[發明專利]由硅合金和堿土金屬或堿土金屬硅化物生產硅烷的方法

無效

• 申請號: 201080033464.2
• 申請日: 2010-06-28
• 公開（公告）號: CN102471073A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: D·貝洛
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: C01B33/04
• 分類號: C01B33/04
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 徐國棟;林柏楠

本發明涉及由硅合金或由硅化物生產氫化硅或硅烷的方法。

某些硅烷，更特別是甲硅烷或四氫化硅(SiH₄)在用于沉積無定形硅、多晶硅、納米晶或單晶硅也稱為納米非晶或微米非晶硅、二氧化硅、氮化硅或其它硅化合物的技術中，例如在氣相沉積技術中用作硅載體。

由硅烷得到的無定形硅和單晶硅的薄膜沉積容許生產太陽能電池。

也可通過硅烷裂化和化合物如碳化硅的生產而得到耐酸腐蝕的涂層。

最后，硅烷可加成到不飽和烴的單鍵或多鍵上以得到有機硅烷。

甲硅烷市場正經歷非常明顯的擴張以制造集成半導體和生產薄膜或晶體太陽能(光伏)電池、半導體組件和生產平面屏幕。

迄今已使用了以下所述幾類方法。

首先，在KCl/LiCl浴中在450-550℃的溫度下通過LiH還原SiCl₄是已知的。反應收率高，但該方法一方面取決于LiH的可得性，但鋰資源非常有限，另一方面取決于通過電解使鋰金屬再循環的可能性。反應混合物非常具有腐蝕性，且使用特殊材料。該方法已用于生產少量硅烷。

在有機溶劑介質中通過NaAlH₄還原SiF₄是另一實例。該方法在工業上僅當存在SiF₄(另一化學生產方法的副產物)和鈉用于生產氫化鈉鋁時是可行的。該方法不容易使用，尤其是由于以上兩個原因。

另一已知反應是化學計量的Mg₂Si合金在液體NH₃介質中的化學侵蝕。反應平衡如下：

Mg₂Si+4HCl→SiH₄+2MgCl₂

液體NH₃

該方法在接近室溫的溫度和大氣壓力下進行。已在含水和氨性介質中徹底地測試了硅化鎂(Mg₂Si)。盡管在工業生產裝置中進行是十分可接受的，但該方法具有以下主要缺點：

■因為鎂的揮發性，工業硅化鎂僅含有70-80％的化學計量化合物。生產化學計量化合物的條件涉及對于該工業而言也昂貴的產品；和

■與通過該路線生產甲硅烷同時，產生許多較高硅烷，包括聚氯硅烷、硅氧烷和硅橡膠，使得甲硅烷材料平衡差且導致主要工藝控制困難。

該方法是不令人滿意的，因為控制方法中的困難和高度調整的液體氨使用。

另一已知反應是SiHCl₃在含接枝胺基團等的樹脂上的歧化。完整方法因此通過如下表示：

a)4Si_金屬+12HCl→4SiHCl₃+4H₂(約300至約1000℃的溫度)；

b)4SiHCl₃←→SiH₄+3SiCl₄(接近室溫的溫度)；

c)3SiCl₄+3H₂→3SiHCl₃+3HCl(約1000℃的溫度)，即以下反應平衡：4Si_金屬+9HCl→SiH₄+3SiHCl₃+H₂。

以上反應的變化方案因此通過以下給出：

a)4Si_金屬+16HCl→4SiCl₄+8H₂(約1000至約1100℃的溫度)

b)4SiCl₄+4H₂→4SiHCl₃+4HCl(約1000℃的溫度)

4SiHCl₃→SiH₄+3SiCl₄，

即如下反應平衡：

4Si_金屬+12HCl→SiH₄+3SiCl₄+4H₂。

該方法需要在極腐蝕的介質中的高溫并消耗大量能量(對于步驟b約50kWh/kg)。為實現最大收率，步驟b)需要許多氯硅烷混合物再循環回路。除使用極腐蝕、有毒且易燃的產物外，這類方法在能量方面非常昂貴并遭受許多工業風險。