本發(fā)明涉及高純磷化鋅的制備方法。

背景技術(shù)：

高純磷化鋅是一種II—V族半導(dǎo)體材料，禁帶寬度1.5ev。近年來(lái)磷化鋅材料正受人們高度關(guān)注，同時(shí)砷化鎵、磷化銦等化合物半導(dǎo)體是現(xiàn)代無(wú)線通信、光通信領(lǐng)域中不可或缺的半導(dǎo)體材料。而磷化銦等器件工藝中，往往采用高純度的磷化鋅作為擴(kuò)散源。磷化鋅是當(dāng)前各國(guó)正積極投入應(yīng)用研究的半導(dǎo)體材料之一，包括在太陽(yáng)能電池、單維納米器件上的應(yīng)用研究，因此隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)磷化鋅材料的需求也將會(huì)大量增加，發(fā)展前景樂觀?，F(xiàn)有技術(shù)有兩種技術(shù)方案：一種是燃燒法，另一種是ZnP2真空熱分解法，所述兩種方案主要存在的缺點(diǎn)：1.對(duì)原料形態(tài)要求較高。2.反應(yīng)不完全，合成率較低。3.設(shè)備比較復(fù)雜，投資成本高。4.產(chǎn)物達(dá)不到高純要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述背景技術(shù)中所提到的問(wèn)題，提供了高純磷化鋅的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高純磷化鋅的制備方法，包括如下步驟：

a、在清潔的石英管內(nèi)采用熱解反應(yīng)沉積碳膜；

b、取摩爾比為4:3的鋅和磷放入步驟a處理后的石英管內(nèi)，并充分混合；

c、加熱脫氧爐到200℃～280℃后，將石英管放入真空系統(tǒng)脫氧，當(dāng)真空系統(tǒng)的真空度達(dá)到5×10-4pa～10×10-4pa后將石英管封管，封管后停止脫氧；

d、將從真空系統(tǒng)中卸下的石英管放入合成爐中，以100℃～200℃/小時(shí)的速度緩慢升溫至600℃～800℃，恒溫1.5～2.5小時(shí)，后以100～200℃/小時(shí)的速度緩慢升溫至1100～1200℃，再恒溫2.5～3.5小時(shí)，以100-200℃/小時(shí)的速度緩慢降溫至900℃～1050℃，停爐。

e、破開石英管取出磷化鋅產(chǎn)品，放入干燥容器內(nèi)密封保存。

進(jìn)一步地，所述的石英管碳膜處理為：加熱爐溫到800～1100℃，固定好通氣管，以0.5～1升/分鐘的速度通入高純氬氣鼓泡輸送丙酮蒸汽進(jìn)入石英管，同時(shí)，以10～20cm/10秒的速度移動(dòng)載有石英管的加熱爐。

進(jìn)一步地，將石英管通過(guò)高真空接口放入真空系統(tǒng)進(jìn)行脫氧，所述的高真空接口通過(guò)螺紋，分別和石英管、真空系統(tǒng)連接成一體。

進(jìn)一步地，配料時(shí)石英管內(nèi)的最大投料量為500g。

進(jìn)一步地，配料中稱取的磷為純度6N的紅磷，鋅為純度6N的鋅。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

磷化鋅合成過(guò)程中防止爆炸的問(wèn)題是要解決的最主要的技術(shù)難題。解決該技術(shù)難題的關(guān)鍵是對(duì)蒸汽壓的控制，反映在實(shí)際中就是對(duì)溫度的控制，為此自主設(shè)計(jì)了合成爐及升溫程序。將石英管放置于一段控溫的臥式爐內(nèi)進(jìn)行合成，升溫程序這樣設(shè)置的依據(jù)在于：避免生產(chǎn)過(guò)程中高純磷蒸汽壓過(guò)大產(chǎn)生炸管現(xiàn)象，提高合成率，保障產(chǎn)品的成品率，同時(shí)若溫度低于上述范圍、時(shí)間過(guò)短，則會(huì)導(dǎo)致成品率低。

本發(fā)明將從真空系統(tǒng)中卸下的石英管放入合成爐中，以100℃～200℃/小時(shí)的速度緩慢升溫至600℃～800℃，恒溫1.5～2.5小時(shí)，后以100～200℃/小時(shí)的速度緩慢升溫至1100～1200℃，再恒溫2.5～3.5小時(shí)，以100-200℃/小時(shí)的速度緩慢降溫至900℃～1050℃，一方面為了防止生產(chǎn)過(guò)程中高純磷蒸汽壓過(guò)大產(chǎn)生炸管現(xiàn)象，另外將其升溫至1100～1200℃持續(xù)2.5～3.5小時(shí)，再降至900℃～1050℃，目的是保證其反應(yīng)完全，使產(chǎn)品符合化學(xué)計(jì)量比要求。本發(fā)明使用6N的高純磷（即純度為99.9999%）和6N的高純鋅（即純度為99.9999%）直接化和生產(chǎn)高純磷化鋅（99.9999%），主要的反應(yīng)過(guò)程發(fā)生在溫度達(dá)到鋅的熔點(diǎn)之后，實(shí)際屬于蒸汽之間的反應(yīng)，屬于元素直接合成法，優(yōu)點(diǎn)包括：對(duì)原料的形態(tài)要求不很嚴(yán)格，原料未經(jīng)過(guò)加工處理，滿足高純的要求；本發(fā)明通過(guò)緩慢升溫、恒溫、緩慢降溫等控溫操作控制管內(nèi)壓力，以及對(duì)合成石英管加熱區(qū)域、冷凝區(qū)域長(zhǎng)度分配，成功的控制石英管內(nèi)磷蒸氣壓，實(shí)現(xiàn)較大量磷化鋅的安全合成；通過(guò)冷凝區(qū)域及加熱區(qū)域長(zhǎng)度的控制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的較高成品率。產(chǎn)品用于光電器件制作，擴(kuò)散源，納米材料等應(yīng)用領(lǐng)域。

