<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
0 PUPARATIOX DE METIERS SEMI'CONDUCTRICE PURIFIEE ste
<Desc/Clms Page number 2>
La présente invention est relative à la purification de composés de germanium et de silicium contenant des chlorures. Des halogénures purifiés suivant l'invention sont d'un intérêt particulier comme produis intermédiaires dans la préparation des éléments correspondants.
Bien qu'en général, en raison de l'accroissement rapide du champ d'application dea dispositifs à semi conducteur, l'intérêt soit centra aur la préparation ordinaire de ces matières élémentaires, dea halogénures purifiés préparés suivant la présente invention sont intéressants pour d'autres techniques,
par exemple pour la préparation de silane ultra pure
Les exigences de conception sévères d'aujourd'hui en ce qui concerne lea dispositifsà semi conducteur tels que lea transistuer et les redresseurs ont eu pour consé- quence une demande de matière* semi conductrices de plus en plus pure*. L'importance croissante de ce champ a eu une influence considérable sur des domaines annexes de trai- temsnt métallirugique conduisant au d éveloppement des procède* de purification ramenant les niveaux d'impuretés des matières ainsi trait'.. à des limites infinitésimales, qu'on croyait jusqu'à présent ne pouvoir être obtenues.
Des procèdes ont été développée pour ramener la teneur en impuretés de ces matières à une partie par millien à une partie par billion et à des ordres de grandeur encore inférieurs et Il se pose encore des problèmes de séparation qui doivent être résolue avant que beaucoup des dispositifs semi conduc- loura conçue le plus récemment puissent être produits com- mercialement
<Desc/Clms Page number 3>
Il se pose vn problème particulier dans le traitement du silicium et du germanium dont les 'impuretés à en doivent avoir ces coefficients de distribution dans
EMI3.1
matières entre phase liquide et phase solide qui s'sgcochent de l'unité. Dans ces cas, l'emploi de techniques ordinaires flerfusion par zone n'offre pas une réponse complète..
En particulier, là où des matières subissant le t raitemsrt fondent à haute température et/ou réagissent avec on sont contaminées par des matériaux du creuset bien connue, en
EMI3.2
sorte que l'emploi de régions fondues non en contaCt avec ls matières qui retiennent les solides se trouve impos en aorte que le processus de fusion par zone doit rendre la forme d'une technique à zone flottante ou d'un autre procédé voisin, le problème posé est sérieux.
EMI3.3
Lorsque de tels coefficients de distribution aolide- liquide sont défavorables et lorsque , pour d'autres :3tisons, le traitement de fuaion par zone devient une étape - traitemen1;
EMI3.4
cotizeuae, on a étudié la possibilité de purifier Haat compositions en phase gazeuse d'une matière semi cosfmetrie.
L'un de ces procédés, la réduction par l'hydrogène ne ma titres halogénées telles que le tétrachlorure de sicium et d'autre. halogénures contenant un ou plusieurs atmes d'hydrogène tels que le chloroforme de silicium, à prisent d'un usage commercial répandu. D'autres de 28
EMI3.5
procidés comprennent l'hydrolyse de tétrachlorure the germanium pour obtenir l'oxyde correspondant.
On a trouvé qu'une telle
EMI3.6
réduction aurdes filaments de tantale ou de tungse, suivie par le lessivage du matériau du filament le parer du cristal, et finalement par la fusion par zone flottante pour produire la configuration cristallin désirée, se traduit par l'enlèvement efficace de pratique toutes
EMI3.7
169 1apuret48 importantes du produit élémentaire. ra
<Desc/Clms Page number 4>
caractère favorable des coefficients de distribution ou de répartition de la phase vapeur de beaucoup d'impuretés dans ces matières semip conductrices halogénées a eu pour conséquence aussi bien d'autres modes opératoires utilisant ces produits intermédiaires.
Un exemple de cette méthode opératoire est l'enlèvement de l'acide arsénique du titra- chbrure de germanium par distillation ainsi que par des procèdes d'etraction Il . et eependant de la nature d es matières de départ dans les modes opératoires employés dans la préparation des matières chlorurées de départ , que certaines impuretés se trouvent chlorurées en même temps que la matière principale et que certains de ces matériaux soient enlevés avec difficulté seulement. Des matières d'impuretés de cette nature, d'une importance particulière du point de vue d'un dispositif à semi conducteur, sont le bore et le phosphore, qui forment tous deux des chlorures qui sont réduits sur le tantale et le tungstène par une réduction à l'hydro- gène en même temps que le semi conducteur.
Bien que certaines des matières s'mi conductrices dont on dispose le plus faci- lement soient produites par ce procédé, la présence qui continue à exister de petites quantités de ces impuretés constitue une limitation pour l'utilisation du dispositif.
Cette limitation dans le procédé de réduction par l'hydro- gène est considérée comme prenant une importance criossante du fait que la conception moderne des dispositifs devient toujours plus exigente.
Suivant l'invention, on a trouvé des techniques pour ramener la teneur en impuretés à des niveaux qui n'étaient pas susceptibles d'être atteints à l'échelle de la production jusqu'à présent. Des matières élémentaires telles que le silicium, produit suivant l'invention, peuvent
<Desc/Clms Page number 5>
voir des niveaux de résistivité allant jusqu'à 10. 000 ohm- cm ou davantage et la teneur en impuretés imposantes peut tomber aussi bas que 1 x 10 12 atomes par centimètre cube.
hea manières de procéder décrites ici , assurant un produit final amélioré de cette façon , comprennent le traitement de la phase liquide d'une matière halogénée initiale et peuvent comprendre aussi un processus de réduction perfec- tienne qui dispense de l'emploi de matières en filaments telles que le tantale et le tungstène que l'on utilise généralement
Suivant l'invention, on a trouvé que du germanium et du silicium élémentaires ayant une teneur en bore et en phosphore extrêmement faible peuvent tire préparés par le traitement de matières halogénées liquides correspon- dantes telles que les tétrachlorures et les divers chloro- silane. avec certains matériaux absorbants. Ces processus opératoires sont exécutés de préférence dans des colonnes à absorption.
Bien qu'en général l'effet apparent de ces absorbants soit d'enlever des quantités égales de bore et de phosphore, un procédé de pré-traitement ultérieur décrit ici peut conduire à un enlèvement plus grand de bore ce qui purifie davantage le produit final. Un autrs as- pect de l'invention suppose la réduction à l'hydrogène de ces matières halogénées sur les filaments ou les tiges minces de Ratières semi conductrices elles-mêmes. Un autre procédé de pré-traitement décrit ici aussi, a pour conséquence l'enlèvement efficace de la matière contenant du soufre, évitant ainsi toutes les complications qui peuvent être introduites par ces produits contaminants pendant le traitement qui fait suite.
Par suite, l'invention est un procédé de purification d'un composé en phase liquide contenant du chlore d'un
<Desc/Clms Page number 6>
élé,ent choisi dans le groupe comprenant le silicium et le germanium, contenant à titre de produit contaminant au moins un chlorure d'un élément du groupe comprenant le bore et le phosphore. Dans la présente invention, la matière liquide est traitée par au moins un absorbant choisi dans le groupe comprenant le charbon de bois, les oxydes hydratés et les silicates hydratés, de telle façon qu'un contact intime soit produit entre la matière et l'absorbant, Une étape finale est la réduction de la matière ainsi traitée par réduction à l'hydrogène en phase vapeur, sur une masse d'un élément choisi, comprenant le silicium ou le germanium., correspondant à l'élément choisi dans le même groupe mentionné ci-dessus.
L'invention sera comprise plus facilement en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Figure 1 est une vue en élévation de face , schémati- que, en partie en coupe, d'un type do colonne à absorption qui s'est avéré convenable pour mettre l'invention en pratique, et
Figure 2 est une vue en élévation antérieure, en partie en coupe, d'un appareil convenable pour l'emploi dans la réduction à l'hydrogène de matériaux halogénés sur des filaments de silicum ou de germanium.
En se référant davantage à la figure 1, on y montre une colonne d'absorption 1 faite de pyrex ou d'un autre matériau convenable , qui est remplie jusqu'à la hauteur indiquée par de la matière absorbante 2, et qui contient en outre une petite quantité de laine de quartz ou dtau- tre matériau filtrant 3 à son extrémité inférieure pour empêcher l'échappement de matière absorbante. En fonc- tionnement, la matière halogénée 4 que l'on doit traiter est introduite dans le résvoir 5 qui est muni d'un
<Desc/Clms Page number 7>
bouchon 6 présentant un évent.
Un agencement de bouchage à é vent 7 perment un écoulement uniforme de la matière calcinée 4 du réservoir 5 à la colonne 1 , où cette ma- tière peut se trouver d'abord au sommet d'une partie grou- pé e 2 au sommet de la colonne dans la région 8, suivant les conditions d'écoulement. Le débit dans la colonne est contrôlé par le robinet 10 dans le tube syphon 11 qui relie la colonne 1 au réservoir de colonne 12. La matière s'é coulant par le robinet 10 passe par l'ajutage d'écoulement
13 et par le tube 14 pour arriver dans le réservoir de colonne 12. Des bloquâmes sont empêchés par le tube d'évent 15.
Figure 2 illustre un type d'appareil convenant pour l'emploi dans le processus préféré pour réduire des matières halogénées purifiées en leurs éléments simples suivant l'invention. Cet appareil, bien qu'on le préfère à des ap- pareils ordinaires à filaments de tantale ou de tungstène, n'est pas nécessaire pour l'invention. Des matières réduites de manière ordinaire peuvent avoir une pureté suffisante pour convenir à l'emploi d ans les dispositifs actuels.
L'appareil décrit à la figure 2 conviènt à la fois pour la réduction et pour la fusion par zone à flotte- ment. Il comprend un tube de quartz 20 garni de tubes d'entrée et de sortie 21 et 22 respectivement, au moyen desquels un courant de matière halogénée et d'hydrogène est maintenu dans le tube 20 et il est équipé d'un moyen de chauffage 23 qui peut être un enroulement de chauf- fage à induction relié à une source de haute fréquence non montrée , l'équipement étant mobile par rapport à la colonne 20 A l'intérieur, le tube 20 est gan de deux dispositifs de maintien de cristal , un dispositif de maintien supérieur 24 et un dispositif de maintien infé- rieur 25.
Le dispositif de matinen supérieur 24
<Desc/Clms Page number 8>
est une tige de nickel qui passe à travées une fermeture telle quéun bouchon de laiton 26 plaqué d'or ou de nickel, et fileté à sa partie supérieure et est muni d'un écrou mo- leté 27 prévu pour régleur verticalement le support. Le support inférieur 25 peut être de quartz , il est propre à recevoir un cristal support 28 en 29 et est maintenu à son tour par un mandrin 30 qui peut être de nickel. Le mandrin 30 est attaché à la broche 31 qui est fixée mécani- quement à la tête 32 qui peut être en laiton plqué d'or ou de nickel et qui peut être montée sur un chariot d'entrai nement non montré, en aorte de déplacer tout l'ensemble par rapport au disppsitif de chauffage à induction 23.
En variante, la tête 32 peut être fixée à un élément immobile, en prévoyant le mouvement du dispositif de chauffage 23.
La partie restante de l'appareil montré à la figure 2 s'est avérée convenable pour l'introduction de l'hydrogène et de la matière halogénée. Cet appareil comprend une bouteille 33 contenant du tétrachlorure de silicium ou un autre mtirau halogéné 34 pourvu d'un tube d'entrée immergé 35 qui est relié à une source d'hydrogène purifié , non montrée, dont l'écoulement est contrôlé par un robinet 36.
L'hydrogène passant par le tube 35 passe bulle à bulle à travers le fluide 34 , et s'y trouve saturé de matière halogénée qui à son tour passe par le tube 37 , le joint à bille 38 et le tube 21 dans la colonne 20. La pression de vapeur de la matière halogénée 34 eet maintenue faible à l'aide d'une bouteille de Dewar 39 contenant un matériau refroidissant 40.
L'appareil représenté fait usage d'un petit appareil de chauffât* 23 convenant particulièrement pour la fonction de fusion par sono décrite. Pour la simplicité de l'appareil, le même dispositif de chauffage peut être utilisé pour
<Desc/Clms Page number 9>
la fonction de réduction et la zone de dépôt étalée en déplaçant le dispositif chauffant vers le haut et vers le bas par rapport au tube 20. En variante, un dispositif chauffant fixe de plus grande longueur peut être utilisé pendant la réduction.
On donnera dans la suite une description brève des manières opératoires utilisées suivant la présente invention. Leur nature exacte résulte avec évidence des exemples énumérés qui vont suivre.
Bien qu'en général l'amélioration de la teneur en impuretés et la résistivité finale de la matière élémentaire proviennent d'un processus en colonne d'absorption, une autre amélioration peut provenir des processus de pré-trai- tement et des processus suivants que 1'en cécrira aussi.
Chacun des modes opératoires décrits est utile pour les buta poursuivie et peut naturellement être mis en pratique de façon indépendante, Certains des modes opératoires auxiliaires ont été imaginés tout d'abord pour éviter la contamination au hasard et toutes sortes d'autres condi- tions qui pourraient rendre difficile une comparaison entre les niveaux des impuretés des matières traitées suivant la présente technique d'absorption et ceux traités par des moyens ordinairea. Le premier de ces modes opératoires auxiliaires a pour conséquence l'enlèvement de tous les composés de soufre qui peuvent 8tre présents dans le tétrachlorure de silicium ou autre matière de départ halo- géne, Suivant ce procédé,
le tétrachlorue4 de silicium est refluxé en contact avec de la tournure de cuivre pendant une période de plusieurs heures. Bien que des quantité* relatives de tétrachlorure et de tournure de cuivre ne se soient pas montrées critiques, on a trouvé qu'on utilisant 30 grammes de tournure de cuivre pour
<Desc/Clms Page number 10>
2000 centimètres cube de tétrachlorure, on arrive à une suppression suffisante du soufre. En général, tout conta- minant sulfuré compris dans matériau de départ est éliminé'pendant un processus de raffinage quelconque comme par exemple pendant la fusion par zone qui fait suite lorsqu'on désire produire un matériau élémentaire. La pré- sence de cet agent de contamination dans l'halogénure se déccu vre facilement puisque, par hydrolyse, il est dégagé sous forme de sulfure d'hydrogène.
Le soufre n'est géné- ralement pas connu pour avoir un effet fâcheux sur les matières semi conductrices qui doivent être utilisées dana des dispositifs semi conducteurs, peut-être parce qu'une grande partie de ce soufre est perdue pendant toute espèce de traitement. Cependat, du point de vue d'une bonne marche scientrifuqe on a trouvé à conseiller de traiter une matière de départ aussi pure que possible, en évitant ainsi la création d'équilibres qui pourraient affecter le mécanisme d'absorption soit de façon avantageuse, soit de façon fâcheuse.
Lorsque des matières halogénées suivant l'invention devaient être réduites dans leurs éléments primitifs, on a trouve désirable d'utiliser un processus dont il a été question plus haut ,ressemblant à la Péduction par l'hydro- gène ordinaire de tétrachlorure de silicium sur un fila- ment de tantale chauffé. Ce traitement ultérieur qui a été développa pour éviter toute contamination par le tantale ou par un autre élément filamentaire étranger, utilise un matériau smei conducteur résultant de la réduction. Un appareil convenable pour la mise en pratique de ce traitement subséquent cet montra à la figure 2 et il est décrit dans le texte correspondant à cette figure.
Suivant ce procédé, un filament de cristal uniqte de silicium de grande pureté,
<Desc/Clms Page number 11>
ayant environ un huitième de pouce de diamètre et six pouces de-long, était suspendu dans un tube de quartz.
