中国粉体网讯 在当下最火的高速光模块、硅光集成、CPO的赛道里，磷化铟是绕不开的明星材料。
提起磷化铟，大家目光总落在铟身上，它常被贴上稀缺贵金属标签。
很少有人留意，作为Ⅲ-Ⅴ族半导体的另一半，磷元素同样是构建这一光芯片材料不可或缺的骨架。缺了磷，再珍贵的铟，也无法形成具备光电特性的磷化铟晶体。
磷的重要价值
磷是元素周期表中第5主族的非金属元素，自15世纪60年代磷被发现以来，便得到了科学家们广泛的关注。高纯磷指磷单质，纯度达99.999%-99.99999%（即5N-7N）。磷因其特别的电子结构显现出多种物理形态和同素异形体，主要包括黄磷、红磷以及黑磷，它们的物理化学性质各不相同，在不同的温度及压强下可以相互转化。
白磷、红磷、黑磷的物理化学性质
开篇我们说了，磷和铟组成了化合物磷化铟，磷化铟的价值相比不用多说。在高速光通信与光电芯片领域，磷化铟是实现电光转换的核心材料，是CPO、高速光模块不可或缺的底层支撑。
此外，磷是植物不可或缺的三大营养元素之一，同时也是一种至关重要的化工原料，中国所生产的磷矿中，大约有71%被用于制造各类磷肥，如磷酸二铵（DAP）、磷酸一铵（MAP）、重过磷酸钙（TSP）、过磷酸钙、钙镁磷肥、脱氧磷肥等高效复合肥料；应用磷肥不仅可以增强植物对干旱和寒冷的抵抗力，还能增加块根作物中的淀粉和糖含量，这对粮食产量的增加具有极其重要的影响。
虽然磷在机体内的含量极低，但却是一切生命的不可缺少的元素，约有10%的磷矿石用在食品行业中的磷酸以及动物饲料添加剂。
磷产物分布图
大约有11%的磷矿被用于轻工、国防等前沿产业，在冶金领域中，磷矿被用来提取磷青铜、磷生铁、铸铁等产品；在生物学领域，磷矿可用于动物或人类骨豁修复，尤其是在牙齿、假肢以及其他骨豁的修复和再生方面。
剩余约有7%的磷矿被用于黄磷的生产，黄磷在工业赤磷、磷酸、有机农药、军事信号弹等领域有着广泛的应用，而工业赤磷还被用于火柴、肥料、农药、阻燃剂和半导体等多个行业的生产。
黄磷
性质
黄磷又称白磷，为无色或淡黄色，含有剧毒性。黄磷的密度为1.89g/cm3，熔点为317.25K，沸点为553.65K，当温度达到313.15K，黄磷会发生自燃；放在湿润的空气中，它会在阴影中发光。黄磷在冷水中的溶解性极差，但会微溶于热水和乙醇中，在二硫化碳、苯和其他有机溶剂中极易溶解，所以通常把黄磷浸泡在水下保存，与空气隔绝，并存放在凉爽且通风性良好的专用仓库中。在无氧环境中，将黄磷在553.15K~573.15K的温度下持续加热或长时间暴露在光照中时，它会转变为赤磷。黄磷的化学性质非常活泼，容易被氧化形成氧化物，并且在常温条件下，与空气接触时会产生浓烈的白色烟雾。
用途
黄磷主要用于生产热法磷酸、三氯化磷、三氯氧磷、五硫化二磷等磷化合物，少量用于生产红磷和五氧化二磷。高纯黄磷广泛用于大规模集成电路、液晶显示器等微电子工业。工业生产中，通常以质量分数99.9%的工业黄磷为原料，经两次蒸馏制得高纯黄磷；也可将三氯化磷精馏纯化，再用纯氢还原制得高纯黄磷。
制备方法
随着科技的进步，高纯磷的制备技术不断发展和完善，目前高纯磷制备方法主要有区域熔炼法、蒸馏法、电磁净化法、氧化法、氯化还原法等。我国主要采用湿法提纯工业黄磷，但该方法存在工艺流程长、自动化程度偏低、提纯效率差等问题，黄磷中多种微量杂质严重影响其在半导体及电子等行业的应用。
