Seleenin, tärkeänä puolijohdemateriaalina ja teollisuuden raaka-aineena, suorituskykyyn vaikuttaa suoraan sen puhtaus. Tyhjiötislauspuhdistusprosessissa happiepäpuhtaudet ovat yksi tärkeimmistä seleenin puhtauteen vaikuttavista tekijöistä. Tässä artikkelissa käsitellään yksityiskohtaisesti erilaisia ​​menetelmiä ja tekniikoita happipitoisuuden vähentämiseksi seleenin puhdistuksessa tyhjötislauksella.

I. Happipitoisuuden vähentäminen raaka-aineen esikäsittelyvaiheessa

1. Raaka-aineiden alustava puhdistus

Raakaseleeni sisältää tyypillisesti erilaisia ​​epäpuhtauksia, mukaan lukien oksideja. Ennen tyhjötislausjärjestelmään pääsyä tulisi käyttää kemiallisia puhdistusmenetelmiä pintaoksidien poistamiseksi. Yleisesti käytettyjä puhdistusliuoksia ovat:

• Laimennettu suolahappoliuos (5–10 % pitoisuus): Liuottaa tehokkaasti oksideja, kuten SeO₂:ta
• Etanoli tai asetoni: Käytetään orgaanisten epäpuhtauksien poistamiseen
• Deionisoitu vesi: Useita huuhteluita jäännöshapon poistamiseksi

Puhdistuksen jälkeen kuivaus tulee suorittaa inertin kaasun (esim. Ar tai N₂) alla uudelleenhapettumisen estämiseksi.

2. Raaka-aineiden esipelkistyskäsittely

Raaka-aineen pelkistyskäsittely ennen tyhjötislausta voi vähentää merkittävästi happipitoisuutta:

• Vedyn pelkistys: Syötä erittäin puhdasta vetyä (puhtaus ≥99,999 %) 200–300 °C:ssa SeO₂:n pelkistämiseksi alkuaineseleeniksi
• Karboterminen pelkistys: Sekoita seleeniraaka-aine erittäin puhtaaseen hiilijauheeseen ja kuumenna 400–500 °C:seen tyhjiössä tai inertissä ilmakehässä, jolloin reaktio C + SeO₂ → Se + CO₂ käynnistyy.
• Sulfidien pelkistys: Kaasut, kuten H₂S, voivat pelkistää seleenioksideja suhteellisen matalissa lämpötiloissa

II. Tyhjiötislausjärjestelmän suunnittelu ja toiminnan optimointi

1. Tyhjiöjärjestelmän valinta ja konfigurointi

Korkeavakuumiympäristö on kriittinen happipitoisuuden vähentämiseksi:

• Käytä diffuusiopumpun ja mekaanisen pumpun yhdistelmää, jonka lopullinen tyhjiö on vähintään 10⁻⁴ Pa.
• Järjestelmä tulisi varustaa kylmäloukulla öljyhöyryn takaisindiffuusion estämiseksi.
• Kaikissa liitoksissa tulee käyttää metallitiivisteitä, jotta vältetään kaasun vuotaminen kumitiivisteistä.
• Järjestelmän tulisi käydä läpi riittävä paistovaiheen kaasunpoisto (200–250 °C, 12–24 tuntia)

2. Tislauslämpötilan ja -paineen tarkka säätö

Optimaaliset prosessiparametriyhdistelmät:

• Tislauslämpötila: Säädetään 220–280 °C:n välillä (seleenin kiehumispisteen 685 °C alapuolella)
• Järjestelmän paine: Pidetään 1–10 Pa:n välillä
• Lämmitysnopeus: 5–10 °C/min voimakkaan haihtumisen ja sekoittumisen välttämiseksi
• Kondensaatiovyöhykkeen lämpötila: Pidetään 50–80 °C:ssa seleenin täydellisen kondensoitumisen varmistamiseksi

3. Monivaiheinen tislaustekniikka

Monivaiheinen tislaus voi vähentää happipitoisuutta asteittain:

• Ensimmäinen vaihe: Karkea tislaus useimpien haihtuvien epäpuhtauksien poistamiseksi
• Toinen vaihe: Tarkka lämpötilan säätö pääfraktion keräämiseksi
• Kolmas vaihe: Alhaisen lämpötilan ja hidas tislaus erittäin puhtaan tuotteen saamiseksi
  Jakokondensaation vaiheiden välillä voidaan käyttää eri kondensaatiolämpötiloja.

