2023年度中國有色金屬工業(yè)

2023年度中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎擬提名項目公示內(nèi)容（科技進步獎）項目名稱晶圓制備過程中鎵和砷的綠色高效回收提純關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化提名單位及提名等級株洲科能新材料股份有限公司、浙江能鵬半導(dǎo)體材料有限責(zé)任公司、湘潭大學(xué)，一等獎提名意見項目以回收砷化鎵邊料制備用于化合物半導(dǎo)體材料高純砷、高純鎵為目標，開展了砷化鎵的負壓熱解析熱力學(xué)模型分析，發(fā)明了基于超臨界水連續(xù)生產(chǎn)微米級氧化鎵的制備技術(shù)，開發(fā)了砷化鎵真空熱分解技術(shù)、多溫區(qū)干燥聯(lián)合鎵無雜質(zhì)致密電沉積技術(shù)、反向熱傳導(dǎo)定向結(jié)晶技術(shù)、氣相還原聯(lián)合真空升華技術(shù)，實現(xiàn)了砷化鎵邊料綠色零污染高效回收并制備了高純鎵和高純砷，進一步提升了金屬鎵和砷的再利用價值，技術(shù)創(chuàng)新性強。砷化鎵分解后的鎵純度達到3N~3N5，回收率達90%以上；經(jīng)反向熱傳導(dǎo)定向結(jié)晶法制備的高純鎵純度達6N~8N，雜質(zhì)元素總含量＜1ppm；經(jīng)氣相還原聯(lián)合真空升華技術(shù)提純后的砷純度達6N以上，雜質(zhì)元素總含量＜1ppm。技術(shù)經(jīng)濟指標先進程度高。砷化鎵物料中砷具有劇毒性，鎵對部分金屬具有強腐蝕性，對操作人員安全防護、生產(chǎn)設(shè)備密封性、防腐性、批次物料穩(wěn)定性要求極高。項目攻克了超臨界水氧化過程中反應(yīng)條件苛刻、反應(yīng)設(shè)備腐蝕和失效的技術(shù)瓶頸，以及高溫高壓超臨界水容器腐蝕帶來的粉體材料污染難題，解決了砷的安全生產(chǎn)問題，實現(xiàn)了高純砷及鎵的綠色高效回收。技術(shù)難度大，復(fù)雜程度高。該項目技術(shù)指標先進、技術(shù)成熟可靠、經(jīng)濟社會效益顯著，對推動行業(yè)科技進步和提高市場競爭力意義重大。項目簡介砷化鎵作為化合物半導(dǎo)體材料廣泛應(yīng)用于制造高頻、高速、大功率、低噪聲、耐高溫、抗輻射等集成電路以及光電及手機高頻通訊領(lǐng)域。其產(chǎn)業(yè)鏈上游為砷化鎵晶體生長、襯底和外延片生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)。其中襯底是外延層半導(dǎo)體材料生長的基礎(chǔ)，在芯片中起到承載和固定的關(guān)鍵作用。然而在砷化鎵加工使用過程中，能夠得到有效利用的材料通常低于50%，產(chǎn)生的大量砷化鎵廢料很少有企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)綠色回收，目前一般采用掩埋或非正規(guī)途徑回收，其中的砷極易對土壤及水資源造成不可逆的污染。同時，用于制備砷化鎵的原料金屬鎵屬于伴生礦，地殼中含量極低，目前已面臨資源緊缺，金屬鎵的稀缺將反向制約我國砷化鎵半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展；砷化鎵的另一種原料砷主要通過火法揮發(fā)或濕法浸出技術(shù)制取，工藝中需要使用大量的酸、堿、氨水等，對環(huán)境危害不可忽視。且通過現(xiàn)有工藝制備的鎵、砷純度多停留的6N以下，用于制備氮化鎵、砷化鎵等半導(dǎo)體材料的高純鎵、砷主要依賴進口。因此，開發(fā)砷化鎵邊料的綠色高效回收技術(shù)及高純鎵、高純砷高質(zhì)化提純技術(shù)對于推動半導(dǎo)體材料領(lǐng)域國產(chǎn)化替代尤為迫切，意義重大。針對砷化鎵綠色分離困難、制取的原材料純度低、難以大規(guī)模生產(chǎn)等瓶頸工程科學(xué)問題，項目組率先從砷化鎵廢料的分離及高純鎵、砷的制備工藝、關(guān)鍵裝備、核心技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈所需的配套材料和設(shè)備等方面做出了系統(tǒng)性的研究工作，達到國際領(lǐng)先水平，成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用，占領(lǐng)了國內(nèi)外高端市場。主要研究內(nèi)容：(1)砷化鎵負壓熱解析分解技術(shù)；(2)超臨界水氧化反應(yīng)技術(shù)；（3）多溫區(qū)干燥聯(lián)合鎵無雜質(zhì)致密電沉積技術(shù)；（4）反向熱傳導(dǎo)定向結(jié)晶技術(shù)；（5）氣相還原聯(lián)合真空升華技術(shù)?？萍紕?chuàng)新關(guān)鍵點：(1)采用第一性原理計算砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu)和負壓熱解析熱力學(xué)分析模型，對砷化鎵分解條件理論建模，確定分解條件參數(shù)；（2）根據(jù)砷化鎵真空分解理論，研發(fā)出保證砷、鎵分離效率，對環(huán)境無害的砷化鎵分解裝置；（3）采用超臨界水氧化技術(shù)去除分離鎵中的有機殘留物，并將鎵不經(jīng)過鎵鹽直接制備為氧化物前驅(qū)體，實現(xiàn)有機物的深度脫離；（4）采用多溫區(qū)干燥聯(lián)合鎵無雜質(zhì)致密電沉積技術(shù)將金屬鎵提純至5N，過程中無有害化學(xué)試劑添加，避免了有害物質(zhì)揮發(fā)及污染；（5）利用多模式電磁場約束下反向熱傳導(dǎo)定向結(jié)晶技術(shù)，實現(xiàn)6N~8N超高純金屬鎵制備；（6）采用氣相還原聯(lián)合真空升華技術(shù)，利用PLC對溫度梯場、流量及反應(yīng)時間進行自動化控制，實現(xiàn)6N高純砷的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。知識產(chǎn)權(quán)目錄一種連續(xù)生產(chǎn)微米級氧化鎵粉末的工藝一種IGZO靶材專用氧化鎵粉末的制備方法一種高純鎵清洗裝置一種高純鎵干燥裝置一種高純氧化鎵的球磨裝置一種高純鎵鑄錠裝置一種微米級球形磷酸鎵的制備方法一種高純鎵珠生產(chǎn)裝置一種氧化鎵粉末的生產(chǎn)裝置一種氧化鎵粉末的篩分裝置一種氧化鎵粉末的干燥裝置一種納米氧化鎵的生產(chǎn)裝置一種生產(chǎn)高純鎵的裝置一種高純鎵分離裝置一種管式爐尾氣余熱的回收利用裝置一種連續(xù)低熔點金屬精煉爐一種連續(xù)真空電弧熔化爐一種數(shù)控真空電弧爐一種連續(xù)生產(chǎn)納米粉體的電弧爐一種用于生產(chǎn)高純砷的氫化還原裝置一種高純砷的破碎裝置一種高純砷的清洗裝置一種砷蒸氣冷凝收集的裝置主要完成人姓名：趙科湘

