[发明专利]超高纯度锗多晶的制备方法

摘要

超高纯度锗多晶的制备方法，提供一种通过多次区熔，有效提高锗多晶纯度的锗多晶超高纯度的制备方法。本发明的制备方法应用于锗多晶制备装置，该制备装置包括石英舟、石英管、区熔线圈、支架、进气管、排气管以及区熔小车，石英舟放置在石英管内，区熔线圈设置在支架上，石英管固定在支架上且位于区熔线圈之间，进气管与排气管分别设置在石英管两端，区熔小车设置在石英管下方，石英舟内表面上涂有硅烟涂层，区熔线圈采用直径为12mm的紫铜管绕制成内三圈、外两圈的线圈，区熔线圈宽度为3cm。本发明通过新型的锗多晶制备装置进行区熔提纯，经过反复区熔提纯后，得到的高纯锗多晶纯度比较稳定，有效提高了锗多晶纯度。

主权项

1.一种锗多晶超高纯度的制备方法，其特征在于该制备方法应用于锗多晶制备装置，该制备装置包括石英舟（1）、石英管（2）、区熔线圈（3）、支架（4）、进气管（5）、排气管（6）以及区熔小车（7），石英舟（1）放置在石英管（2）内，区熔线圈（3）设置在支架（4）上，石英管（2）固定在支架（4）上且位于区熔线圈（3）之间，进气管（5）与排气管（6）分别设置在石英管（2）两端，区熔小车（7）设置在石英管（2）下方，石英舟（1）内表面上涂有硅烟涂层，区熔线圈（3）采用直径为12mm的紫铜管绕制成内三圈、外两圈的线圈，区熔线圈（3）宽度为3cm；具体制备方法如下：一、区熔前准备1）、石英管（2）清洗：超净工作台里用电子级HNO₃和HF以体积比3：1配置清洗溶液，用清洗溶液清洗石英管（2）1‑3分钟,然后用去离子水冲洗至少5次，用电子级甲醇喷淋进行脱水，去除石英管（2）内、外表面的水分，最后用纯度为99.999%且经过纯化器净化的高纯氮气吹干，至石英舟（1）表面无水渍；2）、石英舟（1）清洗：在腐蚀间用电子级H₂O₂和HCL以体积比1：3配置清洁溶液，用清洁溶液清洗石英舟（1）5‑10分钟，之后用去离子水冲洗至少5次，然后用甲醇喷淋脱水，去除石英舟（1）表面水分，最后放入超净工作台里使用浴霸灯进行烘干处理，烘干30分钟；3）、石英舟（1）镀硅：在超净工作台中，用三层同心管从内至外分别通入硅氢混合气、氧气和氩气，点燃硅氢混合气，使火焰附着在石英舟（1）表面，在石英舟（1）表面涂上一层无晶形硅层,氧气纯度为99.9999%，氩气纯度为99.999%，硅氢混合气为硅烷和氢气混合，其中硅烷为5%；4）、锗料清洗：用上述清洗溶液浸泡锗料3‑5分钟，浸泡时，清洗溶液漫过锗料，然后用去离子水反复冲洗锗料至少5次；再用电子级HCL、H₂O₂和H₂O以体积比1：1：4混合后浸泡锗料5分钟，浸泡时，溶液漫过锗料；再用去离子水反复冲洗锗料至少5次；最后用甲醇喷淋脱水，去除锗料表面的水分，最后放入超净工作台里使用浴霸灯进行烘干处理，烘干30分钟；5）、装舟：清洗好的锗料放入石英舟（1），轻放以避免损坏镀层，然后将石英舟（1）放入石英管（2），并将石英管（2）两端用无尘纸封住；6）、石英管（2）封装：石英管（2）放入区熔小车（7）的线圈里，两端固定，石英封装的石墨加热环套在石英管（2）上置于线圈和进气端之间，取走石英管（2）头部的无尘纸，封上石英管（2）头部，取走石英管（2）尾部的无尘纸，封上石英管（2）尾部；8）、抽系统真空：利用真空泵抽真空，待石英管（2）内真空度≤5Pa时，打开分子泵，直至真空度≤5.0×10^‑3Pa；9）、通高纯氢气：当真空度≤5.0×10^‑3 Pa时，通过流量计控制，将流量计从0调至0.5L／min，利用压力表读取石英管（2）内气压压力，当压力表数值到达0刻线中间时，打开排气阀，利用氢气吹扫20分钟；二、区熔过程先用纯度为99.999%的氢气吹扫30分钟，高频炉灯丝预热15分钟，启动高压前，流量计流量调至0.3L／min，启动高压后，调节输出的高压为4‑5KV，用感应加热环作为锗料的预热器；通过调节高压输出，调节熔区宽度为3cm‑4cm，且固液交界面平齐；1）、第一次区熔：第一次的第一趟区熔，流量计流量为0.3L／min，区熔小车（7）的速度为5mm/min，高频炉的输出高压为5KV左右；开始第二趟区熔后，将流量计流量调低至0.1L／min，区熔小车（7）的速度为2mm/min，高频炉的输出高压调至4.4KV；按第二趟的条件反复区熔至15趟；2）、第二次区熔：将第一次区熔15趟后的锗多晶出炉，并对区熔锗锭头尾进行切除，区熔锗锭头端切除50mm，区熔锗锭尾端切除120mm，重复区熔前准备，完成后再重复第一次的区熔过程；3）、第三次区熔：将第二次区熔15趟后锗多晶出炉，并对区熔锗锭头尾再次进行切除，区熔锗锭头端切除50mm，区熔锗锭尾端切除120mm，重复区熔前准备，完成后再重复第一次区熔过程；4）、经过三次区熔以后，区熔次数达到45次，即完成超高纯度的锗多晶制备。