Une seconde tige de support en silicium , qui peut également être en un cristal unique, était fixée dans le support inférieur et était amenée à buter contre le cristal suspendu. Comme le silicium de grande pureté est d'une résis tivité trop élevée pour être chauffé par voie inductive, l'extrémité inférieure du cristal était entaillée et un morceau de silicium fortement dopé contenant du bore était introduit et assemblé par fusion à la matière de support.
Apres fusion, le cristal supérieur appelé filament , était soudé à la tige da butée inféreieur en utilisant un chauffage par induction, conduit suivant la longueur de la tige et prenant naissance à lkndroit de résistivité inférieure créée par fusion avec la matière contenant le bore.
On a fait passer de l'hydrogène pour s'écouler à travers le tétrachlorure de silicium maintenu à une température d'environ -20 C L'écoulement combiné d'hydrogène plus le tétrachlorure de silicium recueilli dans le passage étaient amenés à s'écouler dans tout l'ensemble et par- dessus le fil en%. On chauffait la région centrale du filament à environ 1400 C Une région de trois pouces était chauffée en faisant monter et descendre l'ensemble contenant la tige dans le dispositif chauffant à bobine d'induction sur cette distance. La réduction du tétrachlo- rure de silicium par l'hydrogène sur la partie du filament ainsi chauffée se traduisait par un dépôt de silicium élémentsaire sur dette surface.
Après création d'un dépôt appréciable de sillicu, on établissait une zone liquider dans le ifilamen près du dépôt et un passage de zone était exécute dans le matériau déposé pour produire un cristal unique. On a constaté que du silicium proudit
<Desc/Clms Page number 12>
par la réduction à l'hydrogène de cette manière avait par rapport à la matière purifiée sur le tantale une teneur en impuretés inférieure d'un facteur d'au moins 10 , à en juger par les mesures de résistivité.
Dans la procédure d'absorption elle-même, on a- constat' qu'un vaste domaine de matières absorbantes donnait lieu à une amélioration importante de la teneur en impu- retés Dos exemples qui font suite, on verra que la teneur en impureté* a été calculée dans beaucoup de cas par procédé rétrospectif à partir des mesures de résistance faites sur les matériaux réduits finaux. Cette façon de procéder était cependant plutôt compliquée et demandait du temps. On s'en est remis à i autre procédé pour déter miner la classe des absorbants convenant pour l'utilisation du procédé suivant l'invention.
Suivant catte manière de procéder,, du tétrachlorure de silicium de grande pureté ou une autre matière halogénée de la plus grande pureté commerciale était dopé avec un pour cent en poids de chacun des deux matériaux , le t richlorure de bore et le tri- chlorure de phosphore. Une quantité mesurée de matière ainsi contaminée interitonnellmene était autorisée à s'écouler goutte à goutte dans une colonne de 10 pouces de long du produit absorbant que l'on étudie. Après être demeurée dans la colonne pendant un temps prescrit, la matière halogénée était extraite de la colonne également à une vitesse prescrite à l'avance, et l'échantillon lavé était analysé par une technique d'absorption de rayonnement infra rouge. La limite de détection de ce procédé aux rayons infra rouges est d'environ 0,01 pour cent.
Les résultatq analytiques ainsi obtenus ont été vérifiés sur des échantillons halogénés non traités standard. Cosse on sait que le rendement de l'absorption d'une telle
<Desc/Clms Page number 13>
colonne peut varier suivant le niveau des impuretés, en aorte que les résultats que l'on peut obtenir par traitement de ces échantillons dopés peuvent ne pas indiquer vraiment les résultate que l'on peut obtenir sur des échantillons non dopés à teneur en impuretés très basse, on a fait un essai de vérification en comparant le degré de séparation résul- tant d'un traitement de matière dopée avec les résultats calculé* tités des mesures de résistivité faites sur un échautillen non dope , tous les essais utilisant le mène absorbant.
Comme on voit des exemples qui sont annexés, on a conataté que la technique aux infra rouges utilisée qur las échantillons dopés donnait une bonne indication des résultats de séparation obtenus sur des échantibns à faible impureté aussi bien.
Divers facteurs indiquent que le phénomène d'absorption indiqué ici est au moins pour partie, de sature chimique ou quasi chimique , du fait qu'on a trouvé que des absorbants ne pouvaient être régénérés par balayage avec l'hydrogène sec à des températures de l'ordre de 120 C. Egalement, lorsqu'on a fait des observations sur la nature des phénomènes de bandes qui se produisaient dans la colonne, comme cela pouvait se faire facilement lorsquton utilisait du phosphore comme l'une des impuretés ajoutés intentionnellement,( voir exemples 6 et 7 ci-dessous), on a trouvé que toute la bande qui se formait au début très près. du haut de la colonne, ne se déplaçait pas vers le bas de la colonne comme on 1'boserve si souvent dans des travaux chromatographiques.
Au lieu de cela, on a trouvé que la bande s'élargissait , l'extrémité inférieure de la bande se déplaçant vers le bas et l'extrémité supérieure demeurant immobile
Dans la même expérience, on a trouvé comme on pouvait s'y attendre, que le rendement de :lA séparation était en
<Desc/Clms Page number 14>
grande partie dépendant de l'aire de la surface, une sépa ration améliorée étant observée sur des matières à grande surface comma des structures de gel, en comparaison de matières granulaires à dimensions de particules semblables de même nature de gel dans lesquelles la surface était devenue désactivée comme par exemple dans le cas de gel de silice lavé à l'hydroxyde de sodium.
EMI14.1
Loraque d ss absorbants présentaient une grande surface, on a trouvé qu'on obtenait une bonne séparation par l'emploi d'un large domaine de matériaux. Tous ces matériaux sont con- sidérée comme convenables pour mettre l'invention en prati- que. Ces matériaux comprennent des oxydes et des silicates , tous deux sous forme hydratée, ainsi que diverses formes de charbon activé , en y comprenant le charbon de bois activé.
Des exemples de ces matières hydratées sont t
L'oxyde d'aluminium
Le bbxyde de silicium
La bioxyde de titanium
L'oxyde ferrique
La terre de Fuller (silicate d'aluminium et de calcium)
Le bioxyde de manganèse
L'oxyde de chrome
L'oxyde de calcium
Les oxydes des terres rares tels que l'oxyde dtyttrium L t oxyde de mangésium
Le Zeo Dur ( marqua déposée pour de la glauconite traitée par du silicate hydraté et fabri- quée par la Permutit Company, Etats-Unis
EMI14.2
d'Amériqua).
Tous les matiériaux précédents ont une structure de gel ou présentent . d'autre façon, une surface très poruse Ces matières sont des absorbants bien connus, Des traitements d'activation de aurface pour ces matières sont bien connus
EMI14.3
des apdcialiatea tograph1. et des tochniquist
<Desc/Clms Page number 15>
voisines. Toua ces procédés connus pour améliorer l'activité de surface d'un quelconque de ces absorbants sont-efficaces dans la mise en pratique de l'invention.
On a trouvé que certains matériaux additionnels sont efficaces pour enlever le bore et le phosphore des échantillons halogénés , bien que le degré de séparation ré- alite ne soit pas aussi grand. Alors que tous les matériaux énumérée conduisent à la réduction du niveau d'impuretés aux valeur* limites de la détection ou en-dessous de ces valeurs pour le procédé au rayonnement infra rouge, on a trouve que lea matériaux suivants n'abaissent le niveau des impuretés que d'environ un ordre de grandeur.
Ces matériaux comprennent l'acide tungstique; la Celite 545 ( Marque de fabrique, fabriquée par Johns-Manville company Etats-Unis d'Amrique) ( terre de diatomées contenant plus de 90 pour cent de silice); et le Decalso ( Marque de fabrique, gel d'alumino-silicate de sodium), fabriqué par la Pemutit Componay, Etats-Unis d'Amérique On doit comprendre que bien que l'efficacité de la séparation qui provient de l'emploi de l'un quelconque décès derniers matériaux ait été quelque peu plus médiocre que celle que l'on réalise en utilisant un quelconque des matériaux de la première catégorie, le degré de séparation n'en était pas moins perceptible clairement.
Une séparation efficace peut se produire même avec ces derniers matériaux même en mtilisant une colonne plus longue ou par activation ou par un autre traitement conçu pour augmenter l'activité de surface.
Une classe importante d'absorbants qui se sont avérés inefficaces dans la pratique de l'invention, est le groupe des résines échangeuses d'ions. Des résines séchées qui ont été essayées comprenainetn un échangeur de cations du
<Desc/Clms Page number 16>
type résine carboxylique faible. un échangeur de cations du type acfde fort, et un échangeur d'anions du type base forte. On peut conclure de ceci que le mécanisme d'absorption n'est pas dans son essence un mécanisme d'échange d'ions.
Cependant, en raison du fait que le Zeo Dur ( marque de fabrique) échangeur de cations du type acide faible, était sans effet comme indiqué ci-dessus, on doit reconnaître que les matières d'échange d'ions;ayant des caractéristiques de surface convenables, c'est-à-dire une grande porosité, et d'une nature chimique convenable, c'est-à-dire des oxydes hydratés ou des silicates hydratés, peuvent néanmoins con- venir pour l'opération.
Dans les exemples donnés ci-dessous, on fournit certaines indications quant au type d'agrégats de surfaees trouva convenables. Lorsque certain* des matériaxx de gel énumérés ci-dessus n'ont pu être disponibles dans le com- merce, et qu'on les fabriquait pour déterminer l'utilité de toute la classe d'absorbante indiquée, le processus qu'on a suivi est décrit. Dans le cas de la silice, on a estimé désirable de faire un échantillon de matière absorbante et de le vérifier en comparaison des qualités disponibles dans le commerce. On a fait cela de la manière exposée ci-après. Dans 1'enxemble, cependant, on admettra que l'on utilise ici les connaissances possédées par les spécialistes pour les différentes techniques d'absorbants.
On n'estime pas nécessaire de définir complètement les caractéristiques de surface voulues qui contribuent à un absorbant utile.
On croit que toute personne expérimentée dans cette technique, aise en présence de la liste des matières absor- bantes convenables qui a été donnée ci-dessus, saura comment obtenir et comment traiter un quelconque de ces matériaux en torte de le faire convenir au but poursuivi.
<Desc/Clms Page number 17>
En conséquence, lorsqu'on se réfère ici à une matière absorbante par:sa nature chimique, on doit comprendre qu'on doit se référer ici à une matière sous une forme physique telle qu'elle ait l'aire superficielle désirée.
A titre d'exemple, bien que l'on indique que le gel de silice 'est un matériau absorbant convenable , il est compréhensible pour un spécialiste que cette matière pour être convenable doit conserver une structure poreuse . Des formes physiques de silice qu'on ne croirait pas convena- bles et que l'on a trouvé inactives ,comprennent des matières calcinées à 1000 C pendant une période de 20 heures, ayant pour conséquence un enlèvement de presque toute l'eau et la rupture de la structure du gel, ce qui limite gravement 1'aire superficielle. Semblablement, de la silice lavée dana de l'hydroxyde de sodium conduisait à une inactivation de la surface, la rendant également inutilisable.
Ainsi qu'il est bien connu, la silice destinée à être employée comme absorbant est avantageusement lavée dans un matériau acide tel que de l'acide chlorhydrique 6normal pour sa purifiqation et pour augmenter son action de surface.
Des matières ainsi préparées se sont avérées convenables. comme on le voit des résultats expérimentaux rappe- lés ici, le bore et le phosphore ont été invariablement enlevé* en quantité sensiblement égale en se basant sur les méthodes de oétection aux infra-rouges ainsi que sur les mesures de réristivité On a trouvé cependant que l'en lève,ent du bore peut être amélioré par un pré-traitement du Matériau halogéné avec du chlorure d'aluminium ainsi qu'avec du chlore. Suivant ce procédé, du chlorure d'alu- minium en poudre, en même temps que du chlore liquéfié était ajoute à la Matière halogénée et permettait de main- tenir les matières pendant plusieurs heures après quoi la
<Desc/Clms Page number 18>
matière ainsi traitée était versée et introduite dans la colonne d'absorption de la manière ordinaire.
Ce processus est en rapport avec celui décrit dans le brevet J.M.Whelan des Etats-Unis n 2.821.460, dans lequel la combinaison de matières à montré qu'elle donnait un enlèvement effi- cace du phosphore du tétrachlorure de silicium par distil- lation. Plusieurs domaines d'addition de chlorure d'aluminium et de chlore comme exposés ici,sont efficaces ici. En général, on a trouvé que de 1 à 100 grammes par litre de chlorure d'aluminium convenaient. On ajoute avantageu- sement le chlore sous forme liquide et on a trouvé que de 1 à 20 centimètres cube par litre constituaient une proportion satisfaisante. Des quantités plus grandes de chlorure d'aluminium et de chlore ne sont pas nuisibles mais elles n'aident pas à la réaction. Des quantités plus petites de l'un ou l'autre additif ont un effet diminuant.
Comme on le voit de l'exemple 1, on a utilisé 50 grammes par litre de chlorure d'aluminium et 10 centimètres cube de chlore liquide. Les avantages gagnés dans l'enlè- ramant plus efficace du bore d'un produit halogéné, traité suivant un procédé connu pour n'enlever que le phosphore ne sont pas compris. On remarque cependant que quelques chances existent pour indiquer l'existence d'un complexe de tricntrue de bore et de trichlorure de phosphore en parallèle au complexe de trichlorure de bore et de penta- chlorure de phosphore dont l'existence est connue.
On sait aussi du travail de Whelan (voie citation de brevet ci-dessus) que l'enlèvement du phosphore d'un produit halogène par traitement par le chlorure d'aluminium et le chlore provient de la formation d'un complexe entre le pentachlorue de phosphore et le chlorure d'aluminium. Par le fait que 1'enlèvement du bore est amélioré par le trai-
<Desc/Clms Page number 19>
temet au chlorure d'aluminium et au chlore , on peut supposer que le complexe de chlorure d'aluminium et de chlorure de phosphore est plus stable que le complexe
EMI19.1
de chlorure de-borè'et de pintàhl6rùre-de phosphore.
Ceci,'* on peut l'imaginer, indique que"le trichlorure de bore ''''?' ''<.'.''' t ..., , ainsi libéré de=soncomplexérest plus facilement absorbé par la colonne.,-Il',faut-comprendre clairement que les procédés 'décrits ici qui font usage de chlorure d'aluminium et de chlore en pré-traitement sont basés sur des résul- tata expérimentaux. On ne s'attache en aucune façon à l'explication théorique qui a été donnée ci-dessus.
Les exemples suivants contiennent des indications sur les procédés suivis pour déterminer l'étendue des matiè- res absorbantes convenables. Seuls des essais satisfaisants ont été montrés, Des matières qui se sont avérées non convenables sont mentionnées ci-dessus et sont exclues de la classe énumérée.
Les exemples donnés ci-dessous ont été choisis dans les essais expérimentaux comme démontrant la convenance d'un large domaine de matières absorbantes. Certains
EMI19.2
des exemples couffl- ntentr-diiirsoi3 techniques de pré- "s à#Ç . '. l/j;. traiteaent et de traitement subséquent décrites ci-dessus;; Lorsque ce traitement auxiliaire est compris dans un ox*mp2. on doit,,comprendre que des essais parallèles utilisant les mème matiérea absorbantes ont été conduits- sans faire usage de ce traitement auxiliaire.
Ces essais
EMI19.3
additiorinela qui ne sont pas compris dans la description . pour économiser de l'espace, ont indiqué que la principale purification était.obtenue.de la technique d'absorpion'.',, et non pas d'un 'OU plusieurs des traitements auxiliaîres.,''Ï- x . ,j. , .. ;,; ¯ ,aj p,;.-,.¯, . ¯,, .,,j L'exception principAle à ceci est lèpre-traitement -avec'* .' '.-''"*$"' .y bzz du chlorure d'aluménium et du chlore qui comme indiqué .'-...... ....3##' "",5 eideaatuf. a/conduite une augaentat3ori sérisible de ]1;Éi± ' *r^ 'x3Â.V,.. é""'ß',:''", t"',.3'1l"' h f -- ''... w3.. "!r..
