вітчизняних і закордонних авторів.





Основний зміст роботи


У вступі обґрунтованоактуальність теми дисертації, визначено мету, завдання, предмет і об’єкт дослідження, зв’язок їх з науково-дослідними програмами, розкрито наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі розглянуто літературні дані, присвячені вивченню основних властивостей арсену та його сполук. Зроблено аналіз існуючих методів очищення арсену й оцінки ступеня чистоти, вмісту домішки кисню та її поведінки у кристалах GaAs. Показано, що для одержання арсену, який задовольняє вимогам електронної галузі, необхідно зменшити вміст домішки кисню на ранніх етапах його очищення.

З вихідних компонентів для отримання монокристалів GaAs арсен найважче піддається очищенню. Складність розробки методу одержання металічного арсену ступеня чистоти 99,9999% As і вище полягає в особливих фізико-хімічних властивостях арсену. Цей елемент є єдиним металом, у якого температура кипіння за нормального тиску лежить нижче за точку плавлення (пружність його пари в точці плавлення близько 36 атм.). Арсен легко окиснюється і дуже токсичний. Він активно взаємодіє майже з усіма елементами. Крім того, серед супутніх арсену домішок сірка, селен і телур мають близькі з арсеном фізико-хімічні параметри. Все це обумовлює особливу складність розробки оптимальних методів одержання високочистого арсену.

Огляд літературних джерел показав, що вміст залишкової домішки кисню в металічному арсені негативно впливає на параметри напівпровідникових матеріалів на основі арсену, зокрема GaAs. З метою підвищення електрофізичних властивостей напівпровідникових матеріалів на основі GaAs, необхідно зменшити вміст кисню в металічному арсені. Для мінімізації вмісту кисню в металічному арсені треба зменшити його вміст у вихідному AsCl3, для чого необхідно розробити: модель поведінки AsCl3 у солянокислих розчинах на основі фазової діаграми as2О3–HCl–AsCl3–H2O; методику визначення енергетичних характеристик процесу ректифікації AsCl3 у хлоридній кислоті; модель дослідження кінетики газових хімічних реакцій у потоці; реактор для відновлення AsCl3 воднем.

У другому розділі розроблено модель поведінки AsCl3 в солянокислих розчинах на основі фазової діаграми as2О3–HCl–AsCl3–H2O в процесі ректифікації. Отримання AsCl3 відбувається в дві стадії:

1) взаємодія as2О3 з соляною кислотою з утворенням AsCl3;

2) дистиляція суміші з отриманням AsCl3 у вигляді окремої фази.

Процес взаємодії as2О3 з соляною кислотою може бути представлений реакцією:


As2O3 + 6HClnH2O 2AsCl3 + 3· (1 + 2n) · H2O. (1)


На 1 г As2O3 витрачається 1,1 г HCl. При цьому утворюється 1,83 г AsCl3 і 0,27 г Н2О. 1,1 г HCl міститься в 3,06 г 3