Skref og breytur kadmíumferlisins

I. Forvinnsla hráefnis og aðalhreinsun

1. ‌Undirbúningur á hágæða kadmíumhráefni‌

• ‌SýruþvotturDýfið iðnaðargæða kadmíumstönglum í 5%-10% saltpéturssýrulausn við 40-60°C í 1-2 klukkustundir til að fjarlægja yfirborðsoxíð og málmhreinindi. Skolið með afjónuðu vatni þar til pH-gildið er hlutlaust og ryksugið þurrkið.
• ‌Vatnsmálmfræðileg útskolunMeðhöndlið kadmíuminnihaldandi úrgang (t.d. kopar-kadmíumslag) með brennisteinssýru (15-20% styrk) við 80-90°C í 4-6 klukkustundir, þar til kadmíumútskolunarvirkni er náð ≥95%. Síið og bætið sinkdufti (1,2-1,5 sinnum steikíómetrískt hlutfall) út í til að fá svampkennt kadmíum.

1. ‌Bræðsla og steypa‌

• Setjið svampkadmíum í grafítdeiglur með mikilli hreinleika, bræðið undir argonlofti við 320-350°C og hellið í grafítmót til að kæla hægt. Myndið blokkir með eðlisþyngd ≥8,65 g/cm³.

II. Svæðishreinsun

1. ‌Búnaður og breytur‌

• Notið lárétta fljótandi bræðsluofna með bræðslusvæði 5-8 mm breidd, hraða 3-5 mm/klst. og 8-12 hreinsunarferlum. Hitastigshalla: 50-80°C/cm; lofttæmi ≤10⁻³ Pa
• ‌Aðskilnaður óhreinindaEndurtekin svæði hleypa blýi, sinki og öðrum óhreinindum í gegnum enda stálstöngarinnar. Fjarlægðu loka 15-20% óhreinindaríka hlutann og náðu meðalhreinleika ≥99,999%

1. ‌Lykilstýringar‌

• Bráðið hitastig: 400-450°C (örlítið yfir bræðslumarki kadmíums sem er 321°C);
• Kælingarhraði: 0,5-1,5°C/mín. til að lágmarka galla í grindinni;
• Argonflæðishraði: 10-15 l/mín. til að koma í veg fyrir oxun

III. Rafgreiningarhreinsun

1. ‌Raflausnarformúla‌

• Samsetning rafvökva: Kadmíumsúlfat (CdSO₄, 80-120 g/L) og brennisteinssýra (pH 2-3), með 0,01-0,05 g/L af gelatíni bætt við til að auka þéttleika katóðuútfellinganna.

1. ‌Ferlibreytur‌

• Anóða: Óhreinsað kadmíumplata; Katóða: Títanplata;
• Straumþéttleiki: 80-120 A/m²; Hleðsluspenna: 2,0-2,5 V;
• Rafgreiningarhitastig: 30-40°C; Lengd: 48-72 klukkustundir; Hreinleiki katóðu ≥99,99%

IV. Eiming í lofttæmislækkun

1. ‌Háhita minnkun og aðskilnaður‌

• Setjið kadmíumstöngla í lofttæmisofn (þrýstingur ≤10⁻² Pa), bætið við vetni sem afoxunarefni og hitið í 800-1000°C til að afoxa kadmíumoxíð í gaskennt kadmíum. Hitastig þéttiefnisins: 200-250°C; Lokahreinleiki ≥99,9995%

1. ‌Skilvirkni við að fjarlægja óhreinindi‌

• Leifar af blýi, kopar og öðrum málmóhreinindum ≤0,1 ppm;
• Súrefnisinnihald ≤5 ppm

V. Czochralski vaxtarkristalla

1. ‌Bræðslustýring og undirbúningur frækristalla‌

• Setjið hágæða kadmíumstöngla í hágæða kvarsdeiglur, bræðið undir argoni við 340-360°C. Notið <100>-stillt einkristalla kadmíumfræ (þvermál 5-8 mm), forglóðuð við 800°C til að útrýma innri spennu.

1. ‌Kristaldrægnibreytur‌

• Toghraði: 1,0-1,5 mm/mín (upphafsstig), 0,3-0,5 mm/mín (stöðugur vöxtur);
• Snúningur deiglunnar: 5-10 snúningar á mínútu (gagnsnúningur);
• Hitastigshalla: 2-5°C/mm; Sveiflur á hitastigi milli fasts og vökva ≤±0,5°C

1. ‌Aðferðir til að bæla galla‌

• ‌Aðstoð við segulsviðBeita skal 0,2-0,5 T ássegulsviði til að bæla niður ókyrrð í bráðnu efni og draga úr rákum óhreininda;
• ‌Stýrð kælingKælingarhraði eftir vöxt, 10-20°C/klst., lágmarkar tilfærslugalla af völdum hitaspennu.

VI. Eftirvinnsla og gæðaeftirlit

1. ‌Kristalvinnsla‌

• ‌SkurðurNotið demantvírsagir til að skera í 0,5-1,0 mm skífur með vírhraða upp á 20-30 m/s;
• ‌PólunEfnafræðilega vélræn fæging (CMP) með blöndu af saltpéturssýru og etanóli (hlutfallið 1:5 rúmmál), sem nær yfirborðsgrófleika Ra ≤0,5 nm.

1. ‌Gæðastaðlar‌

• ‌HreinleikiGDMS (glóðarútblástursmassagreining) staðfestir Fe, Cu, Pb ≤0,1 ppm;
• ‌Viðnám‌: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (hreinleiki ≥99,9999%);
• ‌Kristallafræðileg stefnumörkunFrávik <0,5°; Þéttleiki tilfærslu ≤10³/cm²

VII. Leiðbeiningar um hagræðingu ferla

1. ‌Markviss fjarlæging óhreininda‌

• Notið jónskiptaplastefni til að taka upp Cu, Fe o.s.frv. sérstaklega, ásamt fjölþrepa hreinsun til að ná 6N hreinleika (99,9999%).

1. ‌Uppfærslur á sjálfvirkni‌

• Gervigreindarreiknirit aðlaga toghraða, hitastigshalla o.s.frv. á kraftmikinn hátt og auka þannig ávöxtun úr 85% í 93%;
• Auka stærð deiglunnar í 36 tommur, sem gerir kleift að framleiða hráefni í einni lotu upp á 2800 kg og draga úr orkunotkun niður í 80 kWh/kg

1. ‌Sjálfbærni og endurheimt auðlinda‌

• Endurnýja sýruþvottaúrgang með jónaskiptum (Cd endurheimt ≥99,5%);
• Meðhöndlið útblásturslofttegund með virku kolefnisupptöku + basískri hreinsun (endurheimt kadmíns gufu ≥98%)

Yfirlit

Vaxtar- og hreinsunarferlið fyrir kadmíumkristalla samþættir vatnsmálmvinnslu, háhitahreinsun og nákvæma kristallaræktunartækni. Með sýruútskolun, svæðishreinsun, rafgreiningu, lofttæmiseimingu og Czochralski-ræktun – ásamt sjálfvirkni og umhverfisvænum aðferðum – gerir það kleift að framleiða stöðuga 6N-gæða afar hreina kadmíum-einkristalla. Þetta uppfyllir kröfur um kjarnorkuskynjara, sólarorkuefni og háþróaða hálfleiðara. Framtíðarframfarir munu einbeita sér að stórfelldum kristallarækt, markvissri óhreinindaaðskilnaði og kolefnislítils framleiðslu.