CN105800616B - 一种乙硅烷的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种乙硅烷的制造方法，以硅化镁与氯化氨为原料进行反应，在液氨及催化剂存在下生成乙硅烷气体，反应温度为‑10℃‑‑50℃，反应压力为0.2‑1MPa，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:2‑5，所述催化剂为锌的配合物。本发明方法中乙硅烷是生产过程的主产品，因而可解决大规模生产乙硅烷的副产品问题，大大提高生产高纯乙硅烷的生产效率，耗能低，降低生产成本。

Description

一种乙硅烷的制造方法
技术领域
本发明属于气体生产技术领域，具体涉及生产甲硅烷（SiH4）、乙硅烷（Si2H6）、丙硅烷（Si3H8）等的方法，尤其适用乙硅烷的制造方法。
背景技术
在微电子产品制造过程，硅用以隔离电子精密组件中各导电层。由于组件，例如芯片，一再追求精密度，规格设计越来越细，从微米级进步到纳米级，所以硅隔离层已经无法用机械方法切割形成，而必须用气相层积法形成，所以硅烷类的使用形成必须之材料。
乙硅烷是一种很有前途的硅膜先体。与甲硅烷相比，它具有沉积速度快、温度要求低、膜均匀度高等优越性，是半导体工业中颇有吸引力的特种气体之一。
传统的硅烷制备方法至少有两种。一种是硅镁法，或称小松法，以硅粉及镁粉为初始材料，先合成硅化镁，Si+2Mg----→Mg2Si。再以硅化镁与氯化氨依用量比例反应，在液氨的环境下，生成硅甲烷气相及六氨氯化镁固相残渣。该方法因产率低、副产品多、设备昂贵导致生产成本过高。其中，用硅化镁与氯化铵在液氨中反应的生成物绝大部份是甲硅烷，少于2%的乙硅烷只能作为副产品回收以获取极为有限的回报。第二种方法是以三氯氢硅提纯法(即俗称UCC法)。此方法之制程，首先以硅粉与氯化氢(俗称盐酸)反应生成三氯氢硅，Si+3HCl--→HSiCl3+H2。再以三氯氢硅与氢气反应，藉由氢气与氯元素结合而形成二氯氢硅及氯化氢，HSiCl3+H2---→H2SiCl2+HCl。依序再以二氯氢硅与氢气反应，藉由氢气与氯元素结合而形成单氯氢硅及氯化氢，H2SiCl2+H2---→H3SiCl+HCl。然后，单氯氢硅再与氢气反应，也就是由氢气与氯元素结合而形成硅甲烷及氯化氢，H3SiCl+H2
---→SiH4+HCl。此方法可以生成硅甲烷。然而，硅乙烷、硅丙烷等的产品则无法由该方法制得。
换言之，无论半导体、液晶显示屏、太阳能电池、节能玻璃等行业，已经渐渐从硅甲烷的使用转向硅乙烷，而且对于环境保护的要求已经是所有人的共识，因此，一种新颖有效满足上述需求的制造方法必须应运而生。
发明内容
为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现。
一种乙硅烷的制造方法，以硅化镁与氯化氨为原料进行反应，在液氨及催化剂存在下生成乙硅烷气体，反应温度为-10℃--50℃，反应压力为0.2-1MPa，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:2-5，所述催化剂为锌的配合物。
进一步，所述反应压力为0.25-0.55MPa。
进一步，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:3。
进一步，所述反应在3-10M3的反应釜内进行，优选8.4M3的反应釜。
进一步，所述反应釜配置磁力搅拌器，以防止物料泄漏。
进一步，所述催化剂为C54H45P3ZnX2、C68H56Fe2P4ZnY2、C52H48P4ZnCl2、C54H52P4ZnCl2中的一种或几种；其中X为F、Cl、Br或I，Y为Br或I。
进一步，所述乙硅烷气体通过低温减压在储罐中以液相进行储存，所述储罐为夹套结构，夹套内为-30℃乙二醇冷却介质。
本发明的乙硅烷制造方法中，乙硅烷是生产过程的主产品，因而可解决大规模生产乙硅烷的副产品问题，大大提高生产高纯乙硅烷的生产效率，耗能低，降低生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明。
一种乙硅烷的制造方法，以硅化镁与氯化氨为原料进行反应，在液氨及催化剂存在下生成乙硅烷气体，反应温度为-10℃--50℃，反应压力为0.2-1MPa，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:2-5，所述催化剂为锌的配合物。
实施例1
依照上述方法生产乙硅烷。其中，反应温度为-10℃，反应压力为0.2MPa，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:2，所述催化剂为C54H52P4ZnCl2，所述反应在3M3的反应釜内进行。
实施例2
