AT236660B

AT236660B - Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von hochreinem Gallium

Info

Publication number: AT236660B
Application number: AT613261A
Authority: AT
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1960-09-30
Filing date: 1961-08-08
Publication date: 1964-11-10

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von hochreinem Gallium 
 EMI1.1 
 Vorteil gegenüber jenen Verfahren, der darin besteht. dass der Reinigungseffekt vom Abscheidungspotential unabhängig ist ; man kann also mit verhältnismässig hoher Zellenspannung arbeiten und erhält bereits bei einmaligem Abscheidungsprozess hochreines Gallium, das den Reinheitsanforderungen der Halbleitertechnik in hohem Masse gerecht wird. 



   Die Erfindung baut auf der Feststellung   auf,   dass die Galliumkomplexe vom vorgenannten Typ in Benzol oder dessen Derivaten, eine gute Löslichkeit und elektrische Leitfähigkeit aufweisen und dass aus sol-   chen   Lösungen als Elektrolyt Gallium abgeschieden werden kann. Dies war umso weniger zu erwarten, als die genannten Komplexe salzartig aufgebaut sind. Tatsächlich hat es sich gezeigt, dass z. B. die Löslich-   keit von Ga [GaCL] und GaEGaBr] in Benzol bei 20 C etwa 1200 g/l beträgt ; sie ist etwas geringer bei Toluol und Xylol.

   Die spezifische elektrische Leitfähigkeit (X in (1 - cm -1) des erfindungsgemässen Elek-   trolyten ist aus der nachfolgenden Tabelle 1 zu entnehmen. 

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 Tabelle 1 
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> Konzentration <SEP> X <SEP> bei <SEP> 220C <SEP> X <SEP> bei <SEP> 40 C
<tb> in <SEP> Grew.-%
<tb> Ga <SEP> [GaC <SEP> ] <SEP> 52, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> 0, <SEP> 07 <SEP> 
<tb> 57, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP> 0, <SEP> 09 <SEP> 
<tb> Ga[GaBr4] <SEP> 50. <SEP> 9 <SEP> 0. <SEP> 02 <SEP> 0. <SEP> 04 <SEP> 
<tb> 57, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP> 
<tb> 
 
Ein weiterer Vorteil   gegenüber   den bisher bekannten Verfahren bringt bereits die Herstellung des Elektrolyten.

   Die Darstellung der erfindungsgemäss zu verwendenden Galliumkomplexe erfolgt in an sich 
 EMI2.2 
 nach folgenden   Reaktionsgleichungen :   
 EMI2.3 
 
Der Komplex wird mit Benzol oder dessen Derivaten, wie z. B. Toluol oder Xylol, in einem Extraktor,   z. B.   in einer Soxhiet-Apparatur, extrahiert und auf diese Weise der erfindungsgemässe Elektrolyt gewonnen. Auf Grund der Unlöslichkeit vieler Metallhalogenide im Extraktionsmittel wird schon bei diesem Prozess ein erheblicher Reinigungseffekt erzielt.

   Daher kann bereits durch einmalige Raffination nach dem erfindungsgemässen Verfahren der aus Tabelle 2 ersichtliche grosse Reinigungseffekt erzielt werden : 
Tabelle 2 
 EMI2.4 
 
<tb> 
<tb> Konzentration <SEP> der <SEP> Fremdelemente <SEP> Konzentration <SEP> der <SEP> Fremdelemente
<tb> des <SEP> anodisch <SEP> eingesetzten <SEP> Ga <SEP> in <SEP> TpM <SEP> des <SEP> kathodisch <SEP> abgeschiedenen <SEP> Ga <SEP> in <SEP> TpM
<tb> (10-4%) <SEP> (10-4%)
<tb> Pb <SEP> 49 <SEP> 10
<tb> Fe <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> nicht <SEP> nachweisbar
<tb> Ag <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP> nicht <SEP> nachweisbar
<tb> Hg <SEP> 66 <SEP> < <SEP> 1
<tb> Cu <SEP> 14 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> 
<tb> Si <SEP> 5 <SEP> < <SEP> 4
<tb> Mg <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> < <SEP> 0,05
<tb> Zn <SEP> 14 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 003 <SEP> 
<tb> 
 
Durch zweimalige Raffination kann der Reinigungseffekt,

   wie aus Tabelle 3 hervorgeht, noch erheblich gesteigert werden. 



   Tabelle 3 
 EMI2.5 
 
<tb> 
<tb> Konzentration <SEP> der <SEP> Fremdelemente
<tb> des <SEP> zweifach <SEP> kathodisch <SEP> abgeschiedenen <SEP> Ga <SEP> in <SEP> TpM
<tb> (10%)
<tb> Pb <SEP> nicht <SEP> nachweisbar
<tb> Fe <SEP> nicht <SEP> nachweisbar
<tb> Ag <SEP> nicht <SEP> nachweisbar
<tb> Hg <SEP> nicht <SEP> nachweisbar
<tb> Cu <SEP> nicht <SEP> nachweisbar
<tb> Si <SEP> nicht <SEP> nachweisbar
<tb> Zn <SEP> nicht <SEP> nachweisbar
<tb> Mg <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> 
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
 EMI3.1 
 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 



   Die Wirkungsweise des   Umlaufsysterns   beruht auf dem Thermosyphon-Prinzip : Der durch das Heizbad erwärmte Elektrolyt steigt in dem Umlaufschenkel 8 nach oben und gelangt über den gekühlten Schenkel 9 wieder in den unteren Teil der Elektrolysezelle zurück. Diese Lösung erlaubt trotz des erforderlichen vollkommenen Abschlusses der Elektrolysezelle eine verhältnismässig einfache Ausführung. 



  Durch die Anordnung der Kathode am Eingangstrichter des Umlaufschenkels 8 wird die in ihrem Bereich auf Grund der hohen Stromdichte eintretende starke Joule'sche Erwärmung des Elektrolyten zur Unterstützung des Thermosyphon-Effektes ausgenutzt. 



   Das Umlaufsystem verhindert das Auftreten eines festen Bodenkörpers von   Ga [GaXj auf   dem Anodengallium. Dieser würde den ohmschen Widerstand der Zelle wesentlich erhöhen und-bei gleichbleibender Zellenspannung - zu einer Herabsetzung der Stromdichte führen. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zum Herstellen von hochreinem Gallium durch elektrolytische Abscheidung, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt eine Lösung eines Gallium-Komplexes vom Typ   Ga [GaXj,   worin X ein Halogen bedeutet, in Benzol oder dessen Derivaten, z. B. Toluol oder Xylol, verwendet wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gallium-Komplex der Komplex EMI4.1 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in an sich bekannter Weise hergestellte Ga [GaX.]-Komplex zur Reinigung mit Benzol, Toluol oder Xylol behandelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenstromdichte zur Abscheidung von flüssigem Gallium auf einen Wert von wenigstens 200 A. dm eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenstromdichte zur Abscheidung von pulverförmigem Gallium auf einen Wert von unter 200 A. du -2 eingestellt wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine abgeschlossene, aus Anode (1), Kathode (3) und Elektrolyt (7) gebildete Elektrolyse-Apparatur mit einem das Thermosyphon-Prinzip ausnutzenden Umlaufsystem für den Elektrolyten, bestehend aus zwei Umlaufschenkeln (8 und 9) und einem verbindenden Querschenkel (13), vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingangstrichter (11) des Umlaufsystems die Kathode (3) derart angeordnet ist. dass die in ihrem Bereich auftretende Joule'sche Erwärmung des Elektrolyten den Thermosyphon-Umlaufeffekt unterstützt.