市场现状
目前我国工业级黄磷产能超过1.5Mt/a，产能严重过剩，但高纯黄磷需求量持续增长，产能供给则明显不足。高纯黄磷关键生产技术一直掌控在日本、韩国和欧美发达国家手中，近年来湖北兴发化工突破了高纯黄磷及清洁生产关键技术，已形成万吨级高纯黄磷产能。
红磷
性质
红磷又称赤磷，紫红或略带棕色的无定形粉末。在空气中几乎不会发生氧化，比较稳定，呈现为红褐色的立方晶体或无定形粉末形态，它不具有毒性，密度比白磷大，为2.34g/cm3，沸点为473.15K，着火点为473.15K。在快速加热和加压的环境中，当温度上升到863.15K~883.15K时，红磷会发生熔化；把红磷加热到689.15K时，它会发生升华，并且它的蒸气冷却后会转化为白磷。红磷在冷水中极微溶，在热水、二硫化碳、乙醚和液氨中是不溶的，但会溶解在无水乙醇；为了防止红磷缓慢氧化生成P2O5，通常会加入水或煤油对其进行密封保存。在常压条件下，红磷不会在空气中自然燃烧，但当加热到大约473.15K左右时，则会发生着火燃烧，同时在氯的气体中加热，红磷也会燃烧，当遇到高锰酸钾、过氧化物等氧化剂时，它可能会发生爆炸。
用途
出于安全考虑红磷是合成磷化铟时最常用的一种。红磷也可用于阻燃聚烃类、聚苯乙烯、聚酯、尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、环氧树脂、不饱和树脂、橡胶、纺织品等。电子级红磷绿色清洁合成工艺为高纯黄磷直接转化法，即在250~350℃，一定压力下隔绝空气加热黄磷转化为红磷，再精制得到高纯产品。
市场现状
目前，国内电子级红磷严重依赖进口，日本RASA、日本化学等公司出口的高纯红磷占据了我国高纯红磷市场80%以上的份额。近年来，我国电子级红磷市场需求较大，产能呈增长趋势。湖北兴发化工、贵州威顿晶磷电子材料、峨嵋半导体材料、江苏秦烯新材料、苏州城邦达益新材料等企业纷纷上马新项目。
黑磷
性质
黑磷通常呈现为深黑色的晶体，是黄磷在中高温、高压条件下转化制得的高纯产品，密度为2.70g/cm3，熔点为883.15K，燃点为763.15K，在空气中黑磷不能燃烧。黑磷不溶于CS2，由于与石墨的片状结构类似，因此黑磷具有导电性。黑磷与硝酸会生成磷酸，与氯酸钾会发生剧烈的氧化反应，其化学活泼性较差。
用途
黑磷可用于锂电池、太阳能电池、芯片制造、医药及氢能源等领域。作为一种新兴的二维材料，黑磷优异的性质和广泛的应用前景使其成为材料科学和电子学领域的研究热点，并为电子器件的发展带来了新的可能性。
小结
除了黄磷、红磷、黑磷等外，单质磷还有蓝磷（BuP）和紫磷（VP）等具有不同晶体结构和能带结构的同素异形体，它们结构与性质差异巨大，应用也不同。黄磷活性高、安全性差，难以直接用于晶体制备；黑磷拥有独特二维特性，更多用于新型器件研究。
而高纯红磷正是磷化铟半导体的重要原料，与铟相互成就，共同支撑起光芯片产业的底层材料根基。
参考来源：
[1]谢文霞.磷化铟多晶合成的实验研究
[2]周晓龙.大直径InP单晶制备及其半绝缘特性研究
[3]纪罗军.我国精细硫磷化工技术与市场综述（四）——黄磷及磷酸衍生产品
[4]姜宗魁.高纯磷制备工艺研究进展
（中国粉体网/山川）
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