具體實(shí)施方式

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

一種高純磷化鋅的制備方法，包括如下步驟：

a、在清潔的石英管內(nèi)采用熱解反應(yīng)沉積碳膜，具體操作石英管碳膜處理為：加熱爐溫到800～1100℃，固定好通氣管，以0.5～1升/分鐘的速度通入高純氬氣鼓泡輸送丙酮蒸汽進(jìn)入石英管，同時(shí)，以10～20cm/10秒的速度移動(dòng)載有石英管的加熱爐；

b、挑取純度6N的紅磷塊以及6N的鋅放入石英管內(nèi)，取摩爾比為4:3的鋅和磷放入步驟a處理后的石英管內(nèi)，配料時(shí)石英管內(nèi)的最大投料量為500g；

c、加熱脫氧爐到250℃后，將石英管放入真空系統(tǒng)脫氧，當(dāng)真空系統(tǒng)的真空度達(dá)到5×10-4pa～10×10-4pa后將石英管封管，封管后停止脫氧；

d、將從真空系統(tǒng)中卸下的石英管放入合成爐中，以150℃/小時(shí)的速度緩慢升溫至700℃，恒溫2小時(shí)，后以150℃/小時(shí)的速度緩慢升溫至1150℃，再恒溫3小時(shí)，以150℃/小時(shí)的速度緩慢降溫至1000℃，停爐。

e、破開石英管取出磷化鋅產(chǎn)品，放入干燥容器內(nèi)密封保存。

將石英管通過(guò)高真空接口放入真空系統(tǒng)進(jìn)行脫氧，其高真空接口通過(guò)螺紋，分別和石英管、真空系統(tǒng)連接成一體。

實(shí)施例2

一種高純磷化鋅的制備方法，包括如下步驟：

a、在清潔的石英管內(nèi)采用熱解反應(yīng)沉積碳膜，具體操作石英管碳膜處理為：加熱爐溫到900℃，固定好通氣管，以1升/分鐘的速度通入高純氬氣鼓泡輸送丙酮蒸汽進(jìn)入石英管，同時(shí)，以15cm/10秒的速度移動(dòng)載有石英管的加熱爐；

b、挑取純度6N的紅磷塊以及6N的鋅放入石英管內(nèi)，取摩爾比為4:3的鋅和磷放入步驟a處理后的石英管內(nèi)，配料時(shí)石英管內(nèi)的最大投料量為500g；

c、加熱脫氧爐到260℃后，將石英管放入真空系統(tǒng)脫氧，當(dāng)真空系統(tǒng)的真空度達(dá)到5×10-4pa～10×10-4pa后將石英管封管，封管后停止脫氧；

d、將從真空系統(tǒng)中卸下的石英管放入合成爐中，以180℃/小時(shí)的速度緩慢升溫至750℃，恒溫1.8小時(shí)，后以180℃/小時(shí)的速度緩慢升溫至1150℃，再恒溫2.5小時(shí)，以180℃/小時(shí)的速度緩慢降溫至1000℃，停爐。

e、破開石英管取出磷化鋅產(chǎn)品，放入干燥容器內(nèi)密封保存。

將石英管通過(guò)高真空接口放入真空系統(tǒng)進(jìn)行脫氧，其高真空接口通過(guò)螺紋，分別和石英管、真空系統(tǒng)連接成一體。

實(shí)施例3

一種高純磷化鋅的制備方法，包括如下步驟：

a、在清潔的石英管內(nèi)采用熱解反應(yīng)沉積碳膜，具體操作石英管碳膜處理為：加熱爐溫到900℃，固定好通氣管，以1升/分鐘的速度通入高純氬氣鼓泡輸送丙酮蒸汽進(jìn)入石英管，同時(shí)，以15cm/10秒的速度移動(dòng)載有石英管的加熱爐；

b、挑取純度6N的紅磷塊以及6N的鋅放入石英管內(nèi)，取摩爾比為4:3的鋅和磷放入步驟a處理后的石英管內(nèi)，配料時(shí)石英管內(nèi)的最大投料量為500g；

c、加熱脫氧爐到270℃后，將石英管放入真空系統(tǒng)脫氧，當(dāng)真空系統(tǒng)的真空度達(dá)到5×10-4pa～10×10-4pa后將石英管封管，封管后停止脫氧；

d、將從真空系統(tǒng)中卸下的石英管放入合成爐中，以190℃/小時(shí)的速度緩慢升溫至800℃，恒溫1.5小時(shí)，后以150℃/小時(shí)的速度緩慢升溫至1150℃，再恒溫3小時(shí)，以200℃/小時(shí)的速度緩慢降溫至1000℃，停爐。

e、破開石英管取出磷化鋅產(chǎn)品，放入干燥容器內(nèi)密封保存。

將石英管通過(guò)高真空接口放入真空系統(tǒng)進(jìn)行脫氧，其高真空接口通過(guò)螺紋，分別和石英管、真空系統(tǒng)連接成一體。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。