JP2000072438A - 四弗化ゲルマニウムの精製方法 - Google Patents

四弗化ゲルマニウムの精製方法

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JP2000072438A
JP2000072438A JP10238619A JP23861998A JP2000072438A JP 2000072438 A JP2000072438 A JP 2000072438A JP 10238619 A JP10238619 A JP 10238619A JP 23861998 A JP23861998 A JP 23861998A JP 2000072438 A JP2000072438 A JP 2000072438A
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germanium
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Sadaichi Kohara
定一 菰原
Takeshi Yasutake
剛 安武
Isao Harada
功 原田
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Mitsui Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 四弗化ゲルマニウム中の低沸点成分の
不純物を効率よく分離し、かつ安全に高純度品を得る。 【解決手段】 低沸点成分を主たる不純物として含有
する四弗化ゲルマニウムを容器内で冷却し、固化した状
態で、該容器内を真空排気すること、または低沸点成分
を主たる不純物として含有する四弗化ゲルマニウムを容
器内で冷却し、固化した状態で、該容器内を真空排気し
た後、四弗化ゲルマニウムを容器内で気化せしめ、再度
冷却し、固化した状態で容器内を真空排気する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は四弗化ゲルマニウム
の精製方法に関する。より詳しくは、四弗化ゲルマニウ
ム中に含まれる水素(H)、窒素(N)、一酸化炭
素(CO)、二酸化炭素(CO)などの低沸点成分を
除去し、電子材料、太陽電池素子等の材料として使用さ
れうる高純度の四弗化ゲルマニウムを安全かつ効率よく
製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】四弗化ゲルマニウムはモノゲルマンの代
替品として徐々に使用されてきている。今後、長波長光
の変換効率の高い太陽電池や長波長光感度の高い感光ド
ラムの開発が進むにつれ、安全性の面からモノゲルマン
の代替品としての四弗化ゲルマニウムの需要が伸びてく
るものと期待されている。四弗化ゲルマニウムの最大の
特徴は、発火性が無く、ゲルマンに比べ取扱の容易なガ
スである。
【0003】四弗化ゲルマニウムの生成反応の型式は大
きく次の3つに分類される。 1)BaGeFの熱分解 BaGeF → BaF+GeF 2)四塩化ゲルマニウム(=GeCl)と弗素化剤と
の反応 GeCl+2ZnF → GeF+2ZnCl 3)金属ゲルマニウム(=Ge)とNF又はFとの
反応 3Ge+4NF → 3GeF 2NGe+2F→ GeF
【0004】上記何れの方法を採用しても製造された四
弗化ゲルマニウムを主成分として含むガスを製造するこ
とができる。しかしながら、本発明者らが得られた粗四
弗化ゲルマニウム中の不純物について種々検討を行った
ところ、反応原料や条件によってその種類や量は多少こ
となるが、殆どの場合CO、CO、H、メタン、エ
タン等の炭化水素類、SOやHS含有硫黄化合物、
HCl等が含まれていることがわかった。また当然のこ
とながら、HeやNをキャリアガスとした場合には、
これを不純物として含有することになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で、四弗化ゲルマニウム中の不純物の除去、精製に関す
る報告は、特公平07−5309号公報のCO除去方
法がある。このため本発明者らが鋭意検討行ったとこ
ろ、上記四弗化ゲルマニウム中の不純物のうち、二酸化
炭素、炭化水素類、含有硫黄化合物等は固体酸と接触す
ることにより、吸着除去できるが、H、He、N
の低沸点成分は一般に吸着では十分に分離除去を行うこ
とができない。このため目的の分離を行うためには深冷
蒸留操作が必要となるが、四弗化ゲルマニウムは発火性
は無いが、蒸留のような緊雑な操作はできるかぎり避け
