ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВ ОТ ЗАРЯЖЕННЫХ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 1999 года по МПК C22B9/00 

Изобретение относится к технологии получения чистых металлов и полупроводников.

Известны способы получения чистых металлов и полупроводников электролитическим рафинированием и зонной плавкой.

Сущность метода электролитического рафинирования заключается в том, что в электролитической ванне в процессе электролиза на одном из электродов выделяется чистый металл (Кнорозов Б.В. "Технология металлов".-М: Металлургия, 1978, с. 90).

Недостатком этого метода является то, то он не позволяет полностью очистить металл от примесей. Материал очищается до чистоты 99,95%.

Метод зонной плавки, преимущественно применяемый при очистке полупроводников, заключается в том, что примеси перемещаются к разным торцам слитка в зависимости от коэффициента сегрегации примесей в результате многократного прохождения по слитку расплавленной зоны (Брук В.А., Гаршекин В.В., Курносов А. И., "Производство полупроводниковых приборов".- М: Профтехиздат, 1963, с. 47).

Прототипом предлагаемого способа выбран вышеуказанный метод зонной очистки.

Недостатком метода зонной очистки является то, что и после многократного прохождения зоны в материале остаются в основном заряженные примеси. Кроме того, метод не позволяет очищать материал от примеси с одинаковым коэффициентом сегрегации как для твердой, так и для жидкой фазы.

Цель изобретения - получение материала высокой чистоты - достигается использованием известного гальваномагнитного явления, заключающегося в том, что в поперечном магнитном поле как положительные, так и отрицательные ионы примеси, движущиеся в постоянном электрическом поле в противоположные стороны, перемещаются в одну и ту же сторону при закороченном холловском поле в направлении, перпендикулярном электрическому току и магнитному полю.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что предварительно очищенная зонной плавкой часть слитка (1) помещается в кварцевую ампулу (2). В ампулу подведены две пары зондов. ПП-зонды для постоянного тока поперек слитка. XX-закороченные холловские зонды к торцам слитка.

Ампула с намотанным на нее нагревателем H(3) (см. фиг. 1) помещена в поперечное магнитное поле (магнит на чертеже не показан; пунктирный круг - область перпендикулярного плоскости чертежа - обозначенного значком (+) - магнитного поля). Включением нагревателя (3) доводят температуру слитка (1) до точки плавления.

После расплавления слитка включают ток по слитку (4) и поперечное магнитное поле (6,7,8 - амперметр, источник тока и сопротивление нагрузки соответственно). Поскольку холловское поле закорочено (5), то заряженные примеси обоих знаков скапливаются на одной половине расплавленного материала. После этого выключением нагревателя (3) при включенном токе (4) и поперечном магнитном поле доводят расплав до полной кристаллизации. При этом основная масса примеси, собранная на одной из половин, остается там, поскольку происходит равномерное охлаждение всего материала.

Лабораторное исследование было проведено на зонно- очищенном электронном германии.

На фиг. 2 приведены зависимости разностной концентрации доноров и акцепторов от длины каждой из половин слитка (A и B), полученные из измерений постоянной Холла через каждые 10 мм.

Как видно из фиг. 2, имеется существенная разница в концентрациях по длине половин A и B. Максимальная концентрация примесей имеет место в конце половины B.

Таким образом, этим методом можно полностью очистить часть слитка (в нашем случае половину A) от заряженных примесей.

Способ может быть использован для получения чистых металлов и полупроводников и для очищения предварительно зонно - очищенного материала от заряженных примесей. В основу способа положен гальваномагнитный эффект, заключающийся в том, что заряженные примесные атомы, перемещающиеся в постоянном электрическом поле в противоположные стороны в зависимости от их знака, в поперечном магнитном поле при закороченном холловском поле отклоняются к одной и той же стороне в направлении, перпендикулярном магнитному полю и электрическому току. Последующее равномерное охлаждение жидкой фазы до полной кристаллизации при включенном токе и магнитном поле замораживает заряженные примеси у одного из торцов слитка. Многократное применение данного способа к одному и тому же материалу, когда каждый раз берут для повторного очищения более чистую половину слитка, дает возможность полного очищения материала от заряженных примесей. Способ можно применить и в случае, когда необходимо избирательно очищать материал именно от заряженных примесей, получается материал высокой чистоты, 2 ил.

Способ очистки металлов и полупроводников, включающий зонную плавку слитка указанного материала, отличающийся тем, что очищенную зонной плавкой часть слитка материала помещают в кварцевую ампулу, которую вместе с нагревателем и токоподводом помещают в электромагнит, нагревают до точки плавления материала, при этом пропускают постоянный ток по расплаву слитка и накладывают поперечное внешнее магнитное поле, которые поддерживают неизменными до медленно наступающей после выключения нагревателя кристаллизации.