Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Технология материалов электронной техники..pdf
Скачиваний:
62
Добавлен:
05.02.2023
Размер:
1.77 Mб
Скачать

84

ства, трудность выбора конструкционных материалов для изготовления аппара-

туры. Кроме того, метод химических транспортных реакций наряду с решением задачи получения чистых веществ позволяет осуществлять синтез соединений полупроводников и диэлектриков, а также получать чистые вещества в виде со-

вершенных монокристаллов и тонких монокристаллических слоев.

2.9 Другие процессы разделения и очистки веществ

Помимо рассмотренных основных процессов разделения и очистки полу-

проводниковых и диэлектрических материалов и их компонентов перспективны-

ми применительно к задаче глубокой очистки веществ являются и другие про-

цессы разделения, основанные на различии определенных физико-химических свойств разделяемых веществ.

Электрохимические методы разделения и очистки. Из всего многооб-

разия этих методов основными для очистки полупроводников, диэлектриков и их компонентов являются очистка электролизом, анодным растворением и электро-

диализом.

При очистке веществэлектролизом исходный материал загружается в электролит в виде анодов, которые в процессе электролиза растворяются, и

очищенный материал собирается на катодах. Эти процессы обусловлены окис-

лительно-восстано-вительными электрохимическими реакциями. Для успешно-

го протекания процесса необходимо уменьшить возможность возникновения побочных процессов, особенно связанных с участием примесей. Необходимо,

чтобы при электролизе осаждение примесей с основным компонентом на като-

де было сведено к минимуму. При этом примеси либо накапливаются в элек-

тролите, либо непрерывно удаляются из него. Чистота катодного осадка зави-

сит от многих факторов, главными из которых являются равновесные элек-

тродные потенциалы основного компонента и примесей, химический состав электролита, плотность проходящего через него тока, форма вхождения приме-

85

си в очищаемое вещество, структура катодного осадка(аморфная, поликри-

сталлическая, монокристаллическая), кинетика электрохимической реакции.

В ряде случаев большую эффективность очистки удается достичь при

анодном растворении (анодном рафинировании). В этом случае очищаемое ве-

щество также используется в качестве анода, а электролиз приводит к переходу примесей из анода в электролит и к скоплению их в дальнейшем на катоде.

Примерами такого процесса могут служить очистка галлия от цинка в кислом электролите, очистка алюминия и магния от кремния, железа, меди и цинка.

Глубокой очистки при электролизе можно достичь путем тщательного отделения анодного и катодного пространств от средней части(камеры) элек-

тролитической ванны. Такое отделение осуществляют с помощью полупрони-

цаемых перегородок (мембран), избирательно пропускающих к аноду и катоду только определенные типы ионов. При наложении электрического поля диффу-

зия ионов через полупроницаемые перегородки ускоряется, что увеличивает скорость и степень очистки средней камеры электролитической ванны. Эту разновидность электролиза называют электродиализом. При электродиализе в среднюю камеру загружают суспензию очищаемого вещества(как правило,

слабо диссоциирующего) в воде, а в боковые — чистую воду и электроды. При приложении разности потенциалов к положительно заряженному электроду из средней камеры ванны через мембрану проникают анионы примесей, а к отри-

цательно заряженному — катионы примесей. По мере накопления их в боковых камерах растворы сливают, а камеры вновь заполняют чистой водой. Это спо-

собствует более быстрому удалению примесей электролитов из средней каме-

ры, а также предотвращает процесс обратной диффузии примесей.

Разделение и очистка в центробежном поле. Если расплав вещества со-

вершает движение по окружности(например, в центрифуге), то в нем происходит перераспределение примесей в результате действия на них центробежной силы.

Атомы (молекулы) примесных соединений более тяжелые, чем атомы (молеку-

лы) основного вещества, сосредоточиваются в периферийных частях расплава,

более легкие примеси— в частях расплава, расположенных ближе к центру

86

вращения. Проводя кристаллизацию, например, расплава лития в центрифуге,

вращающейся со скоростью 50 с–1, добиваются очистки основной части слитка лития от примесей примерно на два порядка.

Разделение в электрическом и магнитном полях. Современное разви-

тие электронной техники все более повышает требования, предъявляемые к со-

ставу полупроводников и диэлектриков. Это, в свою очередь, стимулирует по-

иск новых методов разделения и очистки компонентов полупроводниковых и диэлектрических фаз. Одним из таких методов является разделение в скрещен-

ных электрическом и магнитном статических полях, реализуемое в масс-

сепараторах на основе принципа работы масс-спектрометра. Современные про-

мышленные масс-сепараторы обладают достаточно высокой разрешающей спо-

собностью (по отношению массы иона к его заряду), что позволяет успешно проводить разделение изотопов.

Разделение диффузией и термодиффузией. Для разделения и очистки газообразных веществ может быть использовано различие в скоростях их диф-

фузии через полупроницаемые (пористые) перегородки, вследствие чего по од-

ну сторону перегородки концентрируются газы, обладающие большей скоро-

стью диффузии, а по другую — меньшей. Многократное повторение этого про-

цесса в камере, разделенной большим числом пористых перегородок, позволяет достигнуть высокой степени разделения газов.

Разделение газовых смесей может быть также успешно осуществлено с помощью термической диффузии. Если вдоль сосуда с газовой смесью создать перепад температур, то это приведет к различию между составами смеси в го-

рячей и холодной частях сосуда. В горячей части смесь содержит большее ко-

личество компонента, обладающего меньшей молекулярной массой. Различие в составах смесей в горячей и холодной частях сосуда тем значительн, еем больший перепад температур между ними задан.

Процессы диффузии через полупроницаемые перегородки и термодиффу-

зии чрезвычайно чувствительны к различию между массами молекул в газовой