本发明涉及高纯磷化锌的制备方法。
背景技术：
高纯磷化锌是一种II—V族半导体材料，禁带宽度1.5ev。近年来磷化锌材料正受人们高度关注，同时砷化镓、磷化铟等化合物半导体是现代无线通信、光通信领域中不可或缺的半导体材料。而磷化铟等器件工艺中，往往采用高纯度的磷化锌作为扩散源。磷化锌是当前各国正积极投入应用研究的半导体材料之一，包括在太阳能电池、单维纳米器件上的应用研究，因此随着其应用领域的不断扩大，对磷化锌材料的需求也将会大量增加，发展前景乐观。现有技术有两种技术方案：一种是燃烧法，另一种是ZnP2真空热分解法，所述两种方案主要存在的缺点：1.对原料形态要求较高。2.反应不完全，合成率较低。3.设备比较复杂，投资成本高。4.产物达不到高纯要求。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决上述背景技术中所提到的问题，提供了高纯磷化锌的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高纯磷化锌的制备方法，包括如下步骤：
a、在清洁的石英管内采用热解反应沉积碳膜；
b、取摩尔比为4:3的锌和磷放入步骤a处理后的石英管内，并充分混合；
c、加热脱氧炉到200℃～280℃后，将石英管放入真空系统脱氧，当真空系统的真空度达到5×10-4pa～10×10-4pa后将石英管封管，封管后停止脱氧；
d、将从真空系统中卸下的石英管放入合成炉中，以100℃～200℃/小时的速度缓慢升温至600℃～800℃，恒温1.5～2.5小时，后以100～200℃/小时的速度缓慢升温至1100～1200℃，再恒温2.5～3.5小时，以100-200℃/小时的速度缓慢降温至900℃～1050℃，停炉。
e、破开石英管取出磷化锌产品，放入干燥容器内密封保存。
进一步地，所述的石英管碳膜处理为：加热炉温到800～1100℃，固定好通气管，以0.5～1升/分钟的速度通入高纯氩气鼓泡输送丙酮蒸汽进入石英管，同时，以10～20cm/10秒的速度移动载有石英管的加热炉。
进一步地，将石英管通过高真空接口放入真空系统进行脱氧，所述的高真空接口通过螺纹，分别和石英管、真空系统连接成一体。
进一步地，配料时石英管内的最大投料量为500g。
进一步地，配料中称取的磷为纯度6N的红磷，锌为纯度6N的锌。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
磷化锌合成过程中防止爆炸的问题是要解决的最主要的技术难题。解决该技术难题的关键是对蒸汽压的控制，反映在实际中就是对温度的控制，为此自主设计了合成炉及升温程序。将石英管放置于一段控温的卧式炉内进行合成，升温程序这样设置的依据在于：避免生产过程中高纯磷蒸汽压过大产生炸管现象，提高合成率，保障产品的成品率，同时若温度低于上述范围、时间过短，则会导致成品率低。
本发明将从真空系统中卸下的石英管放入合成炉中，以100℃～200℃/小时的速度缓慢升温至600℃～800℃，恒温1.5～2.5小时，后以100～200℃/小时的速度缓慢升温至1100～1200℃，再恒温2.5～3.5小时，以100-200℃/小时的速度缓慢降温至900℃～1050℃，一方面为了防止生产过程中高纯磷蒸汽压过大产生炸管现象，另外将其升温至1100～1200℃持续2.5～3.5小时，再降至900℃～1050℃，目的是保证其反应完全，使产品符合化学计量比要求。本发明使用6N的高纯磷（即纯度为99.9999%）和6N的高纯锌（即纯度为99.9999%）直接化和生产高纯磷化锌（99.9999%），主要的反应过程发生在温度达到锌的熔点之后，实际属于蒸汽之间的反应，属于元素直接合成法，优点包括：对原料的形态要求不很严格，原料未经过加工处理，满足高纯的要求；本发明通过缓慢升温、恒温、缓慢降温等控温操作控制管内压力，以及对合成石英管加热区域、冷凝区域长度分配，成功的控制石英管内磷蒸气压，实现较大量磷化锌的安全合成；通过冷凝区域及加热区域长度的控制，实现产品的较高成品率。产品用于光电器件制作，扩散源，纳米材料等应用领域。
