Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Перевод вещества из класса «химически чистых» в класс «особо чистых» осуществляется только в том случае, если содержание примесей становится настолько незначительным, что их коэффициенты активности перестают изменяться при дальнейшем уменьшении концентрации микрокомпонентов.
Класс «чистых веществ» отвечает такому содержанию примесей, при котором коэффициент активности основного компонента подчиняется зависимости lg у1 » k$,\, где &0 и я = const [5], а допустимое содержание каждой примеси не превышает значения *2~0,01. Эта предельная величина выбрана на основе изучения функций y\=f(x2) и y2=f(x2) таких систем, как КОН(х2)—Н20; HC1(*2) — Н20, NaCl(x2)—Н20; резорцин (х2)~ этанол (xi) и других [5]. В такого рода системах при х2 > 0,01 функции Yi=f(x2) и y2=f(x2) проходят через экстремум и при дальнейшем увеличении концентрации примесей пересекают линию yi = 1,000. Аномальный ход изменения коэффициентов активности свидетельствует о значительном загрязнении вещества. Для «чистых» жидких веществ, в которых примеси электролитов могут диссоциировать на ионы, справедливым оказывается и уравнение Дебая — Хюккеля
* По словам Пруста (1806 г.): «Свойства вещества не зависят от его происхождения и предыдущей обработки».
18
где А = сопз1; у±—коэффициент активности примеси электролита; / — ионная сила раствора.
Нарушение такой линейной зависимости свидетельствует о значительной концентрации примесей.
Таким образом, рациональная система классификации веществ по их чистоте должна включать только три класса: «чистый», «химически чистый» и «особо чистый». Степень чистоты вещества, известная под названием «чистый для анализа», является излишней.
ХИМИЧЕСКИЕ И „ФИЗИЧЕСКИЕ" ПРИМЕСИ
Понятие «химическая примесь» объединяет поверхностно^адсорбированные инородные вещества, избыток или недостаток
а б 6
Рис. 2. Схема внедрения примесных атомов в кристаллическую решетку:
а —два иоиа замещены двумя ионами Си+; компенсация зарядов происходит за счет отсутствия одного иоиа Б2-; б —один иои гп2+ замещен одним ионом Си+; компенсация зарядов происходит за счет замещения одного иоиа Б2- одним ионом С1~; в—нейтральный атом меди в междоузлии (твердый раствор внедрения или твердый раствор второго рода).
одного из компонентов основного вещества, замену в кристаллической решетке атома или иона основного вещества другими элементами (примеси замещения), посторонние атомы, ионы или молекулы, находящиеся внутри ячеек кристаллической решетки (рис. 2) или между ними (примеси внедрения), другие модификации и изотопы основного вещества.
При оценке качества особо чистого вещества правильнее говорить не о примеси, а о микропримеси, чтобы подчеркнуть специфические особенности ее поведения, определяемого указанными выше соотношениями.
2*
19
В полупроводниковой технике и квантовой электронике, использующей особо чистые вещества в виде монокристаллов, наряду с химическими микропримесями, не меньшее значение имеют и «физические примеси» [8—14], как иногда называют различные структурные дефекты кристаллической решетки. Последние оказывают на полупроводниковые и другие свойства вещества почти такое же влияние, как химические микропримеси.
Практически монокристаллы особо чистого вещества никогда не имеют идеальной кристаллической решетки. В реальной решетке всегда можно обнаружить то или иное количество так
называемых дефектов структуры, вызываемых часто тепловым движением атомов. К числу таких дефектов структуры относятся
@8©@©чо ®о©@©
©@©о©
Рис. 3. Схема дефектов кристаллической решетки А?Вг по Я. И. Френкелю [10, 13].
©@©@©
Рис. 4. Схема дефектов кристаллической решетки ЫаС1 по В. Шоттки [10, 13]. Вакансии в катион-ных и анионных узлах решетки образуются в одинаковом количестве.
и пустые, не занятые атомами, узлы решетки (вакансии) и так называемые межузельные атомы, расположенные где-то между элементами нормальной решетки, а также сдвиги и смещения, возникающие при определенных условиях роста монокристалла. В двойных соединениях со строго стехиометрическим составом различают два вида дефектов решетки: по Френкелю (рис.3),— когда небольшая часть атомов или ионов в силу ряда причин размещается в междоузлиях, оставляя свободными узлы решетки, при этом количество вакансий и частиц в междоузлиях одинаково и по Шоттки (рис. 4), — когда в структуре имеется одинаковое количество вакансии первого и второго компонентов.
Вследствие неравномерного роста кристалла его плоскости кристаллизации не располагаются строго закономерно, более того, внутри кристалла иногда возникают новые центры кри-
20
сталлизации, дающие начало новым плоскостям. Подобная дезориентация одних плоскостей кристаллизации по отношению к другим носит название дислокации. На линиях дислокаций возможно скапливание микропримесей (рис. 5) и при достаточно большой концентрации дислокаций, образовавшихся в кристаллах при их росте и старении, можно говорить о дислокационном захвате микропримеси [15]. Помимо этого, с увеличением плотности дислокаций ухудшаются электрофизические параметры полупроводниковых материалов из-за рассеивания и рекомбинации * на дислокациях электронов и «дырок» ** [Ю, П].
