[發明專利]用于制備硅烷的方法和系統

在審

• 申請號: 201610065439.1
• 申請日: 2011-12-13
• 公開（公告）號: CN105668573A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: P·古普塔;H·F·厄爾克;A·格拉貝
• 申請（專利權）人: 愛迪生太陽能公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107;C01B33/08;C01B33/03
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 張蓉珺;林柏楠

本申請是由MEMC電子材料有限公司于2011年12月13日提交的國 際申請號為PCT/US2011/064545的發明名稱為“用于制備硅烷的方法和系 統”的國際申請的分案申請。該國際申請PCT/US2011/064545進入中國國 家階段的日期為2013年8月21日，國家申請號為201180068094.0。

技術領域

本公開內容的領域涉及制備硅烷的方法，特別是包括使用電解以使反 應性組分再生的方法。一些特定實施方案涉及其中硅烷的制備是關于鹵素 和/或堿或堿土金屬的基本“閉環”的方法。

背景技術

硅烷是具有許多工業用途的多用途化合物。在半導體工業中，硅烷可 用于使外延硅層沉積于半導體晶片上并用于制備多晶硅。多晶硅為用于生 產許多商品(包括例如集成電路和光伏(即太陽能)電池)的重要原料，其可通 過在流化床反應器中使硅烷熱分解成硅顆粒而制備。

硅烷可通過使四氟化硅與堿或堿土金屬鋁氫化物如四氫化鋁鈉反應 而制備，如美國專利No.4,632,816所公開的，通過引用將其并入本文中以 用于所有相關和一致目的。該方法的特征在于高能量效率；然而，原料成 本可能不利地影響該系統的經濟性。

或者，硅烷可通過所謂的“UnionCarbideProcess”制備，其中使冶 金級硅與氫氣和四氯化硅反應以產生三氯硅烷，如Müller等人在 “DevelopmentandEconomicEvaluationofaReactiveDistillationProcess forSilaneProduction”，DistillationandAdsorption：IntegratedProcesses， 2002中所述，通過引用將其并入本文中以用于所有相關和一致目的。隨后 使三氯硅烷通過一系列歧化和蒸餾步驟以產生硅烷最終產物。該方法需要 大量再循環料流，這提高了初始設備成本以及操作成本。

因此，仍需要制備硅烷的方法和為關于制備方法中所用某些材料為閉 環的方法。還需要用于進行這類方法的系統，包括基本閉環系統。

發明內容

本公開內容一方面涉及由堿或堿土金屬鹵化物鹽的來源制備硅烷的 方法。該方法包括將堿或堿土金屬鹵化物鹽電解以產生金屬堿或堿土金屬 和鹵素氣體。使金屬堿或堿土金屬與氫氣接觸以產生堿或堿土金屬氫化 物。含有至少一種選自四鹵化硅、三鹵硅烷、二鹵硅烷和一鹵硅烷的鹵代 硅烷的鹵化硅進料氣體通過使鹵素氣體與至少一種如下組分接觸而制備： (1)與硅接觸以產生四鹵化硅，和(2)與氫氣接觸以產生鹵化氫，其中使鹵化 氫與硅進一步接觸以產生含有四鹵化硅和三鹵硅烷的混合物。使鹵化進料 氣體與堿或堿土金屬氫化物接觸以產生硅烷和堿或堿土金屬氫化物鹽。

本公開內容的另一方面涉及在關于堿或堿土金屬的基本閉環系統中 制備硅烷的方法。使鹵化硅進料氣體與堿或堿土金屬氫化物接觸以產生硅 烷和堿或堿土金屬鹵化物鹽。將鹵化物鹽電解以產生金屬堿或堿土金屬和 鹵素氣體。使金屬堿或堿土金屬與氫氣接觸以產生堿或堿土金屬氫化物。 使通過金屬堿或堿土金屬與氫氣接觸而產生的堿或堿土金屬氫化物與鹵 化硅進料氣體接觸以產生硅烷和堿或堿土金屬鹵化物鹽。

本公開內容的又一方面涉及在關于鹵素的基本閉環系統中制備硅烷 的方法。使含有至少一種選自四鹵化硅、三鹵硅烷、二鹵硅烷和一鹵硅烷 的鹵代硅烷的鹵化硅進料氣體與堿或堿土金屬氫化物接觸以產生硅烷和 堿或堿土金屬鹵化物鹽。將鹵化物鹽電解以產生金屬堿或堿土金屬和鹵素 氣體。包含至少一種選自四鹵化硅、三鹵硅烷、二鹵硅烷和一鹵硅烷的鹵 代硅烷的鹵化硅進料氣體通過使鹵素氣體與至少一種如下組分接觸而制 備：(1)與硅接觸以產生四鹵化硅，和(2)與氫氣接觸以產生鹵化氫，其中使 鹵化氫與硅進一步接觸以產生包含四鹵化硅和三鹵硅烷的混合物。使鹵化 硅進料氣體與堿或堿土金屬氫化物接觸以產生硅烷和堿或堿土金屬鹵化 物鹽。