たい。
【0006】本発明の目的は前述低沸点成分の不純物を
効率よく分離し、かつ安全に高純度四弗化ゲルマニウム
を得る方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らが、粗四弗化
ゲルマニウム中の上記低沸点成分の除去方法について鋭
意検討を行ったところ、四弗化ゲルマニウムを容器内で
冷却固化した後該容器を真空排気すれば極めて効率よく
上記不純物が除去できる事を見出し、本発明を完成する
に至ったものである。
【0008】即ち、本発明は低沸点成分を主たる不純物
として含有する四弗化ゲルマニウムを容器内で冷却し、
固化した状態で、該容器内を真空排気すること、または
低沸点成分を主たる不純物として含有する四弗化ゲルマ
ニウムを容器内で冷却し、固化した状態で、該容器内を
真空排気した後、四弗化ゲルマニウムを容器内で気化せ
しめ、再度冷却し、固化した状態で容器内を真空排気す
ることを特徴とする四弗化ゲルマニウムの精製方法に関
する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
一般に反応で生成する中には前述のごとく、COなど
の不純物が混入するが、本発明の方法ではこれらの高沸
点成分を直接対象としておらず、低沸点成分を対象とす
る発明である。本発明にいう低沸点成分とは、四弗化ゲ
ルマニウムに対する相対揮発度の高い成分であり、厳密
には四弗化ゲルマニウムの凝固点以下で蒸気圧が1to
rr以下となる温度(−110℃)の時、常圧の沸点を
有する成分と定義する。具体的には、N、He、
、O、CO等が挙げられる。低沸点成分を主たる
不純物とし含有する四弗化ゲルマニウムの製法には特に
限定はなく、前述に挙げた例のごとき反応を好適に採用
できる。
【0010】しかしながら、反応を行うに際しては取り
扱いの容易で安価な物質を使用することが好ましいこと
は言うまでもないが、反応残渣として産廃の発生する、
BaGeFの熱分解及び四塩化ゲルマニウム(=Ge
Cl)と弗素化剤との反応よりも、産廃の発生しな
い、金属ゲルマニウムとNF又はFを反応させる方
法がより好ましい。
【0011】このようにして生成したガス中には先に述
べたように、不純物として低沸成分以外に、CO等を
含むが、事前に後者の成分を吸着等の方法で除去しても
よいしそのまま本発明を遂行してもよい。
【0012】本発明では四弗化ゲルマニウムが固化した
状態で雰囲気を真空排気する。この操作により、この温
度で蒸気圧を有する低沸点成分を除去することができ
る。四弗化ゲルマニウムの冷却固化のために使用する冷
媒としては特に限定するものではないがコスト的には液
体窒素を使用するのが最も有利である。また排気用のポ
ンプも特に限定しないが、四弗化ゲルマニウムの物性を
考えるとオイルの混入を避けるべきであり真空排気はダ
イヤフラム式の真空ポンプが好ましい。
【0013】また、真空排気時間は、容器の容量、処理
すべき四弗化ゲルマニウムの充填量、低沸点成分の含有
量、真空ポンプの排気能力などによって異なるので一概
に断定出来ないが、概ね3〜30分、好ましくは5〜2
0分程度の間で実施する。その際の容器内圧力は好まし
くは10Torr以下、より好ましくは5Torr以
下、最も好ましくは2Torr以下になるまで排気を行
う。この理由は10Torrを超えると低沸成分を除去
することはできるが高純度の四弗化ゲルマニウムを得る
ことはできない。
【0014】また、真空排気を終えた四弗化ゲルマニウ
ムを一旦ガス化せしめ再度固化して真空排気すると更に
低沸成分が効率的に除去されることを本発明者らは実験
的に確認した。おそらく最初に四弗化ゲルマニウムが固
化する際に低沸成分をとりこんで固化しているため一旦
ガス化する効果があらわれるものと推定している。
【0015】かくして真空排気が終了すると、容器は密
閉したまま冷媒浴より取り出し、常温に戻して充填され
ている四弗化ゲルマニウムを気化する。以上一連の操作
でH 、N、COなどの低沸点成分が除去された高純
度の四弗化ゲルマニウムを得る事が出来るのである。
【0016】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。金属ゲルマニウム(純度6N)は住友金属鉱山社
製、NFは三井化学社製を使用した。以下、%は重量
基準を表す。 実施例1 ニッケル製で内径25mm、高さ500mmの反応器の
中央部に目皿を取り付け、金属ゲルマニウムのインゴッ
トを150g充填した。しかる後、反応器内のエアーを
パージするため、下方より常圧のNガスを200Nm
