Способ получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней


 


Владельцы патента RU 2434960:

Учреждение Российской академии наук ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА РАН (ИФТТ РАН) (RU)

Изобретение относится к способу получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней. Способ включает очистку раствора паравольфрамата аммония сульфидом аммония от примеси молибдена, затем ведут очистку ионным обменом на анионите АМ-n и термическое разложение паравольфрамата аммония при температуре 600-800°С до получения трехокиси вольфрама. Трехокись вольфрама очищают зонной сублимацией при температуре 900-950°С в постоянном потоке кислорода. Затем проводят гетерогенное восстановление водородом трехокиси вольфрама при температуре 700-750°С до образования порошка вольфрама, прессуют порошок до получения прутка вольфрама, ведут электронную вакуумную зонную перекристаллизацию прутка вольфрама до получения кристалла вольфрама и электронную вакуумную плавку кристаллов вольфрама в плоском кристаллизаторе с проплавлением плоского слитка вольфрама с каждый стороны на всю глубину не менее двух раз. При этом пруток вольфрама перед зонной перекристаллизацией обрабатывают хлором при скорости подачи хлора 100 мл/мин и температуре 300°С в течение 1 часа. Техническим результатом является повышение чистоты вольфрама, предназначенного для тонкопленочной металлизации магнетронным распылением мишеней, и, как следствие, улучшение электрофизических параметров наносимых тонких слоев.

 

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано при изготовлении распыляемых магнетронных мишеней, используемых в технологии производства кремниевых интегральных схем в микроэлектронике.

Известен способ получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней, который включает очистку раствора паравольфрамата аммония от примесей сульфидом аммония и ионным обменом на анионите АМ-n. Затем проводят термическое разложение паравольфрамата аммония при температуре 600-800°С до получения трехокиси вольфрама и очистку трехокиси вольфрама зонной сублимацией при температуре 900-950°С в постоянном потоке кислорода. После сублимации проводят гетерогенное восстановление водородом трехокиси вольфрама при температуре 700-750°С до образования порошка вольфрама и прессование порошка вольфрама до получения прутка. Затем проводят электронную вакуумную зонную перекристаллизацию до получения кристалла высокочистого вольфрама и электронную вакуумную плавку нужного количества кристаллов в плоском кристаллизаторе с проплавлением плоского слитка с каждый стороны на всю глубину не менее двух раз [Патент РФ №2375480]. Этот способ принят нами за прототип. В принципе, известный способ позволяет получать мишени из высокочистого вольфрама, которые удовлетворяют основным требованиям к чистоте получаемых пленок. Тем не менее наличие в таких мишенях довольно высоких концентраций тяжелых металлов (медь, железо, кобальт, никель, свинец, ванадий, молибден и т.д.) стимулировало поиски методов дополнительной тонкой очистки вольфрама.

Техническая задача - повышение чистоты вольфрама для распыляемых мишеней, используемых для тонкопленочной металлизации, и, как следствие, улучшение электрофизических параметров наносимых тонких слоев.

Это достигается тем, что в известном способе получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней, включающем очистку раствора паравольфрамата аммония сульфидом аммония за счет перевода примеси молибдена в тиокомплекс [МоS42-], очистку раствора ионным обменом на анионите АМ-n, термическое разложение паравольфрамата аммония при температуре 600-800°С до получения трехокиси вольфрама, очистку трехокиси вольфрама зонной сублимацией при температуре 900-950°С в постоянном потоке кислорода, гетерогенное восстановление водородом трехокиси вольфрама при температуре 700-750°С до образования порошка вольфрама, прессование порошка вольфрама до получения прутка вольфрама, электронную вакуумную зонную перекристаллизацию прутка вольфрама до получения кристалла вольфрама и электронную вакуумную плавку кристаллов вольфрама в плоском кристаллизаторе с проплавлением плоского слитка с каждый стороны на всю глубину не менее двух раз, причем пруток вольфрама перед зонной перекристаллизацией обрабатывают хлором при скорости подачи хлора 100 мл/мин и температуре 300°С в течение 1 часа.

Способ получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней осуществляется следующим образом. Раствор паравольфрамата аммония очищают сульфидом аммония за счет перевода примеси молибдена в тиокомплекс [MoS42-]. Затем производят очистку от других примесей с помощью ионного обмена на анионите АМ-n и термическое разложение паравольфрамата аммония при температуре 600-800°С до получения трехокиси вольфрама. Очистку трехокиси вольфрама с помощью зонной сублимации проводят при температуре 900-950°С в постоянном потоке кислорода. Гетерогенное восстановление трехокиси вольфрама водородом при температуре 700-750°С ведут до образования порошка вольфрама, который затем прессуют до получения прутка вольфрама. Затем пруток вольфрама обрабатывают хлором при скорости подачи хлора 100 мл/мин при температуре 300°С в течение 1 часа. Электронную вакуумную зонную перекристаллизацию прутка вольфрама проводят до получения кристалла вольфрама. Электронную вакуумную плавку нужного количества кристаллов вольфрама производят в плоском кристаллизаторе с проплавлением плоского слитка вольфрама с каждый стороны на всю глубину не менее двух раз. Основной особенностью дополнительного этапа очистки вольфрама является то, что происходит хлорирование поверхности прутка вольфрама с образованием хлорида вольфрама WCl2. При последующей электронной вакуумной зонной перекристаллизации прутка вольфрама при прохождении расплавленной зоны, в дополнение к кристаллизационным процессам очистки, происходит взаимодействие между примесями металлов и хлоридом вольфрама с образованием летучих хлоридов примесей (таких как FeCl2, CoCl2, NiCl2, CuCl2, СrСl3, PbCl2, SnCl2, MoCl5 и др.), которые удаляются из вольфрама испарением.