<Desc/Clms Page number 20>
1'enlèement de bore. Des procédés utilisant ce pré-traite ment au chlorure d'aluminium et au chlore sont considé- rés par conséquent comme préférables suivant l'inventir-,
Comme on l'expose ci-dessus, d'autres traitements auxiliaires ont été conçus pour clarifier les résultats et pour simpli fier la comparaison avec des matières non traitées. Par suite, le traitement avec la tournure de cuivre a conduit à 1'envlëvement de composés de soufre.
La réduction à l'hy.- drogène aur du silicium ou du germanium, tout en étant un procède utile et certainement préférable au procédé utili- sé couramment à présent, suivant lequel la réduction est exécutée sur du tantale, ne donne pas une nouvelle puri- fication du tétrachlorure de silicium ou de l'élément résultant, mais évite seulement l'introduction de nouvelles impuretés à partir du tantale ou d'autres matières étran- gères inhérentes au système de réaction qui comprend les agents de lessivage utilisés pour enlever le matériau filamentaire. Tous les procédés auxiliaires exposés sont, croit-on, nouveaux et constituent une partie , quoique moindre ou facultative, de la présente invention.
Exemple 1
2220 grammes de tétrachlorure de silicium de la Stauffer Chemical Company contenant des traces de bore, de phosphore et d'un chlorure de métal lourd comme impuretés étaient passé en reflux d'un jour à l'autre en contact avec 30 grammes de tournure de cuivre pour enlever les composés sulfurés. L'enlèvement de ces agentscb contamination est indiqué par le noircissement du cuivre dû à la formation de sulfure de cuivre. Les tounure de cuivre étaient enlevées ensuite et on ajoutait au tétrachlorure de sili- cium 50 grammes'par litre de chbrure d'aluminium anhydre et 0,001 pour cent de trichlorure de phosphore radioactif
<Desc/Clms Page number 21>
en même temps que 10 centimètres cube par litre de chlore liquéfié.
Le phosphore radioactif était ajouté pour que l'on püt faire des études de traces au cours de la purification ocmme exposé à l'exemple 7. Comme il est dit ci-dessus, cette addition conduit à la formation d'un composé de coordi- nation entre le pentachlorure de phosphore et le chlorure d'aluminium suivant les enseignements du brevet J.M. Whelan n 2.821.460. Le tétrachlorure de silicium, en même temps que les matériaux ajoutés, était 'laissé au repos pendant une période de 18 heur'!.'! environ pour assurer l'achèvement de la réaction.
Le téuchlurre de silicium était ajouté alors au réservoir d'une colonne d'absorption du type montré à la figure 1, au moyen d'un siphon contenant de la laine de verre en bouchon pour entraîner tout le chlorure d'alumi- ni solide. Cette colonne avait un diamètre de 2,22 cm intérieur et était bourrée jusqu'à une hauteur de 50,8 cm d'A1203 passant au tamis de 80-200 mailles de qualité F-20 fourni par la Aluminium Company of America , Etats-Unis d'Amérique . Avant l'emploi, le A1203 était activé en le chauffant à l'air à 270 C pendant 18 heures.
La colonne était remplie de tétrachlorure de silicium et on la laissait reposée pendant 16 heures, après quoi le liquide était autori sé à passer à travers la colonne à raison d'un catimè- tre cube par minute. Le tétrachlorure de silicium était uti- lisé alors pour préparer une tige de silicium par réduction à l'hydrogène sur le tantale de la façon connue ( voir R. Hölvling, Zeitschrift für angewandte Chemie 40 page 655 (1927) en utilisant une tubulure de tantale de 1,27 de diamètre,ayant une épaisseur de paroi de 0,076 mm et une longueur de 28 cm La technique utilisée est décrite avec plus de détails dans le Bell Telephone Labroatories Record de septembre 1955, pages 327-330.
Le silicium résultant
<Desc/Clms Page number 22>
@ lavé dans de l'acide fluorhydrique à 48 pour cent pour enlever le tantale, il était attaqué dans un mélange de 3 volumes d'acide nitrique à 70 pour cent et d'un volume d'acide fluorhydrique à 48 pour cent et lavé dans de lteau désionisée On faisait alors passer la tige de silicium trente fois dans un appareil à zone à flottement dans une atmosphère d'hydrogène pour enlever le phosphore résiduel et pour faire crottre un cristal unique. Le procède par sont flottante est décrit ailleurs. Voir Journal or Matais, volume 18 pagea 1316-19.
Le cristal ainsi trait' s'est avéré être du type p avec une résistivité du côté donducteur de 85.000 ohm-cm. et une résistivité de 10. 000 ohm-cm. plus loin le long de la tige, lorsque la séparation du bore n'était pas aussi efficace. En comparaison, un essai de contrôle utilisant du tétrachlorure de silicium purifié par distillation seulement, donnait une résistivité à l'extrémité du conducteur de 4.700 ohm- cm et de 1200 ohm-cm plus loin le long de la tige. Dans les deux cas, la résistivité plus élevée à l'extrémité du conducteur correspond à la région de raffinage de zone le plus efficace.
Exemple 2
On a traité un échantillon de tétrachlorure de silicium avec du cuivre de la manière décrite à l'exemple 1.
On le purifiait ensuite en le faisant passer par une colonne comme ci-dessus, sauf que l'absorbant était du gel de silice passant à 6-15 mailles obtenu de la Amend Drug Company, Etats-Unis d'Amérique. Avant son emploi, le gel était lessivé avec de l'acide chlorhydrique 6 normal pendant 24 heures, lavé à l'eau désionisée pour le débarras- ser de l'acide chlorhydrique, séché à 110 C et activé pendant 4 heures à 300 C Le tétrachlorurs de Silicium
<Desc/Clms Page number 23>
était alors réduit par réduction à l'hydrogène sur un fila- ment de silicium dans un appardl du type d écrit à la figure2.
Suivant ce procédé, un filament de crbtal unique de sili- cium de jurande pureté , d'un diamètre d'environ 3,2 mm et d'une longueur de 15,3 cm était suspendu dans un tube
EMI23.1
' """'< tW)Mtt<MMM.. nmxtm)) de quarts à un support de nickel. Une tige de silicium étali fixée alors dans le support d e quartz au fond de l'appareil et était maintenue en place par un mandrin de nickel dans la tête inférieure. Comme du silicium à grande pureté ne peut être chauffé directement par induction , l'extrémité inférieure de la tige de silicium était entaillée, une pièce de bore contenant du silicium fortement dopé était introduite dans l'entaille et on réalisait la fusion dea deux. Cette région dopée pourait ne pas être chauffée directement et la chaleur être transférée au cristal Bans fusion.
La tige inférieure était amenée alors à buter contre le filament de silicium et on l'aligaait par réglage fait en manipulant la tête supérieure dans le joint à bille et en réglant le bouton moleté de la partie filetée du support supérieure Une soudure était faite ensuite dans l'hydrogène sec en faisant passer de la chaleur de l'extrémité inféieure de la tige à la jonction avec le filament en utilisant la bobine à induction et un générateur à cinq mégacycles. Une bouteille contenant environ 250 centimètres cube de tétrachlorure de silicium était attachée alors à l'appareil et refroidie à environ -20 C L'hydrogène était amené à s'écouler à travers le tétrachlorure de silicium et de là à passer dans un tube de quartz à un débit d'environ 2 litres par minute.
La région centrale du filament était chauffée à 14000C en faisant passer la chaleur depuis la
EMI23.2
tige inférieure en déplaçant tout 11 apla reil dans un sens et dans l'autre dans la. bobine à induction sur une portion
<Desc/Clms Page number 24>
centrale de 7,6 cm du filament, la vitesse du mouvement rela tif étant d'environ 0,5 mm par minute. Une couche dense de silicium déposé se produisait en augmentant le diamètre de la tige jusqu'à environ 1,0 mm en environ quatre heures.
On réduisait alors le courant d'hydrigène à un débit de 0,5 litre par minute et on faisait fondre le filament juste en- dessous de la région déposée pour produire une zone fondue qui était alors déplacée vers le haut de la tige à une vi- tsse d'environ 1,27 mm par minute pour faire fondre la matière déposée et la transformer en un cristal unique.
Pour empêcher le transfert d'impuretés gazeuses depuis la paboi de quartzde l'appareil et pour empêcher le dépôt de silicium sur la paroi, le tube constituant le four était refroidi par un rideau d'eau produit en dirigeant un jet d'au sur le tube à plusieurs pouces au-dessus de la bobine d'induction. Un tube de drainage était prévu pour collecter l'eau à l'extrémité inférieure de l'appareil. Le corps de silicium résultant était alors fondu par zone à passage unique et on a remarqué qu'il s'agissait d'un type p ayant une résistivité de 44,700 ohm-cm.
EXemple 3
185 centimètres cube de tétrachlorure de silicium du type t 'liée dans les exemples précédents étaient dopés avec 0,001 pour cent de chlorure de phosphore radioactif et on faisait passer ce produit dans une colonne bourrée de gel de silice passant à 6-12 mailles. Les dimensions de la colonne dann cet exemple était de 1,27 cm de diamètre avec une Iongveur de partie bourrée de 25,4 cm. L'adsorbant était activé comme montré à l'exemple 2 et on permettait au tétrachlorure de silicium de passer à travers la colonne avec un débit d'environ 0,5 centimètres cube par minute.
Les techniques des traceurs radioactifs ont indiqué
<Desc/Clms Page number 25>
que la teneur en trichlorure de phosphore était réduite à 7,5 x 10-5 mol. pour cent. Des radiographies de la colonne ont indiqué que même ces résultats pouvaient être amé- liorés par un réglage convenable de la dimension des particules et des conditions de bourrage, puisque les indi- cations ont montré quun effet de canal considérable se produisait dans l'absorbant.
Exemple 4
On a recommencé l'exemple 3, en substituant au silica gel de l'alumine passant à 6-12 mailles. Les résultâtes étaient semblables à ceux de l'exemple 3.
Exemple 5
On recommençait l'exemple 3 en remplaçant la silice à 6-12 mailles de l'exemple 3 par du gel de silice à 60-200 mailles (Davison Chemical Company, Qualité 950, Etats-Unis d'Amérique et en utilisant une colonne de 2,22 cm de diamètre intérieur bourrée sur une longueur de 50,8 cm.
Les dimensions d'appareillage et les conditions de traitement étaient par ailleurs identiques à celles données dans l'exemple 3. La silice à dimensions de particules plus petite* donnait lieu à une réduction de PC13 de 0,001 voume pour cent à 5,3 x 10-6 mol.pour cent.
Exempl 6
De 1'aumine à 60-200 mailla activée était mise à la place de la silice de l'exemple 5. Un échantillon de 185 centrimètes cube de tétrachlorure de silice était dopé jusq'à une teneur de 0,001 pour cent de chlorure de phos- phore comme ci-dessus. En faisant passer cet échantillon àt ravers la colonne d'alumines de la manière décrits dans les exemples ci-desus on a obtenu une réduction du contenu en chlorure de phosphore de 5,9 x 10-8 mol. pour cent, la limite de détection pour les techniques de capta,- radiactif, Après passke de 1500 centimètres cube
<Desc/Clms Page number 26>
de tétrachlorure de silicium ainsi traité, la quantité de phosphore qui s'écoulait était augmentée jusqu'à 3,4 x 10-6 mol. pour cent de chlorure de phosphore.
La radiographie de la colonne montrait une forte concentration de phosphore à environ 7,6 cm vers le bas à partir du haut de la .partie bourrée et pas d'effet de canaux visible .
Exemple
Le processus suivi dans l'exempleµ a été répété, avec toutefois l'addition de 10 centimètres cube de chlore liquide par litre de tétrachlorure de silicium à l'échan- tillon précédent pour passer à travers la colonne d'absorp- tion. Le liquide qui en sortait ne montrait pas de phsophore détectable , ce qui indiquait une réduction à moins que 6,6 x 10-7 mol. pour cent. Après passage de 3000 eenti- mètres cube de tétrachlorure de silicium ainsi dopé, les radiographies du bourrage ont montré une bande serrée de phosphore N'étendant sur 1,27 cm vers le bas à partir du dessus de la colonne.
Sur cette base, on a estimé que la colonne serait capable de purifier au moins 30.000 centimétres cube de tétrachlorure de silicium avant l'écou- lamant de tétrachlorure de silicium contenant du phosphore . détectable. exemple
Un échantillon de tétrachlorure de silicium était préparé comme dans l'exemple 6. 50 grammes par litre de chlorure d'aluminium anhydre , en même temps que 10 cen- timètres cube de chlore liquide par litre, en se basant dans chaque cas sur le tétrachlorure de silicium étaient ajoutée et l'échantillon était autorisé à se reposer pendant 24 heures.
Le liquide écoulé ainsi traité était exept de phosphore détectable. Comme dans l'exemple 6, le passage de 3000 centisètres cube de ce tétrachlorure
<Desc/Clms Page number 27>
de silicium pré-traité à travers la colonne de la manière décrite donnait une bande serrée de phosphore de 1,27 cm vers le bas à partir du sommet de la colonne bourrée-.
Exemple 9
Pour vérifier l'efficacité relative de différents absorbants pour l'enlèvement du trichloru-re de bore et du trichlorure de phosphore à partir du trétrachlorure de silicium, on a utilisé le procédé suivant. Des burettes de 50 millilitres de 61 cm de longet de 1,27 cm de diamètre intérieur étaient bourrées jusqu'à une hauteur de 25,4 cm par divers absorbants essayés. Des échantillons de 30 centimètres cube de tétrachlorure de silicium dopé chaque fois avec un pour cent de trichlorure de bore et de trichlorure de phosphore étaient autorisésà s'égoutter dans chacune des burettes bourrées à par tir de pipettes à un débit d'environ 1 centimètre cube par minute. Après une telle addition, les colonnes étaient autorisées à se re- poser pendant une heure.
Des échantillons de 10 centimètres cube de tétrachlorure de silicium ainsi traités étaient're- tirés de chaque burette à raison d'environ 0,8 centimètre cube par minute. Un second jeu d'échantillons, comprenant tout la tétrachlorure de silicium pouvant s'écouler était recueilli. Des échantillons non traités et écoulés épient analysés par des techniques d'absorption aux rayons infra-rouges.
Une forte bande d'absorption pour PC13 avait une longueur d'onde de 1313 cm -1 et on a trouvé des bandes de Bc13 à 1415, 1368 et 1345 cm-1 La liait* do détection pour ces bandes , avec la méthode utili- site était de 0,01 pour cent.
<Desc/Clms Page number 28>
EMI28.1
x ,i lt s 13
EMI28.2
<tb> SiC13 <SEP> écoulés <SEP> Sic!
<tb>
EMI28.3
n Absorbai 10 premiera ce drainabla ''"îV S11116 . , 3 43eOl%BC13 ¯il1.. activ' 260*C en 16 0,01% Pol3 O,OLGPC13 heures 11 Al 0 à 8..4 <0,01% BOl,3 <0,01%BC1.
¯xl"1e. ac- tira A 260*C O,Ol Pol ,",0,Ol%P013 pendant 16 hrs 12 Charbon de bois d..0::: O,Ol B013 0,01% BC13 coco bzz, mailles activé à 30000 z6 Pol 0,01% Pci3 en 4 heures 13 811108 gel 6-16 < O,Ol;d Bel3 .:: 0,01%B013 mailles lavé A iïC1 sdché ac- c O,o196 Pol3 <=.0,01%PC1.. tiv6 A 300'C
EMI28.4
<tb> en <SEP> 4 <SEP> heures
<tb>
Un processus plus rapide a été développé pour déter- miner l'efficacité d'une large classe de matières absor-
EMI28.5
bantes. Suivant ie prooé3 1000 centimètres cube de tétrachlorure de silicium étaient dopés avec 1 pour cent de
EMI28.6
Bol 3P en même temps que 1 pour cent de PC.3.