l/minの流量で約1時間通気した。Nガスの通気
停止後、金属ゲルマニウムの充填層を300〜320℃
に過熱した状態で反応器の下方よりNガスで希釈した
濃度約30%の常圧のNFガスを200Nml/mi
nの流量で通気し、反応を行った。また別途、図1に示
す四弗化ゲルマニウムの精製装置を以下のように前準備
した。
【0017】先ず固化精製用ボンベ1(容量150m
l、材質SUS−316製)を約100℃に加熱した状
態で内圧が1Torr以下に達する迄真空ポンプ3にて
排気した。しかる後、加熱を止め、室温まで冷却し、固
化精製用ボンベ1を冷媒槽2(冷媒は液体窒素使用)中
に浸漬して内温が−190℃以下になるまで冷却した。
次に、真空ポンプをストップし、Heガスを常圧まで導
入した。
【0018】以上のように前準備した四弗化ゲルマニウ
ム発生装置と精製装置を用い、四弗化ゲルマニウム発生
装置より発生した粗四弗化ゲルマニウムガスをモレキュ
ラシーブと接触させて高沸点を除去した後、四弗化ゲル
マニウム導入配管7より固化精製用ボンベ1に通気し四
弗化ゲルマニウムを固化した。尚、冷却固化精製中のボ
ンベ内温度は−190℃で行い、固化精製用ボンベ1の
後に、冷却固化ロス分の四弗化ゲルマニウムを確認する
為、ガスクロマトグラフィーで分析を行うようにした。
3時間後、四弗化ゲルマニウムの合成をストップし、容
器内に四弗化ゲルマニウムを固化した状態で、真空ポン
プ3を起動し、容器内気相部に残っている低沸点成分を
除去した。
【0019】上記操作温度は−190〜−195℃、真
空排気時間は10分とした。真空排気終了後、容器を密
閉した状態で、冷媒槽2より容器を取り出し、常温にな
るまで放置して四弗化ゲルマニウムを気化した。気化し
た四弗化ゲルマニウム中の低沸点成分をガスクロマトグ
ラフィーにて成分分析した値を表1に示した。
【0020】実施例2 実施例1で得られた気化した四弗化ゲルマニウムを再度
冷却(冷媒は液体窒素−アセトン液)冷却固化し、実施
例1と同様に真空排気を行った。気化した四弗化ゲルマ
ニウム中の低沸点成分をガスクロマトグラフィにて成分
分析した値を表1に示した。
【0021】
【表1】
【0022】
【発明の効果】本発明は、四弗化ゲルマニウムガス中に
含有する不純物のうち、水素(H)、窒素(N)、
一酸化炭素(CO)等を主たる不純物成分として含有す
る四弗化ゲルマニウムを容器内で温度−110℃以下で
冷却固化した後、容器内を真空排気するという、極めて
簡単な精製方法である。本発明の方法を採用すれば、安
全に、かつ高純度の四弗化ゲルマニウムが得ることがで
きる。以上を総合して考えると、本発明の効果は大きい
と考える。
【0023】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の四弗化ゲルマニウムを精製する概略
【符号の説明】
1 固化精製用ボンベ 2 冷媒槽 3 真空ポンプ 4 ガスクロマトグラフィー 5 圧力計 6 温度計 7 四弗化ゲルマニウム導入配管 8 He導入配管

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低沸点成分を主たる不純物として含有
    する四弗化ゲルマニウムを容器内で冷却し、固化した状
    態で、該容器内を真空排気することを特徴とする四弗化
    ゲルマニウムの精製方法。
  2. 【請求項2】 低沸点成分を主たる不純物として含有
    する四弗化ゲルマニウムを容器内で冷却し、固化した状
    態で、該容器内を真空排気した後四弗化ゲルマニウムを
    容器内で気化せしめ、再度冷却し、固化した状態で容器
    内を真空排気することを特徴とする四弗化ゲルマニウム
    の精製方法。
  3. 【請求項3】 真空排気の際の容器内の圧力が10T
    orr以下である請求項1または2記載の四弗化ゲルマ
    ニウムの精製方法。
  4. 【請求項4】 真空排気の際の容器内の圧力が5To
    rr以下である請求項1または2記載の四弗化ゲルマニ
    ウムの精製方法。
  5. 【請求項5】 真空排気の際の容器内の圧力が2To
    rr以下である請求項1または2記載の四弗化ゲルマニ
    ウムの精製方法。
  6. 【請求項6】 真空排気の際の容器内の圧力が少なく
    とも1回以上、10Torr以下とする請求項1または
    2記載の四弗化ゲルマニウムの精製方法。
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