[發明專利]一種低鹵素電子級紅磷純化裝置及制備方法

在審

• 申請號: 202111200556.1
• 申請日: 2021-10-14
• 公開（公告）號: CN113735082A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 齊正陽;曾梓浩;陳偉杰
• 申請（專利權）人: 廣東先導微電子科技有限公司
• 主分類號: C01B25/043
• 分類號: C01B25/043;B01J19/24
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;郝傳鑫

本發明涉及紅磷制備技術領域，公開了一種低鹵素電子級紅磷純化裝置及制備方法，以克服現有技術中的高純度紅磷鹵素殘留多的技術缺陷。本發明的低鹵素電子級紅磷純化裝置包括反應管，反應管包括裝料管和凝結管，裝料管通過狹長的蒸汽通道與凝結管固定連接；裝料管內設有石英舟；裝料管遠離蒸汽通道的一端設有可拆卸的堵頭；反應管外設有溫控結構，溫控結構沿所述裝料管、蒸汽通道、凝結管的方向，依次設有高溫區、過渡溫區、低溫區。本發明提供了利用所述裝置制備低鹵素電子級紅磷的方法包括工業白磷的初步轉化，紅磷升華提純，溶解度差異提純紅磷。本發明通過多步提純的方法將紅磷提純至6N水平，且鹵素雜質含量低于50ppb。

技術領域

本發明涉及紅磷制備技術領域，特別是涉及一種低鹵素電子級紅磷純化裝置及制備方法。

背景技術

紅磷位于元素周期表第15位，元素符號P₄。紫紅或略帶棕色的無定形粉末，有光澤。密度2.34g/cm³，加熱可升華，但在4300kpa壓強下加熱至590℃可熔融。汽化后再凝華則可得白磷。紅磷難溶于水和CS₂，乙醚、氨等，略溶于無水乙醇，無毒無氣味，其燃燒時產生白煙，煙有劇毒。紅磷在常溫下穩定，難以與氧反應且以還原性為主，《白磷轉化為紅磷過程中爆炸原因探析》研究中顯示，當環境溫度到達約2400C時會著火，且當轉化溫度至3100C及以上時，若未做好降溫及隔氧措施，會發生劇烈爆炸。其與鹵素、硫反應時皆為還原劑。紅磷一般用于生產安全火柴、有機磷農藥、阻燃劑以及含磷化合物產品等。

電子級紅磷是化合物半導體的主要材料之一，可用于合成磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵鋁(AlGaAsP)、磷砷化鎵銦(InGaAsP)、磷砷化鎵(GaAsP)等化合物半導體。高純紅磷也可用作IC等摻雜的固態磷源。

目前工業上大致有兩種方法制備高純紅磷，參見《精細無機化學品制造技術》。一種方法為三氯化磷還原法，例如中國發明專利文獻CN101214935B和CN109850860A，其核心工藝為通過多次精餾得到較高純度的三氯化磷，再通過氫氣還原的方法制得高純度的白磷，最后將白磷置于真空狀態下的玻璃管中高溫烘烤得到紅磷。但是，該工藝方案存在一些缺點，(1)生產產品的周期較長；(2)會有較高含量鹵素殘留，實測此類紅磷鹵素殘留約有400～600ppb，影響后續電子級產業使用。

另一種方法為電子級白磷直接轉化法，其核心工藝思路為選用高純電子級白磷作為轉化原料，直接350～400℃加熱轉化為電子級紅磷，例如中國發明專利文獻CN109081320A和CN106517118A，然而，其缺點在于本身電子級白磷的主要生產工藝仍為氯化還原法，所以生產出的紅磷仍有較大量的鹵素殘留。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種低鹵素電子級紅磷純化裝置及制備方法，以克服現有技術中的高純度紅磷鹵素殘留多的技術缺陷。

本發明研究發現目前市場上的高純紅磷純度基本在5N水平，達到6N純度的高純度紅磷大都為氯、溴化還原法產出，受中間產物影響紅磷均帶有400～600ppb的氯、溴元素殘留，但無論是研究院所的前沿開發還是電子工業的批量生產都需要大量的高純紅磷，現有技術大大制約了其相關微電子行業的發展。

為了解決上述技術問題，第一方面，本發明提供了一種低鹵素電子級紅磷純化裝置，包括反應管，所述反應管包括裝料管和凝結管，所述裝料管通過狹長的蒸汽通道與所述凝結管固定連接；所述裝料管內設有石英舟；所述裝料管遠離所述蒸汽通道的一端設有可拆卸的堵頭；所述反應管外設有溫控結構，所述溫控結構沿所述裝料管、蒸汽通道、凝結管的方向，依次設有高溫區、過渡溫區、低溫區。

該裝置的堵頭可封閉所述裝料管以使裝料管、蒸汽通道、凝結管形成封閉空間。該裝置先將工業白磷正常轉化為紅磷，再升溫轉化為磷蒸汽，磷蒸汽在冷凝管重新凝結，將原料中的無機物雜質基本除去。