本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料，具體涉及一種利用半導(dǎo)體磷化銦回收磷和銦的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、磷化銦是重要的化合物半導(dǎo)體材料，在微電子及光電子行業(yè)應(yīng)用廣泛，全球磷化銦晶體材料的用量很大。

2、磷化銦單晶的成品率很低，在生長磷化銦晶體過程中，原料會重復(fù)利用。隨著原料的反復(fù)使用，純度會大幅降低，甚至最終無法使用，在磷化銦單晶制備過程中會產(chǎn)生大量的磷化銦廢料。

3、銦是稀有金屬，而磷的制備污染較大，因此非常有必要進(jìn)行銦和磷的回收再利用。

4、現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，回收磷化銦中銦元素的同時會造成一定的磷污染，尤其采用氯化法回收時會產(chǎn)生易燃、劇毒的磷化氫。

5、目前，處理磷化銦廢料的主要工藝還有濕法氧化酸浸和真空高溫分解。濕法酸浸工藝，采用無機(jī)酸和氧化劑浸出后，從浸出液中還原回收金屬銦，磷隨還原后液進(jìn)行污水處理，造成極大的資源浪費(fèi)，增加污水處理成本，而且與酸氧化反應(yīng)極易產(chǎn)生劇毒氣體ph3，對人員生命安全造成威脅。如中國專利cn106319224b提出了銦的回收方法，利用磷化銦性質(zhì)在礦物酸中會微溶的特性，使用酸性浸出液回收半導(dǎo)體廢棄物中磷化銦的銦。

6、真空高溫分解工藝，是將磷化銦廢料置于真空爐中，高溫加熱，使磷化銦分解，得到液態(tài)銦和氣態(tài)磷，氣態(tài)磷通過吸收液吸收。美國專利us6126719公開了一種從iii-v族化合物中真空分解回收iiia族元素，其中磷化銦分解產(chǎn)生的磷蒸氣采用過渡金屬硫酸鹽溶液吸收，會產(chǎn)生大量的含磷殘?jiān)土蛩釓U液，資源回收率低，增加殘?jiān)?、廢液處理成本。

7、中國專利cn106586988b公開了從磷化銦廢料中綜合回收銦和磷的方法，將磷化銦廢料置于反應(yīng)舟中，再將反應(yīng)舟置于石英管的一端，再將石英管置于真空管式爐內(nèi)，向石英管內(nèi)通入惰性氣體，置換管內(nèi)的空氣，當(dāng)管內(nèi)空氣被完全置換后，抽真空，密封石英管，按兩溫區(qū)加熱程序，開始升溫加熱；加熱結(jié)束后，按程序降溫，降至室溫后，取出石英管，得到銦和紅磷。該方法使用一次性的石英管，生產(chǎn)成本較高；磷化銦分解后，磷氣體在石英管內(nèi)蔓延，并不能保證聚集于溫區(qū)2范圍內(nèi)；銦留在石英舟內(nèi)，與原有雜質(zhì)混合，純度低。

8、中國專利申請202210129275.x提出了一種磷化銦中銦的回收方法，該方法是將磷化銦粉末與鐵粉混勻后，加熱進(jìn)行高溫固相反應(yīng)，高溫固相反應(yīng)完成后降溫至氯化反應(yīng)溫度并通入氯化氫氣體進(jìn)行氯化揮發(fā)氯化銦氣體，所得氯化銦氣體通過冷凝回收。

9、中國專利cn116177505b提出了一種熔鹽體系高效回收磷化銦廢料中銦和磷的方法，該方法是在常壓條件下，使磷化銦廢料在熔鹽體系中發(fā)生熱分解，通過一步反應(yīng)即可實(shí)現(xiàn)金屬銦和單質(zhì)磷的同步回收。

10、上述方法需要輔助材料參與，并且會產(chǎn)生污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了本申請。

2、為達(dá)到發(fā)明目的，本申請采用以下技術(shù)方案。

3、一方面，本發(fā)明提出了一種利用半導(dǎo)體磷化銦回收磷和銦的裝置，包括密封的爐體、爐體底部設(shè)置的坩堝及坩堝周邊的主加熱器、設(shè)置在爐體側(cè)壁上連接管路的真空閥門，，所述裝置還包括設(shè)置在坩堝內(nèi)部的觀察窗、設(shè)置在爐體上部的頂部開設(shè)通過孔的冷卻筒及冷卻裝置、通過提拉桿穿過所述通過孔設(shè)置在冷卻筒中央位置的裝料桶及加熱裝置，所述裝料桶和冷卻筒配套有測溫裝置，所述冷卻筒的下開口位置對應(yīng)所述坩堝的上開口，所述裝料桶上設(shè)置排氣孔和排流孔。

