二维极化增强机制集成双阶段超晶格生长方法优化AlGaN深紫外LED的p型异质结构

本研究针对碲(Te)纯度对半导体材料性能的关键影响，创新性地采用氢气氛区熔精炼技术，系统探究了不同气氛条件对碲纯度和杂质去除率的影响。通过建立Spim模型和流体模拟，揭示了氢气流速与Se/S杂质去除效率的关联机制，在3次区熔、1.0 mm/min熔区移动速度和1.0 L/min氢气流速条件下实现86.9%杂质去除率，获得7N级高纯碲，为红外探测器和光伏材料制备提供了重要技术支撑。

　　

在半导体材料领域，碲及其化合物犹如"工业维生素"，是制造红外探测器、太阳能电池等尖端器件的关键材料。然而，就像制作精美蛋糕需要纯净的糖粉，半导体器件的性能也极度依赖碲的纯度——即使百万分之一的杂质，也会像音符中的杂音般破坏材料的电学性能。特别是硒(Se)和硫(S)这类"顽固分子"，因其平衡分布系数(k₀)接近1，传统区熔精炼技术难以有效清除，成为制约碲纯度提升的"卡脖子"难题。

中南大学的研究团队在《Materials Science and Engineering: B》发表的研究中，创新性地将氢化学反应机制引入区熔精炼过程。通过建立Spim数学模型结合计算流体动力学(CFD)模拟，系统研究了氢气流场与杂质去除的关联规律。实验采用5N级粗碲为原料，在自主研发的1700 mm水平区熔装置中，通过精确控制熔区移动速度(1.0 mm/min)和氢气流速(1.0 L/min)，实现了Se/S杂质的高效去除。

关键技术方法包括：1) 多气氛(氢/氮/氩)对比实验设计；2) 基于BPS模型的平衡分布系数修正；3) 石英管流场数值模拟；4) 辉光放电质谱(GDMS)纯度分析。

【计算结果】通过建立Spim数学模型，计算出Se和S的平衡分布系数分别为0.27和0.32，氢气氛使Se的k₀降低23%，证实氢能改变杂质热力学行为。

【杂质去除率】三区熔次后，氢气氛下的杂质去除率达86.9%，Se含量从12.6 mg/kg降至1.8 mg/kg，实现7N级纯度(>99.99999%)。

【流场模拟】CFD模拟显示1.0 L/min氢气流速可在石英管内形成明显涡流，促进H₂Se/H₂S气态产物扩散，较0.5 L/min流速提升传质效率37%。

这项研究的重要意义在于：首次定量揭示了氢气氛对Se/S杂质分布系数的调控机制，建立的"化学反应-传输动力学"耦合模型为高纯金属制备提供了新思路。所获7N级高纯碲可直接用于HgCdTe红外探测器制造，其氢辅助区熔技术也可推广至其他半导体材料的纯化过程。该成果不仅解决了Se/S杂质难以去除的技术瓶颈，更为半导体级高纯材料制备提供了可量化的工艺窗口。