二砷化三鋅的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及材料制備技術領域，尤其涉及一種二砷化三鋅的制備方法。
【背景技術】
[0002] 二砷化三鋅為灰色結晶，常用作光譜分析試劑和制備電子組件的原料，也是一種 新型半導體材料。在半導體材料工業中二砷化三鋅也可用做由外延法、氣相化學沉積等方 法制備的砷化鎵、砷化銦、砷磷化鎵、砷磷化銦等半導體材料的原料或者砷源，其用途日益 廣泛。
[0003]目前制備二砷化三鋅的方法主要采用氣相合成或者真空揮發合成后再真空蒸餾 分離提純，存在反應速度慢、設備投資大、合成規模小、工藝較繁雜等問題。且由于砷在 613°C即開始升華，其蒸氣壓隨溫度的升高而急劇增大，存在爆管等安全隱患，所以目前很 多制備方法都采用在較低溫度下合成初級二砷化三鋅，但是低溫下的反應不充分，合成料 里存在大量游離的砷、鋅以及二砷化鋅。
【發明內容】
[0004] 鑒于【背景技術】中存在的問題，本發明的目的在于提供一種二砷化三鋅的制備方 法，其能夠使得制備過程中的合成反應速度提高、能夠很好地控制合成過程中的砷蒸氣壓 且使反應完全充分，從而獲得高純的二砷化三鋅。
[0005] 為了實現上述目的，本發明提供了一種二砷化三鋅的制備方法，其包括步驟：（1) 按二砷化三鋅中砷與鋅的摩爾配比稱取對應重量的高純砷顆粒以及高純鋅錠，將稱得的高 純砷顆粒均勻地鋪灑在一坩堝舟內，之后將高純鋅錠覆蓋在高純砷顆粒上，然后將坩堝舟 水平放入平口石英管內；（2)利用真空機組將裝有高純砷顆粒和高純鋅錠的平口石英管抽 真空至KT 2Pa以下，然后利用氫氧火焰對平口石英管口進行高溫密封；（3)將密封后的平口 石英管放入水平合成爐內，以8~15°C /min的升溫速率升溫至470~550°C并保溫90~ 150min，之后以5~7°C /min的升溫速率升溫至780~850°C并保溫60~120min，然后以 6~8. 5°C /min的升溫速率升溫至1050~1150°C并保溫15~60min，隨后停止加熱并使 水平合成爐自然降溫；（4)待水平合成爐降至常溫后，取出并敲開平口石英管，即得到高純 的二砷化三鋅結晶體。
[0006] 本發明的有益效果為：
[0007] 本發明的二砷化三鋅的制備方法提升了合成過程的反應速度，能夠很好地控制合 成過程中的砷蒸氣壓，使反應完全充分。
[0008] 本發明的二砷化三鋅的制備方法的設備投資低，反應條件易控、簡單、安全，產品 合成規模可大可小，制備成本低。
【具體實施方式】
[0009] 下面詳細說明根據本發明的二砷化三鋅的制備方法及其實施例以及檢測過程及 檢測結果。
[0010] 首先說明根據本發明的二砷化三鋅的制備方法，包括步驟：（1)按二砷化三鋅中 砷與鋅的摩爾配比稱取對應重量的高純砷顆粒以及高純鋅錠，將稱得的高純砷顆粒均勻地 鋪灑在一坩堝舟內，之后將高純鋅錠覆蓋在高純砷顆粒上，然后將坩堝舟水平放入平口石 英管內；（2)利用真空機組將裝有高純砷顆粒和高純鋅錠的平口石英管抽真空至KT 2Pa以 下，然后利用氫氧火焰對平口石英管口進行高溫密封；（3)將密封后的平口石英管放入水 平合成爐內，以8~15°C /min的升溫速率升溫至470~550°C并保溫90~150min，之后以 5~7°C /min的升溫速率升溫至780~850°C并保溫60~120min，然后以6~8. 5°C /min 的升溫速率升溫至1050~1150°C并保溫15~60min，隨后停止加熱并使水平合成爐自然 降溫；（4)待水平合成爐降至常溫后，取出并敲開平口石英管，即得到高純的二砷化三鋅結 晶體。
[0011] 在根據本發明所述的二砷化三鋅的制備方法中，在步驟（1)中，鋅錠覆蓋在高純砷 顆粒上方是為了使熔點較低的高純鋅錠在較低溫度時完全熔融并將底部固態的高純砷顆 粒全部包裹住，使得熔融的高純鋅錠與固態的高純砷顆粒充分接觸并反應(提升了合成過 程的反應速度，使反應完全充分)，同時大大減少砷的揮發，從而能夠很好地控制合成過程 中的砷蒸氣壓，提高所獲得的二砷化三鋅的純度。