III. Apuprosessitoimenpiteet

1. Inerttikaasusuojaustekniikka

Vaikka toiminta tapahtuu tyhjiössä, erittäin puhtaan inertin kaasun asianmukainen syöttö auttaa vähentämään happipitoisuutta:

• Tyhjennyksen jälkeen täytä järjestelmä erittäin puhtaalla argonilla (puhtaus ≥99,9995 %) 1000 Pa:n paineeseen.
• Käytä dynaamista kaasunvirtaussuojausta syöttämällä jatkuvasti pieni määrä argonia (10–20 sccm)
• Asenna kaasun sisääntuloihin tehokkaat kaasunpuhdistimet jäännöshapen ja kosteuden poistamiseksi

2. Hapensieppaajien lisääminen

Sopivien hapensieppaajien lisääminen raaka-aineeseen voi tehokkaasti vähentää happipitoisuutta:

• Magnesiummetalli: Vahva affiniteetti happeen, muodostaen MgO:ta
• Alumiinijauhe: Voi poistaa samanaikaisesti happea ja rikkiä
• Harvinaiset maametallit: Kuten Y, La jne., joilla on erinomaiset hapenpoistoominaisuudet
  Hapensiepparin määrä on tyypillisesti 0,1–0,5 painoprosenttia raaka-aineesta; liiallinen määrä voi vaikuttaa seleenin puhtauteen.

3. Sulasuodatustekniikka

Sulan seleenin suodattaminen ennen tislausta:

• Käytä kvartsi- tai keraamisia suodattimia, joiden huokoskoko on 1–5 μm
• Säädä suodatuslämpötilaa 220–250 °C:ssa
• Voi poistaa kiinteitä oksidihiukkasia
• Suodattimet tulee esikaasuttaa korkeassa tyhjiössä

IV. Jälkikäsittely ja varastointi

1. Tuotteiden nouto ja käsittely

• Lauhdutinkeräimen tulisi olla irrotettava rakenne, jotta materiaalin kerääminen inertissä ympäristössä on helppoa.
• Kerätyt seleeniharkot tulee pakata argon-käsinekaappiin.
• Pinnan etsaus voidaan suorittaa tarvittaessa mahdollisten oksidikerrosten poistamiseksi

2. Varastointiolosuhteiden valvonta

• Säilytysympäristön tulee olla kuiva (kastepiste ≤ -60 °C)
• Käytä kaksikerroksista suljettua pakkausta, joka on täytetty erittäin puhtaalla inertillä kaasulla
• Suositeltu säilytyslämpötila alle 20 °C
• Vältä valolle altistamista fotokatalyyttisten hapettumisreaktioiden estämiseksi

V. Laadunvalvonta ja testaus

1. Verkkoseurantateknologia

• Asenna jäännöskaasuanalysaattorit (RGA) hapen osapaineen seuraamiseksi reaaliajassa
• Käytä happiantureita suojakaasujen happipitoisuuden hallintaan
• Käytä infrapunaspektroskopiaa Se-O-sidosten tyypillisten absorptiopiikkien tunnistamiseen

2. Valmiin tuotteen analyysi

• Käytä inertin kaasun fuusio-infrapuna-absorptiomenetelmää happipitoisuuden määrittämiseen
• Toissijainen ionimassaspektrometria (SIMS) happijakauman analysoimiseksi
• Röntgenfotoelektronispektroskopia (XPS) pinnan kemiallisten tilojen havaitsemiseksi

Edellä kuvattujen kattavien toimenpiteiden avulla seleenin tyhjötislauspuhdistuksen aikana happipitoisuutta voidaan pitää alle 1 ppm:n, mikä täyttää korkean puhtauden seleenisovellusten vaatimukset. Todellisessa tuotannossa prosessiparametrit tulisi optimoida laitteiston olosuhteiden ja tuotevaatimusten perusteella ja olisi luotava tiukka laadunvalvontajärjestelmä.