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| 超純金屬的制備和檢測方法 | |
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| 超純金屬，指的是相對高純度的金屬，一般指金屬純度到達純度9以上的金屬，物理雜質(zhì)的概念才是有意義的，任何金屬都不能到達肯定純�！俺儭本哂邢鄬Φ囊饬x，是指技能上到達的標準。因為技能的開展，也常使“超純”的標準晉級。 材料的純度對其功能，特別是微電子學、光電子學功能影響很大，現(xiàn)代高技能產(chǎn)業(yè)要求制備出超純金屬以利于制造高功能器材。例如曩昔高純金屬的雜質(zhì)為ppm級(即百萬分之幾),而超純半導體 材料的雜質(zhì)達ppb級(十億分之幾),并將逐漸開展到以ppt級(一萬億分之幾)表明。 “超純”的相對名詞是指“雜質(zhì)”，廣義的雜質(zhì)是指化學雜質(zhì)(元素)及“物理雜質(zhì)”(晶體缺陷)，后者是指位錯及空位等，而化學雜質(zhì)是指基體以外的原子以代位或填隙等方式摻入。但只當金屬純度到達很高的標準時(如純度9以上的金屬)，物理雜質(zhì)的概念才是有意義的，因而現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的金屬仍是以化學雜質(zhì)的含量作為標準，即以金屬中雜質(zhì)總含量為百萬分之幾表明。比較清晰的辦法有兩種：一種是以材料的用處來表明，如“光譜純”、“電子級純”等;一種是以某種特征來表明，例如半導體材料用載流子濃度，即一立方厘米的基體元素中起導電效果的雜質(zhì)個數(shù)(原子/厘米)來表明。而金屬則可用剩余電阻率(ρ4.2K/ρ300K)表明。 實際上純度以幾個“9”()來表明(如雜質(zhì)總含量為百萬分之一，即稱為6個“9”或6)，是不完整概念，如電子器材用的超純硅以金屬雜質(zhì)核算，其純度相當于9個“9”，但如計入碳，則可能不到6個“9”。 制備辦法 超純金屬的制備有化學提純法如精餾(特別是金屬氯化物的精餾及氫復原)、提高、溶劑萃取等和物理提純法如區(qū)熔提純等(見硅、鍺、鋁、鎵、銦)。其間以區(qū)熔提純或區(qū)熔提純與其他辦法相 結(jié)合最有用。 因為容器與藥劑中雜質(zhì)的污染，使得到的金屬純度遭到必定的約束，只有用化學辦法將金屬提純到必定純度之后,再用物理辦法如區(qū)熔提純,才能將金屬純度說到一個新的高度。能夠用半導體材料鍺及超純金屬鋁為例闡明典型的超純金屬制備及檢測的原理。 提純金屬時，雜質(zhì)的分配系數(shù)對提純金屬有嚴重的聯(lián)系，因為鍺中大部分雜質(zhì)的分配系數(shù)都小于1,所以鍺的區(qū)熔提純是非常有用的。半導體材料的純度,也可用電阻率來表征。區(qū)域提純后的金屬鍺,其錠底表面上的電阻率為30～50歐姆·厘米時，純度相當于8～9,能夠滿意電子器材的要求。但關(guān)于雜質(zhì)濃度小于[KG2]10原子/厘米[KG2]的探測器級超純鍺，則尚須通過特殊處理。因為鍺中有少量雜質(zhì)如磷、砷、鋁、鎵、硅、硼的分配系數(shù)接近于1或大于1，要加強化學提純辦法除掉這些雜質(zhì)，然后再進行區(qū)熔提純。電子級純的區(qū)熔鍺錠用霍爾效應丈量雜質(zhì)(載流子)濃度，一般可達10～10原子/厘米。經(jīng)切頭去尾,再利用屢次拉晶和切開頭尾，一向到達所要求的純度(10原子/厘米)，這樣純度的鍺(相當于13)所作的探測器,其分辨率已接近于理論數(shù)值。 |
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