Пример реализации способа.

В качестве исходных материалов использовали раствор паравольфрамата аммония, который очищали сульфидом аммония за счет перевода примеси молибдена в тиокомплекс [MoS42-] и от других примесей ионным обменом на анионите АМ-n. Затем паравольфрамат аммония подвергали термическому разложению при температуре 600-800°С и получали трехокись вольфрама, которую подвергали зонной сублимации на специальной установке с кварцевым реактором и зонным нагревателем, в результате чего получали очищенную трехокись вольфрама. Скорость потока кислорода 50-60 мл/мин, скорость перемещения зоны 20 мм/ч, температура 900-950°С. Было сделано десять проходов паровой зоны. Трехокись вольфрама подвергали гетерогенному восстановлению водородом на стандартной установке при температуре 700-750°С. Продолжительность процесса восстановления составляла 3-5 часов при загрузке 0,5-1 кг. Полученный мелкодисперсный порошок вольфрама прессовали в пруток вольфрама, который помещали в кварцевый реактор и обрабатывали в потоке осушенного от влаги хлора со скоростью подачи хлора 100 мл/мин при температуре 300°С с выдержкой в печи в течение 1 часа, в результате чего происходило насыщение поверхности прутка вольфрама хлором. Обработанный в хлоре пруток вольфрама подвергали вакуумной зонной перекристаллизации по стандартной технологии в установке электронно-лучевой зонной плавки, в результате чего получали кристаллы вольфрама, которые переплавляли в плоском кристаллизаторе в вакууме в установке электронно-лучевой плавки. Плоский слиток вольфрама проплавляли с помощью аксиальной электронной пушки с каждый стороны на всю глубину не менее двух раз. По данным масс-спектрального анализа содержание примесей в вольфраме было следующим (ppm): Сu<0,01; Рb<0,01; Fe<0,05; Ni<0,01; Со<0,05; Cr<0,01; Nb<0,05; V<0,05; Mo<0,1.

Таким образом, введение дополнительного этапа очистки при получении вольфрама для распыляемых мишеней, при некотором осложнении технологического процесса, позволяет существенно снизить содержание примесей тяжелых металлов.

Способ получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней, включающий очистку раствора паравольфрамата аммония сульфидом аммония за счет перевода примеси молибдена в тиокомплекс [MoS42-], очистку ионным обменом на анионите АМ-n, термическое разложение паравольфрамата аммония при температуре 600-800°С до получения трехокиси вольфрама, очистку трехокиси вольфрама зонной сублимацией при температуре 900-950°С в постоянном потоке кислорода, гетерогенное восстановление водородом трехокиси вольфрама при температуре 700-750°С до образования порошка вольфрама, прессование порошка вольфрама до получения прутка вольфрама, электронную вакуумную зонную перекристаллизацию прутка вольфрама до получения кристалла вольфрама и электронную вакуумную плавку кристаллов вольфрама в плоском кристаллизаторе с проплавлением плоского слитка вольфрама с каждой стороны на всю глубину не менее двух раз, отличающийся тем, что пруток вольфрама перед зонной перекристаллизацией обрабатывают хлором при скорости подачи хлора 100 мл/мин и температуре 300°С в течение 1 ч.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения высокочистого молибдена для распыляемых мишеней. .

Изобретение относится к области получения -, псевдо -, + -титановых сплавов из вторичного сырья с регламентированными прочностными свойствами преимущественно для изготовления листовых полуфабрикатов, изделий конструкционного назначения и конструкционной брони и может быть использовано в оборонных и гражданских отраслях промышленности.
Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумной дуговой плавке высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков титановых сплавов из литых расходуемых электродов.
Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков, например из титановых сплавов.

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков первого переплава из расходуемых электродов титановых сплавов.

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии выплавки нержавеющих сталей переходного класса в вакуумных установках. .

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов и может быть использовано при выплавке слитков из титановых сплавов.
Изобретение относится к металлургии, а именно к способу получения слитка ферротитана путем электродугового плавления рутила под слоем защитного флюса. .

Изобретение относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков и для переработки отходов цветных металлов, содержащих катионы тяжелых металлов и вольфрам (VI).

Изобретение относится к способу комплексной переработки хвостов обогащения вольфрамсодержащих руд. .

Изобретение относится к области электрохимического получения активных форм металлов и сплавов, которые могут быть использованы в качестве гетерогенных катализаторов или их предшественников в металлическом или оксидном состоянии, обладающих высокоразвитой поверхностью, а также как мягкие восстановители в реакциях тонкого органического синтеза.

Изобретение относится к способу комплексной переработки лежалых отвальных хвостов обогащения руды, содержащих вольфрам и ассоциированное с сульфидами золото. .

Изобретение относится к получению высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней. .

Изобретение относится к получению порошка для изготовления вольфрамовой проволоки. .

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано при производстве слитков высокочистого вольфрама высокого металлургического качества, а также листового проката из высокочистого вольфрама для использования в микроэлектронике, квантовой электронике, гелиотехнике и электротехнике.
Изобретение относится к способу определения вольфрамсодержащих минералов в шлихах путем разделения полезных ископаемых в жидкости, например, бромоформе по плотности.

Изобретение относится к области металлургии. .
Изобретение относится к металлургии редких металлов и может быть использовано для переработки вольфрамитовых концентратов. .
Изобретение относится к способу получения высокочистого молибдена для распыляемых мишеней. .
Наверх