一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置及方法，涉及氧化锗技术领域，其中该方法实现以

【技术实现步骤摘要】
一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置及方法


[0001]本专利技术涉及用氧化锗制备
，特别涉及一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置及方法。

技术介绍

[0002]锗及其化合物具有特殊的性质，在半导体、核物理探测、红外光学等领域都有广泛的应用。天然锗(Ge)有5种稳定同位素，
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Ge，
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Ge，
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Ge，
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Ge，
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Ge，其应用是以特定同位素的性质而不同。经同位素离心分离工艺可得到
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GeF4，
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GeF4富集产品。其中
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GeF4作为重要的IC离子注入源，是芯片及存储器先进制程的重要原材料，丰度高于50％的
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GeF4可优化器件性能和速度。同时，在无中微子双贝塔衰变等暗物质探测研究领域，需要大量使用
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Ge丰度高于86％的高纯锗探测器。该高纯锗探测器需要以
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Ge丰度高于86％的高纯锗单晶制备，纯度要求达到12
‑
13N，晶体结构位错小。而高纯
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GeF4水解得到
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GeO2用作还原制备高纯锗粉，以完成前道原材料制备的关键。
[0003]传统四氟化锗的水解工艺一直面临水解效率低，副反应多的问题，经过四氟化锗合成、纯化及同位素离心分离、水解等多道工序，1％的水解效率的提升对于
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Ge收率及成本均是极大的改善，而常规水解效率仅在35
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45％范围内。基于氧化锗水解聚合过程等研究，本专利创新性通过弱碱性环境辅助水解，采取全四氟结构水解及气体流路装置，保证四氟化锗水解效率提升至95％以上，且避免金属离子的引入，保证高品质
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GeO2粉体的制备。由本专业内通识可知，本专利不限于并可推广至其余锗同位素水解工艺，为此，我们提出一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置及方法。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置及方法，在常规四氟化锗水解的工艺基础上，首次以碱性溶液作为水解液，通过高纯四氟化锗气体进行制备氢氧化锗悬浮液并经离心分离、超声水洗、烘干、煅烧后，得到高纯四氟化锗粉末，解决了现有的直接水解制备氧化锗原子利用率低，水解效率缓慢的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置及方法，包括以下步骤：
[0009]反应装置：以聚四氟乙烯材料构成的水解系统及连接管路，并在气瓶与水解容器之间添加减压表，流量计，单向阀以控制反应速率，水解容器进气管路采用短进长出的安装方式，以防止倒吸，并最大程度上提高一级水解容器氧化锗收率，并以液封的形式避免氟化氢等产物的外溢，具体结构图如附图1所示；
[0010]弱碱加速的水解反应：为降低金属离子残余，本专利以以一定浓度氨水溶液作为水解液完成四氟化锗的水解，碱液的浓度以预估所需反应的四氟化锗的量为准，并保证反
应结束后溶液pH不小于9，以最大化提高锗原子收率。
[0011]悬浮液的离心、洗涤、烘干：将得到的悬浮液分装于离心瓶中，以4000r/min的速度分离初步得到沉淀。并超声分散水溶液中，离心分离，循环以洗去残余碱物质及氟离子，并置于烘箱中70℃烘干24h去除残余溶液。
[0012]氧化锗的煅烧：经上述工艺所得到的产物，需在230
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300℃下煅烧方能去除铵根残余，得到高纯氧化锗粉末。
[0013]氧化锗的分析，所得样品经XRD、ICPMS、离子电极法测试，以确定所得粉末的具体构成以及金属离子和氟离子含量。
[0014]依据该制备工艺，单级吸附容器最大可以10g/min的反应速率水解，经水解、洗涤、烘干、煅烧后的收率大于98％，且金属离子、氟离子残余低于行业内产品标准，实现了从四氟化锗到氧化锗的高效转化。
[0015](三)有益效果
[0016]1、以
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GeF4为锗源制备
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GeO2的路线，主要步骤包括；碱液辅助四氟化锗水解。离心分离和清洗，烘干和煅烧，最终的得到高纯氧化锗粉。制备工艺安全可控，反应过程中二次引入杂质少，经烘干煅烧后收率可达98％以上，最大程度上降低成本提高收率。并在最高350℃左右温度煅烧，降低后续还原工艺难度，并可推广到其它丰度四氟化锗富集产品的水解再利用。
附图说明
[0017]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
[0018]图1为本专利技术实施例中多级并联四氟化锗水解的结构图；
[0019]图2为本专利技术实施例中70℃烘干样品XRD测试结果示意图；
[0020]图3为本专利技术实施例中200℃煅烧样品XRD测试结果示意图；
[0021]图4为本专利技术实施例中230℃煅烧样品XRD测试结果示意图；
[0022]图5为本专利技术实施例中250℃煅烧样品XRD测试结果示意图；
[0023]图6为本专利技术实施例中300℃煅烧样品XRD测试结果示意图。
[0024]图例说明：1、气瓶；2、液封桶；3、多级吸附组件；4、连接管路；5、容器。
具体实施方式
[0025]本申请实施例通过提供一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置及方法，解决现有技术中现有的直接水解制备氧化锗原子利用率低，水解效率缓慢的问题，在常规四氟化锗水解的工艺基础上，首次以碱性溶液作为水解液，通过高纯四氟化锗气体进行制备氢氧化锗悬浮液并经离心分离、超声水洗、烘干、煅烧后，得到高纯四氟化锗粉末。
[0026]实施例1
[0027]本申请实施例中的技术方案为解决上述现有的直接水解制备氧化锗原子利用率低，水解效率缓慢的问题，总体思路如下：
[0028]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备方法，其具体制备过程为：
[0029]为减少金属离子干扰，反应容器使用聚四氟结构吸收容器，使用多级串联吸收GEF4。在实验中发现，GEF4水解反应速率极快，故采取短进长出的管路设计，该管路设计能极大程度避免倒吸，和常规设计理念不同。
[0030]多级容器水解实验中，绝大部分GEF4都在第一级容器中水解，二级容器中仅收集到小于1％的沉淀重量。在最大化反应速率要求下，采取第一级多级容器并联的方式设计水解装置，如附图1所示。
[0031]为了提高收率及减少操作步骤，使用经稀释后的氨水作为反应液。
[0032]气源出口使用减压阀控制压力，随后使用MFC及针阀控制GEF4流量。三级并联情况下，可实现kg级四氟化锗水解。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置，其特征在于，该装置包括：气瓶(1)；液封桶(2)；多级吸附组件(3)，通过管道连接在气瓶(1)和液封桶(2)之间；其中，所述多级吸附组件(3)包含多组相互并联的连接管路(4)，单一连接管路(4)中安装有两个容器(5)，且两个容器(5)之间通过进气管路串联在气瓶(1)和液封桶(2)之间，插入容器中的进气管路采用短进长出的方式安装。2.如权利要求1所述的一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置，其特征在于：所述气瓶(1)和多级吸附组件(3)之间的管道上安装有反应控制器。3.如权利要求2所述的一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置，其特征在于：所述反应控制器包括减压表、流量计和单向阀。4.如权利要求1所述的一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备装置，其特征在于：所述容器(5)中填充有碱性的水解液。5.一种高纯锗探测器用氧化锗粉制备方法，其特征在于，包括以下步骤：水解反应：以氨水溶液作为水解液，对四氟化锗进行水解，反应结束后溶液pH≥9，分离得到悬浮液；悬浮液处理：将得到的悬浮液分装...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，朱颜，乔洋，王仕华，王陆平，
申请(专利权)人：江苏南大光电材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：