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| 超纯金属的制备和检测方法 | |
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| 超纯金属，指的是相对高纯度的金属，一般指金属纯度到达纯度9以上的金属，物理杂质的概念才是有意义的，任何金属都不能到达肯定纯。“超纯”具有相对的意义，是指技能上到达的标准。因为技能的开展，也常使“超纯”的标准晋级。 材料的纯度对其功能，特别是微电子学、光电子学功能影响很大，现代高技能产业要求制备出超纯金属以利于制造高功能器材。例如曩昔高纯金属的杂质为ppm级(即百万分之几),而超纯半导体 材料的杂质达ppb级(十亿分之几),并将逐渐开展到以ppt级(一万亿分之几)表明。 “超纯”的相对名词是指“杂质”，广义的杂质是指化学杂质(元素)及“物理杂质”(晶体缺陷)，后者是指位错及空位等，而化学杂质是指基体以外的原子以代位或填隙等方式掺入。但只当金属纯度到达很高的标准时(如纯度9以上的金属)，物理杂质的概念才是有意义的，因而现在工业生产的金属仍是以化学杂质的含量作为标准，即以金属中杂质总含量为百万分之几表明。比较清晰的办法有两种：一种是以材料的用处来表明，如“光谱纯”、“电子级纯”等;一种是以某种特征来表明，例如半导体材料用载流子浓度，即一立方厘米的基体元素中起导电效果的杂质个数(原子/厘米)来表明。而金属则可用剩余电阻率(ρ4.2K/ρ300K)表明。 实际上纯度以几个“9”()来表明(如杂质总含量为百万分之一，即称为6个“9”或6)，是不完整概念，如电子器材用的超纯硅以金属杂质核算，其纯度相当于9个“9”，但如计入碳，则可能不到6个“9”。 制备办法 超纯金属的制备有化学提纯法如精馏(特别是金属氯化物的精馏及氢复原)、提高、溶剂萃取等和物理提纯法如区熔提纯等(见硅、锗、铝、镓、铟)。其间以区熔提纯或区熔提纯与其他办法相 结合最有用。 因为容器与药剂中杂质的污染，使得到的金属纯度遭到必定的约束，只有用化学办法将金属提纯到必定纯度之后,再用物理办法如区熔提纯,才能将金属纯度说到一个新的高度。能够用半导体材料锗及超纯金属铝为例阐明典型的超纯金属制备及检测的原理。 提纯金属时，杂质的分配系数对提纯金属有严重的联系，因为锗中大部分杂质的分配系数都小于1,所以锗的区熔提纯是非常有用的。半导体材料的纯度,也可用电阻率来表征。区域提纯后的金属锗,其锭底表面上的电阻率为30～50欧姆·厘米时，纯度相当于8～9,能够满意电子器材的要求。但关于杂质浓度小于[KG2]10原子/厘米[KG2]的探测器级超纯锗，则尚须通过特殊处理。因为锗中有少量杂质如磷、砷、铝、镓、硅、硼的分配系数接近于1或大于1，要加强化学提纯办法除掉这些杂质，然后再进行区熔提纯。电子级纯的区熔锗锭用霍尔效应丈量杂质(载流子)浓度，一般可达10～10原子/厘米。经切头去尾,再利用屡次拉晶和切开头尾，一向到达所要求的纯度(10原子/厘米)，这样纯度的锗(相当于13)所作的探测器,其分辨率已接近于理论数值。 |
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