4、進(jìn)一步的，所述冷卻裝置包括設(shè)置在冷卻筒內(nèi)部的冷卻管道、連接冷卻管道的冷媒進(jìn)口和冷媒出口，所述冷媒進(jìn)口和冷媒出口伸出爐體，連接外部管路。

5、進(jìn)一步的，所述加熱裝置包括設(shè)置在冷卻筒外圍的感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈對裝料桶內(nèi)的物體加熱。

6、進(jìn)一步的，所述裝料桶配套的測溫裝置包括從爐體頂部設(shè)置的第一紅外測溫儀，所述第一紅外測溫儀經(jīng)通過孔對準(zhǔn)裝料桶的頂部；所述冷卻筒配套的測溫裝置包括穿過爐體側(cè)壁可水平移動的第二紅外測溫儀和設(shè)置在冷卻筒側(cè)壁、與所述第二紅外測溫儀位置對應(yīng)的測溫孔，所述測溫孔的端部距冷卻筒內(nèi)表面2-10mm。

7、進(jìn)一步的，所述裝料桶由上蓋和桶體組成，所述上蓋頂部邊緣下面設(shè)置上裝配端，所述桶體頂部設(shè)置與上裝配端配合的下裝配端，底部設(shè)置銦倒流槽；上蓋和桶體通過上裝配端和下裝配端裝配在一起；所述排氣孔包括在所述上蓋頂部設(shè)置的多個上排氣孔和在所述桶體側(cè)面設(shè)置的多個側(cè)排氣孔，所述排流孔包括在所述銦倒流槽上的設(shè)置多個排銦孔。

8、另一方面，在上述裝置的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提出了一種利用半導(dǎo)體磷化銦回收磷和銦的方法，包括以下步驟：

9、裝爐：坩堝通過坩堝托進(jìn)行支撐放置在爐體內(nèi)，外部設(shè)置主加熱器，主加熱器外部設(shè)置保溫套；測溫?zé)犭娕即┻^保溫套與坩堝接觸；安裝觀察窗；放置裝料桶，裝料桶內(nèi)部放置待回收的半導(dǎo)體磷化銦；在籽晶夾頭裝配孔中安裝夾持石英籽晶的籽晶夾頭；安裝第一紅外測溫儀；在爐體內(nèi)安裝冷卻筒；冷媒進(jìn)口、冷媒出口連接外部管路；放置感應(yīng)線圈；安裝第二紅外測溫儀，水平移動第二紅外測溫儀，將其插入測溫孔；密封爐體。

10、分解：通過真空閥門給爐體抽真空至10-5pa～10pa；啟動感應(yīng)線圈和主加熱器進(jìn)行加熱，通過第一紅外測溫儀和第二紅外測溫儀測量裝料桶和冷卻筒內(nèi)表面的溫度，通過測溫?zé)犭娕紲y量坩堝的溫度；調(diào)節(jié)感應(yīng)線圈的功率，使裝料桶溫度達(dá)到800℃以上，同時通過調(diào)節(jié)冷媒進(jìn)口和冷媒出口，控住冷媒速度，控制冷卻筒內(nèi)表面的溫度在280-500℃之間；同時調(diào)節(jié)主加熱器的功率，使得測溫?zé)犭娕嫉娘@示溫度為700-900℃之間；裝料桶中放置的磷化銦受熱分解出磷氣體和液態(tài)銦，磷氣體通過排氣孔排出，最后沉積在冷卻筒內(nèi)壁上；液態(tài)銦流至銦倒流槽中，并通過排銦孔滴至坩堝中；持續(xù)給裝料桶感應(yīng)加熱，直至通過觀察窗觀察不再滴銦為止。

11、提純銦：停止感應(yīng)線圈的工作，下降提拉桿，直至石英籽晶與分離的銦熔體接觸，然后降低主加熱器的功率，直至石英籽晶上銦開始生長，然后提拉桿向上運(yùn)動，將銦錠提拉出坩堝。

12、拆爐：停止主加熱器加熱；給爐體放氣，取出冷卻筒、銦錠、裝料桶及坩堝；將冷卻筒內(nèi)部的磷用水浸泡5-10小時，然后用水槍噴下。

13、進(jìn)一步的，在裝爐步驟中，在坩堝中放置氧化硼。

14、進(jìn)一步的，在提純步驟中，停止感應(yīng)線圈的工作后，增加氣體置換步驟：調(diào)節(jié)冷媒進(jìn)口和冷媒出口，控住冷媒速度，控制冷卻筒內(nèi)表面的溫度小于280℃；通過真空閥門給爐體抽真空至10-5pa～10pa，然后充入惰性氣體至0.1mpa，重復(fù)1-3次。