Des portions de 20 centimètres cube de cette matière de départ, en même temps que 5 centimètres cube de l'absorbant à essayer étaient placés dans des flacons dtErlenmeyer. Les flacons contenant ces échantillons étaient bouchés et mis au repos pendant une heure dans un bain de glace avec agitation
EMI28.7
de temps en temps. A la fin de cette période, le tétra chlo- rure de silicium était vidé des absorbants ci; filran travers de la laine de verre. La matière traitée était ana- lysée par une technique aux rayons infra-rouges comme dans les exemples 9 à 12.
Les résultats sont indiqués ci-dessous :
<Desc/Clms Page number 29>
EMI29.1
.m. 11.. 24
EMI29.2
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> impu-
<tb>
EMI29.3
,9;42%Dlt absorbant retés après trai- tement lift 9! lica gs1 â 6-12 mailles " 0, Ol Bel
EMI29.4
<tb> leaaivé <SEP> HC1 <SEP> lavé, <SEP> ac-
<tb>
EMI29.5
tlv4 à 2?0 C en 16 heures 0,01% PC13 15 Alumine à 0-14 mailles, 0,1% BOl lessivée à HCI lavée, 3 activée à 270'C en 16 hext- 01% PC1
EMI29.6
<tb> res <SEP> 3
<tb>
EMI29.7
16 Alumine à 9-14 mailles, 0,1% Ber lessi-fès à NaOH, lavée activée à 270#C en 16 nra 0,1% PC1- 17 Gel de 1'1 2 à environ < 0, Ol B01';\ 12 maill.. <: 0 Old P01- 19 hsp3 à environ 12 mailles < 0,01% Bel3 0,01% Pei3 19 Terre de Fuller à environ 0,01% BC1 100 maill...:
0,01% POl)
EMI29.8
<tb> 20 <SEP> Acide <SEP> tungstique <SEP> à <SEP> environ <SEP> 0,1% <SEP> BC1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> mailles <SEP> 0,1% <SEP> PC13
<tb>
EMI29.9
21 Mg(OH)2 à environ 100 0,01 BCl mailI'8 0,01% Pci 3
EMI29.10
<tb> 22 <SEP> Zeo <SEP> Dur <SEP> ( <SEP> Marque <SEP> de <SEP> fabri-
<tb>
EMI29.11
que,silicate hydraté à 0)01 BC1-
EMI29.12
<tb> environ <SEP> 6 <SEP> mailles) <SEP> prée <SEP> 0,01% <SEP> PC!3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> paré <SEP> par <SEP> Permutit <SEP> Company,
<tb>
EMI29.13
Etats-Unis d'Amérique.
EMI29.14
<tb>
23 <SEP> Celite <SEP> 545 <SEP> ( <SEP> Marque <SEP> de <SEP> fabri-
<tb>
<tb> que <SEP> terre <SEP> de <SEP> diatomées <SEP> à
<tb>
<tb> environ <SEP> 100 <SEP> mailles <SEP> contenant <SEP> 0,1% <SEP> BC13
<tb>
EMI29.15
au moins 9C de silice) pré- 0,1% P013
EMI29.16
<tb> parée <SEP> par <SEP> Johns <SEP> Manville <SEP> come
<tb>
<tb> pany, <SEP> Etats-Unis <SEP> d(Amérique.
<tb>
EMI29.17
24 Decalso(Marque de fabrique,
EMI29.18
<tb> silicate <SEP> d'aluminium <SEP> et <SEP> de <SEP> 0,1% <SEP> BC13
<tb>
EMI29.19
sodium à environ 100 mailles 0,1;6 PC1'1
EMI29.20
<tb> fabriqué <SEP> par <SEP> Permutit <SEP> Com
<tb>
EMI29.21
pany, U.S.A.
Exemple 25
Environ 200 centimètres cube da tétrachlorure de
EMI29.22
germanüma. étaient préparés par traitement de dioxyde de gormnidr 29
<Desc/Clms Page number 30>
connu comme ne convenant pas pour 1'emploi dans les semi-
EMI30.1
conductoura avec de l'acide chlorhydrique 6 normal, après quoi on enlevait le tétrachlorure de germanium par distillation. Pour contaminer aavantage la matière halogénée, on ajoutait 5 milligrammes de As203 dissous dans 10
EMI30.2
centieette* cube d'acide chlorhydrique 12 fois normal.
On pasttait la matière de se reposer pendant 18 heures , après quoi l'acide chlorhydrique était séparé du tétrachlo-
EMI30.3
rure de gormanium par extraction. 25 centimètre3 cube de CaC14 ainai préparés étaient mis de cote comme échantillon de
EMI30.4
contrôle. On permottnib à 50 centimètres cube de la même Mtierw de passer à travers une colonne de gel due silice de 1,27 cm et bourrée jusqu'à la hauteur indiquée à l'exemple 1. Le débit était de 0,5 centimètre cube par minute; L'absorbant au gel de silice utilisé avait été 16ssivé avec de l'acide chlorhydrique dilué 6 normal pendant environ 70
EMI30.5
heures, lavé à l'eau ddaîoniede, séché à 120 OU et activé à 2700C pendant 16 heures.
L'achantiUon de contrôle et un échantillon de 25 centimètres cube de matière écoulée étaient hydrolysés séparément dans 150 centimètres cube
EMI30.6
d'eau désionïsée. Le bioxyde de germanium qui en résultait était lavé et séché à 120 C d'une journée à l'autre. Les échantillons de bioxyde de germanium étaient alors trans-
EMI30.7
formés en hydrogène à 65000 dans une nacelle de quartz.
Le germanium élémentaire était d'abord fondu et transformé en lingots solidifiés dans un sens directionnel. La pureté relative des deux lingots était établie au moyen de mesu- res de résistivit La résistivité moyonne de la matière non purifiée était de 0,003 ohm-cm en comparaison de 0,40 ohm-cm pour la matière purifiée, ce qui indiquait une aug- mentation de la purification de deux ordres de grandeur soit un facteur d'amélioration supérieur à 100.
La matière
<Desc/Clms Page number 31>
il-131 tittée était considérée comme de qualité convenant au semicondutuer Exemple 26
Le procédé des exemples 14 à 24 était appliqué à un échantillon de choroforme au silicium (SiHCl) qui avait été dopé avec 1 pour cent chaque fois de BC13et de PC13 L'emploi d'un gel de silice de 6-16 mailles conduis
EMI31.1
sait à la réduction à la fois de BC13 et de PC13 à un niveau de 0,1 pour cent.
Exemple 27
Le processus de l'exemple 26 était répété sur un échantillon dope de façon semblable de chloroforme au sili- cium utilieant de l'alumine à 80-200 mailles, activé à
EMI31.2
270*G pendantlS heures. Les niveaux de BC13 et de pal) étaient réduits chaque fois à environ 0,1 pour cent.
Exemple 28
Un échantillon de chloroforme au silicium était puri fié par l'emploi de la colonne décrite dans l'exemple 25, bourrée avec du silica gel à 60-200 mailles ( Davison Chemical Company, U.S.A., Qualité 950), et activée à 270 C pendant 18 heures. Le chloroforme au silicium était autorisé à passer à travers la colonne à raison de 0,55 centimètre cube par minute et était réduit ensuite sur une tige de sili- cum en utilisant le procédé de l'exemple 2. La matière dans la région déposée était du type n avec une résistivité d'environ 850 ohm-cm. Une tige semblable faite d'un échantillon de contrôle de la matière initiale était du type de conductivité p et d'une résistivité voisine de 1400 ohm-cm.
Après l'exécution de ces mesures, on donnant aux deux tiges une passe additionnelle de zone dans un vide de 5 x 10-6 millimètres de mercure par la technique à zène flottante pour enlever le phosphore. La tige pro-
<Desc/Clms Page number 32>
duite par le chloroforme au silicium purifié était du type p d'environ 1500 ohm-cm tandis que la tige de contrôle était du type p avec une résistivité d'environ 1000 ohm- cm. A partir de ces données, on a conclu que le chloroforme au silicium utilisé était tout à fait pur dès le début, contenant des t races de chorure de bore et de chlorure de phosphore. A partir des mesures de type de conductivité et des mesures de résistivité comparatives, avant et après la fusion par zone, il est apparu que la technique d'absorp- tion ne donnait pas de perfectionnement , en particulier dans l'enlèvement du bore.
Exemple 29
On a réalisé l'expérience suivante pour déterminer l'efficacité de la technique par colonne pour l'enlèvement des chlorures de métaux lourds du tétrachlorure de silicium : Après avoir fait passer 6000 centimètres cube de tétra- chlorure de silicum à travers la colonne de gel de silice de 1'exemplei, on vidait la colonne du liquide résiduel et des échantillons d'un pouce d'absorbant étaient enlevés en différents points de la colonne. Ces échantillons étaient hydrolysés dans de l'eau désionisée, on les séchait à 150 C pendant 16 heures et on les analysait par voie spectro- chimique.
Des essais faits pour six métaux sur des é chan- tillons enlevée de ces endroits de la colonne ont été rappel'. ci-dessous
EMI32.1
<tb> Mótal <SEP> Section <SEP> à <SEP> 1 <SEP> pou- <SEP> 4 <SEP> pouces <SEP> dece <SEP> au-dessus <SEP> puis <SEP> le <SEP> haut <SEP> section <SEP> du
<tb> bas, <SEP> à <SEP> 1pousce
<tb> Aluminium <SEP> VST <SEP> ND <SEP> ND
<tb>
<tb> Bore <SEP> VST <SEP> VST <SEP> ND
<tb>
<tb> Cuivra <SEP> VST <SEP> VST <SEP> ND
<tb>
<tb> Ver <SEP> ST <SEP> VST <SEP> ND
<tb>
<tb> Mangésium <SEP> ST <SEP> VST <SEP> VST
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> VST <SEP> VST <SEP> ND
<tb>
<Desc/Clms Page number 33>
Les désignations reportées sousforme de tableau ci- dessus sont utilisées couramment dans la technique de l'analyse spectrochimique.
Les débitions sont les suivantes :
ST - légère trace , moins que 0,005 % en poids
VST - très légère trace, moins que 0,001 % en poids
ND - non détecté Exemple 30
La tétrachlorure de silicium a été traité avec des tournures de cuivre comme décrit dans l'exemple 1. En uti- lisant le même matériau absorbant et la colonne comme dans l'exemple 1, le liquide a été introduit dans le réservoir de la colonne et autorisé à traverser la colonne comme précédemment La matière liquide a été versée et les étapes exposées à l'exemple 1 ont été exécutées.
Après 36 passa- de* par une fusion par zone flottante , on a trouvé que le silicium était du type p avec une résistivité de 8000 ohm-cm à l'extrémité c8té conducteur et 1800 ohm-cm tout au long, Exemple 31
On a répété le processus de l'exemple 30 en mettant du gel de silice activé passant au tamis de 6-16 mailles comme dans l'exemple 2, à titre d'absorbant. La Tige de silicium résultante était du type p avec une résistivité de 11000 chm-cm coté conducteur et 4000 ohm-cm le long de la tige.
Pour les études exposées ici, on a estimé souhaitable d'essayer deux Matières à structure de gel qui apparemment n'étaient pas disponibles dans le commerce. Comme vérifi- cation de certains des osais qui ont été exécutas, on a décidé aussi de préparer une structure de gel disponible dans le commerce et de vérifier alors le pouvoir absorbant
<Desc/Clms Page number 34>
de la matière synthétisée avec celui de la matière commercia- le (voir exemple 32). Les procédés utilisés effectivement pour la préparation de ces trois matières absorbantes sont indiqués dans la suite.
Les références entre parenthèses à un numéro d'exemple que l'on rencontre dans chaque des- cription indiquent que 1'on autilisé 1' absorbant préparé dans cet exemple.
Exemple 32
Du gel de silice passant approximativement au tamis de 6 à 12 Milles préparé comme indiqué ci-dessous était lavé avec de l'eau désionisée , séché 4 110 C et activé à 270 C pendant 18 heures et on 1'a utilisé comme absorbant dans une réédition de l'exemple 14. On a obtenu une puri- fication semblable.
Préparation de gel de bioxyde de titane (exemple 17)-
25 centimètres cube de titanate de tétraisopropyle 'taient stabilises à l'égard d'une hydrolyse rapide par l'addition de 5 centimètres cube d'acide chlorhydrique 12 foie normal auxquels on ajoutait avec agitation une solution stabilisa de 75 centimètres cube d'eau désionisée. Le mélange était alors traité à la chaleur à 80 C pour 1'ame- ner en solution. Sans refroidissement, on ajoutait de l'hydroxyde d'ammonium en laissant couler goutte à goutte jusque obtenir un précipaté gélatineux. La matière était aise au repos et refroidie à la température du local.
En reposant pendant plusieurs heures, les masses caillées du précipita se raidsient La matière était rendue forte- ment alcaline (pH d'environ 10) par l'addition d'hydroxyde d'ammonium,après quoi on la laissait reposer jusqu'au jour suivant. Après lavage avec de l'eau désionisée, le pro- duit caillé était séché pendant deux jurs dans un dessicateur à vide . après quoi on séchait à l'air à 100 C
<Desc/Clms Page number 35>
pendant'24 heures et on activait à l'air à 270 C pendant 18 heures. La matière était mise alors en usage en tant qu'absorbant.
Préparation de l'oxyde ferrique(FE2030 ( exemple 18)
Environ 100 grammes de Fe(OH)3 étaient dissous dans un excès d'acide chlorhydrique 6 normal. La matière solide qu'on formait était enlevée par filtration. Le liquide restant était rendu basique par addition d'hydroxyde d'ammonium ( pH d'environ 10) ce qui conduisait à la forma- tion d'un précipité gélatineux. On filtrait le précipité et on le lavait dans de l'eau désionisée pour en enlever tout le chlorure d'ammonium et l'hydroxyde d'ammonium. La matière était séchée alors pendant 24 heures à l'air à 20 C et on l'activait à l'air à 270 C pendant quatre heures.
Próaration de silide ( exemple 32)
50 centimètres cube de tétrachlorure de silicium étaient versos lentement goutte à goutte dans 500 centimètres cube d'eau désionisée à une température d'environ 0 C Le liquide opalescent qui en résultait prenait sous forme de gel rigide en deux heures à la température du local.
Après avoir attendu jusqu'au jour suivant, la matière était brisée avec une tige d'agitateur, lavée à l'eau désionisée pour enlever l'acide chlorhydrique et séchée pendant deux jours dans un dessicateurà vide . Enfin, on amenait la matière à l'air à 110 C pendant 24 heures et on l'activait à 270 C à l'air pendant 18 heures.
Il est intéressant de remarquer que tous les maté- riaux absorbants des exemples précédents contiennent de l'eau d'hydratation. Que tous les absorbants utiles ici pour les buts poursuivie doivent contenir une telle eau de liaison a été clairement établi. Par suite, alors que
<Desc/Clms Page number 36>
la gel de silice activé à 270*C et de formule approximative
SI2. 0 18H20 était efficace, la silice calcinée contenant peu ou pas d'eau d'hydratation était sans effet. Probable- ment dans la cas de la silice, il y a une rupture de la turé de gel associée en sorte que la perte de pouvoir peut s'expliquer d'après les caractéristiques physiques.