[0012] 在根據本發明所述的二砷化三鋅的制備方法中，在步驟（1)中，覆蓋在高純砷顆粒 上的高純鋅錠的準備過程為：（a)將裝有高純鋅的另一坩堝舟置于磨頭石英管內并向磨頭 石英管內充入保護氣體，再將磨頭石英管水平放入水平加熱爐內，之后將水平加熱爐加熱 升溫至455~550°C并保溫30~60min，隨后關閉水平加熱爐使該坩堝舟內的高純鋅隨爐 冷卻至室溫形成高純鋅錠；（b)打開磨頭石英管并取出已冷卻的高純鋅錠用稀鹽酸浸泡一 段時間，并在用去離子水沖洗干凈后真空烘干，稱取高純鋅錠的重量。
[0013] 在根據本發明所述的二砷化三鋅的制備方法中，在步驟（a)中，高純鋅的純度可為 5N及以上，高純鋅錠的純度可為5~6N。
[0014] 在根據本發明所述的二砷化三鋅的制備方法中，在步驟（a)中，保護氣體可為氮氣 或惰性氣體。
[0015] 在根據本發明所述的二砷化三鋅的制備方法中，在步驟（a)中，坩堝舟可為4N及 以上的商純石墨纟甘禍舟或者氧化錯纟甘禍舟。
[0016] 在根據本發明所述的二砷化三鋅的制備方法中，在步驟（b)中，稀鹽酸的濃度可為 10%。
[0017] 在根據本發明所述的二砷化三鋅的制備方法中，在步驟（b)中，高純鋅錠在稀鹽酸 中浸泡的時間可為2~5min。
[0018] 在根據本發明所述的二砷化三鋅的制備方法中，在步驟（1)中，坩堝舟可為4N及 以上的商純石墨纟甘禍舟或者氧化錯纟甘禍舟。
[0019] 在根據本發明所述的二砷化三鋅的制備方法中，在步驟（1)中，高純砷顆粒的純度 可為5N及以上。
[0020] 在根據本發明所述的二砷化三鋅的制備方法中，在步驟（1)中，高純砷顆粒的顆粒 度可為0? 5~5臟。
[0021] 在根據本發明所述的二砷化三鋅的制備方法中，在步驟（2)中，真空度可為 1.0 XKT3 ~9Xl(T3Pa。
[0022] 其次說明根據本發明的二砷化三鋅的制備方法的實施例。
[0023] 實施例1
[0024] (1)將長30cm、裝有5N高純鋅的高純石墨坩堝舟置于磨頭石英管內并向磨頭石英 管內通氮氣保護，再將磨頭石英管水平放入水平加熱爐內，之后水平加熱爐升溫至455°C， 恒溫60min，待高純鋅全部熔融后關閉水平加熱爐使高純石墨坩堝舟內的高純鋅隨爐冷卻 至室溫形成高純鋅錠；
[0025] (2)打開磨頭石英管取出高純鋅錠，用稀鹽酸浸泡2min處理表面的氧化膜，再用 去離子水沖洗干凈并真空烘干，稱得處理后的高純鋅錠的重量為453. 6g ;
[0026] (3)根據砷和鋅摩爾比2:3計算并稱取對應重量的5N高純、顆粒度為0. 5mm的砷 顆粒346. 6g，將稱取好的高純砷顆粒均勻地平鋪在高純石墨坩堝舟底部，之后將高純鋅錠 直接覆蓋在高純砷顆粒上方，然后將高純石墨坩堝舟水平放入平口石英管內；
[0027] (4)利用真空機組將裝有高純砷顆粒和高純鋅錠的平口石英管抽真空至 7. 3X KT3Pa,然后利用氫氧火焰對平口石英管口進行高溫密封；
[0028] (5)將封管后的平口石英管放入恒溫區長度在80cm的水平合成爐內，通過程序控 制升溫加熱過程，以8°C /min的速率快速升溫至470°C，恒溫150min，然后以TC /min的速 率升溫至8501：，恒溫601^11，隨后以7.51：/1^11的速度升溫至11001：，恒溫301^11，之后關 閉加熱，使水平合成爐自然降溫；
[0029] (6)待水平合成爐降至常溫后，取出并敲開平口石英管，即得到高純石墨坩堝舟內 反應完全、均勻、無分層、無雜相的高質量、高純5N二砷化三鋅796. 5g，產品得率為99. 5%。
[0030] 實施例2
[0031] (1)將長45cm、裝有6N高純鋅的高純氧化鋯坩堝舟置于磨頭石英管內并向磨頭 石英管