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硅烷热分解法

时间:2022-11-04 百科知识 版权反馈
【摘要】:硅烷实际上是甲硅烷的简称。甲硅烷作为提纯中间化合物有其突出的特点:一是甲硅烷易于热分解,在800~900℃下分解即可获得高纯多晶硅,还原能耗较低。改进硅烷法多晶质量,可以使用加氢稀释、热分解等技术,甲硅烷分解时多晶硅就沉积在加热到850℃的细硅棒(硅芯)上。但是到目前为止,西门子法依然是高纯多晶硅的主要生产技术,不仅因为硅烷法生产多晶硅的成本要比西门子法高,更重要的是因为硅烷易爆炸,限制了该工艺的应用发展。

硅烷实际上是甲硅烷的简称。甲硅烷作为提纯中间化合物有其突出的特点:一是甲硅烷易于热分解,在800~900℃下分解即可获得高纯多晶硅,还原能耗较低。二是甲硅烷易于提纯,在常温下为气体,可以采用吸附提纯方法有效去除杂质。缺点是热分解时多晶的结晶状态不如其他方法好,而且易于生成无定型物。

1.硅烷的制备

曾被研究的甲硅烷的制备方法有多种,具体如下:

直至20世纪80年代,美国联合碳化物公司采用某种催化剂使氯硅烷发生歧化反应,最后生成硅烷。其工艺为

该方法大大降低了硅烷的生产成本,目前已经实现了大规模的生产。

20世纪末,美国MEMC Pasadena公司采用了四氟化硅为原料,与其公司生产的四氢化铝钠反应,反应生产粗硅烷和四氟化铝钠两种物质。其主要工艺如下:

反应产生了粗硅烷和四氟化铝钠两种物质。副产物四氟化铝钠是一种合成焊剂,它在铝的回收和其他金属熔炼工业上有多种用途。

2.硅烷的提纯

硅烷法在提纯方面有很多优点,首先有特殊的去硼技术可以采用。由于各种金属杂质不能生成类似的氢化物或者其他挥发性化合物,使在硅烷生成的过程中,粗硅中的杂质先被大量除去。硅烷在常温下为气体,精馏必须在低温或者低温非常压下进行。硅烷气体易于用吸附法提纯。目前很多厂家采用吸附法提纯。浙江大学提供的分子筛吸附法应用于硅烷的提纯过程中,其效果比较好。

3.硅烷的热分解

不需用氢还原,甲硅烷可以热分解为多晶硅是硅烷法的一大优点。化学反应如下:

甲硅烷的分解温度低,在850℃时即可获得好的多晶结晶,而且硅的收率达到90%以上,但在500℃以上甲硅烷就易于分解为非晶硅。非晶硅易于吸附杂质,已达到高纯度的非晶硅也难以保持其纯度,因此在硅烷热分解时不能允许无定型硅的产生。改进硅烷法多晶质量,可以使用加氢稀释、热分解等技术,甲硅烷分解时多晶硅就沉积在加热到850℃的细硅棒(硅芯)上。但是到目前为止,西门子法依然是高纯多晶硅的主要生产技术,不仅因为硅烷法生产多晶硅的成本要比西门子法高,更重要的是因为硅烷易爆炸,限制了该工艺的应用发展。硅烷法工艺主要流程如图4-5所示。

图4-5 硅烷法工艺主要流程

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