Cependant, le môme phénomène a été observé dans le cas d'une structure non en forme de gel de l'abeerbant , le cas ce la magnésie. Dans ce cas, on a trouvé que bien que l'oxyde de magnésium anhydre fût ineffectif et ne donnait lieu à aucune diminution perceptible du niveau des impuretés, ce mutóriau contenant une molécule d'eau d'hydratation , Mg (OH2) était tout à fait efficace pour réduire le niveau du bore et du phosphore au niveau de détection approximatif de la technique d'analyse aux infra-rouges utilisée avec cette mesure. (Voir exemple 21).
Beaucoup du travail d'expérience décrit ici était con- duit sur des échantillons qui avaient été contaminés déli- bérément avec des im qu'on peut enlever de la matière avec difficulté seulement. Par suite, le bore et le phosphore étaient ajoutés aux matériaux de silicium halogénés , comme du tétrachlorure de silicium et du chloroforme au silicium, tandis que de l'arsenic était ajouté au matériau de ger- manium correspondant . Dans toutes ces expériences, le ni- veau des impuretés ainsi augmenté diminuait appréciablement, souvent jusqu'en dessous de la limite détectable du processus d'analyse particulier utilisé. Certains des essais rapportés ci-dessous cependant, comme l'exemple 2, 30 et 31, se rappor- tent à un travail qui a été conduit sur 1e tétrachlorure de silicium le plus pur que l'on puisse avoir dans le commerce.
Dans ces essais, naturellement, le processus analytique standard était inutile pour déterminer les niveaux d'impuretés
<Desc/Clms Page number 37>
fiall Eans cescls, le matériau purifié finalement obtenu éti réduit à sa composition élémentaire par réduction par 1'hydrogène, soit sur le tantale ou sur le silicium comme décrit, en appliquant ensuite un ou plusieurs passa- ges .1 la technique par zone flottante .
Les mesures de résistivité faites sur deséchantillons sont naturellement d'une grande importance en particulier lorsque la matière ainsi purifiée est réduite et utilisée dans un dispositif smeiconducteur
Cependant, on ne s'attend pas à ee que l'emploi com- merical de la présente invention soit limité à la prépa- ration des matières élémentaires destinées à un tel emploi.
Par exemple, du tétrachlorure de silicium peut être un produit initial ou intermédiaire dans un processus destiné à la production de silane. (Voir Journal of American Che- mical Society, Volume 69, pages 2692-6, novembre 1947).
Il est connu que les principales impuretés de la matière de départ halogénée étaient le bore et le phosphore.
Ces deux matières sont des impuretés importantes dans le système du silicium, elles sont de nature à produire des conductivités detypes opposés et ont des coefficients de distribution différents entre phases liquide et solide dans un système de silicium. En conséquence, il est possible après avoir fait passer la matière par un nombre déterminé de passages de zone à travers un corps de cette matière et après avoir fait des mesures de résistivité et de conduc tivité en différentes positions dans la direction de progres- sion de ces zones, de faire un calcul en arrière et de déterminer le nombre total d'atomes d'impuretés acceptantes (bore) et le nombre total d'atomes d'impuretés donnâmes (phosphore). Ces calcule ont été fait pour les matériaux finaux correspondant aux exemples 1 et 30 à 32.
Ces calculs sont résumés ci-dessous.
<Desc/Clms Page number 38>
EMI38.1
<tb>
Nombr <SEP> d'a
<tb> Nombre <SEP> d'atonies <SEP> tomes <SEP> ce
<tb>
<tb> d'acceptant <SEP> - <SEP> donnant <SEP> - <SEP>
<tb>
<tb> Atomes <SEP> par <SEP> cen- <SEP> Atomes <SEP> par
<tb>
EMI38.2
Sx'ap Absorbant timètre cube cent. cube 1 Ai 203 l,4x 1012 1,9 x 1012
EMI38.3
<tb> (A1C1+C13)
<tb>
EMI38.4
30 AI 203 7,2 x 10 12 3,1 x 1014 il sio2 5,6 x 10 12 5,8 x 10 12 32 sio2 - Charbon 1,4 x 1012 1,1 x 10I4
EMI38.5
<tb> de <SEP> bois
<tb> Aloi <SEP> 3+ <SEP> C12
<tb>
Comme on le voit de la description qui précède, tout groupement large de matières absorbantes convient dans la mise en pratique de l'invention.
Quel que soit le choix que l'on fait de la matière absorbante ou la com- binaison de ces matières, on peut trouver que la sépara- tion est améliorée ou qu'une contamination ultérieure est évitée en employant l'un quelconque des pré-traite- ments et des traitements subséquents décrits. Le plus saillant des traitements préliminaires est celui d'après lequel du chlore et du chlorure d'aluminium sont ajoutés d'abord à la matière halogénée. Ce pré-traitement a conduit non seulement à la formation de bandes améliorée de phos phore que l'on attendait, maintenant sous forme de penta- chlorure mais aussi à une suppression améliorée du bore suivant un mécanisme encore non complètement compris.
Comme on le voit d'une comparaison des exemples 2 et 31, ]La contamination pendant la réduction après le traitement d'absorption ou après un quelconque des anciens traitements, peut être diminuée en réduisant direötement sur une tige de silicium plut8t que sur une matière étran-
<Desc/Clms Page number 39>
gère telle que le tantale qu'il faut enlever après coup.
Un appareil convenable pour cet emploi est montré à la fi- gure 2 et on le décrit dans la matière du texte correspon- dant
Les matières absorbantes qui ont été trouvées utiles d.ins la mise en pratique de la présente invention sont toutes des matières hydratées. Ces matières qui sont toutes des oxydes ou des silicates à la seule exception du charbon de bois , sont con'.ues comme ayant des groupements hydroxyles attachés à leurs surfaces. Comme il est connu des spécia- listes, le charbon de bois peut avoir des caractéristiques d'absorption semblables à ces oxydes et silicates hydratés.
En plus d'avoir la nature chimique voulue, comme décrit ici, et comme illustré par les exemples, il est naturelle- ment nécessaire que les matières choisies aient les carac- téristiques physiques voulues pour un bon absorbant. On n'a paa fait d'essai pour définir de façon complète ces caractéristiques, dont toutes sont bien connues des spécia- listes de la technique chromatographique. Certaines de ces caractéristiques sont cependant inhérentes à cette descrip- tion. Par exemple, on a remarqué qu'une structure de gel présente une surface absorbante effective convenant à ces buts. On a remarqué aussi, cependant, que cette matière doit être séchée et activée pour enlever ce que l'on consi- dère généralement comme de l'eau englobée physiquement.
On a noté également que le pouvoir absorbant de ces matières de gel est sensiblement abaissé par calcination, ce qui conduit à une rupture de la.structure de gel et à une diminution conséquente de l'aire superficielle efficace.
On voit aussi que le traitement d'un matériau absorbant avec un réactif qui a pour effet de réagir avec la surface libre ou de la bloqeuphsiquement détruit son pouvoir
<Desc/Clms Page number 40>
absorbant en sorte que le lessivage du gel de silice avec de l'hydroxyde de sodium rend cette matière inutilisable pour les buts de l'invention. Que la matière absorbante choisie soit ou ne soit pas à structure de gel, il est
EMI40.1
naturêllemelltJ!é1 Mntageux-dJ.ut.-:Uiser.. J1!1Arl -impSQP. de arti- cules aussi fine que possible.
Ainsi, par exemple, on voit d'une comparaison entre les exemples 3 et 5 et aussi 4 et 6 que l'emploi d'une matière passant au tamis de 60-200 mailles conduit à une amélioration importante dans la séparation comparativement à ce qui se produit avec une matière passant au tamis de 6-12 mailles , autrement iden- tique du point de vue chimique et de sa nature physique.
On croit que les exemples énumérés et les autres travaux décrits ont une portée suffisante pour amener la conclusion que les absorbants utilse dans la présente inven-
EMI40.2
taon sont ceux qui appar..-tiennent aux matières comprenant les oxydes hydratés les silicates hydratés et comprenant aussi le charbon de bois et d'autres matériaux charbonneux dont on sait qu'ils présentent des caractéristiques de réaction par surface des matériaux de ce groupe. Lorsqu'on
EMI40.3
à #est r"t6r' à "8 matériaux de cette classe dans la des- cription et dans les revendications suivantes, on doit comprendre naturellement que les matières ainsi en vue doivent, sous d'autres rapports, avoir des caractéristiques tant physiques que chimiques qui rendent ces matériaux propres A cet usage.
Des exigences de cette nature compren- tient selles décrites dans le paragraphe précédent. D'autres exigence.* également considérées comme évidentes sont que la matière choisie ne doit pas être soluble dans une large Maure ou capable de réagir avec la matière halogénée que 1*on soumet u traitement et que cetabsorbant ne doit pas contenir des matières contaminantes considérées comme nuisibles au système qu'on traite.
<Desc/Clms Page number 41>
On peut remarquer aussi que des lits absorbants mélangés sont sans efficacité dans le processus suivant l'invention. Sous ce rapport, un lit de SiO2 de charbon de bois et de A1C3 a été utilisé avec efficacité dans une expé rience qui sous d'autres rapports était semblable à celle de l'exemplel, avec de bons résultats.
D'autres techniques à colonne ordinaires peuvent être utilisées avec avantage en association avec les procédés décrits. Par exemple, on peut améliorer l'écoulement en refroidissant la colonne. Des dimensions peuvent être variées ou bien on peut utiliser des colonnes successives.
R e v e n d i c a t ions
1. Procédé pour traiter un composé contenant du chlore en phase liquide d'un élément choisi dans le groupe comprenant le silicium et le germanium, comme agent contaminant au moins un chlorure d'un élément choisi dans le groupe comprenant le bore et le phosphore, consistant à traiter cette matière avec au moins un absorbant choisi dans le groupe qui comprend le charbon de bois, les oxydes hydrata et les silicates hydratés, de manière telle qu'un contact intime soit produit entre la matière et l'absorbant.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
0 PUPARATIOX OF PURIFIED SEMI'CONDUCTOR PROFESSIONS ste
<Desc / Clms Page number 2>
The present invention relates to the purification of germanium and silicon compounds containing chlorides. Of particular interest as intermediate products in the preparation of the corresponding elements are purified halides according to the invention.
Although in general, due to the rapid increase in the field of application of semiconductor devices, the interest will be centered on the ordinary preparation of these elemental materials, the purified halides prepared according to the present invention are of interest for '' other techniques,
for example for the preparation of ultra pure silane
Today's severe design requirements for semiconductor devices such as transistors and rectifiers have resulted in an increasingly pure demand for * semiconductor material *. The growing importance of this field has had a considerable influence on ancillary fields of metallurgical treatment leading to the development of purification processes reducing the levels of impurities of the materials thus treated to infinitesimal limits, which it was believed until now that it could not be obtained.
Procedures have been developed to reduce the impurity content of these materials to one part per thousand to one part per trillion and even lower orders of magnitude, and there are still separation problems which need to be resolved before many devices. the most recently designed semi-conduc- tor can be produced commercially
<Desc / Clms Page number 3>
A particular problem arises in the treatment of silicon and germanium, the impurities of which must have these distribution coefficients in
EMI3.1
matter between liquid phase and solid phase which ssgcochent of the unit. In these cases, the use of ordinary zonal infusion techniques does not provide a complete answer.
In particular, where materials undergoing treatment melt at high temperature and / or react with one are contaminated with well-known crucible materials, such as
EMI3.2
so that the use of molten regions not in contact with the solids retaining materials is required that the zone melting process must form the form of a floating zone technique or other related process, the problem posed is serious.
EMI3.3
When such aolide-liquid distribution coefficients are unfavorable and when, for others: 3tisons, the area-wise melt treatment becomes a step - treatment;
EMI3.4
cotizeuae, the possibility of purifying Haat gas phase compositions from a semi-cosmetic material was investigated.
One of these processes, reduction by hydrogen does not ma halogenated titles such as sodium tetrachloride and the like. halides containing one or more atoms of hydrogen, such as silicon chloroform, in widespread commercial use. Others from 28
EMI3.5
The processes include the hydrolysis of germanium tetrachloride to obtain the corresponding oxide.
We found that such
EMI3.6
reduction of the tantalum or tungse filaments, followed by leaching of the filament material from the crystal, and ultimately by floating zone melting to produce the desired crystal configuration, results in the practical efficient removal of all
EMI3.7
169 1apuret48 important elemental product. ra
<Desc / Clms Page number 4>
The favorable character of the distribution or vapor phase distribution coefficients of many impurities in these halogenated semiconductor materials has resulted in other procedures using these intermediates as well.
An example of this procedure is the removal of arsenic acid from germanium titrating by distillation as well as by shrinkage procedures II. and depending on the nature of the starting materials in the procedures employed in the preparation of the chlorinated starting materials, that certain impurities are chlorinated together with the main material and that some of these materials are only removed with difficulty. Impurity materials of this nature, of particular importance from the point of view of a semiconductor device, are boron and phosphorus, both of which form chlorides which are reduced on tantalum and tungsten by reduction with hydrogen at the same time as the semiconductor.
Although some of the most readily available conductive materials are produced by this process, the continued presence of small amounts of these impurities is a limitation on the use of the device.
This limitation in the hydrogen reduction process is considered to be of growing importance as the modern design of devices becomes ever more demanding.
According to the invention, techniques have been found to reduce the content of impurities to levels which have not been achievable on a production scale heretofore. Elementary materials such as silicon, produced according to the invention, can
<Desc / Clms Page number 5>
see resistivity levels of up to 10,000 ohm-cm or more and the content of towering impurities can drop as low as 1 x 10 12 atoms per cubic centimeter.
The procedures described herein, ensuring an end product improved in this way, include the treatment of the liquid phase of an initial halogenated material and may also include a perfect reduction process which dispenses with the use of filament materials. such as tantalum and tungsten which are generally used
According to the invention, it has been found that elemental germanium and silicon having an extremely low content of boron and phosphorus can be prepared by the treatment of corresponding liquid halogenated materials such as tetrachlorides and various chlorosilanes. with certain absorbent materials. These operating processes are preferably carried out in absorption columns.
Although in general the apparent effect of these absorbents is to remove equal amounts of boron and phosphorus, a subsequent pre-treatment process described herein can lead to greater boron removal which further purifies the end product. . A further aspect of the invention involves the reduction with hydrogen of these halogenated materials on the filaments or thin rods of semiconductor dobbies themselves. Another pre-treatment process described herein, too, results in the efficient removal of the sulfur-containing material, thus avoiding any complications which may be introduced by these contaminants during the subsequent treatment.
Accordingly, the invention is a method of purifying a liquid phase compound containing chlorine from a
<Desc / Clms Page number 6>
element selected from the group comprising silicon and germanium, containing as contaminant at least one chloride of an element of the group comprising boron and phosphorus. In the present invention, the liquid material is treated with at least one absorbent selected from the group consisting of charcoal, hydrated oxides and hydrated silicates, such that intimate contact is produced between the material and the absorbent. , A final step is the reduction of the material thus treated by reduction with hydrogen in the vapor phase, on a mass of a chosen element, comprising silicon or germanium., Corresponding to the element chosen from the same group mentioned above.
The invention will be understood more easily by referring to the accompanying drawings in which:
Figure 1 is a schematic front elevational view, partly in section, of one type of absorption column which has been found to be suitable for practicing the invention, and
Figure 2 is a front elevational view, partly in section, of an apparatus suitable for use in the hydrogen reduction of halogenated materials on silicum or germanium filaments.
Referring further to Figure 1, there is shown an absorption column 1 made of pyrex or other suitable material, which is filled to the indicated height with absorbent material 2, and which further contains a small amount of quartz wool or other filter material 3 at its lower end to prevent escape of absorbent material. In operation, the halogenated material 4 which is to be treated is introduced into the tank 5 which is provided with a
<Desc / Clms Page number 7>
plug 6 having a vent.
