超纯金属,指的化学杂质和物理杂质 (晶体缺陷) 含量的金属。目前主要以化学杂质的含量为标准,常以杂质在金属中总含 量的百万分之几表示 。超纯金属是相对高纯度的金属,一般指金属纯度达到纯度9以上的金属,物理杂质的概念才是有意义的。
材料的纯度对其性能,特别是微电子学、光电子学性能影响很大,现代高技术产业要求制备出超纯金属以利于制作器件。
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还原)、升华、溶剂萃取等和物理提纯法如区熔提纯等(见硅、锗、铝、铟)。其中以区熔提纯或区熔提纯与其他方法相 结合有效。
由于容器与药剂中杂质的污染,使得到的金属纯度受到一定的限制,只有用化学方法将金属提纯到一定纯度之后,再用物理方法如区熔提纯,才能将金属纯度提到一个新的高度。制备化合物半导体的金属如铟、磷,可利用氯化物精馏氢还原、电解精炼、区熔及拉晶提纯等方法制备超纯金属,总金属杂质含量为0。可以用半导体材料锗及超纯金属铝为例说明典型的超纯金属制备及检测的原理(见区域熔炼)。
根据电解质的种类可分为氯化物熔盐体系和氟化物-氧化物熔盐体系电解法,多用于制取以镧为主的混合稀土金属以及镧、镨、钕等单一稀土金属。铜互连的阻挡层用靶材包括Ta、W、TaSi、WSi等.但是Ta、W都是难熔金属.制作相对困难,如今正在研究钼、铬等的台金作为替代材料。熔盐电解法为连续性生产过程,产量较大,设备简单,成本较低,但电解槽需用耐高温氯化物或氟化物腐蚀的结构材料制造。
还原制得含稀土99%的稀土金属经真空精炼(包括真空蒸馏或升华)、电传输、区域熔炼、熔盐电解精炼等方法处理除去非稀土杂质后,可获得纯度超过99.9%的稀土金属产品。
稀土矿冶炼方法有两种,即湿法冶金和火法冶金。
湿法冶金属化工冶金方式,全流程大多处于溶液、溶剂之中,如稀土精矿的分解、稀土氧化物、稀土化合物、单一稀土金属的分离和提取过程就是采用沉淀、结晶、氧化还原、溶剂萃取、离子交换等化学分离工艺过程。热压法:ITO靶材的热压制作过程是在石墨或氧化铝制的模具内充填入适当粉末以后,以100kgf/cm2~1000kgf/cm2的压力单轴向加压,同时以1000℃~1600℃进行烧结。现应用较普遍的是溶剂萃取法,它是工业分离高纯单一稀土元素的通用工艺。湿法冶金流程复杂,产品纯度高,该法生产成品应用面广阔。
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