排名：1

行政職務(wù)：副董事長兼副總經(jīng)理

技術(shù)職稱：/

工作單位：株洲科能新材料股份有限公司

完成項目時所在單位：株洲科能新材料股份有限公司

對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：項目總負責(zé)人，全面組織課題設(shè)計、立題申請、項目實施，對本項目技術(shù)路線的制定、關(guān)鍵技術(shù)決策起關(guān)鍵作用。具體表現(xiàn)在：1、提出研究方案，制定研究路線，組織項目實施；2、組織項目組進行砷化鎵的負壓熱解析熱力學(xué)模型分析，對高純超細金屬鎵粉體前驅(qū)體的生產(chǎn)工藝、高純超細金屬鎵熱處理加工工藝、高純砷的實驗及分析；3、設(shè)計具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高強度水熱反應(yīng)裝置和快速升溫高溫?zé)崽幚頎t。對工藝創(chuàng)新和設(shè)備創(chuàng)新均做出了重要貢獻。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的80%。姓名：文劼

排名：2

行政職務(wù)：總工程師

技術(shù)職稱：工程師

工作單位：株洲科能新材料股份有限公司

完成項目時所在單位：株洲科能新材料股份有限公司

對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：對多溫區(qū)干燥聯(lián)合鎵無雜質(zhì)致密電沉積技術(shù)及利用多模式電磁場約束下反向熱傳導(dǎo)定向結(jié)晶技術(shù)做出關(guān)鍵貢獻，實現(xiàn)了6N~8N超高純金屬鎵的穩(wěn)定制備。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的80%。姓名：金智宏

排名：3

行政職務(wù)：副總工程師

技術(shù)職稱：高級工程師

工作單位：株洲科能新材料股份有限公司

完成項目時所在單位：株洲科能新材料股份有限公司

對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：對實驗過程中涉及原料、成品、過程產(chǎn)品雜質(zhì)元素分析檢測做出關(guān)鍵貢獻，建立分析檢測方法，通過對高純金屬中雜質(zhì)元素建立分析標準，有效指導(dǎo)項目研發(fā)方向。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的80%。姓名：趙科峰

排名：4

行政職務(wù)：董事長兼總經(jīng)理

技術(shù)職稱：/

工作單位：株洲科能新材料股份有限公司

完成項目時所在單位：株洲科能新材料股份有限公司

對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：在整個項目的管理和進度控制方面做出重要貢獻。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的30%。姓名：莫建新

