人們熟知的毒藥砒霜,是怎麼成為化合物半導體材料的

2020-12-06 叮叮樂科樂

大家都知道,砒霜是劇毒的物品。我們所知更多的恐怕是在電視劇、或者小說看到的,壞人如何用砒霜毒死人的,因此,印象中就是劇毒藥品。砒霜最早用於煉丹及醫藥,它是治療瘧疾最早且最有效的方劑,但它對人體危害較大,後來主要用於殺蟲、防蛀和防腐。

但是,至於用在化合物半導體中的應用,可能大家知之甚少。今天就來和大家談談,其是如何用在半導體材料中的。

第一步,【採礦】獲得砒石

燒制砒霜的原料為砒石,主要分布於江西、湖南、廣東、貴州、陝西、湖北、河南、四川、甘肅、遼寧、山西、山東、吉林、青海、西藏、內蒙古、新疆等地,在我國分布很廣。產砒石的井中常有綠色的濁水,需要先將水汲盡,然後再下井挖取。砒石埋於土內,掘土數尺即可獲得。砒石分為紅色和白色兩種,不同顏色的砒石製得不同顏色的砒霜。

第二步,【冶煉】獲得砒霜,也就是三氧化二砷

最老的方式:燒制砒石時,先在地下挖一土窯,將砒石放入土窯內。土窯上部砌出彎曲的煙囪,煙囪出口倒扣鐵鍋。引火燒柴後,煙氣通過煙囪燻貼於鐵鍋內壁,待其積結至一定厚度後熄火。待煙氣冷卻再次加熱,反覆幾次後鍋壁會結滿幾層,將鐵鍋取下打碎,就可以得到砒霜。現在已經能夠工業化生產了,原理也是一樣,就是氧化反應製得三氧化二砷,及砒霜。

第三步【還原】制的單質砷

碳氣還原法:將砒霜(也就是三氧化二砷)經過一定溫度加熱氣化,通過經處理後的木炭反應器,砒霜就還原成單質砷而被沉積,再經蒸餾,製得砷成品,主要是工業用途的。

第四步【氯化】制的三氯化砷

在反應爐中裝入單質砷,在一定條件下,通入氯氣,反應製得三氯化砷。此時製得的三氯化砷純度並不是很高,不能滿足半導體需要。

第五步【精餾提純】製得高純度三氯化砷

氯化獲得的三氯化砷並不能滿足高純的要求,其含有大量的有害氯化物,必須經過精餾提純將其分離,得到高純度的三氯化砷。

第六步【還原】製得半導體級的高純砷

將提純後的高純度三氯化砷,與高純氫氣按一定的配比等條件下,還原得到高純級的單質砷,可用在半導體上。

第七步【化合】制的砷化鎵半導體材料

將高純的砷和高純的鎵混合,在一定條件下生成砷化鎵,但這時的砷化鎵不是單晶結構,也不是半導體需要的。

第八步【拉晶】制的半導體砷化鎵單晶

將合成的砷化鎵裝入單晶爐,在一定條件下拉製成半導體單晶。

第九步【切片】制的半導體晶圓片

將砷化鎵單晶在進行滾磨、切片、拋光等加工成砷化鎵單晶片。

第十步【半導體晶片製備】

單晶片就能夠像其他半導體單晶材料一樣,製作成半導體晶片。

【應用】

砷化鎵是一種重要的半導體材料。屬Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體。由於其有特殊的晶格結構,高熔點,寬的禁帶寬度。砷化鎵於1964年進入實用階段,現在已經大規模應用於高端半導體領域。砷化鎵可以製成電阻率比矽、鍺高數個數量級以上的半絕緣高阻材料,用來製作集成電路襯底、紅外探測器、γ光子探測器等。由於其電子遷移率比矽大5~6倍,故在製作微波器件和高速數字電路方面得到重要應用。用砷化鎵製成的半導體器件具有高頻、高溫、低溫性能好、噪聲小、抗輻射能力強等優點。

砷化鎵具有優很多越的性能,但單質砷和鎵的提純工藝複雜,技術含量高,並且砷化鎵在高溫下分解,故要生產理想化學配比的高純的單晶材料,技術上要求很高。

從上已經看到,砒霜怎麼就成為了半導體材料了吧。

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