重复实施例1，不同之处在于，反应温度为50℃，反应压力为1MPa，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:5，所述催化剂为C54H45P3ZnX2，所述反应在10M3的反应釜内进行，所述反应釜配置磁力搅拌器。
实施例3
重复实施例1，不同之处在于，反应温度为20℃，反应压力为0.6MPa，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:3.5，所述催化剂为C52H48P4ZnCl2，所述反应在6.5M3的反应釜内进行，所述反应釜配置磁力搅拌器。
实施例4
重复实施例1，不同之处在于，反应压力为0.25MPa，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:3，所述催化剂为C68H56Fe2P4ZnY2，所述反应在8.4M3的反应釜内进行，所述反应釜配置磁力搅拌器。
实施例5
重复实施例4，不同之处在于，反应压力为0.55MPa，所述催化剂为C54H45P3ZnX2与C68H56Fe2P4ZnY2的混合物。所述乙硅烷气体通过低温减压在储罐中以液相进行储存，所述储罐为夹套结构，夹套内为-30℃乙二醇冷却介质。
实施例6
重复实施例5，不同之处在于，反应压力为0.4MPa，所述催化剂为C54H45P3ZnX2与C52H48P4ZnCl2的混合物，所述储罐夹套内的压力为10Pa。
实施例7
重复实施例2，不同之处在于，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:3，所述催化剂为C68H56Fe2P4ZnY2，所述反应在8.4M3的反应釜内进行，所述反应釜配置磁力搅拌器。所述乙硅烷气体通过低温减压在储罐中以液相进行储存，所述储罐为夹套结构，夹套内为-30℃乙二醇冷却介质。
实施例8
重复实施例3，不同之处在于，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:3，所述催化剂为C68H56Fe2P4ZnY2与C52H48P4ZnCl2的混合物，所述反应在8.4M3的反应釜内进行，所述反应釜配置磁力搅拌器。所述乙硅烷气体通过低温减压在储罐中以液相进行储存，所述储罐为夹套结构，夹套内为-30℃乙二醇冷却介质。所述储罐夹套内的压力为6Pa。
实施例9
重复实施例4，不同之处在于，反应温度为20℃，反应压力为0.6MPa，所述催化剂为C54H45P3ZnX2与C52H48P4ZnCl2的混合物，所述乙硅烷气体通过低温减压在储罐中以液相进行储存，所述储罐为夹套结构，夹套内为-30℃乙二醇冷却介质。
实施例10
重复实施例5，不同之处在于，反应温度为-10℃，反应压力为0.3MPa，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:4，所述催化剂为C54H52P4ZnCl2，所述反应在8.4M3的反应釜内进行，所述储罐夹套内的压力为2Pa。
以上的详细说明用以揭示本发明之技术内容及特征，并辅以实施例说明，使本领域技术人员据此得以实施，然而上述说明并非用于限制本发明之权利范围，举凡简单之置换或等效技术之取代，仍应隶属本发明之范畴。

Claims (7)

1.一种乙硅烷的制造方法，其特征在于，以硅化镁与氯化氨为原料进行反应，在液氨及催化剂存在下生成乙硅烷气体，反应温度为20℃至50℃，反应压力为0.2-1MPa，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:2-5，所述催化剂为C54H45P3ZnX2、C68H56Fe2P4ZnY2、C52H48P4ZnCl2、C54H52P4ZnCl2中的一种或几种；其中X为F、Cl、Br或I，Y为Br或I。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应压力为0.25-0.55MPa。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅化镁与氯化氨的摩尔比为1:3。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应在3-10m3的反应釜内进行。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反应在8.4m3的反应釜内进行。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述反应釜配置磁力搅拌器。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙硅烷气体通过低温减压在储罐中以液相进行储存，所述储罐为夹套结构，夹套内为-30℃乙二醇冷却介质。
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