[發明專利]一種生產高純乙硅烷的系統及其方法

無效

• 申請號: 201110418634.5
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102502653A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 余京松;楊智敏;程戰鋒;朱魯明;沃銀花
• 申請（專利權）人: 浙江賽林硅業有限公司
• 主分類號: C01B33/04
• 分類號: C01B33/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及一種生產高純乙硅烷的系統及其方法。

背景技術

乙硅烷是硅、氫化合物。和硅烷一樣都是最重要的硅烷氣體之一。尤其是乙硅烷明顯優于硅烷的情況有以下幾種：

a、在輝光放電沉積非晶硅薄膜時，乙硅烷的沉積速率比硅烷至少高20倍以上，而且所形成的薄膜比硅烷的膜厚得多，達到20μm，這種乙硅烷所沉積薄膜具有更高的光電導性能。

b、用硅烷制備半導體硅時，乙硅烷的分解溫度可以降低200～300℃，每單位重量半導體硅的能耗將會大幅度下降。

c、在離子注入工藝過程，用乙硅烷做離子源容易起輝，束源強，效果明顯優于其他氣體。

d、乙硅烷可以作為III-V族元素化合物半導體材料的摻雜劑，也可以制作摻磷多晶硅材料，以用于集成器件的柵極和發射極，這些優點都是硅烷所無法替代的。

乙硅烷的制備方法：

一、以硅烷為初始原料制備乙硅烷

以硅烷為初始原料通過光解、輝光放電、原子激發、靜電場、熱分解等方法都有可能使SiH₄轉化為乙硅烷。

反應式：

這些方法都是在硅烷壓力很低的條件下(幾乇～20乇之間)進行的。硅烷通過熱分解來制備乙硅烷面臨的主要問題是乙硅烷轉化率低，只有8％左右，并且很容易產生棕黃色無定形的(SiH₂)固態物質。以上這些方法它們都沒有真正的實用價值。

二、鹵代乙硅烷還原法

用氫化鋁鋰(LiAlH₄)還原六氯乙硅烷(Si₂Cl₆)制備乙硅烷。

反應式：

把氫化鋁鋰的乙醚溶液慢慢地加入處于真空和0℃下的六氯乙硅烷的乙醚溶烷。這種方法六氯乙硅烷的轉化率為87％，產物中大部分是乙硅烷，只有少量的是甲硅烷。

應該注意：如果不是把氫化鋁鋰溶液加入六氯乙硅烷溶液，相反而是把六氯乙硅烷溶液加入過量的氫化鋁鋰溶液中，則主要產物是甲硅烷，只有少量的是乙硅烷。

目前這種方法僅僅停留在實驗室中，還沒有形成工業化的生產過程。

三、硅化鎂與氯化銨反應制備乙硅烷

反應式：

2Mg₂Si+8NH₄Cl→Si₂H₆+4MgCl₂+H₂+8NH₃

2008年以后國內已有多家利用硅化鎂和氯化銨反應生產高純硅烷的生產企業，年產量都在10噸左右。目前狀態是：1、這些廠家可能還不知道反應釜中產生硅烷的過程中必然會產生乙硅烷；2、即使知道反應釜中有乙硅烷產生但根本就沒有辦法把乙硅烷單獨分離出來成為投放市場的一種產品。而白白地讓乙硅烷這種優良的資源浪費在自己的生產線上。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種生產高純乙硅烷的系統及其方法。

生產高純乙硅烷的系統包括硅化鎂和氯化銨加料裝置、液氨儲槽、反應釜、冷凝器、粗硅烷提純裝置、硅烷深提純裝置、乙硅烷液化裝置、乙硅烷提純裝置、第一閥門、第二閥門、第三閥門和第四閥門；硅化鎂和氯化銨加料裝置與反應釜第1進料口相連，液氨儲槽與反應釜第2進料口相連，冷凝器氨回流口與反應釜第2進料口相連，反應釜硅烷和乙硅烷出口與冷凝器進氣口相連，冷凝器出氣口與粗硅烷提純裝置進口相連，粗硅烷提純裝置出口分別與第一閥門的一端和第二閥門的一端相連，第二閥門的另一端與乙硅烷液化裝置進氣口相連，乙硅烷液化裝置出氣口分別與第三閥門的一端和第四閥門的一端相連，第四閥門的另一端與乙硅烷提純裝置進氣口相連，第一閥門另一端和第三閥門的另一端與硅烷深提純裝置的進氣口相連。

所述的粗硅烷提純裝置為串聯的二個或多個直徑為30cm～40cm，高2.5m～3m的不銹鋼容器，并裝有1000重量份～1200重量份的4A分子篩。

所述的乙硅烷液化裝置為不銹鋼容器，直徑為12～15cm，高為50～80cm。

所述的乙硅烷提純裝置為串聯的二個或多個不銹鋼容器，直徑為10～15cm，高為1.5～2.0m。并裝有100重量份～120重量份的5A和13X兩種分子篩。5A分子篩約占總裝量的90％～92％，13X約占總裝量的8％～10％。