区域熔炼提纯超高纯锗

摘摇 要: 采用区域熔炼生长单晶的方法提纯超高纯锗, 采用镀碳膜石英舟为容器, 提纯后的锗锭在液氮温度下检测净杂质
浓度。 实验讨论了区熔次数和保护气氛对提纯效果的影响, 结果表明区熔次数的增加可以明显提高提纯效果, 在 10 ~ 20 次的范围 内, 最佳区熔次数为 20 次; 在氢气氛围下提纯可避免微量氧对提纯的不利影响, 有利于得到更高纯度的锗。 实验提纯得到的锗锭 净杂质浓度最低为 5伊1010 cm-3 。
关键词: 超高纯锗; 区域熔炼; 区熔数; 净杂质浓度
摇 中图分类号: TF89
摇 文献标志码: A
文章编号: 1001-9677(2019)17-0088-03
Purification of High Purity Germanium by Zone Refining
ZHAO Qing-song1,2 , NIU Xiao-dong3 , HUANG Xing-wei4 , ZHU Liu5 (1 Vital Advanced Materials Co郾 , Ltd郾 , Guangdong Qingyuan 511517; 2 First Materials Co郾 , Ltd郾 , Guangdong Qingyuan 511517; 3 RPM Co郾 , Ltd郾 , Guangdong Qingyuan 511517; 4 First Rare Materials Co郾 , Ltd郾 , Guangdong Qingyuan 511517; 5 Vital Thin Film Materials ( Guangdong)
纯锗材料, 超高纯锗提纯对工艺和设备的要求极其严格, 仍需 要进一步的研究。
净杂质浓度的检测方法通常为霍尔效应, 霍尔检测需要在
摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇
单晶 材 料 上 进 行, 所 以 多 晶 锗 不 能 直 接 进 行 霍 尔 检 测。 Hubbard 等[7] 的研究表明多晶锗中存在单晶粒, 可将单晶粒分 离出来用于检测。 国内超高纯锗的研究中检测多晶锗锭的方法 一般是先切片, 然后通过研磨处理, 研磨后可发现单晶粒, 再 挑选大的单晶粒制作霍尔片, 最后在液氮温度(77 K) 下检测净 杂质浓度[4-5] 。 美国劳伦斯伯克利国家实验室 Hubbard 等[1] 在 超高纯锗的研究中通过放置籽晶, 在区熔过程生长单晶, 区熔 后的锗锭为单晶, 单晶切片后可直接进行霍尔检测, 不需要再 研磨挑选单晶粒, 这种方法检测更加方便, 而且检测结果可信 度更高。 本实验进行了超高纯锗的区熔提纯的实验研究, 设计 不同的保护气氛, 并且借鉴国外经验, 在区熔提纯的过程生长 单晶, 以便于后续的检测。
Key words: high-purity germanium; zone refining; zone passes; net impurity concentration
超高纯锗作为制作核辐射探测器的材料, 主要用作高分辨 率的 酌 射线探测器。 这种锗晶体应具有 ~ 1010 cm-3 的净电活性 杂质浓度(|NA-ND |) , 并且基本上没有电荷捕获缺陷。 为生长 高纯度锗晶体而开发的方法包括在碳或二氧化硅镀膜石英舟中 区域熔炼提纯多晶[1] , 然后在氢气中用提拉法从石英坩埚中生 长单晶[2-3] 。 美国劳伦斯伯克利国家实验室 1978 年以本征锗 为原料, 镀二氧化硅膜石英舟为容器, 通过区熔提纯, 得到 了|NA-ND |臆2伊1010 cm-3 的高纯锗材料[1] 。 国内超高纯锗的提 纯研究报道较少, 1988 年白尔隽等[4-5] 利用国产材料进行锗提 纯, 得到了 ~ 1010 cm-3 纯度的超高纯锗材料。 Yang G 等[6] 在南 达科他大学进行了高纯锗的区熔提纯研究, 采用两步提纯( 石 墨舟内提纯和石英舟内提纯) , 得到了 ~ 1011 cm-3 纯度的超高纯 锗材料。 但目前国内仍无法稳定生产用于制备核探测器的超高
Co郾 , Ltd郾 , Guangdong Qingyuan 511517, China)
Abstract: High purity germanium was purified by zone refining and growing single crystal, carbon coated quartz boat was used as the container, and the purity test was carried out in the atmosphere of high purity nitrogen and hydrogen郾 The effects of zone passes and protective atmosphere on the purification effect were discussed郾 The results showed that the increase of zone passes could obviously improve the purification effect郾 Within the range of 10 ~ 20 passes, the best zone passes were 20 passes郾 The purification in the atmosphere of hydrogen could avoid the adverse effect of trace oxygen, which was conducive to the production of germanium with higher purity郾 The net impurity concentration of purified germanium ingots was as low as 5伊1010 cm-3郾
第 47 卷第 17 期 2019 年 9 月
广摇 州摇 化摇 工 Guangzhou Chemical Industry
Vol郾 47 No郾 17 Sep郾 2019
区域熔炼提纯超高纯锗
赵青松1,2 , 牛晓东3 , 黄幸慰4 , 朱摇 刘5
(1 广东先导先进材料股份有限公司, 广东摇 清远摇 511517; 2 清远先导材料有限公司, 广东摇 清远摇 511517; 3 广东先导稀贵金属材料有限公司, 广东摇 清远摇 511517; 4 广东先导稀材股份有限公司, 广东摇 清远摇 511517; 5 先导薄膜材料( 广东) 有限公司, 广东摇 清远摇 511517)