[发明专利]一种高纯氧化镓的制备方法

说明书

本发明公开了一种高纯氧化镓的制备方法，包括如下步骤：在催化剂作用下，以含镓99.99％的工业镓与烷基醇反应生成烷基醇镓盐；再将得到的烷基醇镓盐在含烷基醇的水溶液中水解生成水合氧化镓，最后经过滤、干燥和焙烧得到高纯氧化镓，滤液经蒸馏回收未反应的烷基醇，回收的烷基醇循环使用。本发明制备方法未使用无机酸溶解金属镓，在后续的生产过程中无含氮、含硫、含磷和含氯等废气或废水产生，制备方法环保且成本低，制备得到的高纯氧化镓的纯度达99.9999％，杂质Si、S、Al、Ca、Fe、Ni、Mo含量都小于1ppm。

技术领域

本发明涉及一种高纯氧化镓的制备方法，用于制备高纯氧化镓。

背景技术

氧化镓是一种宽禁带半导体，禁带宽度Eg＝4.9eV，其导电性能和发光特性良好，因此，其在光电子器件方面有广阔的应用前景，被用作于Ga基半导体材料的绝缘层，以及紫外线滤光片。这些是氧化镓的传统应用领域，而其在未来的功率、特别是大功率应用场景才是更值得期待的。虽然氧化镓的导热性能较差，但其禁带宽度(4.9eV)超过碳化硅(约3.4eV)，氮化镓(约3.3eV)和硅(1.1eV)的。由于禁带宽度可衡量使电子进入导通状态所需的能量。采用宽禁带材料制成的系统可以比由禁带较窄材料组成的系统更薄、更轻，并且能应对更高的功率，有望以低成本制造出高耐压且低损失的功率元件。此外，宽禁带允许在更高的温度下操作，从而减少对庞大的冷却系统的需求。例如，单结晶构造的β-Ga2O3由于具有较宽的禁带，使其击穿电场强度很大，。β-Ga2O3的击穿电场强度约为8MV/cm，是Si的20多倍，相当于SiC及GaN的2倍以上。

专利200810014780.X采用金属镓和硫酸反应生成硫酸镓，使硫酸镓与硫酸铵在水溶液中聚合结晶析出硫酸镓铵晶体，将硫酸镓铵晶体经过多次重结晶处理，制得高纯硫酸镓铵晶体，最后经过烘干、焙烧，获得高纯氧化镓。专利201210542115.4采用将工业镓在加入碱液的电解槽中，进行电解制备镓酸钠溶液；再将镓酸钠溶液为中间物料，进行中和、洗涤、干燥、焙烧得到高纯氧化镓。专利201711418839.7采用金属镓为原料，以硝酸和氨水为辅料，通过金属镓与硝酸反应生成硝酸镓溶液，然后经氨水沉淀、陈化、离心、洗涤、煅烧，得到高纯氧化镓。专利201810752162.9采用硫酸溶液和过氧化氢溶液的混合溶液溶解金属镓，得到硫酸镓溶液。硫酸镓溶液在酸性条件下静置析出结晶，得到硫酸镓晶体和上清液。将硫酸镓晶体和上清液分离，得到提纯后的硫酸镓晶体。再烘干脱去提纯后的硫酸镓晶体的结晶水，焙烧，得高纯氧化镓。

以上方法制备高纯氧化镓的特征均是使用可无机酸(硫酸或硝酸)或无机碱，与镓反应得到无机镓盐，再通过水洗、烘干、结晶、焙烧，获得高纯氧化镓。制得高纯氧化镓化学反应过程中能耗高，耗水量大，水洗过程中有大量废水排放，焙烧过程中有大量毒气体排放，污染环境。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种环保、低能耗、低耗水、产品纯度高的高纯氧化镓的制备方法。

本发明一种高纯氧化镓的制备方法，包括如下步骤：

1)在催化剂A作用下，以含镓99.99％的工业镓与烷基醇在50℃～200℃下反应0.5h～24h，反应结束后经减压蒸馏得到烷基醇镓盐；

2)将得到的烷基醇镓盐溶于含烷基醇的水溶液中，在催化剂B的作用下、在10℃～90℃条件下水解0.5h～24h生成水合氧化镓，最后经陈化、过滤、干燥和焙烧得到高纯氧化镓，滤液经蒸馏回收未反应的烷基醇，回收的烷基醇循环使用；

其中步骤1)中所述的催化剂A选自氯化镓、氯化汞、碘、异丙醇镓、仲丁醇镓和正己醇镓的中的一种或多种，所述的镓、烷基醇、催化剂A的摩尔比为＝1:(0.5～5):(0.001～1)；

步骤2)中烷基醇镓盐、烷基醇、水的摩尔比为1:(0.5～4):(1～4)(摩尔比)；

所述的催化剂B选用醋酸和草酸中的一种或两种，催化剂B的量为烷基醇镓盐质量的0.5％～2％。