Анотація до роботи:

Мазницька О.В. Удосконалення технології отримання металічного арсену зі зниженим вмістом кисню для виробництва монокристалів GaAs. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 – Технологія, обладнання та виробництво електронної техніки. – Кременчуцький університет економіки, інформаційних технологій і управління, Кременчук, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню проблеми отримання арсену високої чистоти з мінімальним вмістом домішки кисню для виробництва напівпровідників. Встановлено, що в промисловій технології одержання металічного арсену, яка включає хлорування As₂O₃ водним розчином HCl з одержанням AsCl₃, ректифікаційне очищення AsCl₃ і його подальше відновлення, основним джерелом надходження кисню в кінцевий продукт є продукти гідролізу AsCl₃ (оксихлориди). Для пригнічення гідролізу в куб ректифікаційної колони запропоновано подавати газоподібний HCl.

Розроблено метод і апаратуру для видалення домішки кисню з AsCl₃, а також кварцовий реактор для відновлення AsCl₃ воднем за оптимальних умов (надлишок водню, температура).

У роботі на основі експериментальних даних визначені оптимальні значення технологічних параметрів ректифікаційного очищення AsCl₃ від домішки кисню в атмосфері хлороводню і його відновлення в потоці водню. Розроблено промислову безперервно діючу і повністю автоматизовану апаратурну схему ректифікаційного очищення AsCl₃.

Одержано металічний арсен якості, що відповідає марці 7N. Вирощені монокристали GaAs мають високі електрофізичні параметри (для нелегованих зразків n = 410¹⁴, рухливість = 8,0310³ см²/Вс; для компенсованих зразків питомий опір = 1,2110⁸ Ом/см, = 6,10810³ см²/Вс).

У дисертаційній роботі удосконалено промислову технологію очищення AsCl₃ і його відновлення для отримання металічного арсену зі зниженим вмістом кисню.

1. Вивчено поведінку AsCl₃ у солянокислих розчинах. Встановлено, що AsCl₃ у солянокислих розчинах може перебувати у вигляді AsCl₃ і частково гідролізованих кисневмісних сполук As(ОН)Cl₂ і As(ОН)₂Cl, а також у вигляді арсенітної кислоти. Розроблено фазову діаграму для чотирьохкомпонентної системи As₂О₃–HCl–AsCl₃–H₂O.

2. Запропоновано рівняння рівноваги при дистиляції суміші, що утворилася в результаті взаємодії As₂О₃ з хлоридною кислотою. Розроблено методику для визначення коефіцієнта відносної леткості AsCl₃ у хлоридній кислоті, на основі якої досліджено залежність від концентрації AsCl₃ у солянокислому розчині. Знайдено, що він змінюється від 2,73 до 2,2 при зміні концентрації AsCl₃ у кубі від 3,8 до 15,4 %. Досліджено розчинність AsCl₃ у хлоридній кислоті і встановлено, що зі збільшенням концентрації HCl у воді розчинність AsCl₃ різко падає.

3. Запропоновано модель, що описує швидкість гомогенних реакцій в потоці з використанням диференціальних рівнянь.

4. Розроблено кварцовий реактор, що дозволив вивчити процес відновлення AsCl₃ воднем. У ході відновлення металічний арсен виходить у вигляді молекул As₄. Встановлено, що при відновленні AsCl₃ у потоці водню перевищення останнього над стехіометричною кількістю повинне перебувати в межах від 2 до 3. При розрахунку питомої потужності установки відновлення розміри зони відновлення повинні бути такими, щоб забезпечити час знаходження суміші при необхідній температурі не менше 40 с. Температура в зоні відновлення повинна складати 750 С. Конструкція апарату в зоні відновлення забезпечує ефективне перемішування суміші, для чого в реакторі встановлено перегородки, в перетині яких число Рейнольдса забезпечується не менше 50.

5. Досліджено системи, які утворюються AsCl₃ з SO₂Cl₂; PSCl₃; PSCl₅; РОСl₃ і SOCl₂, що дало надійні дані про фазову рівновагу в системах для практичного вивчення і розрахунку ректифікаційного очищення AsCl₃.

6. Розраховано і розроблено колонний реактор для отримання AsCl₃ з додатковою подачею газоподібного НCl в куб ректифікаційної колони, розроблено триступінчату установку для очищення AsCl₃.

7. Розроблено промислову безперервно діючу і повністю автоматизовану апаратурну схему ректифікаційного очищення AsCl₃.

8. Отримано AsCl₃ і металічний арсен, що відповідає марці 7N, для виробництва GaAs з високими електрофізичними параметрами (для нелегованих зразків кількість носіїв заряду n = 410¹⁴, рухливість = 8,0310³ см²/Вс; для компенсованих зразків питомий опір = 1,2110⁸ Ом/см, = 6,10810³ см²/Вс), що пов’язано зі зниженням концентрації в ньому кисню.

Публікації автора:

1. О.В. Мазницкая, О.В. Новохотько, В.И. Орел, А.П. Оксанич. Загрязнение примесями кислорода мышьяка при его получении из AsCl₃. // Нові технології. Науковий вісник КУЕІТУ. – 2006. – № 2 (12). – С. 33 – 35.

2. О.В. Мазницька, А.П. Оксанич, О.Ф. Оніпко, В.І. Орел. Попередня ректифікація арсен(ІІІ) хлориду. // Складні системи і процеси. Науковий журнал. – 2006. – № 1. – С. 47-51.

3. О.В. Мазницька. Відновлення AsCl₃ до металічного арсену в потоці. // Нові технології. Науковий вісник КУЕІТУ. – 2007. – № 1-2 (15-16).– С. 59 – 64.

4. О.В. Мазницкая, В.И. Орел. Использование сульфидных соединений в технологии производства мышьяка. // Нові технології. Науковий вісник ІЕНТ. – 2005. – № 4 (10). – С. 156 – 159.

5. Мазницкая О.В., Оксанич А.П., Орел В.И. Особенности ректификационной очистки AsCl₃. // Інтегровані технології та енергозбереження. Щоквартальний науково-практичний журнал. – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2007. – №2. – с. 121 – 124.

6. Глушков Є.О., Мазницька О.В., Оксанич А.П., Орел В.І. Електричні властивості епітаксіальних шарів GaAs, отриманих за низької температури в системі Ga – AsCl₃ – H₂. // Нові технології. Науковий вісник КУЕІТУ. – 2007. – № 3 (13). – С. 3 – 6.

7. О.В. Мазницкая, О.В. Новохатько, В.И. Орел. Загрязнение кислородом мышьяка, получаемого из его триоксида. // Тези доповідей на другій науково-технічній конференції з міжнародною участю “МЕТІТ-2”, 17-19 травня 2006 р., Кременчук, Україна. – С. 177 – 178.

8. Мазницька О.В., Оксанич А.П., Орел В.І. Ректифікаційне очищення AsCl₃ від домішки Оксигену. // Тези доповідей на третій науковій конференції з фізики напівпровідників “УНКФН-3”, 17-22 червня 2007 р., Одеса, Україна. – С. 406.