A venting arrangement 7 allows a uniform flow of the calcined material 4 from the tank 5 to the column 1, where this material may first be at the top of a group part 2 at the top of the column. column in region 8, depending on flow conditions. The flow in the column is controlled by the tap 10 in the siphon tube 11 which connects the column 1 to the column reservoir 12. The material flowing through the tap 10 passes through the flow nozzle.
13 and through tube 14 to enter column reservoir 12. Blockages are prevented by vent tube 15.
Figure 2 illustrates one type of apparatus suitable for use in the preferred process for reducing purified halogenated materials to their single elements according to the invention. This apparatus, although preferred over ordinary tantalum or tungsten filament apparatus, is not necessary for the invention. Ordinarily reduced materials may have sufficient purity to be suitable for use in current devices.
The apparatus depicted in Figure 2 is suitable for both reduction and float zone melting. It comprises a quartz tube 20 lined with inlet and outlet tubes 21 and 22 respectively, by means of which a stream of halogenated material and hydrogen is maintained in the tube 20 and it is equipped with a heating means 23 which can be an induction heating coil connected to a high frequency source not shown, the equipment being movable relative to the column 20 Inside, the tube 20 is gan of two crystal holders, an upper retainer 24 and a lower retainer 25.
The upper morning device 24
<Desc / Clms Page number 8>
is a nickel rod which passes through a closure such as a brass plug 26 plated with gold or nickel, and threaded at its upper part and is provided with a knurled nut 27 provided for vertically adjusting the support. The lower support 25 can be of quartz, it is suitable for receiving a support crystal 28 at 29 and is in turn held by a mandrel 30 which can be made of nickel. Mandrel 30 is attached to spindle 31 which is mechanically attached to head 32 which may be gold or nickel plated brass and which may be mounted on a drive carriage not shown, in aorta to move. the whole assembly in relation to the induction heating device 23.
Alternatively, the head 32 may be attached to a stationary element, providing for the movement of the heater 23.
The remaining part of the apparatus shown in Figure 2 has been found to be suitable for the introduction of hydrogen and halogenated material. This apparatus comprises a bottle 33 containing silicon tetrachloride or other halogenated metal 34 provided with an immersed inlet tube 35 which is connected to a source of purified hydrogen, not shown, the flow of which is controlled by a tap. 36.
Hydrogen passing through tube 35 passes bubble to bubble through fluid 34, and is saturated there with halogenated material which in turn passes through tube 37, ball joint 38 and tube 21 into column 20 The vapor pressure of the halogenated material 34 is kept low using a dewar bottle 39 containing cooling material 40.
The apparatus shown makes use of a small heater * 23 particularly suitable for the sound melting function described. For the simplicity of the device, the same heater can be used for
<Desc / Clms Page number 9>
the reduction function and the spreading zone by moving the heater up and down relative to the tube 20. Alternatively, a fixed heater of greater length can be used during reduction.
A brief description will be given below of the operating manners used in accordance with the present invention. Their exact nature is evident from the examples listed which follow.
Although in general the improvement in the impurity content and the final resistivity of the elemental matter comes from an absorption column process, another improvement can come from the pre-treatment and subsequent processes that 1''ll write about it too.
Each of the procedures described is useful for the purposes pursued and can of course be practiced independently. Some of the auxiliary procedures were first devised to avoid random contamination and all kinds of other conditions which could make it difficult to compare the levels of impurities of materials treated by the present absorption technique and those treated by ordinary means. The first of these auxiliary procedures results in the removal of any sulfur compounds which may be present in the silicon tetrachloride or other halogen starting material.
the silicon tetrachloride is refluxed in contact with the copper turn over a period of several hours. Although relative amounts of tetrachloride and copper turnings have not been found to be critical, it has been found that using 30 grams of copper turnings
<Desc / Clms Page number 10>
2000 cubic centimeters of tetrachloride, sufficient sulfur removal is achieved. In general, any sulfur-containing contaminant included in the starting material is removed during some refining process such as, for example, during the zone smelting which follows when it is desired to produce an elemental material. The presence of this contaminating agent in the halide is easily detected since, on hydrolysis, it is released as hydrogen sulfide.
Sulfur is generally not known to have an adverse effect on semiconductor materials to be used in semiconductor devices, perhaps because much of this sulfur is lost during any kind of processing. However, from a scientific point of view it has been found advisable to treat a starting material as pure as possible, thus avoiding the creation of equilibria which could affect the absorption mechanism either advantageously or annoyingly.
When halogenated materials according to the invention were to be reduced to their original elements, it has been found desirable to employ a process discussed above, resembling the ordinary hydrogen reduction of silicon tetrachloride on a. heated tantalum filament. This subsequent treatment which has been developed to avoid contamination by tantalum or other foreign filamentary element, uses a semi-conductive material resulting from the reduction. A suitable apparatus for carrying out this subsequent treatment is shown in figure 2 and is described in the text corresponding to that figure.
According to this process, a single crystal filament of high purity silicon,
<Desc / Clms Page number 11>
about an eighth of an inch in diameter and six inches long, was suspended in a quartz tube.
A second silicon support rod, which can also be a single crystal, was fixed in the lower support and was made to abut the suspended crystal. Because high purity silicon is too high a resistivity to be inductively heated, the lower end of the crystal was notched and a piece of heavily doped silicon containing boron was introduced and fused together to the support material. .
After fusion, the upper crystal called the filament, was welded to the lower stopper rod using induction heating, conducted along the length of the rod and originating at the place of lower resistivity created by fusion with the boron-containing material.
Hydrogen was passed to flow through silicon tetrachloride maintained at a temperature of about -20 ° C The combined flow of hydrogen plus silicon tetrachloride collected in the passage was caused to flow overall and over the yarn in%. The central region of the filament was heated to about 1400 ° C. A three inch region was heated by moving the assembly containing the rod in the induction coil heater up and down this distance. The reduction of silicon tetrachloride by hydrogen on the part of the filament thus heated resulted in a deposition of elemental silicon on this surface.
After creating an appreciable deposit of silica, a liquid zone was established in the ifilamen near the deposit and a zone pass was made through the deposited material to produce a single crystal. It was found that silicon proudit
<Desc / Clms Page number 12>
by reduction with hydrogen in this manner had, relative to the purified material on tantalum, a lower impurity content by a factor of at least 10, judging by the resistivity measurements.
In the absorption procedure itself, it has been found that a wide range of absorbent materials results in a significant improvement in the impurity content. From the following examples, it will be seen that the impurity content * has been calculated in many cases by retrospective process from resistance measurements made on the final reduced materials. This way of proceeding, however, was rather complicated and took time. We have turned to another method to determine the class of absorbents suitable for use of the method according to the invention.
According to this procedure, high purity silicon tetrachloride or other halogenated material of the highest commercial purity was doped with one percent by weight of each of the two materials, boron richloride and sodium trichloride. phosphorus. A measured amount of material so contaminated interceptually was allowed to drip into a 10 inch long column of the absorbent product under investigation. After remaining in the column for a prescribed time, the halogenated material was removed from the column also at a prescribed rate in advance, and the washed sample was analyzed by an infrared radiation absorption technique. The detection limit of this infrared ray method is approximately 0.01 percent.
The analytical results thus obtained were verified on standard untreated halogenated samples. Pod we know that the efficiency of the absorption of such
<Desc / Clms Page number 13>
column may vary depending on the level of impurities, so that the results that can be obtained by treating these spiked samples may not really indicate the results that can be obtained on undoped samples with very low impurity content a verification test was made by comparing the degree of separation resulting from treatment of doped material with the calculated results of resistivity measurements made on a non-doped scaffold, all tests using the absorbent lead.
As can be seen from the examples which are appended, it was found that the infrared technique used in the spiked samples gave a good indication of the separation results obtained on low impurity samples as well.
Various factors indicate that the absorption phenomenon shown here is at least in part chemically or almost chemically saturated, as it has been found that absorbents cannot be regenerated by flushing with dry hydrogen at temperatures of 1. 'order of 120 C. Also, when observations were made on the nature of the banding phenomena which occurred in the column, as could easily be done when phosphorus was used as one of the intentionally added impurities, (see examples 6 and 7 below), it was found that all the band which formed at the beginning very close. from the top of the column did not move down the column as is so often seen in chromatographic work.
Instead, the strip was found to widen with the lower end of the strip moving downward and the upper end remaining stationary.
In the same experiment, it was found, as might be expected, that the efficiency of: the separation was in
<Desc / Clms Page number 14>
largely dependent on the surface area, with improved separation observed on large area materials such as gel structures, compared to similar particle size granular materials of the same gel nature in which the surface had become. deactivated, for example in the case of silica gel washed with sodium hydroxide.
EMI14.1
When the absorbents have a large surface area, it has been found that good separation is obtained by the use of a wide range of materials. All of these materials are considered suitable for carrying out the invention. These materials include oxides and silicates, both in hydrated form, as well as various forms of activated charcoal, including activated charcoal.
Examples of these hydrated materials are t
Aluminum oxide
Silicon dioxide
Titanium dioxide
Ferric oxide
Fuller's earth (aluminum calcium silicate)
Manganese dioxide
Chromium oxide
Calcium oxide
Rare earth oxides such as dtyttrium oxide L t mangnesium oxide
Zeo Dur (registered trademark for hydrated silicate treated glauconite and manufac- tured by the Permutit Company, USA
EMI14.2
from America).
All of the above materials have a gel structure or present. otherwise a very porous surface These materials are well known absorbents. Surface activating treatments for these materials are well known
EMI14.3
apdcialiatea tograph1. and tochniquists
<Desc / Clms Page number 15>
neighbors. All of these known methods of improving the surface activity of any of these absorbents are effective in the practice of the invention.
Some additional materials have been found to be effective in removing boron and phosphorus from halogenated samples, although the actual degree of separation is not so great. While all of the materials listed lead to the reduction of the level of impurities to the limit values of detection or below these values for the infrared radiation process, the following materials have been found to lower the level of impurities only about an order of magnitude.
These materials include tungstic acid; Celite 545 (Trademark, manufactured by Johns-Manville company United States of America) (diatomaceous earth containing more than 90 percent silica); and Decalso (Trademark, sodium aluminum silicate gel), manufactured by Pemutit Componay, United States of America. It should be understood that although the efficiency of the separation which results from the use of the Although any late material death was somewhat poorer than that achieved using any of the first category materials, the degree of separation was nevertheless clearly noticeable.
Efficient separation can occur even with the latter materials even by using a longer column or by activation or other treatment designed to increase surface activity.
An important class of absorbents which have been found to be ineffective in the practice of the invention is the group of ion exchange resins. Dried resins which have been tested include a cation exchanger from
<Desc / Clms Page number 16>
weak carboxylic resin type. a strong acfde type cation exchanger, and a strong base type anion exchanger. It can be concluded from this that the absorption mechanism is not in its essence an ion exchange mechanism.
However, due to the fact that the Zeo Dur (trademark) weak acid type cation exchanger was ineffective as stated above, it must be recognized that ion exchange materials; having surface characteristics suitable, i.e. high porosity, and of suitable chemical nature, i.e. hydrated oxides or hydrated silicates, may nevertheless be suitable for the operation.
In the examples given below, some indication is given as to the type of surfactant aggregates found suitable. When some of the gel materials listed above could not be commercially available, and were manufactured to determine the utility of the entire class of absorbent listed, the process followed is described. In the case of silica, it has been found desirable to take a sample of absorbent material and check it against commercially available grades. This was done in the manner set out below. As a whole, however, it will be recognized that the knowledge of those skilled in the art for the various absorbent techniques will be used herein.
It is not considered necessary to completely define the desired surface characteristics which contribute to a useful absorbent.
It is believed that anyone experienced in this technique, comfortable with the list of suitable absorbent materials given above, will know how to obtain and how to process any of these materials in order to make them suitable for the purpose pursued. .
<Desc / Clms Page number 17>
Accordingly, when referring here to an absorbent material by its chemical nature, it should be understood that one is to refer here to a material in a physical form such as to have the desired surface area.
By way of example, although silica gel is stated to be a suitable absorbent material, it will be understood by one skilled in the art that such material to be suitable must retain a porous structure. Physical forms of silica which would not be thought to be suitable and which have been found to be inactive include material calcined at 1000 ° C for a period of 20 hours, resulting in the removal of most of the water and rupture of the structure of the gel, which severely limits the surface area. Similarly, silica washed in sodium hydroxide led to inactivation of the surface, rendering it unusable as well.
As is well known, the silica intended to be used as an absorbent is advantageously washed in an acidic material such as normal hydrochloric acid for its purification and to increase its surface action.
Materials thus prepared have been found to be suitable. as can be seen from the experimental results recalled here, boron and phosphorus were invariably removed * in approximately equal quantity based on infrared detection methods as well as on resistivity measurements. In removing it, the boron can be improved by pre-treating the halogenated material with aluminum chloride as well as with chlorine. According to this process, powdered aluminum chloride along with liquefied chlorine was added to the halogenated material and allowed the material to be held for several hours after which the
<Desc / Clms Page number 18>
Material thus treated was poured and introduced into the absorption column in the ordinary manner.
This process is related to that described in J.M. Whelan, United States Patent No. 2,821,460, in which the combination of materials was shown to give effective removal of phosphorus from silicon tetrachloride by distillation. Several areas of addition of aluminum chloride and chlorine as discussed herein are effective herein. In general, 1 to 100 grams per liter of aluminum chloride have been found to be suitable. The chlorine is advantageously added in liquid form and from 1 to 20 cubic centimeters per liter has been found to be a satisfactory proportion. Larger amounts of aluminum chloride and chlorine are not harmful, but they do not aid the reaction. Smaller amounts of either additive have a diminishing effect.
As seen from Example 1, 50 grams per liter of aluminum chloride and 10 cubic centimeters of liquid chlorine were used. The advantages gained in the more efficient removal of boron from a halogenated product treated by a method known to remove only phosphorus are not understood. It should be noted, however, that some chances exist to indicate the existence of a complex of boron trichloride and of phosphorus trichloride in parallel with the complex of boron trichloride and of phosphorus pentachloride, the existence of which is known.
It is also known from the work of Whelan (see patent citation above) that the removal of phosphorus from a halogenated product by treatment with aluminum chloride and chlorine results from the formation of a complex between the pentachloride of phosphorus and aluminum chloride. In that the boron removal is improved by the treatment.
<Desc / Clms Page number 19>
temet with aluminum chloride and chlorine, it can be assumed that the complex of aluminum chloride and phosphorus chloride is more stable than the complex
EMI19.1
of chloride of boron and of phosphorus.
This, '* one can imagine, indicates that' boron trichloride '' ''? ' '' <. '.' '' t ...,, thus released from = its complex is more easily absorbed by the column., - It ', should be clearly understood that the processes' described here which make use of aluminum chloride and chlorine in pretreatment are based on experimental results and in no way attaches to the theoretical explanation given above.
The following examples contain guidance on the procedures followed to determine the scope of suitable absorbent materials. Only satisfactory tests have been shown. Materials which have been found not to be suitable are mentioned above and are excluded from the class listed.
The examples given below were chosen from experimental tests as demonstrating the suitability of a wide range of absorbent materials. Some
EMI19.2
examples of the techniques of pre-treatment and subsequent treatment described above; When this auxiliary treatment is included in an ox * mp2. Understand that parallel trials using the same absorbent materials have been conducted - without making use of this ancillary treatment.
These tests
EMI19.3
additiorinela which are not included in the description. to save space, indicated that the main purification was obtained from the absorption technique '.' ,, and not from one or more of the auxiliary treatments., '' x. , j. , ..;,; ¯, aj p,; .- ,. ¯,. ¯ ,,. ,, j The main exception to this is leprosy-treatment -with '*.' '.-' '"* $"' .y bzz aluménium chloride and chlorine which as indicated .'-...... .... 3 ## '"", 5 eideaatuf. a / led a serisible augaentat3ori of] 1; Éi ± '* r ^' x3Â.V, .. é "" 'ß' ,: '' ", t" ',. 3'1l "' hf - '' ... w3 .. "! r ..
<Desc / Clms Page number 20>
Boron removal. Methods using this pre-treatment with aluminum chloride and chlorine are therefore considered to be preferable according to the invention.
As discussed above, other auxiliary treatments have been designed to clarify the results and to simplify comparison with untreated materials. As a result, the treatment with the copper turn resulted in the removal of sulfur compounds.
Reduction of silicon or germanium with hydrogen, while being a useful and certainly preferable procedure to the method now in common use, whereby the reduction is carried out on tantalum, does not give a new puri - fication of the silicon tetrachloride or the resulting element, but only avoids the introduction of new impurities from tantalum or other foreign matter inherent in the reaction system which includes the leaching agents used to remove the material filamentary. All of the ancillary methods disclosed are believed to be novel and constitute a part, albeit less or optional, of the present invention.
Example 1
2220 grams of silicon tetrachloride from the Stauffer Chemical Company containing traces of boron, phosphorus and a heavy metal chloride as impurities had refluxed overnight in contact with 30 grams of copper tide to remove sulfur compounds. The removal of these contaminants is indicated by the blackening of the copper due to the formation of copper sulfide. The copper tounide was then removed and 50 grams per liter of anhydrous aluminum chloride and 0.001 percent radioactive phosphorus trichloride were added to the silicon tetrachloride.
<Desc / Clms Page number 21>
at the same time as 10 cubic centimeters per liter of liquefied chlorine.
The radioactive phosphorus was added so that trace studies could be made during the purification as set out in Example 7. As stated above, this addition results in the formation of a coordinating compound. nation between phosphorus pentachloride and aluminum chloride according to the teachings of JM Whelan Patent No. 2,821,460. The silicon tetrachloride, along with the added materials, was 'left to stand for a period of 18 hours'! approximately to ensure completion of the reaction.
The silicon teuchlurre was then added to the reservoir of an absorption column of the type shown in FIG. 1, by means of a siphon containing corked glass wool to entrain all the solid aluminum chloride. This column had an interior diameter of 2.22 cm and was packed to a height of 20.5 cm with A1203 passing through the 80-200 mesh F-20 grade sieve supplied by the Aluminum Company of America, USA. United of America. Prior to use, A1203 was activated by heating it in air at 270 ° C for 18 hours.
The column was filled with silicon tetrachloride and allowed to stand for 16 hours, after which the liquid was allowed to pass through the column at a rate of one cubic catalyst per minute. Silicon tetrachloride was then used to prepare a silicon rod by hydrogen reduction on tantalum in the known manner (see R. Hölvling, Zeitschrift für angewandte Chemie 40 page 655 (1927) using tantalum tubing 1.27 in diameter, having a wall thickness of 0.076 mm and a length of 28 cm The technique used is described in more detail in the Bell Telephone Labroatories Record of September 1955, pages 327-330.
The resulting silicon
<Desc / Clms Page number 22>
@ washed in 48 percent hydrofluoric acid to remove tantalum, it was etched in a mixture of 3 volumes of 70 percent nitric acid and one volume of 48 percent hydrofluoric acid and washed in deionized water The silicon rod was then passed thirty times through a float zone apparatus in a hydrogen atmosphere to remove residual phosphorus and to grow a single crystal. The float process is described elsewhere. See Journal or Matais, volume 18 pagea 1316-19.
The crystal thus treated was found to be of the p-type with a conductor side resistivity of 85,000 ohm-cm. and a resistivity of 10,000 ohm-cm. further down the rod, when boron separation was not as effective. In comparison, a control run using only distillation purified silicon tetrachloride gave a resistivity at the conductor end of 4,700 ohm-cm and 1,200 ohm-cm further along the rod. In both cases, the higher resistivity at the end of the conductor corresponds to the most efficient zone refining region.
Example 2
A sample of silicon tetrachloride was treated with copper as described in Example 1.
It was then purified by passing it through a column as above, except that the absorbent was 6-15 mesh passing silica gel obtained from the Amend Drug Company, USA. Before use, the gel was leached with normal hydrochloric acid 6 for 24 hours, washed with deionized water to remove hydrochloric acid, dried at 110 C and activated for 4 hours at 300 C. Silicon tetrachlorurs
<Desc / Clms Page number 23>
was then reduced by reduction with hydrogen on a silicon filament in an appardl of the type d written in FIG. 2.
According to this process, a single crbtal filament of high purity silicon, about 3.2 mm in diameter and 15.3 cm long, was suspended in a tube.
EMI23.1
'"" "' <tW) Mtt <MMM .. nmxtm)) to a nickel support. A silicon rod then fixed in the quartz support at the bottom of the apparatus and was held in place by a mandrel of nickel in the lower head. Since high purity silicon cannot be heated directly by induction, the lower end of the silicon rod was notched, a piece of boron containing heavily doped silicon was introduced into the notch, and the lower end of the silicon rod was notched. This doped region could not be heated directly and the heat would be transferred to the crystal without fusion.
The lower rod was then brought to abut against the silicon filament and it was matched by adjustment made by manipulating the upper head in the ball joint and by adjusting the knurled knob of the threaded part of the upper support A weld was then made in dry hydrogen by passing heat from the lower end of the rod to the junction with the filament using the induction coil and a five megacycle generator. A bottle containing about 250 cubic centimeters of silicon tetrachloride was then attached to the apparatus and cooled to about -20 C The hydrogen was made to flow through the silicon tetrachloride and from there to pass through a quartz tube at a flow rate of approximately 2 liters per minute.
The central region of the filament was heated to 14000C by passing heat from the
EMI23.2
lower rod by moving all 11 apla reil in one direction and the other in the. one-portion induction coil
<Desc / Clms Page number 24>
7.6 cm center of the filament, the speed of the relative movement being about 0.5 mm per minute. A dense layer of deposited silicon occurred increasing the diameter of the rod to about 1.0mm in about four hours.
The stream of hydrigen was then reduced to a rate of 0.5 liters per minute and the filament was melted just below the deposited region to produce a molten zone which was then moved up the rod at a rate. - tsse of about 1.27 mm per minute to melt the deposited material and transform it into a single crystal.
To prevent the transfer of gaseous impurities from the quartz paboi of the apparatus and to prevent the deposition of silicon on the wall, the tube constituting the furnace was cooled by a curtain of water produced by directing a jet of water on the wall. tube several inches above the induction coil. A drainage tube was provided to collect water at the lower end of the apparatus. The resulting silicon body was then zone-melted once-through and it was found to be a p-type having a resistivity of 44,700 ohm-cm.
Example 3
185 cubic centimeters of t 'type silicon tetrachloride bonded in the previous examples was doped with 0.001 percent radioactive phosphorus chloride and passed through a column packed with 6-12 mesh silica gel. The dimensions of the column in this example were 1.27 cm in diameter with a stuffed part length of 25.4 cm. The adsorbent was activated as shown in Example 2 and the silicon tetrachloride was allowed to pass through the column at a flow rate of about 0.5 cubic centimeters per minute.
Radioactive tracer techniques have indicated
<Desc / Clms Page number 25>
that the phosphorus trichloride content was reduced to 7.5 x 10-5 mol. percent. Radiographs of the column indicated that even these results could be improved by proper adjustment of the particle size and packing conditions, since the indications showed that a considerable channel effect was occurring in the absorbent.
Example 4
Example 3 was repeated, substituting alumina for the silica gel increasing to 6-12 meshes. The results were similar to those of Example 3.
Example 5
Example 3 was repeated by replacing the 6-12 mesh silica of Example 3 with 60-200 mesh silica gel (Davison Chemical Company, Grade 950, USA and using a column of 2.22 cm inside diameter stuffed over a length of 50.8 cm.
The apparatus dimensions and processing conditions were otherwise the same as those given in Example 3. The smaller particle size silica * resulted in a reduction of PC13 from 0.001 vou percent to 5.3 x 10. -6 mol. Percent.
Example 6
60-200 mesh activated alumina was substituted for the silica of Example 5. A 185 cubic centrimete sample of silica tetrachloride was spiked to 0.001 percent phosphorus chloride. phore as above. By passing this sample through the aluminas column as described in the examples above, a reduction in phosphorus chloride content of 5.9 x 10-8 mol was obtained. percent, the limit of detection for capture techniques, - radiactive, After pass of 1500 cubic centimeters
<Desc / Clms Page number 26>
of silicon tetrachloride thus treated, the amount of phosphorus which flowed out was increased to 3.4 x 10-6 mol. percent phosphorus chloride.
The column x-ray showed a high concentration of phosphorus about 7.6 cm down from the top of the stuffed part and no visible channel effect.
Example
The procedure followed in Exampleµ was repeated, however with the addition of 10 cubic centimeters of liquid chlorine per liter of silicon tetrachloride to the previous sample to pass through the absorption column. The liquid coming out did not show a detectable phosphorus, indicating a reduction to less than 6.6 x 10-7 mol. percent. After passing 3000 cubic meters of so-doped silicon tetrachloride, x-rays of the stuffing showed a tight band of phosphorus N extending 1.27 cm down from the top of the column.
On this basis, it was estimated that the column would be capable of purifying at least 30,000 cubic centimeters of silicon tetrachloride before flowing silicon tetrachloride containing phosphorus. detectable. example
A sample of silicon tetrachloride was prepared as in Example 6. 50 grams per liter of anhydrous aluminum chloride, along with 10 cubic centimeters of liquid chlorine per liter, in each case based on tetrachloride. silicon were added and the sample was allowed to stand for 24 hours.
The flowed liquid thus treated was exept of detectable phosphorus. As in Example 6, the passage of 3000 cubic centimeters of this tetrachloride
<Desc / Clms Page number 27>
of silicon pretreated through the column as described gave a tight band of phosphorus 1.27 cm down from the top of the packed column.
Example 9
To verify the relative effectiveness of different absorbents for the removal of boron trichloride and phosphorus trichloride from silicon tetrachloride, the following method was used. 50 milliliter burettes 61 cm long and 1.27 cm inside diameter were stuffed to a height of 25.4 cm by various absorbents tested. Samples of 30 cubic centimeters of silicon tetrachloride doped each time with one percent boron trichloride and phosphorus trichloride were allowed to drip into each of the burettes filled with pipettes at a flow rate of about 1 cubic centimeter. per minute. After such an addition, the columns were allowed to rest for one hour.
Samples of 10 cubic centimeters of silicon tetrachloride so treated were withdrawn from each burette at a rate of about 0.8 cubic centimeter per minute. A second set of samples, including all of the silicon tetrachloride that could flow out, was collected. Untreated and run-off samples are analyzed by infrared absorption techniques.
A strong absorption band for PC13 had a wavelength of 1313 cm -1 and bands of Bc13 were found at 1415, 1368 and 1345 cm-1. The detection link for these bands, with the method used. site was 0.01 percent.
<Desc / Clms Page number 28>
EMI28.1
x, i lt s 13
EMI28.2
<tb> SiC13 <SEP> elapsed <SEP> Sic!
<tb>
EMI28.3
n Absorbai 10 premiera ce drainabla '' "îV S11116., 3 43eOl% BC13 ¯il1 .. activ '260 * C in 16 0.01% Pol3 O, OLGPC13 hours 11 Al 0 to 8..4 <0.01% BOl, 3 <0.01% BC1.
¯xl "1e. Ac- tira A 260 * CO, Ol Pol,", 0, Ol% P013 for 16 hrs 12 Charcoal d..0 ::: O, Ol B013 0.01% BC13 coco bzz, meshes activated at 30,000 z6 Pol 0.01% Pci3 in 4 hours 13 811108 gel 6-16 <O, Ol; d Bel3. :: 0.01% B013 meshes washed A iïC1 dry ac- c O, o196 Pol3 <=. 0 , 01% PC1 .. tiv6 A 300'C
EMI28.4
<tb> in <SEP> 4 <SEP> hours
<tb>
A faster process has been developed to determine the effectiveness of a large class of absorbent materials.
EMI28.5
bantes. Following the prooé3 1000 cubic centimeters of silicon tetrachloride were doped with 1 percent of
EMI28.6
Bowl 3P at the same time as 1 percent PC.3.
20 cubic centimeter portions of this starting material, along with 5 cubic centimeters of the absorbent to be tested were placed in Erlenmeyer flasks. The vials containing these samples were stoppered and left to stand for one hour in an ice bath with shaking.
EMI28.7
sometimes. At the end of this period, the silicon tetrachloride was emptied from the absorbents here; filran through glass wool. The treated material was analyzed by an infrared ray technique as in Examples 9 to 12.
The results are shown below:
<Desc / Clms Page number 29>
EMI29.1
.m. 11 .. 24
EMI29.2
<tb> Content <SEP> in <SEP> impu-
<tb>
EMI29.3
, 9; 42% Dlt absorbent retained after lift treatment 9! lica gs1 â 6-12 stitches "0, Ol Bel
EMI29.4
<tb> leaaivé <SEP> HC1 <SEP> washed, <SEP> ac-
<tb>
EMI29.5
tlv4 at 2? 0 C in 16 hours 0.01% PC13 15 Alumina at 0-14 mesh, 0.1% BOl leached with washed HCl, 3 activated at 270 ° C in 16 hext- 01% PC1
EMI29.6
<tb> res <SEP> 3
<tb>
EMI29.7
16 Alumina 9-14 mesh, 0.1% Ber less NaOH, washed activated at 270 ° C in 16 nra 0.1% PC1- 17 Gel from 1'12 to about <0.01 B01 '; \ 12 mesh .. <: 0 Old P01- 19 hsp3 at about 12 meshes <0.01% Bel3 0.01% Pei3 19 Fuller's earth at about 0.01% BC1 100 mesh ...:
0.01% POl)
EMI29.8
<tb> 20 <SEP> Tungstic <SEP> <SEP> to <SEP> approximately <SEP> 0.1% <SEP> BC1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> meshes <SEP> 0.1% <SEP> PC13
<tb>
EMI29.9
21 Mg (OH) 2 to about 100 0.01 BCl mailI'8 0.01% Pci 3
EMI29.10
<tb> 22 <SEP> Zeo <SEP> Dur <SEP> (<SEP> Brand <SEP> of <SEP> manufacturer
<tb>
EMI29.11
as, silicate hydrated at 0) 01 BC1-
EMI29.12
<tb> approximately <SEP> 6 <SEP> meshes) <SEP> prée <SEP> 0,01% <SEP> PC! 3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> paré <SEP> by <SEP> Permutit <SEP> Company,
<tb>
EMI29.13
United States of America.
EMI29.14
<tb>
23 <SEP> Celite <SEP> 545 <SEP> (<SEP> Brand <SEP> of <SEP> manufacturer
<tb>
<tb> that <SEP> earth <SEP> of <SEP> diatoms <SEP> to
<tb>
<tb> approximately <SEP> 100 <SEP> meshes <SEP> containing <SEP> 0.1% <SEP> BC13
<tb>
EMI29.15
at least 9C of silica) pre- 0.1% P013
EMI29.16
<tb> decked out <SEP> by <SEP> Johns <SEP> Manville <SEP> come
<tb>
<tb> pany, <SEP> United States <SEP> d (America.
<tb>
EMI29.17
24 Decalso (Trademark,
EMI29.18
<tb> silicate <SEP> of aluminum <SEP> and <SEP> of <SEP> 0.1% <SEP> BC13
<tb>
EMI29.19
sodium approximately 100 mesh 0.1; 6 PC1'1
EMI29.20
<tb> made <SEP> by <SEP> Permutit <SEP> Com
<tb>
EMI29.21
pany, U.S.A.
