CN102020669B - 工业化制备三甲基镓的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业化制备三甲基镓的方法，在充满惰性气体的反应釜中，投入镓镁合金原料，在醚类溶剂存在下，在搅拌条件下逐步加入卤代烷，通过控制卤代烷的滴加速度控制溶剂回流速度，反应完成后，将溶剂蒸出，再在减压条件下得到三甲基镓与醚的配合物，最后解配得到三甲基镓。本发明工艺反应简单平稳，易于控制，反应产率高，由于反应过程中采用的原料没有自燃物质，反应过程非常安全，特别适合大规模工业化生产。
Description
发明人(孙祥祯 徐昕 潘毅 张进琪 朱春生 陈化冰 吉敏坤 孙明璐)
技术领域
本发明涉及有机金属化学气相沉积(MOCVD)中原料三甲基镓的生产方法，尤其涉及工业化制备三甲基镓的方法，属于三甲基镓制备技术领域。
背景技术
高纯三甲基镓等金属有机化合物，是金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)、化学束外延(CBE)过程中生长光电子材料的最重要、也是目前用量最大的原料，广泛应用于生长铟镓砷氮(InGaAsN)、铟镓砷(InGaAs)、铟镓磷(InGaP)等化合物半导体薄膜材料。纯净的三甲基镓在室温下为液体，当用于MOCVD时需要将该源封装在钢瓶内，然后控制钢瓶温度，使其蒸气压达到一定值，再通过持续流动的载气，将在使用温度下气-固平衡状态气相中的三甲基镓带入MOCVD或CBE生长系统。
三甲基镓的制备方法较多，但能运用到工业化的方法很少，常见的方法即采用工业三甲基铝与三氯化镓进行烷基交换反应，但存在以下缺点：1)反应转化效率不高，有大量副产物产生；2)原材料成本高，作为工业化制备路线，三甲基铝价格较高，而三氯化镓则价格更显昂贵，因此生产成本极高；3)原料易燃，存在安全隐患，三甲基铝对空气、水汽非常敏感，遇空气自燃，遇水爆炸，使用时灌装、转移、反应等过程存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种工业化制备三甲基镓的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
工业化制备三甲基镓的方法，特点是：在充满惰性气体的反应釜中，投入镓镁合金原料，在乙醚、四氢呋喃或甲基四氢呋喃存在下，于搅拌条件下逐步加入卤代烷，卤代烷为CH3Br或CH3I，通过控制卤代烷的滴加速度控制溶剂回流速度，反应完成后，将溶剂蒸出，再在减压条件下得到三甲基镓与醚的配合物，最后解配得到三甲基镓。
进一步地，上述的工业化制备三甲基镓的方法，其中，所述镓镁合金为GaxMgy，其中x＝0.3～0.7，y＝0.7～0.3，x+y＝1，x、y为质量百分比。所述卤代烷与镓镁合金中镓含量的摩尔比为3～6∶1。所述减压的压力为1～100mmgH。所述解配的温度为70～140℃。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明工艺反应简单平稳，易于控制，非常易于工业化生产；与三甲基铝置换法相比，材料便宜，反应产率高，由于采用反应釜与蒸发釜的分离，未反应的合金仍在反应釜中，继续反应，总产率接近95％以上，副产物可以回收利用，几乎没有废料；安全性较好，由于反应过程中采用的原料没有自燃物质，反应过程安全，特别适合大规模工业化生产。本发明采用双蒸发釜，生产线连续运转，生产效率大大提高。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明制备方法的反应式。
具体实施方式
本发明采用镓镁合金，在催化剂和醚类溶剂存在下，与卤代烷反应，工业化制备三甲基镓。
如图1所示，具体制备工艺为：在充满惰性气体的反应釜中，投入镓镁合金原料，镓镁合金为GaxMgy，其中x＝0.3～0.7，y＝0.7～0.3，x+y＝1，x、y为质量百分比；于醚类溶剂存在下，醚类溶剂为乙醚、四氢呋喃或甲基四氢呋喃；在搅拌条件下逐步加入卤代烷，卤代烷为CH3Br或CH3I；通过控制卤代烷的滴加速度控制溶剂回流速度，卤代烷与镓镁合金中镓含量的摩尔比为3～6∶1；反应完成后，将溶剂蒸出，再在减压条件下(减压的压力为1～100mmgH)得到三甲基镓与醚的配合物，最后解配(解配的温度为70～140℃)得到三甲基镓。
实施例1：
在充满氮气的反应釜中，投入镓镁合金580g，加入无水乙醚2100g，在搅拌条件下逐步加入碘甲烷(CH3I)2050g，通过控制碘甲烷(CH3I)的加入速度控制溶剂回流速度，反应完成后，继续保持回流4小时，然后将溶剂蒸出，再在减压条件下(真空度为1～100mmgH之间)得到三甲基镓与醚的配合物，最后解配(解配的温度为70～140℃之间)得到三甲基镓370g，收率为90％(按金属镓计算)。
