[發明專利]一種四氟化硅的制備方法及裝置

在審

• 申請號: 202110365956.1
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113184857A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 王云飛;柳彤;鄭秋艷;林坤;劉海芳;李旭;蔣玉虎;呂隨強
• 申請（專利權）人: 中船重工（邯鄲）派瑞特種氣體有限公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 周蜜

本發明涉及一種四氟化硅的制備方法及裝置，屬于氟化物制備技術領域。所述方法和裝置通過SiO₂與H₂反應將SiO₂還原為Si，通入氟氣和氮氣混合氣體，將Si與F₂氟化反應得粗品SiF₄，粗品SiF₄收集至低溫儲罐，對低溫儲罐抽真空去除輕組分雜質，得到高純SiF₄。所述裝置主要包括：反應塔、分層板、真空管路、出料管路、除塵器、過濾器、氫氣管路、混合氣體管路、排凈管路、冷卻釜、冷卻柱、冷卻管路、分析管路和放空管路。所述制備方法及裝置簡單高效，原料來源廣泛，成本低，制得SiF₄純度高達99.999％；不會引入新的難以去除的雜質，解決了目前四氟化硅制備方法中酸度大，生成物不易處理，易掛壁等問題。

技術領域

本發明涉及一種四氟化硅的制備方法及裝置，屬于氟化物制備技術領域。

背景技術

四氟化硅廣泛應用于電子和半導體行業，可用作生產高純石英玻璃、太陽能電池、氮化硅、蝕刻劑、P型摻雜劑及外延沉積擴散硅源，還可用于制備水泥以及大理石的硬化劑、光敏劑、電子級硅烷或多晶硅等。四氟化硅還是硅基半導體器件制造采用的離子注入法中的一種重要成分，四氟化硅在微電子行業有著廣泛的應用前景。

目前現有文獻或者專利中已經公開了各種四氟化硅的制備方法。甕福(集團)有限責任公司的CN101973553采用氟硅酸與濃硫酸混合加熱的方式得到氟化氫和四氟化硅氣體的混合物。云南省化工研究院的CN101948114采用硫酸酸化氟硅酸鈉的方法制備四氟化硅和無水氟化氫。六九硅業有限公司的 CN101544374采用NaAlF₄原料粉末和Si源粉末混合，通入濃硫酸加熱的方式制備四氟化硅。西安三瑞實業有限公司的CN101698482采用反應爐熱裂解氟硅酸鈉制備四氟化硅的方法。所述方法多為多種物質的混合物，成分復雜，產出的四氟化硅雜質比較多，酸度大，生成物不易處理，容易掛壁等問題。

發明內容

為克服現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種四氟化硅的制備方法及裝置；通過二氧化硅(SiO₂)與氫氣(H₂)的還原反應，將SiO₂還原為硅(Si)單質，然后通入氟氣和氮氣的混合氣體，將Si單質與氟氣(F₂)進行氟化反應得到粗品四氟化硅(SiF₄)氣體，粗品四氟化硅氣體通過出料管路收集至低溫儲罐，通過對低溫儲罐進行抽真空，去除輕組分雜質，得到純度為99.999％的四氟化硅。

為實現本發明的目的，提供以下技術方案。

一種四氟化硅的制備方法，所述方法步驟如下：

①將水洗后的SiO₂顆粒作為硅源分層放置在反應塔中的分層板上，從塔頂抽真空，加熱分層板溫度至200℃～400℃，去除水分；

SiO₂顆粒可通過對來自自然界中以硅酸鹽和二氧化硅為主的巖石、砂礫進行粉碎，熱分解、酸洗和水洗后制得；熱分解溫度采用300℃～500℃，酸洗用酸為質量分數為10％～20％的稀鹽酸。

所述水洗用水優選電阻率大于等于10MΩ·CM的超純水。

優選所述SiO₂顆粒的粒徑為5mm～20mm。

優選塔頂抽真空時間為10h～15h。

②向反應塔中通入體積分數為99.9％的氫氣，在200℃～400℃發生如式Ι所示的反應，反應5h～10h，將SiO₂還原為Si單質，

H₂+SiO₂→Si+H₂OΙ。