Галлий в слитках 6N: высокочистый металл для эпитаксии и полупроводниковых соединений
Галлий в слитках 6N — это металл чистотой 99,9999 % (шесть девяток), получаемый методами зонной плавки и направленной кристаллизации. Содержание лимитируемых примесей (Si, Fe, Cu, Pb, Zn, Sn, Mg) в сумме не превышает 1 ppm. Такой уровень чистоты обеспечивает воспроизводимость параметров эпитаксиальных слоёв и исключает неконтролируемое легирование при синтезе полупроводниковых соединений.
Металл отличается низкой температурой плавления — 29,76 C — и сохраняет жидкое состояние в широком интервале, что позволяет применять его в качестве жидкометаллического теплоносителя и контактной среды. Температура кипения — около 2204 C. Плотность твёрдой фазы — 5,91 г/см, жидкой — 6,09 г/см. Удельное электрическое сопротивление расплава — порядка 25,8 10 Омсм.
Технические характеристики слитков 6N
| Параметр | Значение | Метод контроля | Условие | Единица |
|---|---|---|---|---|
| Чистота | 99,9999 | ICP-MS | по сумме примесей | % |
| Сумма примесей | 1 | GDMS | Si, Fe, Cu, Pb, Zn | ppm |
| Температура плавления | 29,76 | ДСК | атмосферное давление | C |
| Плотность (тв.) | 5,91 | пикнометрия | 25 C | г/см |
| Масса слитка | 0,5–5,0 | весовой | по заказу | кг |
Применение галлия 6N
- Синтез арсенида галлия (GaAs) и нитрида галлия (GaN) методом HVPE и MOCVD для СВЧ-транзисторов и светодиодных гетероструктур.
- Производство полупроводниковых пластин диаметром 100–150 мм для мощных приборов и фотоприёмников.
- Изготовление мишеней для магнетронного напыления в установках вакуумного осаждения.
- Легирование германиевых и кремниевых монокристаллов в процессах Чохральского и зонной плавки.
- Жидкометаллические контакты в рентгеновских детекторах и системах охлаждения высокопольных магнитов.
- Сырьё для получения триметилгаллия (TMG) и триэтилгаллия (TEG) в эпитаксиальных реакторах.
Условия поставки и хранения
Слитки 6N поставляются в запаянных полиэтиленовых пакетах или ампулах под слоем инертного газа (аргон, азот) для предотвращения окисления поверхности. Температура хранения — от –20 C до +25 C. При нагреве выше 29,76 C металл переходит в жидкое состояние, что требует применения фторопластовой или кварцевой тары. Транспортировка осуществляется в герметичных контейнерах, исключающих контакт с влагой и кислородом воздуха.
Для аналитического контроля партии применяют масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) и масс-спектрометрию тлеющего разряда (GDMS). Протокол анализа прилагается к каждой партии. Содержание ртути, кадмия и свинца контролируется отдельно в связи с требованиями к полупроводниковым материалам.
Вопросы и ответы
Чем галлий 6N отличается от 7N?
Галлий 7N имеет чистоту 99,99999 % и сумму примесей 0,1 ppm. Марка 6N содержит до 1 ppm примесей, что достаточно для большинства эпитаксиальных процессов, но уступает 7N по воспроизводимости при выращивании квантовых ям.
При какой температуре слиток галлия 6N становится жидким?
Температура плавления — 29,76 C. При комнатной температуре металл может находиться в переохлаждённом состоянии, поэтому перед использованием слиток нагревают до 35–40 C в инертной среде.
Какие примеси лимитируются в галлии 6N?
Контролируются Si, Fe, Cu, Pb, Zn, Sn, Mg, Hg, Cd. Суммарное содержание не превышает 1 ppm. Каждая партия сопровождается протоколом ICP-MS или GDMS.
Можно ли использовать галлий 6N для синтеза GaN?
Да, марка 6N применяется в MOCVD и HVPE для получения нитрида галлия. Для сверхвысокочастотных приборов и лазеров иногда требуется 7N для снижения фонового легирования.
