Способ получения моносилана Советский патент 1992 года по МПК C01B33/04 

Изобретение относится к неорганической химии и может найти применение в производстве высокочистого кремния и полупроводниковых материалов на их основе, а также в аналитической химии - для определения кремния при низких его содержаниях.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения моносилана, основанный на восстановлении тетрахлорида кремния (IV) литий-алюминий гидридом в неводной среде (эфир, диоксак), Этот способ осуществляется в ячейке из стекла, загружая в нее восстановитель - ли- тийалюминий гидрид, а тетрахлорид кремния (IV), растворенный в неводной среде (эфир, диоксан) приливают порциями из капельной воронки по мере течения реакции. Процесс ведут при 80°С с отсасыванием с помощью форвакуумного насоса. Выход гидрида близок к количественному.

Целью изобретения является упрощение способа. Упрощение способа достигается за счет исключения необходимости продувания инертного газа или применения форвакуумного насоса с целью удаления силана из раствора, поскольку непрерывно выделяющийся амальгамой натрия водород осуществляет эту функцию, а также за счет снижения температуры процесса.

Необходимость быстрого удаления сигнала из реакционной смеси связана со снижением выхода продукта за счет побочных химических реакций. В результате побочных химических реакций может образоваться элементный кремний, который оказывает каталитическое действие на реакцию распада моносилана на элементы.

Распаду моносилана на кремний и водород способствуют также стеклянные стенки ячейки. Поэтому в предполагаемом изобретении приведены сопоставительные данные, полученные в ячейке двух типов: из кварца и стекла и рекомендована ячейка из кварца, применение которой при прочих равных условиях повышает выход моносилана на 15-20% При исходной концентрации щелочи 1 моль/л процесс несколько замедляется, применение же щелочи более высокой концентрации нерационально, поскольку уже при ее концентрации 2 моль/л достигается достаточно высокая проводись ел от

мость раствора, При концентрации кремния 1(Г3 моль/л выход моносилана резко снижается, вследствие ускорения реакции SiH4 + SI(IV) 2Sid+4H+. Образующийся элементный кремний, как указано в литературе, катализирует распад гидрида на элементы. При более высокой температуре (30°С) выход моносилана снижается вследствие уско- рения реакции разложения гидрида щелочью. Ни в одном из известных спосо- бов щелочные растворы не были рекомендованы вследствие быстрого разложения моносилана по реакции

SIH4 + 2NaOH + H20 - + 4На Эту реакцию называют реакцией гидролм- за, хотя это-типичная реакция окисления гидрида молекулами воды,

В водном щелочном растворе в пределах температур 10-20°С в кварцевой ячейке достигается выход моносилана, близкий к 90%.

Пример.

В кварцевую ячейку, снабженную рубашкой для термостатирования, помещают 100 г 1,5 мас.%-иую амальгаму натрия (1,5 мае. % Na), заливают 50 см31 моль/л раствора гидроксида натрия и по истечении 5 минут, необходимых для удаления растворенных в щелочи кислорода, вводят раствор силиката натрия в количестве, обес-

печивающем его концентрацию в конечном объеме 10 моль/л. Герметически закрывают ячейку, подключают ловушку для поглощения гидрида, заполненную титрованным раствором окислителя и осуществляют процесс при 20°С в течение 60 мин. Определяют выход гидрида оксидиметрическим методом. Выход продукта 84,0%.

Остальные примеры сведены в таблицу.

Из приведенных данных следует, что применение кварцевой ячейки позволяет повысить выход гидрида на 15-20% по сравнению со стеклянной, выход продукта близок к 90%.

Формула изобретения

Способ получения моносилана, включающий взаимодействие соединения кремния (IV) с восстановителем в ячейке в жидкой среде, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, в качестве соединения кремния используют раствор силиката натрия с концентрацией (1-5) моль/л; в качестве восстановителя используют 1,5 мас.%-ную амальгаму натрия, в качестве жидкой среды используют 1-2 моль/л раствор гмдроксида натрия, в котором до стадии взаимодействия выдерживают амальгаму в течение не менее 5 мин и вза- нодействие осуществляют при 10-20°С в /варцевой ячейке.

Изобретение относится к способам получения моносилана. применяемого в производстве высокочастотного кремния и полупроводниковых материалов на его основе, и позволяет упростить процесс. В кварцевую ячейку помещают 1,5 мас.%-ную амальгаму натрия, заливают 1-2 моль/л раствора гидроксида натрия, выдерживают в течение не менее 5 мин. Затем вводят i-4 10 -5-10 моль/л раствор силиката натрия и выдерживают при 10-20°С до прекращения образования продукта. 1 табл