高纯硅的制备与硅烷法.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第页共NUMPAGES10页第PAGE\*MERGEFORMAT10页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT10页高纯硅的制备硅在地壳中的含量为27%，主要来源是石英砂(SiO2)和硅酸盐(Na2SiO3)。1.2.1粗硅的制备方法：石英砂与焦炭在碳电极的电弧炉中还原，可制得纯度为97%的硅，称为“粗硅”或“工业硅”。粗硅的制备反应式：SiO2+3C======SiC+2CO(1)2SiC+SiO2======3Si+2CO(2)总反应SiO2+2C=====Si+2CO(1)高纯硅的化学制备方法1、三氯氢硅还原法:产率大，质量高，成本低，是目前国内外制备高纯硅的主要方法。2、硅烷法优点：可有效地除去杂质硼和其它金属杂质，无腐蚀性，不需要还原剂，分解温度低，收率高，是个有前途的方法。缺点：安全性问题四氯化硅还原法：硅的收率低。三氯氢硅还原法制备纯硅的工艺过程：（三氯氢硅：室温下为无色透明、油状液体，易挥发和水解。在空气中剧烈发烟，有强烈刺激味。比SiCl4活泼，易分解。沸点低，容易制备，提纯和还原。）一、三氯氢硅的制备：原料：粗硅+氯化氢流程：粗硅→酸洗(去杂质)→粉碎→入干燥炉→通入热氮气→干燥→入沸腾炉→通干HCl→三氯氢硅主反应：Si+3HCl=SiHCl3+H2(副反应生成的杂质1、SiCl42、SiH2Cl2）为增加SiHCl3的产率，必须控制好工艺条件，使副产物尽可能的减少。较佳的工艺条件：1、反应温度280-300℃2、向反应炉中通一定量的H2，与HCl气的比值应保持在1：3~5之间。3、硅粉与HCl在进入反应炉前要充分干燥，并且硅粉粒度要控制在0.18-0.12mm之间。4、合成时加入少量铜、银、镁合金作催化剂，可降低合成温度和提高SiHCl3的产率。二、氯氢硅的提纯目的：除去SiHCl3中含有的SiCl4和多种杂质的氯化物。提纯方法：精馏精馏提纯：是利用混合液中各组分的沸点不同来达到分离各组分的目的。三、三氯氢硅还原主反应：SiHCl3+3H2→Si+3HCl副反应：4SiHCl3+3H2=Si+3SiCl4+2H2SiCl4+H2=Si+4HCl升高温度，有利于SiHCl3的还原反应，还会使生成的硅粒粗大而光亮。但温度过高不利于Si在载体上沉积，并会使BCl3，PCl3被大量的还原，增大B、P的污染。反应中还要控制氢气量，通常H2:SiHCl3=(10-20):1(摩尔比)较合适。硅烷法主要优点：除硼效果好无腐蚀性分解温度低，不使用还原剂，效率高有利于提高纯度产物中金属杂质含量低，(在硅烷的沸点-111.8℃下，金属的蒸气压低)外廷生长时，自掺杂低，便于生长薄外廷层。缺点：安全性一、硅烷的制备原料：硅化镁、氯化铵Mg2Si+4NH4Cl====SiH4+4NH3+2MgCl2+Q条件：液氨中。液氨作溶剂、催化剂Mg2Si：NH4Cl=1：3Mg2Si：液氨=1：10反应温度：-30℃~-33℃二、硅烷的提纯可用方法：1、低温精馏(深冷设备，绝热装置)、2、吸附法(装置简单)主要用吸附法，使用分子筛吸附杂质。（分子筛的作用：1、工业用于做吸附剂。2、催化剂分类：分为微孔≤2nm，介孔2-50nm，超大孔≥50nm吸附流程1、4A分子筛吸附NH3，H2O，部分PH3、AsH3、C2H2、H2S等2、5A分子筛吸附余下的NH3，H2O，PH3、AsH3、C2H2、H2S及B2H6，Si2H63、13X分子筛吸附烷烃，醇等有机大分子4、常温和低温活性炭吸附B2H6、AsH3、PH3）吸附后，在热分解炉中加热至360℃，除去杂质的氢化物三、硅烷热分解SiH4=Si+2H2工艺条件：1、热分解的温度不能太低，载体的温度控制在800℃2、热分解的产物之一氢气必须随时排队，保证反应用右进行。高纯锗的制备流程：锗精矿→GeCl4→精馏(萃取提纯)→水解→二氧化锗→区熔提纯→高纯锗1、GeCl4的制备反应式：GeO2+4HCl→GeCl4+2H2O1)反应