隨著IT與新能源技術的發(fā)展,半導體材料完成了第二代半導體砷化鎵和第三代半導體氮化鎵的飛躍,鎵及其代表的Ⅲ-Ⅳ族化合物的優(yōu)良物性在此領域開始發(fā)揮作用。鎵化合物半導體是光電技術及電子領域中的重要基礎材料,用于制造發(fā)光二極管、激光二極管、光電探測器、太陽能電池、微波器件及超大規(guī)模集成電路。高純鎵是制備鎵化合物的重要原料,目前國內國際市場對高純鎵的需求逐漸增大。本文主要研究結晶法提純金屬鎵的工藝,依據(jù)文獻和凝固原理,設計了具有單一穩(wěn)定的縱向溫度梯度場,金屬鎵自下而上凝固的結晶器裝置。通過結晶生長實驗的研究,對比不同結晶器裝置的結晶速率、結晶率及晶種引入方式,選擇內徑為60mm的圓底結晶器進行結晶提純條件實驗；在結晶條件實驗中,研究結晶時間、結晶溫度對于單次結晶提純的影響,并確定出最佳的結晶提純工藝條件；根據(jù)上述結晶條件,進行多次提純結晶實驗,研究結晶次數(shù)對提純的影響；同時根據(jù)結晶過程中鎵晶體生長形貌的變化,結合晶體生長理論,分析鎵晶體形貌與鎵晶體純度的關系。實驗結果表明,在內徑為60mm的結晶器中,冷端溫度為9℃,結晶時間為30min的條件下,單次結晶除雜效果最好；在多次結晶提純實驗中,控制單... 

【文章來源】：東北大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
第1章 緒論
    1.1 稀散金屬鎵的概況
        1.1.1 鎵的性質概述
        1.1.2 鎵資源的分布情況
        1.1.3 鎵的產(chǎn)品及用途
    1.2 金屬鎵提純的主要方法及研究現(xiàn)狀
        1.2.1 電解精煉法
        1.2.2 真空精煉法
        1.2.3 化學處理法
        1.2.4 三氯化鎵法
        1.2.5 有機化合物熱分解法
        1.2.6 結晶法
        1.2.7 聯(lián)合法
    1.3 結晶法提純鎵及其研究現(xiàn)狀
        1.3.1 部分結晶法
        1.3.2 定向結晶法
        1.3.3 區(qū)域熔煉法
        1.3.4 拉單晶法
        1.3.5 其他結晶法
        1.3.6 結晶法提純鎵的方法比較
    1.4 金屬鎵提純方法的比較
    1.5 本課題的研究背景與研究內容
        1.5.1 本課題研究背景
        1.5.2 研究內容
第2章 實驗原料及方案
    2.1 實驗原料
    2.2 實驗試劑及設備
        2.2.1 實驗試劑
        2.2.2 實驗設備
    2.3 實驗分析方法
        2.3.1 鎵晶體生長分析測量
        2.3.2 金屬鎵中雜質含量的測量
    2.4 實驗步驟
        2.4.1 晶體生長實驗步驟
        2.4.2 結晶提純條件實驗步驟
    2.5 實驗研究方案
第3章 結晶器設計與晶體生長的實驗研究
    3.1 引言
    3.2 金屬結晶凝固理論
    3.3 結晶提純裝置的設計
        3.3.1 結晶器的材質選擇
        3.3.2 結晶器裝置的結構設計
        3.3.3 溫度場的控制
    3.4 不同結晶器結晶生長實驗研究
        3.4.1 內徑40mm的結晶器晶體生長實驗的結果
        3.4.2 內徑50mm的結晶器晶體生長實驗的結果
        3.4.3 內徑60mm的結晶器晶體生長實驗的結果
        3.4.4 結果對比及分析
    3.5 晶種引入的研究
        3.5.1 實驗內容
        3.5.2 晶種引入效果的對比分析
    3.6 本章小結
第4章 結晶提純條件實驗的研究
    4.1 引言
    4.2 結晶法提純的理論基礎
        4.2.1 結晶法提純的相平衡原理
        4.2.2 結晶法提純的理論判據(jù)
    4.3 結晶時間對單次結晶提純的影響
        4.3.1 60mm平底結晶器雜質元素檢測結果及分析
        4.3.2 60mm圓底結晶器雜質元素檢測結果及分析
    4.4 結晶器冷端溫度對單次結晶提純的影響
        4.4.1 60mm平底結晶器雜質元素檢測結果及分析
        4.4.2 60mm圓底結晶器雜質元素檢測結果及分析
    4.5 晶體結晶形貌的研究
        4.5.1 結晶溫度對Ga晶體形貌的影響
        4.5.2 結晶時間對Ga晶體形貌的影響
        4.5.3 晶體結晶形貌的理論分析
    4.6 結晶次數(shù)對提純效果的影響
        4.6.1 實驗內容
        4.6.2 實驗結果與分析
    4.7 本章小結
第5章 結論
參考文獻
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]中國金屬鎵生產(chǎn)現(xiàn)狀及前景展望[J]. 李長江.  輕金屬. 2013(08)
[2]高純鎵制備技術的研究進展[J]. 厲英,曾杰,閆晨,劉杰.  材料導報. 2013(07)
[3]6英寸砷化鎵單晶VGF法生長中坩堝-堝托間隙對晶體生長過程影響[J]. 涂凡,蘇小平,張峰燚,黎建明,丁國強.  稀有金屬. 2011(04)
[4]金屬鎵的生產(chǎn)、應用現(xiàn)狀和前景[J]. 宣寧.  世界有色金屬. 2010(12)
[5]H3BO3-Na2SO4-H2O體系結晶動力學研究[J]. 龔殿婷,李鳳華,樊占國,劉素蘭.  鄭州大學學報(工學版). 2009(01)
[6]垂直布里奇曼法生長銅單晶體的研究[J]. 王立苗,趙北君,朱世富,唐世紅,何知宇,肖懷安.  人工晶體學報. 2009(01)
[7]高純硼酸制備過程中的結晶動力學[J]. 龔殿婷,李鳳華,樊占國,劉素蘭.  過程工程學報. 2008(06)
[8]高純鎵電解精煉的研究[J]. 佘旭.  稀有金屬. 2007(06)
[9]多晶硅的真空感應熔煉及定向凝固研究[J]. 吳亞萍,張劍,高學鵬,李廷舉.  特種鑄造及有色合金. 2006(12)
[10]超純鎵的研制和產(chǎn)業(yè)化[J]. 范家驊.  廣東有色金屬學報. 2006(02)

博士論文
[1]真空定向凝固法去除硅中金屬雜質和晶體生長控制的研究[D]. 梅向陽.昆明理工大學 2010

碩士論文
[1]冶金法去除工業(yè)硅中雜質的研究[D]. 馬曉東.大連理工大學 2009
[2]金屬鎵出口戰(zhàn)略研究[D]. 周重陽.大連理工大學 2002



本文編號：3166179