Example 25
About 200 cubic centimeters of tetrachloride
EMI29.22
germanüma. were prepared by treatment of gormnidr dioxide 29
<Desc / Clms Page number 30>
known to be unsuitable for use in semi-
EMI30.1
conductoura with normal hydrochloric acid 6, after which the germanium tetrachloride was removed by distillation. To further contaminate the halogenated material, 5 milligrams of As203 dissolved in 10
EMI30.2
centieette * cube of hydrochloric acid 12 times normal.
The material was allowed to stand for 18 hours, after which the hydrochloric acid was separated from the tetrachlo-
EMI30.3
ride of gormanium by extraction. 25 cubic centimeters of previously prepared CaC14 were set aside as a sample of
EMI30.4
control. 50 cubic centimeters of the same Mtierw were allowed to pass through a 1.27 cm column of silica gel and packed to the height shown in Example 1. The flow rate was 0.5 cubic centimeter per minute. ; The silica gel absorbent used had been activated with normal dilute hydrochloric acid 6 for about 70
EMI30.5
hours, washed with ddaîoniede water, dried at 120 OR and activated at 2700C for 16 hours.
The control sample and a 25 cubic centimeter sample of flowed material were hydrolyzed separately in 150 cubic centimeters
EMI30.6
deionized water. The resulting germanium dioxide was washed and dried at 120 ° C overnight. The germanium dioxide samples were then trans-
EMI30.7
formed into hydrogen at 65,000 in a quartz pod.
Elemental germanium was first melted and turned into solidified ingots in a directional direction. The relative purity of the two ingots was established by means of resistivity measurements. The average resistivity of the unpurified material was 0.003 ohm-cm compared to 0.40 ohm-cm for the purified material, indicating an increase. mentation of the purification of two orders of magnitude, i.e. an improvement factor greater than 100.
Matter
<Desc / Clms Page number 31>
he-131 tittée was considered to be of suitable quality for the semicondutuer Example 26
The method of Examples 14 to 24 was applied to a sample of silicon choroform (SiHCl) which had been doped with 1 percent each time BC13 and PC13 The use of a 6-16 mesh silica gel results in
EMI31.1
knows the reduction of both BC13 and PC13 to a level of 0.1 percent.
Example 27
The process of Example 26 was repeated on a sample similarly doped with silicon chloroform using 80-200 mesh alumina, activated at.
EMI31.2
270 * G for lS hours. The levels of BC13 and pal) were reduced each time to about 0.1 percent.
Example 28
A sample of silicon chloroform was purified using the column described in Example 25, packed with 60-200 mesh silica gel (Davison Chemical Company, USA, Grade 950), and activated at 270 ° C for 18 hours. The silicon chloroform was allowed to pass through the column at a rate of 0.55 cubic centimeters per minute and was then reduced on a silicon rod using the method of Example 2. The material in the deposited region was. of type n with a resistivity of about 850 ohm-cm. A similar rod made from a control sample of the initial material was of the p conductivity type and with a resistivity of around 1400 ohm-cm.
After performing these measurements, the two rods were given an additional zone pass through a vacuum of 5 x 10-6 millimeters of mercury by the floating zene technique to remove phosphorus. The rod pro-
<Desc / Clms Page number 32>
picked by the chloroform to purified silicon was p-type of about 1500 ohm-cm while the control rod was p-type with resistivity of about 1000 ohm-cm. From these data, it was concluded that the silicon chloroform used was quite pure from the start, containing races of boron choride and phosphorus chloride. From the conductivity type measurements and the comparative resistivity measurements, before and after zone melting, it appeared that the absorption technique did not improve, in particular in the removal of boron.
Example 29
The following experiment was performed to determine the efficiency of the column technique for the removal of heavy metal chlorides from silicon tetrachloride: After passing 6000 cubic centimeters of silicon tetrachloride through the gel column Silica of Example 1, the column was emptied of residual liquid and one inch samples of absorbent were removed at various points on the column. These samples were hydrolyzed in deionized water, dried at 150 ° C for 16 hours and analyzed spectrochemically.
Tests made for six metals on samples taken from these places in the column were recalled. below
EMI32.1
<tb> Metal <SEP> Section <SEP> to <SEP> 1 <SEP> pou- <SEP> 4 <SEP> inches <SEP> dece <SEP> above <SEP> then <SEP> the <SEP> top <SEP> section <SEP> of the
<tb> down, <SEP> to <SEP> 1 inch
<tb> Aluminum <SEP> VST <SEP> ND <SEP> ND
<tb>
<tb> Bore <SEP> VST <SEP> VST <SEP> ND
<tb>
<tb> Brass <SEP> VST <SEP> VST <SEP> ND
<tb>
<tb> Ver <SEP> ST <SEP> VST <SEP> ND
<tb>
<tb> Mangnesium <SEP> ST <SEP> VST <SEP> VST
<tb>
<tb> Manganese <SEP> VST <SEP> VST <SEP> ND
<tb>
<Desc / Clms Page number 33>
The designations given in the form of the table above are commonly used in the technique of spectrochemical analysis.
The debitions are as follows:
ST - slight trace, less than 0.005% by weight
VST - very slight trace, less than 0.001% by weight
ND - not detected Example 30
Silicon tetrachloride was treated with copper turnings as described in Example 1. Using the same absorbent material and column as in Example 1, liquid was introduced into the column reservoir and allowed to pass through the column as before. The liquid material was poured in and the steps outlined in Example 1 were performed.
After 36 passes through a floating zone melting, the silicon was found to be p-type with a resistivity of 8000 ohm-cm at the conductive end and 1800 ohm-cm throughout, Example 31
The procedure of Example 30 was repeated with activated silica gel passing through a 6-16 mesh screen as in Example 2 as the absorbent. The resulting silicon rod was p-type with a resistivity of 11,000 chm-cm on the conductor side and 4000 ohm-cm along the rod.
For the studies set forth herein, it was found desirable to test two gel-based materials which apparently were not commercially available. As a check on some of the tests that were performed, it was also decided to prepare a commercially available gel structure and then check the absorbency.
<Desc / Clms Page number 34>
of the material synthesized with that of the commercial material (see Example 32). The processes actually used for the preparation of these three absorbent materials are given below.
References in parentheses to an example number found in each description indicate that the absorbent prepared in that example was used.
Example 32
Silica gel passing approximately through a 6 to 12 Mile sieve prepared as shown below was washed with deionized water, dried 4110 C and activated at 270 C for 18 hours and used as an absorbent in a vacuum cleaner. reissue of Example 14. A similar purification was obtained.
Preparation of titanium dioxide gel (example 17) -
25 cubic centimeters of tetraisopropyl titanate were stabilized against rapid hydrolysis by the addition of 5 cubic centimeters of hydrochloric acid 12 normal liver to which was added with stirring a stabilized solution of 75 cubic centimeters of deionized water . The mixture was then heat treated at 80 ° C. to bring it into solution. Without cooling, ammonium hydroxide was added, allowing it to flow dropwise until a gelatinous precipitate was obtained. The material was comfortable at rest and cooled to room temperature.
On standing for several hours the curdled masses of the precipitate stiffened The material was made strongly alkaline (pH about 10) by the addition of ammonium hydroxide, after which it was left to stand until the following day. . After washing with deionized water, the curd was dried for two days in a vacuum desiccator. after which we air-dried at 100 C
<Desc / Clms Page number 35>
for 24 hours and activated in air at 270 ° C. for 18 hours. The material was then put into use as an absorbent.
Preparation of ferric oxide (FE2030 (example 18)
About 100 grams of Fe (OH) 3 was dissolved in excess normal hydrochloric acid 6. The solid matter which formed was removed by filtration. The remaining liquid was made basic by the addition of ammonium hydroxide (pH about 10) which resulted in the formation of a gelatinous precipitate. The precipitate was filtered and washed in deionized water to remove all ammonium chloride and ammonium hydroxide. The material was then dried for 24 hours in air at 20 C and activated in air at 270 C for four hours.
Silide preparation (example 32)
50 cubic centimeters of silicon tetrachloride were poured slowly dropwise into 500 cubic centimeters of deionized water at a temperature of about 0 C. The resulting opalescent liquid set in the form of a rigid gel in two hours at room temperature.
After waiting until the next day, the material was broken up with a stirrer rod, washed with deionized water to remove hydrochloric acid and dried for two days in a vacuum desiccator. Finally, the material was brought to air at 110 C for 24 hours and activated at 270 C in air for 18 hours.
It is interesting to note that all of the absorbent materials of the preceding examples contain water of hydration. That all absorbents useful here for the purposes pursued must contain such binding water has been clearly established. As a result, while
<Desc / Clms Page number 36>
silica gel activated at 270 ° C and approximate formula
SI2. 0 18H20 was effective, calcined silica containing little or no water of hydration was ineffective. Probably in the case of silica there is a breakage of the associated gel strength so that the loss of potency can be explained from the physical characteristics.
However, the same phenomenon has been observed in the case of a non-gel-shaped structure of the abeerbant, the case of magnesia. In this case, it was found that although the anhydrous magnesium oxide was ineffective and did not give rise to any noticeable decrease in the level of impurities, this mutor containing a water of hydration molecule, Mg (OH2) was quite effective in reducing the level of boron and phosphorus to the approximate detection level of the infrared analysis technique used with this measurement. (See example 21).
Much of the experimental work described here was carried out on samples which had been purposely contaminated with im that can only be removed from material with difficulty. As a result, boron and phosphorus were added to the halogenated silicon materials, such as silicon tetrachloride and silicon chloroform, while arsenic was added to the corresponding germinium material. In all of these experiments, the level of impurities thus increased decreased appreciably, often to below the detectable limit of the particular analytical process used. Some of the tests reported below, however, such as Examples 2, 30 and 31, relate to work which was carried out on the purest commercially available silicon tetrachloride.
In these tests, of course, the standard analytical process was unnecessary to determine the levels of impurities.
<Desc / Clms Page number 37>
In these cases, the purified material finally obtained is reduced to its elemental composition by reduction with hydrogen, either on tantalum or on silicon as described, then applying one or more passes by the floating zone technique.
Resistivity measurements made on samples are naturally of great importance especially when the material thus purified is reduced and used in a semiconductor device.
However, it is not expected that the commercial use of the present invention will be limited to the preparation of the elementary materials for such use.
For example, silicon tetrachloride can be an initial or intermediate product in a process intended for the production of silane. (See Journal of American Chemical Society, Volume 69, pages 2692-6, November 1947).
It is known that the main impurities in the halogenated starting material were boron and phosphorus.
These two materials are important impurities in the silicon system, they are such as to produce conductivities of opposite types and have different distribution coefficients between liquid and solid phases in a silicon system. As a result, it is possible after passing the material through a determined number of zone passes through a body of that material and after making resistivity and conductivity measurements at different positions in the direction of progression of these areas, do a backward calculation and determine the total number of accepting impurity atoms (boron) and the total number of donated impurity atoms (phosphorus). These calculations were made for the final materials corresponding to Examples 1 and 30 to 32.
These calculations are summarized below.
<Desc / Clms Page number 38>
EMI38.1
<tb>
Number <SEP> of a
<tb> Number <SEP> of atonies <SEP> tomes <SEP> ce
<tb>
<tb> accepting <SEP> - <SEP> giving <SEP> - <SEP>
<tb>
<tb> Atoms <SEP> by <SEP> cent- <SEP> Atoms <SEP> by
<tb>
EMI38.2
Sx'ap Absorbent cubic timeter one hundred. cube 1 Ai 203 l, 4x 1012 1.9 x 1012
EMI38.3
<tb> (A1C1 + C13)
<tb>
EMI38.4
30 AI 203 7.2 x 10 12 3.1 x 1014 il sio2 5.6 x 10 12 5.8 x 10 12 32 sio2 - Carbon 1.4 x 1012 1.1 x 10I4
EMI38.5
<tb> from <SEP> wood
<tb> Aloi <SEP> 3+ <SEP> C12
<tb>
As will be seen from the foregoing description, any broad group of absorbent materials is suitable in the practice of the invention.
Regardless of the choice of absorbent material or the combination of these materials, it may be found that the separation is improved or that subsequent contamination is avoided by employing any of the pre- treatments and subsequent treatments described. The most salient of the preliminary treatments is that in which chlorine and aluminum chloride are added first to the halogenated material. This pre-treatment led not only to the expected improved banding of phosphorus, now as pentachloride, but also to improved boron removal by a mechanism not yet fully understood.
As seen from a comparison of Examples 2 and 31,] Contamination during reduction after the absorption treatment or after any of the old treatments, can be reduced by reducing substantially on a silicon rod rather than on a material. foreign
<Desc / Clms Page number 39>
handles such as tantalum which must be removed afterwards.
An apparatus suitable for this use is shown in Figure 2 and is described in the relevant text subject.
Absorbent materials which have been found useful in the practice of the present invention are all hydrated materials. These materials which are all oxides or silicates with the sole exception of charcoal, are designed to have hydroxyl groups attached to their surfaces. As is known to those skilled in the art, charcoal can have absorption characteristics similar to these hydrated oxides and silicates.
In addition to having the desired chemical nature, as described herein, and as illustrated by the examples, it is of course necessary that the materials chosen have the physical characteristics desired for a good absorbent. No attempt has been made to fully define these characteristics, all of which are well known to those skilled in the art of chromatography. However, some of these characteristics are inherent in this description. For example, it has been observed that a gel structure has an effective absorbent surface area suitable for these purposes. It has also been noted, however, that this material must be dried and activated to remove what is generally considered to be physically embedded water.
It has also been noted that the absorbency of these gel materials is significantly lowered on calcination, which leads to a rupture of the gel structure and a consequent decrease in the effective surface area.
It is also seen that the treatment of an absorbent material with a reagent which has the effect of reacting with the free surface or of the blocking agent destroys its power.
<Desc / Clms Page number 40>
absorbent so that leaching of the silica gel with sodium hydroxide renders this material unusable for the purposes of the invention. Whether or not the chosen absorbent material has a gel structure, it is
EMI40.1
naturêllemelltJ! é1 Mntrante-dJ.ut .-: Uiser .. J1! 1Arl -impSQP. as fine as possible.
Thus, for example, it can be seen from a comparison between Examples 3 and 5 and also 4 and 6 that the use of a 60-200 mesh sieve material leads to a significant improvement in the separation compared to what occurs with material passing through a 6-12 mesh screen, otherwise chemically and physically identical.
It is believed that the examples listed and the other work described are of sufficient scope to lead to the conclusion that the absorbents are used in the present invention.
EMI40.2
horsefly are those which belong to materials including hydrated oxides hydrated silicates and also including charcoal and other carbonaceous materials which are known to exhibit surface reaction characteristics of materials in this group. When we
EMI40.3
As "t6r 'to" 8 materials of this class in the description and in the following claims, it should of course be understood that the materials so referred to must, in other respects, have both physical and chemical characteristics. which make these materials suitable for this use.
Requirements of this nature include saddles described in the previous paragraph. Other requirements. * Also considered obvious are that the material chosen should not be soluble in a large amount or capable of reacting with the halogenated material which is subjected to treatment and that this absorbent should not contain any contaminating material considered. as harmful to the system being treated.
<Desc / Clms Page number 41>
It can also be seen that mixed absorbent beds are ineffective in the process according to the invention. In this regard, a bed of charcoal SiO2 and A1C3 has been effectively used in an experiment which in other respects was similar to that of the example, with good results.
Other ordinary column techniques can be used with advantage in conjunction with the methods described. For example, the flow can be improved by cooling the column. Dimensions can be varied or one can use successive columns.
R e v e n d i c a t ions
1. Process for treating a compound containing chlorine in the liquid phase of an element chosen from the group comprising silicon and germanium, as an agent contaminating at least one chloride of an element chosen from the group comprising boron and phosphorus, comprising treating this material with at least one absorbent selected from the group consisting of charcoal, hydrated oxides and hydrated silicates, such that intimate contact is produced between the material and the absorbent.