实施例2：
在充满氮气的反应釜中，投入镓镁合金580g，加入无水乙醚1600g，在搅拌条件下逐步加入碘甲烷(CH3I)2050g，通过控制碘甲烷(CH3I)的加入速度控制溶剂回流速度，反应完成后，继续保持回流4小时，然后将溶剂蒸出，再在减压条件下(真空度为1～100mmgH之间)得到三甲基镓与醚的配合物，最后解配(解配的温度为70～140℃之间)得到三甲基镓341g，收率为83％(按金属镓计算)。
实施例3：
在充满氮气的反应釜中，投入镓镁合金580g，加入无水乙醚2100g，在搅拌条件下逐步加入碘甲烷(CH3I)1550g，通过控制碘甲烷(CH3I)的加入速度控制溶剂回流速度，反应完成后，继续保持回流4小时，然后将溶剂蒸出，再在减压条件下(真空度为1～100mmgH之间)得到三甲基镓与醚的配合物，最后解配(解配的温度为70～140℃之间)得到三甲基镓325g，收率为79％(按金属镓计算)。
实施例4：
在充满氮气的反应釜中，投入镓镁合金580g，加入无水乙醚2100g，在搅拌条件下逐步加入溴甲烷(CH3Br)1610g，通过控制溴甲烷(CH3Br)的加入速度控制溶剂回流速度，反应完成后，继续保持回流4小时，然后将溶剂蒸出，再在减压条件下(真空度为1～100mmgH之间)得到三甲基镓与醚的配合物，最后解配(解配的温度为70～140℃之间)得到三甲基镓280g，收率为68％(按金属镓计算)。
实施例5：
在充满氮气的反应釜中，投入镓镁合金580g，加入无水四氢呋喃2100g，在搅拌条件下逐步加入碘甲烷(CH3I)2050g，通过控制碘甲烷(CH3I)的加入速度控制溶剂回流速度，反应完成后，继续保持回流4小时，然后将溶剂蒸出，再在减压条件下(真空度为1～100mmgH之间)得到三甲基镓与醚的配合物，最后解配(解配的温度为70～140℃之间)得到三甲基镓251g，收率为61％(按金属镓计算)。
实施例6：
在充满氮气的反应釜中，投入镓镁合金580g，加入无水四氢呋喃3100g，在搅拌条件下逐步加入碘甲烷(CH3I)2050g，通过控制碘甲烷(CH3I)的加入速度控制溶剂回流速度，反应完成后，继续保持回流4小时，然后将溶剂蒸出，再在减压条件下(真空度为1～100mmgH之间)得到三甲基镓与醚的配合物，最后解配(解配的温度为70～140℃之间)得到三甲基镓292g，收率为74％(按金属镓计算)。
实施例7：
在充满氮气的反应釜中，投入镓镁合金580g，加入无水甲基四氢呋喃2100g，在搅拌条件下逐步加入碘甲烷(CH3I)2050g，通过控制碘甲烷(CH3I)的加入速度控制溶剂回流速度，反应完成后，继续保持回流4小时，然后将溶剂蒸出，再在减压条件下(真空度为1～100mmgH之间)得到三甲基镓与醚的配合物，最后解配(解配的温度为70～140℃之间)得到三甲基镓333g，收率为81％(按金属镓计算)。
本发明工艺反应简单平稳，易于控制，非常易于工业化生产；与三甲基铝置换法相比，材料便宜，反应产率高，由于采用反应釜与蒸发釜的分离，未反应的合金仍在反应釜中，继续反应，总产率接近95％以上，副产物可以回收利用，几乎没有废料；安全性较好，由于反应过程中采用的原料没有自燃物质，反应过程安全，特别适合大规模工业化生产。本发明采用双蒸发釜，生产线连续运转，生产效率大大提高。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.工业化制备三甲基镓的方法，其特征在于：在充满氮气的反应釜中，投入镓镁合金580g，加入无水甲基四氢呋喃2100g，在搅拌条件下逐步加入CH3I 2050g，通过控制CH3I的加入速度控制溶剂回流速度，反应完成后，继续保持回流4小时，然后将溶剂蒸出，再在真空度为1～100mmHg之间减压条件下得到三甲基镓与醚的配合物，最后在温度为70～140℃之间解配得到三甲基镓333g。
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20130109 Pledgee: Suzhou ronghua Leasing Co.,Ltd. Pledgor: JIANGSU NATA OPTO-ELECTRONIC MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2021320010476 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |