JP2012207152A - Method for producing polyhydrosilane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリヒドロシランの製造方法に関する。より詳しくは、メタロセン触媒を用いて、シラン(SiH4)を高活性且つ高効率に重合してポリヒドロシランを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing polyhydrosilane. More specifically, the present invention relates to a method for producing polyhydrosilane by polymerizing silane (SiH 4 ) with high activity and high efficiency using a metallocene catalyst.
集積回路、薄膜トランジスタなどの半導体デバイスに応用されるシリコン膜の形成は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などの気相プロセスにより行われている。しかしこの方法によると、大掛かりな真空装置が必要であること、原料の使用効率が低いことなどのコスト上の問題がある。
近年、シリコンの前駆体としてポリヒドロシランを用いる液相プロセスが提案された(非特許文献1および2)。この技術は、ポリヒドロシランの溶液を基板上に塗布して得た塗膜を非酸化性雰囲気下で加熱することにより、シリコン膜を形成する技術である。この技術によると、真空装置が不要であり、原料化合物の使用効率が高いことに加え、液体特有の性質を利用した加工法(例えば印刷法を利用したパターン状シリコン膜の形成)が可能であることなど、種々の利点があり、実用化が期待されている。
シリコンの前駆体である上記ポリヒドロシランは、ケイ素原子数5または6のシクロシラン(SinH2n、n=5または6)の光重合によって合成される(特許文献1)。このシクロシランは、例えばジフェニルジクロロシランを適当なアルカリ金属(例えばナトリウム、リチウムなど)の存在下で環化した後、適当な水素化剤(例えば水素化リチウムアルミニウム)によって水素化することによって合成することができる(特許文献2)。しかしながら、原料のジフェニルジクロロシラン自体が高価であり、その水素化工程において多量の還元剤を必要とするほか、環化工程・水素化工程の双方において多量の廃棄物を生じるため、コストおよび環境の両面からの課題を有する。
Formation of a silicon film applied to a semiconductor device such as an integrated circuit or a thin film transistor is performed by a gas phase process such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. However, according to this method, there is a problem in terms of cost, such as requiring a large vacuum device and low use efficiency of raw materials.
In recent years, a liquid phase process using polyhydrosilane as a silicon precursor has been proposed (Non-Patent
The polyhydrosilane which is a precursor of silicon is synthesized by photopolymerization of a cyclosilane having 5 or 6 silicon atoms (Si n H 2n , n = 5 or 6) (Patent Document 1). This cyclosilane can be synthesized, for example, by cyclizing diphenyldichlorosilane in the presence of a suitable alkali metal (eg, sodium, lithium, etc.) and then hydrogenating with a suitable hydrogenating agent (eg, lithium aluminum hydride). (Patent Document 2). However, since the raw material diphenyldichlorosilane itself is expensive and requires a large amount of reducing agent in the hydrogenation process, and generates a large amount of waste in both the cyclization process and the hydrogenation process, the cost and the environment are reduced. Has problems from both sides.
ポリヒドロシランを用いる場合に生ずるこれらの問題を解決するには、ポリヒドロシランを安価なシラン(モノシラン、SiH4)から直接に合成することが最も望ましい。
SiH4からポリヒドロシランを合成した例が今までに皆無であったわけではない。例えば非特許文献3には、SiH4ガス中で無声放電を行うことによりポリヒドロシランが生成することが記載されている。また特許文献3には、SiH4を350〜460℃に加熱することによるポリヒドロシランの合成方法が記載されている。しかし、これらの文献に記載された方法の主生成物はいずれもジシランであり、トリシラン以上のポリヒドロシランの収率は極めて低い。これらの方法においては、無声放電または高温加熱によって高分子量のポリヒドロシランが生成したとしても、このような高エネルギー条件下ではポリヒドロシランが容易に分解すると考えられる。従って、本願が所期する用途に必要な量の高分子量のポリヒドロシランを、これらの方法によって製造しようとすることは現実的ではない。
そこで、遷移金属触媒を使用する脱水素縮合重合により、SiH4から高分子量のポリヒドロシランを直接合成することが望まれる。触媒反応は、一般に穏和な条件で進行するため、一旦生成した高分子量ポリヒドロシランの分解を回避することができる。また、脱水素縮合重合の副生成物は水素のみであるから、クリーンな反応が期待できる。
この点、有機シランの触媒的脱水素縮合重合は多数報告されており、触媒として遷移金属錯体を用いた場合に比較的良好な結果が得られることが知られている。例えば二塩化ジルコノセンをn−ブチルリチウムで処理して得られる「根岸試薬」は、一級または二級の有機シランの脱水素縮合重合に高い活性を示す(非特許文献4)。
しかしながら、SiH4の触媒的脱水素縮合重合を効率的に行って、高分子量のポリヒドロシランを製造することのできる技術は、未だ提案されていない。
To solve these problems that arise when using polyhydrosilane, it is most desirable to synthesize polyhydrosilane directly from inexpensive silane (monosilane, SiH 4 ).
To date, there have been no examples of synthesizing polyhydrosilane from SiH 4 . For example, Non-Patent
Therefore, it is desired to directly synthesize a high molecular weight polyhydrosilane from SiH 4 by dehydrogenative condensation polymerization using a transition metal catalyst. Since the catalytic reaction generally proceeds under mild conditions, it is possible to avoid decomposition of the high molecular weight polyhydrosilane once formed. Moreover, since the by-product of dehydrogenative condensation polymerization is only hydrogen, a clean reaction can be expected.
In this regard, many catalytic dehydrogenative condensation polymerizations of organosilanes have been reported, and it is known that relatively good results can be obtained when a transition metal complex is used as a catalyst. For example, “Negishi Reagent” obtained by treating zirconocene dichloride with n-butyllithium exhibits high activity in dehydrogenative condensation polymerization of primary or secondary organosilane (Non-patent Document 4).
However, a technique that can efficiently produce high molecular weight polyhydrosilane by efficiently performing catalytic dehydrogenative condensation polymerization of SiH 4 has not yet been proposed.
本発明者らの検討により、根岸試薬などの公知のメタロセン触媒を用いてSiH4の重合を行っても、触媒の初期活性が十分ではなく、さらに重合開始後すぐに触媒の失活が起こるため、ポリヒドロシランを高収率で得ることはできないことが分かった。
本発明は、このような事実が明らかになったことに基づいてなされたものであり、その目的は、SiH4を高活性且つ高効率に重合してポリヒドロシランを製造する方法を提供することにある。
According to the study by the present inventors, even when the polymerization of SiH 4 is performed using a known metallocene catalyst such as Negishi's reagent, the initial activity of the catalyst is not sufficient, and further, the catalyst is deactivated immediately after the start of the polymerization. It was found that polyhydrosilane cannot be obtained in high yield.
The present invention has been made based on the fact that such facts have been clarified, and an object of the present invention is to provide a method for producing polyhydrosilane by polymerizing SiH 4 with high activity and high efficiency. is there.
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
4族メタロセンと
アルキルリチウム、アルキルアルミニウム、アルキルマグネシウムおよびアルキルマグネシウムハライドから選ばれるアルキル化剤と
を接触させて得られる触媒によってSiH4を重合する、ポリヒドロシランの製造方法であって、
前記4族メタロセンとアルキル化剤との接触が、SiH4が存在する条件下で行われることを特徴とする、前記方法によって達成される。
According to the present invention, the above objects and advantages of the present invention are:
A process for producing polyhydrosilane, comprising polymerizing SiH 4 with a catalyst obtained by contacting a
The contact between the
本発明の方法で用いられる触媒は、初期活性が高く、且つ触媒寿命が長いものである。従って、このような触媒を用いて行う本発明の方法によってSiH4を重合することにより、高活性、高収率でポリヒドロシランを製造することができる。
本発明の方法によって製造されたポリヒドロシランは、シリコンの前駆体として、例えば半導体装置の製造などに好適に使用することができる。
The catalyst used in the method of the present invention has a high initial activity and a long catalyst life. Therefore, by polymerizing SiH 4 by the method of the present invention using such a catalyst, polyhydrosilane can be produced with high activity and high yield.
The polyhydrosilane produced by the method of the present invention can be suitably used as a silicon precursor, for example, in the production of a semiconductor device.
本発明は上記のとおり、
4族メタロセンと
アルキルリチウムおよびアルキルアルミニウムから選ばれるアルキル化剤と
を接触させて得られる触媒によってSiH4を重合する、ポリヒドロシランの製造方法に関する。
上記4族メタロセンとアルキル化剤との接触は、SiH4が存在する条件下で行われる。4族メタロセンとアルキル化剤との接触は、SiH4のほかにさらにルイス塩基が存在する条件下で行ってもよい。
<4族メタロセン>
本発明で使用される4族メタロセンとしては、中心金属がチタニウム、ジルコニウムまたはハフニウムであるメタロセンを好ましく使用することができ、例えば下記式(1−1)および(1−2)
The present invention is as described above.
The present invention relates to a method for producing polyhydrosilane, in which SiH 4 is polymerized by a catalyst obtained by contacting a
The contact between the
<
As the
(上記式中、Mはチタニウム、ジルコニウムまたはハフニウムであり;
L1およびL2は、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル基、インデニル基またはフルオレニル基であり、ただしこれらの基は炭素数1〜4のアルキル基またはトリメチルシリル基で置換されていてもよく;
L3およびL4は、それぞれ独立に、シクロペンタジエニレン基、インデニレン基またはフルオレニレン基であり、ただしこれらの基は炭素数1〜4のアルキル基またはトリメチルシリル基で置換されていてもよく;
Rはメチレン基、炭素数2〜4のアルキレン基またはジメチルシリレン基であり;そして
Xはハロゲン原子である。)
のそれぞれで表される錯体などを挙げることができ、これらのうちから選択される少なくとも1種を使用することができる。
上記式(1−1)中のL1およびL2としては、それぞれ、シクロペンタジエニル基、t−ブチルシクロペンタジエニル基、トリメチルシリルシクロペンタジエニル基、ペンタメチルシクロペンタジエニル基またはインデニル基であることが;
上記式(1−2)中のL3およびL4としては、それぞれ、インデニレン基であることが好ましい。
上記式(1−1)および(1−2)中のXとしては、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子であることが好ましく、塩素原子であることがより好ましい。
(Wherein M is titanium, zirconium or hafnium;
L 1 and L 2 are each independently a cyclopentadienyl group, an indenyl group or a fluorenyl group, provided that these groups may be substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a trimethylsilyl group;
L 3 and L 4 are each independently a cyclopentadienylene group, an indenylene group or a fluorenylene group, provided that these groups may be substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a trimethylsilyl group;
R is a methylene group, an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms or a dimethylsilylene group; and X is a halogen atom. )
The complex represented by each of these can be mentioned, At least 1 sort (s) selected from these can be used.
L 1 and L 2 in the above formula (1-1) are each a cyclopentadienyl group, a t-butylcyclopentadienyl group, a trimethylsilylcyclopentadienyl group, a pentamethylcyclopentadienyl group, or an indenyl group. Be a group;
L 3 and L 4 in the formula (1-2) are each preferably an indenylene group.
X in the above formulas (1-1) and (1-2) is preferably a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom, and more preferably a chlorine atom.
本発明で使用される4族メタロセンの具体例としては、例えば
ジシクロペンタジエニルチタニウムジクロリド(Cp2TiCl2)、
ビス(t−ブチルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロリド(tBuCp2TiCl2)、
ビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロリド(Cp* 2TiCl2)、
ビス(インデニル)チタニウムジクロリド(Ind2TiCl2)、
ジシクロペンタジエニルジルコニウムジクロリド(Cp2ZrCl2)、
ビス(t−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(tBuCp2ZrCl2)、
ビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(Cp* 2ZrCl2)、
ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド(Ind2ZrCl2)、
ansa−エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド(ansa−Ind2ZrCl2)、
ビス(t−ブチルシクロペンタジエニル)ハフニウムジクロリド(tBuCp2HfCl2)などを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を好ましく使用することができる。
4族メタロセンの使用割合は、SiH41モルに対して、1×10−4〜1×10−1モルとすることが好ましく、1×10−3〜5×10−2モルとすることがより好ましい。
Specific examples of the
Bis (t-butylcyclopentadienyl) titanium dichloride (tBuCp 2 TiCl 2 ),
Bis (pentamethylcyclopentadienyl) titanium dichloride (Cp * 2 TiCl 2),
Bis (indenyl) titanium dichloride (Ind 2 TiCl 2 ),
Dicyclopentadienyl zirconium dichloride (Cp 2 ZrCl 2 ),
Bis (t-butylcyclopentadienyl) zirconium dichloride (tBuCp 2 ZrCl 2 ),
Bis (pentamethylcyclopentadienyl) zirconium dichloride (Cp * 2 ZrCl 2),
Bis (indenyl) zirconium dichloride (Ind 2 ZrCl 2 ),
ansa-ethylenebis (indenyl) zirconium dichloride (ansa-Ind 2 ZrCl 2 ),
Bis (t-butylcyclopentadienyl) hafnium dichloride (tBuCp 2 HfCl 2) and the like can be illustrated, can be preferably used one or more selected from these.
The use ratio of the
<アルキル化剤>
本発明で使用されるアルキル化剤は、アルキルリチウム、アルキルアルミニウム、アルキルマグネシウムおよびアルキルマグネシウムハライドから選択される。
上記アルキルリチウムとしては、炭素数2〜6のアルキル基を有するアルキルリチウムが好ましい。このようなアルキルリチウムとしては、例えばエチルリチウム、n−プロピルリチウム、i−プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、iso−ブチルリチウム、n−ペンチルリチウム、n−ヘキシルリチウムなどを挙げることができる。
上記アルキルアルミニウムとしては、炭素数2〜6のアルキル基を有するジアルキルアルミニウムヒドリド、炭素数2〜6のアルキル基を有するトリアルキルアルミニウムなどを挙げることができる。ここで、炭素数2〜6のアルキル基としては、例えばエチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、iso−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基などを挙げることができる。アルキルアルミニウムとしては、炭素数3〜5のアルキル基を有するトリアルキルアルミニウムが好ましい。
上記アルキルマグネシウムとしては、例えば炭素数2〜6のアルキル基を有するアルキルマグネシウムを挙げることができる。
上記アルキルマグネシウムハライドとしては、例えば炭素数2〜6のアルキル基を有するアルキルマグネシウムクロリド、アルキルマグネシウムブロミド、アルキルマグネシウムヨージドを挙げることができる。
本発明におけるアルキル化剤としては、アルキルリチウムおよびアルキルアルミニウムから選択されるアルキル化剤を使用することが好ましく、炭素数3〜5の直鎖のアルキル基を有するアルキルリチウムを使用することがより好ましく、特に好ましくはn−ブチルリチウムである。
アルキル化剤の使用割合は、4族メタロセン1モルに対して、1〜20モルとすることが好ましく、1.5〜10モルとすることがより好ましく、2〜3モルとすることがさらに好ましい。
<Alkylating agent>
The alkylating agent used in the present invention is selected from alkyllithium, alkylaluminum, alkylmagnesium and alkylmagnesium halides.
As said alkyl lithium, the alkyl lithium which has a C2-C6 alkyl group is preferable. Examples of such alkyl lithium include ethyl lithium, n-propyl lithium, i-propyl lithium, n-butyl lithium, sec-butyl lithium, iso-butyl lithium, n-pentyl lithium, and n-hexyl lithium. Can do.
Examples of the alkylaluminum include a dialkylaluminum hydride having an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms and a trialkylaluminum having an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms. Here, as the alkyl group having 2 to 6 carbon atoms, for example, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, sec-butyl group, iso-butyl group, n-pentyl group, n- A hexyl group etc. can be mentioned. As the alkylaluminum, a trialkylaluminum having an alkyl group having 3 to 5 carbon atoms is preferable.
As said alkylmagnesium, the alkylmagnesium which has a C2-C6 alkyl group can be mentioned, for example.
Examples of the alkylmagnesium halide include alkylmagnesium chloride, alkylmagnesium bromide, and alkylmagnesium iodide having an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms.
As the alkylating agent in the present invention, it is preferable to use an alkylating agent selected from alkyl lithium and alkyl aluminum, and it is more preferable to use alkyl lithium having a linear alkyl group having 3 to 5 carbon atoms. Particularly preferred is n-butyllithium.
The proportion of the alkylating agent used is preferably 1 to 20 mol, more preferably 1.5 to 10 mol, and even more preferably 2 to 3 mol with respect to 1 mol of the
<ルイス塩基>
本発明において任意的に使用されるルイス塩基としては、窒素原子、酸素原子、リン原子または硫黄原子を1〜6個有する有機化合物を挙げることができ、これらのうちから選択される少なくとも1種を使用することが好ましい。
上記窒素原子を有する有機化合物としては、芳香族環を構成するメンバーとして窒素原子を有する複素芳香族化合物、トリアルキルアミン、テトラアルキルアルキレンジアミン、ペンタアルキルジアルキレントリアミンなどを挙げることができる。このトリアルキルアミン、テトラアルキルアルキレンジアミン、ペンタアルキルジアルキレントリアミンの有するアルキル基としては、炭素数1〜6のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜3のアルキル基であることがより好ましく;
アルキレン基としては、炭素数2〜6のアルキル基であることが好ましく、1,2−エチレン基または1,2−プロピレン基であることがより好ましい。
<Lewis base>
Examples of the Lewis base optionally used in the present invention include organic compounds having 1 to 6 nitrogen atoms, oxygen atoms, phosphorus atoms or sulfur atoms, and at least one selected from these compounds It is preferable to use it.
Examples of the organic compound having a nitrogen atom include heteroaromatic compounds having a nitrogen atom as a member constituting an aromatic ring, trialkylamine, tetraalkylalkylenediamine, and pentaalkyldialkylenetriamine. The alkyl group of the trialkylamine, tetraalkylalkylenediamine, and pentaalkyldialkylenetriamine is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. ;
The alkylene group is preferably an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms, and more preferably a 1,2-ethylene group or a 1,2-propylene group.
本発明におけるルイス塩基としての窒素原子を有する有機化合物の具体例としては、上記窒素原子を有する複素芳香族化合物として例えばピリジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、ビピリジン、ターピリジン、ビキノリン、フェナントロリンなどを;
トリアルキルアミンとして例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソペンチルメチルアミン、ピペラジン、1,8−ビス(ジメチルアミノ)ナフタレンなどを;
テトラアルキルアルキレンジアミンとして例えばN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンなどを;
ペンタアルキルジアルキレントリアミンとして例えばN,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミンなどを、それぞれ挙げることができる。
酸素原子を有する有機化合物としては、例えば芳香族環を構成するメンバーとして酸素原子を有する複素芳香族化合物、エーテルなどを挙げることができる。上記エーテルとしては、ジアルキルエーテル、ジアルコキシアルキレン、ポリアルキレンオキシドジアルキルエーテル、環状エーテルなどを挙げることができる。上記ジアルキルエーテル、ジアルコキシアルキレンおよびポリアルキレンオキシドジアルキルエーテルの有するアルキル基またはアルコキシ基の炭素数は、1〜6であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。
Specific examples of the organic compound having a nitrogen atom as the Lewis base in the present invention include, for example, pyridine, pyrimidine, pyrazine, triazine, bipyridine, terpyridine, biquinoline, phenanthroline and the like as the above heteroaromatic compound having a nitrogen atom;
Examples of trialkylamines include trimethylamine, triethylamine, triisopentylmethylamine, piperazine, 1,8-bis (dimethylamino) naphthalene and the like;
Examples of the tetraalkylalkylenediamine include N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine and the like;
Examples of the pentaalkyl dialkylene triamine include N, N, N ′, N ″, N ″ -pentamethyldiethylenetriamine and the like.
Examples of the organic compound having an oxygen atom include heteroaromatic compounds having an oxygen atom as a member constituting an aromatic ring, ethers and the like. Examples of the ether include dialkyl ether, dialkoxyalkylene, polyalkylene oxide dialkyl ether, and cyclic ether. The number of carbon atoms of the alkyl group or alkoxy group of the dialkyl ether, dialkoxyalkylene and polyalkylene oxide dialkyl ether is preferably 1-6, more preferably 1-3.
本発明におけるルイス塩基としての酸素原子を有する有機化合物の具体例としては、
上記酸素原子を有する複素芳香族化合物として例えばフランなどを;
ジアルキルエーテル鎖状のモノエーテルとして例えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどを;
ジアルコキシアルキレンとして例えばジメトキシエタン、ジエトキシエタンなどを;
ポリアルキレンオキシドジアルキルエーテルとして例えばジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなどを;
環状エーテルとして例えばテトラヒドロフラン、テトラヒドロピランなどを、それぞれ挙げることができる。
As a specific example of an organic compound having an oxygen atom as a Lewis base in the present invention,
Examples of the heteroaromatic compound having an oxygen atom include furan;
Examples of dialkyl ether chain monoethers include dimethyl ether, diethyl ether, methyl ethyl ether, diisopropyl ether and the like;
Examples of dialkoxyalkylene include dimethoxyethane and diethoxyethane;
Examples of polyalkylene oxide dialkyl ethers include diethylene glycol dimethyl ether and diethylene glycol diethyl ether;
Examples of cyclic ethers include tetrahydrofuran and tetrahydropyran.
リン原子を有する有機化合物としては、例えば下記式(P−1)または(P−2)
R1R2R3P (P−1)
R4R5P−R8−PR6R7 (P−2)
(上記式中、R1〜R7は、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数とヘテロ原子数との合計が6〜12の芳香族基であり;
R8はメチレン基または炭素数2〜6のアルキレン基である。)
で表される化合物を挙げることができる。
上記式(P−1)で表される化合物としては、例えばジフェニルメチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルピリジルホスフィン、トリス(ジメチルアミノ)ホスフィンなどを;
上記式(P−2)で表される化合物としては、例えば1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、1,2−ビス(ジメチルホスフィノ)エタンなどを、それぞれ挙げることができる。
硫黄原子を有する有機化合物としては、例えばジメチルスルフィド、ジエチルスルフィド、チオフェン、チオベンゾフェノン、スルフランなどを挙げることができる。
Examples of the organic compound having a phosphorus atom include the following formula (P-1) or (P-2)
R 1 R 2 R 3 P (P-1)
R 4 R 5 P-R 8 -PR 6 R 7 (P-2)
(In the above formula, R 1 to R 7 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aromatic group having a total of 6 to 12 carbon atoms and hetero atoms;
R 8 is a methylene group or an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms. )
The compound represented by these can be mentioned.
Examples of the compound represented by the formula (P-1) include diphenylmethylphosphine, triphenylphosphine, diphenylpyridylphosphine, and tris (dimethylamino) phosphine;
Examples of the compound represented by the formula (P-2) include 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane and 1,2-bis (dimethylphosphino) ethane.
Examples of the organic compound having a sulfur atom include dimethyl sulfide, diethyl sulfide, thiophene, thiobenzophenone, and sulfurane.
本発明におけるルイス塩基としては、窒素原子、酸素原子またはリン原子を1〜6個有する有機化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を使用することが好ましく、特にトリエチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、ピリジン、ビピリジン、ビキノリン、ジメトキシエタン、ジフェニルメチルホスフィン、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタンなどを挙げることができ、これらのうちから選択される少なくとも1種を使用することがより好ましい。
ルイス塩基の使用割合は、4族メタロセン1モルに対して、100モル以下とすることが好ましく、0.1〜50モルとすることがより好ましい。ルイス塩基のさらに好ましい使用割合は、使用するルイス塩基の種類に応じて異なり、4族メタロセン1モルに対する使用量としてそれぞれ以下のとおりである。
窒素原子を有する有機化合物:さらに好ましくは0.5〜10モル、特に好ましくは1〜5モル
酸素原子または硫黄原子を有する有機化合物:さらに好ましくは1〜50モル、特に好ましくは5〜20モル
リン原子を有する有機化合物:さらに好ましくは0.5〜10モル、特に好ましくは1〜5モル
As the Lewis base in the present invention, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of organic compounds having 1 to 6 nitrogen atoms, oxygen atoms or phosphorus atoms, and particularly triethylamine, N, N, N ′. , N′-tetramethylethylenediamine, N, N, N ′, N ″, N ″ -pentamethyldiethylenetriamine, pyridine, bipyridine, biquinoline, dimethoxyethane, diphenylmethylphosphine, 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane, etc. It is more preferable to use at least one selected from these.
The use ratio of the Lewis base is preferably 100 mol or less, more preferably 0.1 to 50 mol, per 1 mol of the
Organic compound having nitrogen atom: More preferably 0.5 to 10 mol, particularly preferably 1 to 5 mol Organic compound having oxygen atom or sulfur atom: More preferably 1 to 50 mol, particularly preferably 5 to 20 mol Organic compound having an atom: more preferably 0.5 to 10 mol, particularly preferably 1 to 5 mol
<4族メタロセンとアルキル化剤との接触>
本発明のポリヒドロシランの製造方法において使用される触媒は、上記のごとき4族メタロセンと、アルキル化剤とを、SiH4が存在する条件下で接触させることにより調製される。4族メタロセンとアルキル化剤との接触は、SiH4のほかにさらにルイス塩基が存在する条件下で行ってもよい。
このSiH4および任意的にルイス塩基の存在下における4族メタロセンとアルキル化剤との接触は、SiH4の重合を行う重合反応容器中で行ってもよく、あるいは重合反応容器以外の別容器中で接触を行った後に、接触後の混合物を重合反応容器中に添加してもよい。この4族メタロセンとアルキル化剤との接触は、溶媒の存在下または不存在下に行うことができるが、より高活性の種を均一に生成するとの観点から、溶媒の存在下に行うことが好ましい。
4族メタロセンとアルキル化剤との接触を重合反応容器以外の別容器中で行う場合、該容器中に存在すべきSiH4の量は、4族メタロセンの1モルに対して、2モル以上とすることが好ましく、5〜10モルとすることがより好ましい。
<Contact between
The catalyst used in the method for producing a polyhydrosilane of the present invention is prepared by contacting a
The contact between the SiH 4 and optionally the
When the contact between the
4族メタロセンとアルキル化剤との接触において使用することのできる溶媒としては、脂肪族炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒などを挙げることができる。上記脂肪族炭化水素溶媒の具体例としては例えばn−ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、n−ヘプタン、n−オクタン、シクロオクタン、シクロオクテン、n−デカン、デカリンなどを;
上記芳香族炭化水素溶媒の具体例としては例えばベンゼン、トルエン、キシレン、インダン、テトラリンなどを、それぞれ挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。
溶媒の使用割合としては、4族メタロセン1モルに対して、10L以上とすることが好ましく、80〜1,000Lとすることがより好ましく、さらに100〜1,000Lとすることが好ましい。なお、上記式(1−1)および(1−2)のそれぞれで表される、ジハロゲン化物である4族メタロセンは上記の溶媒に対する溶解度が低く、溶媒の使用割合を4族メタロセン1モルに対して80L未満とすると4族メタロセンは溶解しきらずに固体として残存することがある。しかしながらアルキル化剤と接触してアルキル化された後の4族メタロセンの溶解度は一般に高いから、溶媒の使用割合が少ない場合であっても接触後には均一な溶液を得ることができる。
接触温度は−78〜50℃とすることが好ましく、−78〜30℃とすることがより好ましい。
Examples of the solvent that can be used in the contact between the
Specific examples of the aromatic hydrocarbon solvent include benzene, toluene, xylene, indane, tetralin, and the like, and one or more selected from these can be used.
The use ratio of the solvent is preferably 10 L or more, more preferably 80 to 1,000 L, and further preferably 100 to 1,000 L with respect to 1 mol of the
The contact temperature is preferably −78 to 50 ° C., more preferably −78 to 30 ° C.
<SiH4の重合>
4族メタロセンとアルキル化剤との接触を重合反応容器中で行った場合には、場合により一定の誘導期間を経た後、SiH4の重合がそのまま開始される。
一方、4族メタロセンとアルキル化剤との接触を重合反応容器以外の別容器中で行う場合、その接触時間を有意に長くする必要はなく、接触後直ちに(通常は数秒以内に)触媒活性種が生成するから、該接触混合物を重合反応容器に注入することによって、SiH4の重合が開始される。
SiH4の重合に際しては、重合反応容器に、4族メタロセンとアルキル化剤との接触の際に使用することのできる溶媒として上記したものと同様の溶媒を添加して希釈下で重合することも許容される。
SiH4の重合の際に使用することのできる溶媒の割合は、溶液中のSiH4仕込み量が20重量%以下となる割合とすることが好ましく、10重量%以下となる割合とすることがより好ましく、特に5重量%以下となる割合とすることが好ましい。
重合温度は、好ましくは−78〜100℃であり、より好ましくは−5〜50℃である。
重合時間は、好ましくは0.5〜72時間であり、より好ましくは4〜20時間である。
<Polymerization of SiH 4 >
When the contact between the
On the other hand, when the contact between the
In the polymerization of SiH 4 , a solvent similar to that described above may be added to the polymerization reaction vessel as a solvent that can be used for contacting the
The proportion of the solvent that can be used in the polymerization of SiH 4 is preferably a proportion that the amount of SiH 4 charged in the solution is 20% by weight or less, and more preferably a proportion that is 10% by weight or less. The ratio is particularly preferably 5% by weight or less.
The polymerization temperature is preferably −78 to 100 ° C., more preferably −5 to 50 ° C.
The polymerization time is preferably 0.5 to 72 hours, more preferably 4 to 20 hours.
<ポリヒドロシラン>
上記のようにして、好ましくは固体状のポリヒドロシランを得ることができる。このポリヒドロシランは、必要に応じて適当な精製方法によって触媒残滓などの不純物を除去した後、シリコンの前駆体として好適に使用することができる。
上記精製方法としては、例えば溶媒洗浄を挙げることができる。この溶媒洗浄に使用される溶媒としては、例えばエーテル、芳香族炭化水素、アミンなどを挙げることができる。これらの具体例としては、エーテルとして例えばテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、アニソールなどを;
芳香族炭化水素として例えばトルエン、キシレン、テトラリンなどを;
アミンとして例えばトリエチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミンなどを、それぞれ挙げることができる。溶媒の使用割合は、ポリヒドロシラン100重量部に対して、100〜10,000重量部とすることが好ましく、2,000〜5,000重量部とすることがより好ましい。
溶媒洗浄の際には、例えば震とう、回転翼の使用、超音波の印加などの適当な撹拌手段により、洗浄液を撹拌することが好ましい。
溶媒洗浄は、使用する溶媒が液体状態を維持することのできる温度および圧力において、10分以上行うことが好ましく、30〜90分行うことがより好ましい。
溶媒洗浄は、1回または複数回行うことができ、ポリヒドロシラン中の不純物量を可及的に低減する観点から、2回以上行うことが好ましく、3〜5回行うことがより好ましい。
上記の如き本発明の方法で得られ、好ましくは精製されたポリヒドロシランは、これを非酸化性雰囲気中で加熱することにより、容易に0価シリコンに変換することができる。非酸化性雰囲気とは、例えば不活性気体中または不活性気体と還元性気体との混合気体中を挙げることができ、前記不活性気体としては、例えば窒素、ヘリウム、アルゴンなどを;
前記還元性気体としては、例えば水素などを、それぞれ挙げることができる。加熱温度は例えば340℃以上、好ましくは400〜600℃とすることができ、加熱時間は例えば15分以上、好ましくは30〜90分とすることができる。
<Polyhydrosilane>
As described above, preferably a solid polyhydrosilane can be obtained. The polyhydrosilane can be suitably used as a silicon precursor after removing impurities such as catalyst residues by an appropriate purification method as required.
Examples of the purification method include solvent washing. Examples of the solvent used for the solvent washing include ethers, aromatic hydrocarbons and amines. Specific examples thereof include ethers such as tetrahydrofuran, tetrahydropyran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, anisole and the like;
Aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, tetralin;
Examples of the amine include triethylamine, N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine, N, N, N ′, N ″, N ″ -pentamethyldiethylenetriamine, and the like. The use ratio of the solvent is preferably 100 to 10,000 parts by weight, and more preferably 2,000 to 5,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polyhydrosilane.
In the solvent cleaning, it is preferable to stir the cleaning liquid by an appropriate stirring means such as shaking, using a rotary blade, applying ultrasonic waves, or the like.
The solvent washing is preferably performed for 10 minutes or more, more preferably 30 to 90 minutes, at a temperature and pressure at which the solvent to be used can maintain a liquid state.
The solvent washing can be performed once or a plurality of times, and is preferably performed twice or more, more preferably 3 to 5 times from the viewpoint of reducing the amount of impurities in the polyhydrosilane as much as possible.
The polyhydrosilane obtained and preferably purified by the method of the present invention as described above can be easily converted to zero-valent silicon by heating it in a non-oxidizing atmosphere. Examples of the non-oxidizing atmosphere include an inert gas or a mixed gas of an inert gas and a reducing gas. Examples of the inert gas include nitrogen, helium, and argon;
Examples of the reducing gas include hydrogen. The heating temperature can be, for example, 340 ° C. or higher, preferably 400-600 ° C., and the heating time can be, for example, 15 minutes or longer, preferably 30-90 minutes.
シラン(SiH4)は高圧ガス保安法にて指定された特殊高圧ガスに該当するため、以下の重合反応はすべて、国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学(石川県能美市)内に設置され、石川県知事の許可を受けたオートクレーブ(内容量約27mLまたは約70mL、耐圧約0.3MPaG)内で、室温(23〜27℃)にて行った。このオートクレーブは、チャージ/サンプリング用セプタム、給気管および排気管を有し、排気管から排出されたガスは乾式除害設備によって無害化されたうえで外気に排出される。 Since silane (SiH 4 ) falls under the special high-pressure gas designated by the High-Pressure Gas Safety Act, all of the following polymerization reactions are installed within the National University Corporation, Japan Advanced Institute of Science and Technology (Nomi City, Ishikawa Prefecture) It was carried out at room temperature (23-27 ° C.) in an autoclave (with an internal capacity of about 27 mL or about 70 mL, withstand pressure of about 0.3 MPaG) approved by the governor of Ishikawa Prefecture. This autoclave has a charge / sampling septum, an air supply pipe, and an exhaust pipe, and the gas discharged from the exhaust pipe is made harmless by a dry-type detoxification facility and then discharged to the outside air.
実施例1および比較例1では、触媒成分を混合する順番の影響を調べた。実施例1は本発明の方法であり、比較例1はメタロセン触媒による重合において通常適用される方法である。
実施例1
圧力0.01MPaGのSiH4ガスを充填した内容積27mLのオートクレーブ内に、セプタムからビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロリド(Cp* 2TiCl2)のトルエン溶液(濃度7.5mmol/L)の4mLをシリンジを用いて注入し、十分に撹拌した。次いでここに、セプタムからn−ブチルリチウム(n−BuLi)のトルエン溶液(濃度60mmol/L)の1mLをシリンジを用いて注入し、重合を開始した。ここで使用したCp* 2TiCl2およびn−BuLiの量は、SiH4の仕込み量に対して、それぞれ、3モル%および6モル%に相当する。
重合開始から4時間後に、セプタムから気体をサンプリングし、これをガスクロマトグラフィー(GC)で分析してSiH4の脱水素縮合重合により発生した水素の量を定量し、この値を用いた計算によりSiH4の重合反応転化率を求めた。その結果、反応開始4時間後の重合反応転化率は、SiH4の仕込み量に対して74.3モル%であった。反応系から少量の固体を回収した。
In Example 1 and Comparative Example 1, the influence of the order of mixing the catalyst components was examined. Example 1 is the method of the present invention, and Comparative Example 1 is a method usually applied in the polymerization with a metallocene catalyst.
Example 1
In autoclave 27mL filled with SiH 4 gas pressure 0.01MPaG, bis through the septum (pentamethylcyclopentadienyl) titanium dichloride solution in toluene (Cp * 2 TiCl 2) (concentration 7.5 mmol / L) 4 mL of was injected using a syringe and stirred well. Next, 1 mL of a toluene solution (concentration: 60 mmol / L) of n-butyllithium (n-BuLi) was injected from the septum using a syringe to initiate polymerization. Wherein the amount of Cp * 2 TiCl 2 and n-BuLi used was the charged amount of SiH 4, respectively, equivalent to 3 mol% and 6 mol%.
After 4 hours from the start of the polymerization, a gas was sampled from the septum, and this was analyzed by gas chromatography (GC) to determine the amount of hydrogen generated by the dehydrogenative condensation polymerization of SiH 4. The polymerization reaction conversion rate of SiH 4 was determined. As a result, the polymerization reaction conversion rate after 4 hours from the start of the reaction was 74.3 mol% with respect to the amount of SiH 4 charged. A small amount of solid was recovered from the reaction system.
比較例1
内容量6mLのガラス容器中で、Cp* 2TiCl2のトルエン溶液(濃度7.5mmol/L)の4mLおよびn−BuLiのトルエン溶液(濃度60mmol/L)の1mLを混合して触媒溶液を得た。
圧力0.01MPaGのSiH4ガスを充填したオートクレーブ内に、セプタムから上記触媒溶液の全量をシリンジを用いて注入して重合を開始し、実施例1と同様にして反応開始4時間後の重合反応転化率を求めた。その結果、反応開始4時間後の重合反応転化率はSiH4の仕込み量に対して8.5モル%であった。反応系から少量の固体を回収した。
Comparative Example 1
In a glass container with an internal volume of 6 mL, 4 mL of a toluene solution of Cp * 2 TiCl 2 (concentration 7.5 mmol / L) and 1 mL of a toluene solution of n-BuLi (
Into an autoclave filled with SiH 4 gas at a pressure of 0.01 MPaG, the entire amount of the catalyst solution was injected from a septum using a syringe to start polymerization, and the polymerization reaction was started 4 hours after the start of the reaction in the same manner as in Example 1. Conversion was determined. As a result, the polymerization reaction conversion rate after 4 hours from the start of the reaction was 8.5 mol% with respect to the amount of SiH 4 charged. A small amount of solid was recovered from the reaction system.
実施例2および3では、使用するメタロセンの種類を変えて検討した。
実施例2
Cp* 2TiCl2の代わりにビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(Cp* 2ZrCl2)を使用したほかは、実施例1と同様にしてSiH4の脱水素縮合重合を行い、反応開始4時間後の重合反応転化率を求めた。その結果、反応開始4時間後の重合反応転化率は、SiH4の仕込み量に対して76.2モル%であった。反応系から少量の固体を回収した。
この反応系から回収した固体を試料として測定したATR−IR(減衰全反射赤外分光)チャートを図1(a)および(b)に、
固体NMR(29Si CP−MAS(交差分極−マジック角回転) NMR、80MHz、装置はVarian Inc.製を使用)チャートを図2に、それぞれ示した。
これらの結果から、回収された固体はポリヒドロシランであると考えられる。
In Examples 2 and 3, the type of metallocene used was changed and examined.
Example 2
SiH 4 was subjected to dehydrogenative condensation polymerization in the same manner as in Example 1 except that bis (pentamethylcyclopentadienyl) zirconium dichloride (Cp * 2 ZrCl 2 ) was used instead of Cp * 2 TiCl 2. The polymerization
An ATR-IR (Attenuated Total Reflection Infrared Spectroscopy) chart obtained by measuring a solid collected from the reaction system as a sample is shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
A solid-state NMR ( 29 Si CP-MAS (cross polarization-magic angle rotation) NMR, 80 MHz, apparatus used by Varian Inc.) chart is shown in FIG.
From these results, the recovered solid is considered to be polyhydrosilane.
実施例3
Cp* 2TiCl2の代わりにビス(t−ブチルシクロペンタジエニル)ハフニウムジクロリド(tBu−Cp2HfCl2)を使用したほかは、実施例1と同様にしてSiH4の脱水素縮合重合を行い、反応開始4時間後の重合反応転化率を求めた。その結果、反応開始4時間後の重合反応転化率は、SiH4の仕込み量に対して16.7モル%であった。反応系から少量の固体を回収した。
Example 3
SiH 4 was subjected to dehydrogenative condensation polymerization in the same manner as in Example 1 except that bis (t-butylcyclopentadienyl) hafnium dichloride (tBu-Cp 2 HfCl 2 ) was used instead of Cp * 2 TiCl 2. The polymerization
実施例4では、種々のメタロセンを用いて、SiH4の重合反応転化率の経時的変化を追跡した。
実施例4
Cp* 2TiCl2の代わりに各種のメタロセンを使用したほかは、実施例1と同様にしてSiH4の脱水素縮合重合を開始した。実施例1における、セプタムからの気体のサンプリングおよびGC分析を経時的に行うことにより、SiH4の重合反応転化率を経時的に求めた。
各実験例の、反応開始20時間後におけるSiH4の仕込み量に対する重合反応転化率を表1に、SiH4の重合反応転化率の経時的変化を図3〜5に、それぞれ示した。
In Example 4, various metallocenes were used to track the change over time in the polymerization reaction conversion rate of SiH 4 .
Example 4
The dehydrogenative condensation polymerization of SiH 4 was started in the same manner as in Example 1 except that various metallocenes were used instead of Cp * 2 TiCl 2 . By performing sampling of gas from the septum and GC analysis in Example 1 over time, the polymerization reaction conversion rate of SiH 4 was obtained over time.
In each experimental example, the polymerization reaction conversion rate with respect to the amount of SiH 4 charged 20 hours after the start of the reaction is shown in Table 1, and the change over time in the polymerization reaction conversion rate of SiH 4 is shown in FIGS.
各実験例において使用したメタロセンの種類は、以下のとおりである。カッコ内は、表1および図3〜5における表記である。
実験例a:ジシクロペンタジエニルチタニウムジクロリド(Cp2TiCl2)
実験例b:ビス(t−ブチルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロリド(tBuCp2TiCl2)
実験例c:ビス(インデニル)チタニウムジクロリド(Ind2TiCl2)
実験例d:ビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロリド(Cp*2TiCl2)
実験例e:ジシクロペンタジエニルジルコニウムジクロリド(Cp2ZrCl2)
実験例f:ビス(t−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(tBuCp2ZrCl2)
実験例g:ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド(Ind2ZrCl2)
実験例h:ansa−エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド(ansa−Ind2ZrCl2)
実験例i:ビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(Cp*2ZrCl2)
実験例j:ビス(t−ブチルシクロペンタジエニル)ハフニウムジクロリド(tBuCp2HfCl2)
The types of metallocene used in each experimental example are as follows. The contents in parentheses are the notations in Table 1 and FIGS.
Experimental Example a: Dicyclopentadienyl titanium dichloride (Cp2TiCl2)
Experimental Example b: Bis (t-butylcyclopentadienyl) titanium dichloride (tBuCp2TiCl2)
Experimental Example c: Bis (indenyl) titanium dichloride (Ind2TiCl2)
Experimental Example d: Bis (pentamethylcyclopentadienyl) titanium dichloride (Cp * 2TiCl2)
Experimental Example e: Dicyclopentadienylzirconium dichloride (Cp2ZrCl2)
Experimental Example f: Bis (t-butylcyclopentadienyl) zirconium dichloride (tBuCp2ZrCl2)
Experimental Example g: Bis (indenyl) zirconium dichloride (Ind2ZrCl2)
Experimental Example h: ansa-ethylenebis (indenyl) zirconium dichloride (ansa-Ind2ZrCl2)
Experimental Example i: Bis (pentamethylcyclopentadienyl) zirconium dichloride (Cp * 2ZrCl2)
Experimental Example j: Bis (t-butylcyclopentadienyl) hafnium dichloride (tBuCp2HfCl2)
実施例5では、ルイス塩基を添加した場合の効果について調べた。実験例a〜dがルイス塩基としてアミンを添加した場合であり、
実施例e〜fがルイス塩基としてホスフィンを添加した場合であり、
実施例gがルイス塩基としてエーテルを添加した場合である。比較実験例はルイス塩基を添加しなかった場合である。
実施例5(実験例a〜g)
圧力0.01MPaGのSiH4ガスを充填した内容積25mLのオートクレーブ内に、セプタムからビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(Cp* 2ZrCl2)のトルエン溶液(濃度10mmol/L)の3mLおよび各種ルイス塩基のトルエン溶液(溶液濃度および溶液使用量は後述)をシリンジにて注入し、十分に撹拌した。次いでここに、セプタムからn−ブチルリチウム(n−BuLi)のトルエン溶液(濃度60mmol/L)の1mLをシリンジにて注入し、重合を開始した。ここで使用したCp* 2ZrCl2、ルイス塩基およびn−BuLiの量は、SiH4の仕込み量に対して、それぞれ、1モル%、1モル%および2モル%に相当する。
反応開始後、実施例4と同様にしてセプタムからの気体のサンプリングおよびGC分析を経時的に行うことにより、SiH4の重合反応転化率を経時的に求めた。
各実験例における、ルイス塩基の種類、反応開始20時間後のSiH4の仕込み量に対する重合反応転化率を表2に、SiH4の重合反応転化率の経時的変化を図6および7に、それぞれ示した。
In Example 5, the effect when a Lewis base was added was examined. Experimental examples a to d are cases where an amine is added as a Lewis base,
Examples ef are cases where phosphine is added as a Lewis base,
Example g is a case where ether is added as a Lewis base. A comparative experimental example is the case where no Lewis base was added.
Example 5 (Experimental examples a to g)
In autoclave 25mL filled with SiH 4 gas pressure 0.01MPaG, 3mL of bis through the septum (pentamethylcyclopentadienyl) zirconium dichloride a toluene solution of (Cp * 2 ZrCl 2) (concentration 10 mmol / L) And a toluene solution of various Lewis bases (solution concentration and amount of solution used later) was injected with a syringe and sufficiently stirred. Next, 1 mL of a toluene solution (
After the start of the reaction, sampling of gas from the septum and GC analysis were performed over time in the same manner as in Example 4 to determine the polymerization reaction conversion rate of SiH 4 over time.
In each experimental example, the type of Lewis base, the polymerization reaction conversion rate with respect to the amount of SiH 4 charged 20 hours after the start of the reaction are shown in Table 2, and the change over time in the polymerization reaction conversion rate of SiH 4 is shown in FIGS. Indicated.
各実験例において使用したルイス塩基の種類、溶液濃度および溶液使用量は以下のとおりである。カッコ内は、表2ならびに図6および7における表記である。
実験例a:N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDTA)、溶液濃度=30mmol/L、溶液使用量=1mL
実験例b:N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)、溶液濃度=30mmol/L、溶液使用量=1mL
実験例c:トリエチルアミン(NEt3)、溶液濃度=30mmol/L、溶液使用量=1mL
実験例d:ピリジン(Py)、溶液濃度=30mmol/L、溶液使用量=1mL
実験例e:1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン(DPPE)、溶液濃度=30mmol/L、溶液使用量=1mL
実験例f:ジフェニルメチルホスフィン(Ph2PMe)、溶液濃度=30mmol/L、溶液使用量=1mL
実験例g:1,2−ジメトキシエタン(DME)、溶液濃度=30mmol/L、溶液使用量=1mL
実施例5(比較実験例)
ルイス塩基を使用しなかったほかは、上記実験例a〜gと同様にして実施し、SiH4の重合反応転化率を経時的に求めた。このときの、反応開始20時間後におけるSiH4の仕込み量に対する重合反応転化率を表2に、重合反応転化率の経時的変化を図6および7に示した。
The kind of Lewis base used in each experimental example, the solution concentration, and the amount of solution used are as follows. The information in parentheses is the notation in Table 2 and FIGS.
Experimental example a: N, N, N ′, N ″, N ″ -pentamethyldiethylenetriamine (PMDTA), solution concentration = 30 mmol / L, solution use amount = 1 mL
Experimental example b: N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine (TMEDA), solution concentration = 30 mmol / L, solution use amount = 1 mL
Experimental Example c: Triethylamine (NEt3), solution concentration = 30 mmol / L, solution use amount = 1 mL
Experimental example d: pyridine (Py), solution concentration = 30 mmol / L, solution usage amount = 1 mL
Experimental example e: 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane (DPPE), solution concentration = 30 mmol / L, amount of solution used = 1 mL
Experimental Example f: Diphenylmethylphosphine (Ph2PMe), solution concentration = 30 mmol / L, solution use amount = 1 mL
Experimental Example g: 1,2-dimethoxyethane (DME), solution concentration = 30 mmol / L, solution use amount = 1 mL
Example 5 (Comparative Experiment Example)
In addition to not using the Lewis base is carried out in the same manner as Experimental Example a to g, was obtained polymerization conversion rate of SiH 4 over time. Table 2 shows the polymerization reaction conversion rate relative to the amount of SiH 4 charged 20 hours after the start of the reaction, and FIGS. 6 and 7 show the change over time in the polymerization reaction conversion rate.
実施例6では、ルイス塩基の添加量の効果について調べた。
実験例a〜dはルイス塩基としてN,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDTA)を用いた場合であり、
実験例eおよびfはルイス塩基として1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン(DPPE)を用いた場合であり、そして
実験例gおよびhはルイス塩基として1,2−ジメトキシエタン(DME)を用いた場合である。
実施例6(実験例a〜h)
圧力0.01MPaGのSiH4ガスを充填した内容積25mLのオートクレーブ内に、セプタムからビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(Cp* 2ZrCl2)のトルエン溶液(濃度10mol/L)の3mLおよび各種ルイス塩基のトルエン溶液(溶液濃度はそれぞれ上記実施例5におけるのと同じであり、溶液使用量は変量としてルイス塩基量がそれぞれ表3に記載の値となるようにした。)をシリンジにて注入し、十分に撹拌した。次いでここに、セプタムからn−ブチルリチウム(n−BuLi)のトルエン溶液(濃度60mmol/L)の1mLをシリンジにて注入し、重合を開始した。ここで使用したCp* 2ZrCl2およびn−BuLiの量は、SiH4の仕込み量に対して、それぞれ、1モル%および2モル%に相当する。
反応開始後、実施例4と同様にしてセプタムからの気体のサンプリングおよびGC分析を経時的に行うことにより、SiH4の重合反応転化率を経時的に求めた。
各実施例における、ルイス塩基の種類およびSiH4の仕込み量に対する添加量、反応開始20時間後のSiH4の仕込み量に対する重合反応転化率を表3に、SiH4の重合反応転化率の経時的変化を図8〜10に、それぞれ示した。表3ならびに図8〜10には、上記実施例5における比較実験例の結果も合わせて示した。
In Example 6, the effect of the added amount of Lewis base was examined.
Experimental examples a to d are cases where N, N, N ′, N ″, N ″ -pentamethyldiethylenetriamine (PMDTA) is used as the Lewis base,
Experimental examples e and f are cases where 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane (DPPE) was used as the Lewis base, and experimental examples g and h were 1,2-dimethoxyethane (DME) as the Lewis base. This is the case.
Example 6 (Experimental examples a to h)
In autoclave 25mL filled with SiH 4 gas pressure 0.01MPaG, 3mL of bis through the septum (pentamethylcyclopentadienyl) zirconium dichloride a toluene solution of (Cp * 2 ZrCl 2) (concentration 10 mol / L) In addition, toluene solutions of various Lewis bases (the solution concentrations were the same as those in Example 5 above, and the amount of the solution used was changed so that the amount of Lewis base was the value shown in Table 3) were used as syringes. Pour and stir well. Next, 1 mL of a toluene solution (
After the start of the reaction, sampling of gas from the septum and GC analysis were performed over time in the same manner as in Example 4 to determine the polymerization reaction conversion rate of SiH 4 over time.
In each example, the amount of addition on the type and charge of SiH 4 Lewis base, a polymerization reaction conversion based on the charged amount of SiH 4 after the start of the
実施例7
本実施例では、本発明の方法によって得られたポリヒドロシランがシリコンの前駆体として好適であることを検証した。
上記実施例4の実験例a〜dで回収した各固体を、窒素雰囲気下、450℃において1.5時間加熱することにより、暗褐色の粉末をそれぞれ得た。
この粉末を試料として、以下の条件でX線光電子分光(XPS)分析を行った。
測定装置:Phi5600 ESCA System(ULVAC−PHI Inc.製)
得られたXPSチャートを図11(a)および(b)に示した。結合エネルギー99〜100eV付近にSi(0価)のピークが、102〜104eV付近にSi(4価)の微弱なピークが、それぞれ観察されたことから、上記加熱後の粉末は0価のシリコンであることが確認され、本発明の方法によって得られたポリヒドロシランがシリコンの前駆体として好適であることが分かった。
Example 7
In this example, it was verified that the polyhydrosilane obtained by the method of the present invention is suitable as a silicon precursor.
Each solid collected in Experimental Examples a to d of Example 4 was heated at 450 ° C. for 1.5 hours in a nitrogen atmosphere to obtain dark brown powders.
Using this powder as a sample, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis was performed under the following conditions.
Measuring apparatus: Phi5600 ESCA System (manufactured by ULVAC-PHI Inc.)
The obtained XPS charts are shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). Since a Si (zero valent) peak was observed in the vicinity of a binding energy of 99 to 100 eV and a weak Si (tetravalent) peak was observed in the vicinity of 102 to 104 eV, the heated powder was zero-valent silicon. It has been confirmed that the polyhydrosilane obtained by the method of the present invention is suitable as a precursor for silicon.
実施例8
本実施例では、本発明の方法によって得られたポリヒドロシランを前駆体として製造されたシリコンが高純度のものであることを検証した。
上記実施例2で回収した固体約30mgにテトラヒドロフラン2mLを加え、懸濁液とした。得られた懸濁液につき、超音波液体処理機Sonifier150(Branson Ultrasonics社製、23kHz)を用いて出力2〜4Wにて30分間超音波洗浄した。洗浄後の懸濁液につき、小型微量遠心機PMC−060((株)トミー精工製、遠心加速度約2,000G)を用いて固体と洗浄液とに遠心分離した。この固体を回収し、同様の手法でさらに2回超音波洗浄/遠心分離操作を行った。
上記のようにして合計3回洗浄した固体を窒素雰囲気のグローブボックス中に搬入し、450℃において1時間加熱したところ、25.1mgの暗褐色の粉末が得られた。
得られた粉末を試料として、誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)によって金属不純物の含有量を分析したところ、Zr=16mg/g、Li=2.4mg/gであった。
Example 8
In this example, it was verified that silicon produced using polyhydrosilane obtained by the method of the present invention as a precursor had high purity.
Tetrahydrofuran (2 mL) was added to about 30 mg of the solid recovered in Example 2 to obtain a suspension. The obtained suspension was subjected to ultrasonic cleaning for 30 minutes at an output of 2 to 4 W using an ultrasonic liquid processor Sonifier 150 (manufactured by Branson Ultrasonics, 23 kHz). The suspension after washing was centrifuged into a solid and a washing solution using a small microcentrifuge PMC-060 (Tomy Seiko Co., Ltd., centrifugal acceleration of about 2,000 G). This solid was recovered and further subjected to ultrasonic cleaning / centrifugation twice more in the same manner.
The solid washed three times in total as described above was carried into a glove box under a nitrogen atmosphere and heated at 450 ° C. for 1 hour to obtain 25.1 mg of a dark brown powder.
When the obtained powder was used as a sample and the content of metal impurities was analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), Zr = 16 mg / g and Li = 2.4 mg / g.
実施例9
本実施例では、本発明の方法によって得られたポリヒドロシランを用いてシリコン膜を形成した。
上記実施例2で回収した固体を、実施例8におけるのと同様にしてテトラヒドロフランで洗浄したうえ、その約20mgをシクロペンタシラン約20mgと混合して、膜形成用組成物を得た。
窒素雰囲気のグローブボックス中で、シリコン基板上に、上記の膜形成用組成物を配置し、その上に、約1cm四方の平滑なSiO2製鋳型を載せて、室温において0.5MPaGにて5分、次いで200℃において3.5MPaGにて15分加圧して型押しした。その後鋳型を除去し、基板上の成形物を、ホットプレートにて窒素下、400℃において1時間加熱したところ、膜状物が得られた。
この膜状物について測定したラマン分光チャートを図12(a)に示した。
また、シクロペンタシランを用いなかったほかは上記と同様にして得られたものについて測定したラマン分光チャートを図12(b)に示した。
Example 9
In this example, a silicon film was formed using polyhydrosilane obtained by the method of the present invention.
The solid recovered in Example 2 was washed with tetrahydrofuran in the same manner as in Example 8, and about 20 mg thereof was mixed with about 20 mg of cyclopentasilane to obtain a film-forming composition.
In a glove box in a nitrogen atmosphere, the film-forming composition described above is placed on a silicon substrate, and a smooth SiO 2 mold about 1 cm square is placed on the composition, and 5 MPa at 0.5 MPaG at room temperature. And then pressed at 3.5 MPaG for 15 minutes at 200 ° C. and embossed. Thereafter, the mold was removed, and the molded product on the substrate was heated on a hot plate under nitrogen at 400 ° C. for 1 hour to obtain a film-like product.
The Raman spectroscopic chart measured for this film-like material is shown in FIG.
Further, FIG. 12 (b) shows a Raman spectroscopic chart measured for the product obtained in the same manner as described above except that cyclopentasilane was not used.
Claims (5)
アルキルリチウム、アルキルアルミニウム、アルキルマグネシウムおよびアルキルマグネシウムハライドから選ばれるアルキル化剤と
を接触させて得られる触媒によってSiH4を重合する、ポリヒドロシランの製造方法であって、
前記4族メタロセンとアルキル化剤との接触が、SiH4が存在する条件下で行われることを特徴とする、前記方法。 A process for producing polyhydrosilane, comprising polymerizing SiH 4 with a catalyst obtained by contacting a group 4 metallocene with an alkylating agent selected from alkyllithium, alkylaluminum, alkylmagnesium and alkylmagnesium halide,
Said method, characterized in that the contact between the Group 4 metallocene and the alkylating agent is carried out in the presence of SiH 4 .
L1およびL2は、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル基、インデニル基またはフルオレニル基であり、ただしこれらの基は炭素数1〜4のアルキル基またはトリメチルシリル基で置換されていてもよく;
L3およびL4は、それぞれ独立に、シクロペンタジエニレン基、インデニレン基またはフルオレニレン基であり、ただしこれらの基は炭素数1〜4のアルキル基またはトリメチルシリル基で置換されていてもよく;
Rはメチレン基、炭素数2〜4のアルキレン基またはジメチルシリレン基であり;そして
Xはハロゲン原子である。)
のそれぞれで表される錯体よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 The group 4 metallocene is represented by the following formulas (1-1) and (1-2):
L 1 and L 2 are each independently a cyclopentadienyl group, an indenyl group or a fluorenyl group, provided that these groups may be substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a trimethylsilyl group;
L 3 and L 4 are each independently a cyclopentadienylene group, an indenylene group or a fluorenylene group, provided that these groups may be substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a trimethylsilyl group;
R is a methylene group, an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms or a dimethylsilylene group; and X is a halogen atom. )
The method as described in any one of Claims 1-3 which is at least 1 sort (s) selected from the group which consists of a complex represented by each of these.
アルキルリチウム、アルキルアルミニウム、アルキルマグネシウムおよびアルキルマグネシウムハライドから選ばれるアルキル化剤と
を接触させて得られる触媒であって、
前記4族メタロセンとアルキル化剤との接触が、SiH4が存在する条件下で行われ、そして
SiH4を重合してポリヒドロシランを製造するために用いられることを特徴とする、前記触媒。 A catalyst obtained by contacting a group 4 metallocene with an alkylating agent selected from alkyllithium, alkylaluminum, alkylmagnesium and alkylmagnesium halide,
The catalyst according to claim 1, wherein the contact between the group 4 metallocene and the alkylating agent is carried out under conditions where SiH 4 is present, and is used to polymerize SiH 4 to produce polyhydrosilane.
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