排名：5

行政職務(wù)：研發(fā)工程師

技術(shù)職稱：工程師

工作單位：株洲科能新材料股份有限公司

完成項目時所在單位：株洲科能新材料股份有限公司

對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：在多模式電磁場約束下反向熱傳導(dǎo)定向結(jié)晶技術(shù)聯(lián)合無雜質(zhì)致密電沉積技術(shù)、采用氣相還原聯(lián)合真空升華技術(shù)，利用PLC對溫度梯場、流量及反應(yīng)時間進行自動化控制高純砷生產(chǎn)裝備及技術(shù)做出重要貢獻。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的80%。姓名：謝宗華

排名：6

行政職務(wù)：無

技術(shù)職稱：工程師

工作單位：株洲科能新材料股份有限公司

完成項目時所在單位：株洲科能新材料股份有限公司

對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：在超臨界水氧化技術(shù)去除分離鎵中有機物殘留去除工藝裝置設(shè)計、氧化鎵粉體材料前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化的超臨界水氧化生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計做出重要貢獻。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的80%。姓名：謝宗華

排名：6

行政職務(wù)：無

技術(shù)職稱：工程師

工作單位：株洲科能新材料股份有限公司

完成項目時所在單位：株洲科能新材料股份有限公司

對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：在超臨界水氧化技術(shù)去除分離鎵中有機物殘留去除工藝裝置設(shè)計、氧化鎵粉體材料前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化的超臨界水氧化生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計做出重要貢獻。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的80%。姓名：歐陽曉平

排名：7

行政職務(wù)：材料科學(xué)與工程學(xué)院院長

技術(shù)職稱：教授

工作單位：湘潭大學(xué)

完成項目時所在單位：湘潭大學(xué)

對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：在多模式電磁場約束下反向熱傳導(dǎo)定向結(jié)晶技術(shù)聯(lián)合無雜質(zhì)致密電沉積技術(shù)、采用氣相還原聯(lián)合真空升華技術(shù)，利用PLC對溫度梯場、流量及反應(yīng)時間進行自動化控制高純砷生產(chǎn)裝備及技術(shù)做出重要貢獻。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的80%。姓名：曾佳

排名：8

行政職務(wù)：質(zhì)安環(huán)部經(jīng)理

技術(shù)職稱：工程師

工作單位：株洲科能新材料股份有限公司

完成項目時所在單位：株洲科能新材料股份有限公司

對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：在研發(fā)出保證砷、鎵分離效率，對環(huán)境無害的砷化鎵分解裝置；克服傳統(tǒng)高純砷生產(chǎn)過程中解決高純砷制備過程中環(huán)境污染，危害操作人員健康的問題，實現(xiàn)6N高純砷的綠色、安全、產(chǎn)業(yè)化制備方面做出重要貢獻。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的80%。姓名：彭雁

排名：9

行政職務(wù)：生產(chǎn)副總監(jiān)

技術(shù)職稱：工程師

工作單位：浙江能鵬半導(dǎo)體材料有限責(zé)任公司完成項目時所在單位：浙江能鵬半導(dǎo)體材料有限責(zé)任公司對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：在氣相還原聯(lián)合真空升華技術(shù)、砷化鎵真空熱分解裝置、高純砷工藝耦合及環(huán)境控制方面做出重要貢獻。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的80%。姓名：陳飛

排名：10

行政職務(wù)：研發(fā)工程師

技術(shù)職稱：工程師

工作單位：株洲科能新材料股份有限公司完成項目時所在單位：株洲科能新材料股份有限公司對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：在研發(fā)出保證砷、鎵分離效率，對環(huán)境無害的砷化鎵分解裝置；克服傳統(tǒng)高純砷生產(chǎn)過程中解決高純砷制備過程中環(huán)境污染，危害操作人員健康的問題，實現(xiàn)6N高純砷的綠色、安全、產(chǎn)業(yè)化制備方面做出重要貢獻。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的80%。姓名：卜俊鵬

排名：11

行政職務(wù)：董事長兼總經(jīng)理技術(shù)職稱：高級工程師

工作單位：浙江康鵬半導(dǎo)體有限公司完成項目時所在單位：浙江康鵬半導(dǎo)體有限公司對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：基于負壓熱解析熱力學(xué)分析模型進行砷化鎵真空分離參數(shù)的選定，驗證工藝路線可行性；對產(chǎn)品高純鎵、高純砷合成砷化鎵的性能驗證，進而指導(dǎo)高純材料相關(guān)參數(shù)和設(shè)備的改進。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的50%。姓名：羅林中

排名：12

行政職務(wù)：生產(chǎn)部經(jīng)理技術(shù)職稱：工程師

工作單位：株洲科能新材料股份有限公司完成項目時所在單位：株洲科能新材料股份有限公司對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：在高純金屬氧化物粉體材料前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化的超臨界水氧化生產(chǎn)產(chǎn)線搭建、產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面做出重要貢獻。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入的工作量占本人工作量的80%。姓名：劉清泉

排名：13

行政職務(wù)：院長技術(shù)職稱：教授

工作單位：湖南科技大學(xué)完成項目時所在單位：湖南科技大學(xué)對本項目主要學(xué)術(shù)貢獻：在進行高產(chǎn)鎵及高純砷材料驗證及改進、砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu)研究方面做出重要貢獻。在該項技術(shù)研發(fā)工作中投入