15、本發(fā)明將磷化銦在裝料桶中加熱至800℃以上，在冷卻筒上收集磷，分解的銦流至坩堝內(nèi)，然后通過籽晶將坩堝內(nèi)的銦提拉出坩堝，實(shí)現(xiàn)銦和磷的分離及銦的提純。

16、有益效果：磷化銦回收操作簡單，效率高，在回收過程中對環(huán)境造成污染的材料，對環(huán)境友好；回收過程不破壞裝置，裝置可以重復(fù)使用；在回收的同時，對銦進(jìn)行初步提純，避免了在回收過程中對銦的污染。

技術(shù)特征：

1.一種利用半導(dǎo)體磷化銦回收磷和銦的裝置，包括密封的爐體（1）、爐體（1）底部設(shè)置的坩堝（18）及坩堝（18）周邊的主加熱器（17）、設(shè)置在爐體（1）側(cè)壁上連接管路的真空閥門（21），其特征在于，所述裝置還包括設(shè)置在坩堝（18）內(nèi)部的觀察窗（11）、設(shè)置在爐體（1）上部的頂部開設(shè)通過孔（5-1）的冷卻筒（5）及冷卻裝置、通過提拉桿（3）穿過所述通過孔（5-1）設(shè)置在冷卻筒（5）中央位置的裝料桶（9）及加熱裝置，所述裝料桶（9）和冷卻筒（5）配套有測溫裝置，所述冷卻筒（5）的下開口位置對應(yīng)所述坩堝（18）的上開口，所述裝料桶（9）上設(shè)置排氣孔和排流孔。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述冷卻裝置包括設(shè)置在冷卻筒（5）內(nèi)部的冷卻管道（8）、連接冷卻管道（8）的冷媒進(jìn)口（2）和冷媒出口（4），所述冷媒進(jìn)口（2）和冷媒出口（4）伸出爐體（1），連接外部管路。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述加熱裝置包括設(shè)置在冷卻筒（5）外圍的感應(yīng)線圈（6），感應(yīng)線圈（6）對裝料桶（9）內(nèi)的物體加熱。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝料桶（9）配套的測溫裝置包括從爐體（1）頂部設(shè)置的第一紅外測溫儀（12），所述第一紅外測溫儀（12）經(jīng)通過孔（5-1）對準(zhǔn)裝料桶（9）的頂部；所述冷卻筒（5）配套的測溫裝置包括穿過爐體（1）側(cè)壁可水平移動的第二紅外測溫儀（26）和設(shè)置在冷卻筒（5）側(cè)壁、與所述第二紅外測溫儀（26）位置對應(yīng)的測溫孔（27），所述測溫孔（27）的端部距冷卻筒（5）內(nèi)表面2-10mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的裝置，其特征在于，所述裝料桶（9）由上蓋和桶體組成，所述上蓋頂部邊緣下面設(shè)置上裝配端（9-7），所述桶體頂部設(shè)置與上裝配端（9-7）配合的下裝配端（9-2），底部設(shè)置銦倒流槽（9-4）；上蓋和桶體通過上裝配端（9-7）和下裝配端（9-2）裝配在一起；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述桶體底部設(shè)置籽晶夾頭裝配孔（9-3），內(nèi)置夾持石英仔晶（14）的籽晶夾頭（13）。

7.一種利用半導(dǎo)體磷化銦回收磷和銦的方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在裝爐步驟中，在坩堝（18）中放置氧化硼。

9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，在提純步驟中，停止感應(yīng)線圈（6）的工作后，增加氣體置換步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在提純銦的步驟中，當(dāng)坩堝（18）內(nèi)95-98%的銦被拉出后，上升提拉桿（3），銦錠（24）與坩堝中分離的銦熔體（23）脫離，通過分凝將雜質(zhì)部分去除；

技術(shù)總結(jié)
一種利用半導(dǎo)體磷化銦回收磷和銦的裝置和方法，屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，裝置包括密封的爐體、爐體內(nèi)的坩堝、爐體上部的冷卻筒及冷卻裝置、設(shè)置在冷卻筒中央的裝料桶及加熱裝置，裝料桶和冷卻筒配套有測溫裝置，裝料桶上設(shè)置排氣孔和排流孔。通過加熱裝料桶將其中的磷化銦分解為磷和銦，磷氣體通過排氣孔排出，沉積在冷卻筒內(nèi)壁上，液態(tài)銦通過排銦孔滴至坩堝中，再用石英仔晶將坩堝中的銦生長、拉出。使用本發(fā)明的裝置和方法，磷化銦回收操作簡單，效率高，在回收過程中對環(huán)境造成污染的材料，對環(huán)境友好；回收過程不破壞裝置，裝置可以重復(fù)使用；在回收的同時，對銦進(jìn)行初步提純，避免了在回收過程中對銦的污染。

技術(shù)研發(fā)人員：王書杰,高琦,顧占彪,孫聶楓,王陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2