具体实施方式
对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高纯磷化锌的制备方法，包括如下步骤：
a、在清洁的石英管内采用热解反应沉积碳膜，具体操作石英管碳膜处理为：加热炉温到800～1100℃，固定好通气管，以0.5～1升/分钟的速度通入高纯氩气鼓泡输送丙酮蒸汽进入石英管，同时，以10～20cm/10秒的速度移动载有石英管的加热炉；
b、挑取纯度6N的红磷块以及6N的锌放入石英管内，取摩尔比为4:3的锌和磷放入步骤a处理后的石英管内，配料时石英管内的最大投料量为500g；
c、加热脱氧炉到250℃后，将石英管放入真空系统脱氧，当真空系统的真空度达到5×10-4pa～10×10-4pa后将石英管封管，封管后停止脱氧；
d、将从真空系统中卸下的石英管放入合成炉中，以150℃/小时的速度缓慢升温至700℃，恒温2小时，后以150℃/小时的速度缓慢升温至1150℃，再恒温3小时，以150℃/小时的速度缓慢降温至1000℃，停炉。
e、破开石英管取出磷化锌产品，放入干燥容器内密封保存。
将石英管通过高真空接口放入真空系统进行脱氧，其高真空接口通过螺纹，分别和石英管、真空系统连接成一体。
实施例2
一种高纯磷化锌的制备方法，包括如下步骤：
a、在清洁的石英管内采用热解反应沉积碳膜，具体操作石英管碳膜处理为：加热炉温到900℃，固定好通气管，以1升/分钟的速度通入高纯氩气鼓泡输送丙酮蒸汽进入石英管，同时，以15cm/10秒的速度移动载有石英管的加热炉；
b、挑取纯度6N的红磷块以及6N的锌放入石英管内，取摩尔比为4:3的锌和磷放入步骤a处理后的石英管内，配料时石英管内的最大投料量为500g；
c、加热脱氧炉到260℃后，将石英管放入真空系统脱氧，当真空系统的真空度达到5×10-4pa～10×10-4pa后将石英管封管，封管后停止脱氧；
d、将从真空系统中卸下的石英管放入合成炉中，以180℃/小时的速度缓慢升温至750℃，恒温1.8小时，后以180℃/小时的速度缓慢升温至1150℃，再恒温2.5小时，以180℃/小时的速度缓慢降温至1000℃，停炉。
e、破开石英管取出磷化锌产品，放入干燥容器内密封保存。
将石英管通过高真空接口放入真空系统进行脱氧，其高真空接口通过螺纹，分别和石英管、真空系统连接成一体。
实施例3
一种高纯磷化锌的制备方法，包括如下步骤：
a、在清洁的石英管内采用热解反应沉积碳膜，具体操作石英管碳膜处理为：加热炉温到900℃，固定好通气管，以1升/分钟的速度通入高纯氩气鼓泡输送丙酮蒸汽进入石英管，同时，以15cm/10秒的速度移动载有石英管的加热炉；
b、挑取纯度6N的红磷块以及6N的锌放入石英管内，取摩尔比为4:3的锌和磷放入步骤a处理后的石英管内，配料时石英管内的最大投料量为500g；
c、加热脱氧炉到270℃后，将石英管放入真空系统脱氧，当真空系统的真空度达到5×10-4pa～10×10-4pa后将石英管封管，封管后停止脱氧；
d、将从真空系统中卸下的石英管放入合成炉中，以190℃/小时的速度缓慢升温至800℃，恒温1.5小时，后以150℃/小时的速度缓慢升温至1150℃，再恒温3小时，以200℃/小时的速度缓慢降温至1000℃，停炉。
e、破开石英管取出磷化锌产品，放入干燥容器内密封保存。
将石英管通过高真空接口放入真空系统进行脱氧，其高真空接口通过螺纹，分别和石英管、真空系统连接成一体。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。