KR100731836B1 - 디보란의 제조 및 정제 - Google Patents
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Abstract
BF3, CO2 혹은 이들 모두는 이들 가스와 B2H6을 함유하는 혼합물로 부터 이들 혼합물과 LiOH와 같은 무기 히드록사이드를 접촉시킴으로써 제거된다. B2H6는 BF3와 KBH4를 접촉시킴으로써 합성된다.
디보란의 제조, 정제, 무기할라이드의 제거
Description
도 1은 본 발명의 일예를 나타내는 장치의 다이어그램이며,
도 2b는 디보란 및 BF3를 포함하는 혼합물의 적외선 스펙트럼,
도 2a는 본 발명에 의한 일 실시에 따른 정제 후 도 2b에 의한 혼합물의 적외선 스펙트럼,
도 3b는 디보란 및 BF3를 포함하는 다른 혼합물의 적외선 스펙트럼,
도 3a는 본 발명에 의한 일 실시에 따른 정제 후 도 3b에 의한 혼합물의 적외선 스펙트럼이다.
본 발명은 디보란의 제조 및 정제에 관한 것이다.
디보란(B2H6)은 반도체의 p타입 도픈트로 사용되는 가연성가스이며 또한 보론-포스페이트 실리케이트 글라스 형성에 사용된다. 디보란은 보란테트라하이드로퓨란, 보란 디메틸 술파이드 및 다량한 아민 보란과 같은 루이스염기와 다양한 착물을 형성한다. 이들 화합물은 약학적으로 사용되는 고순도의 화학물질 및 무전기 (electroless) 금속 플레이트 배스(bath)의 합성에 선택적인 환원제로 광범위하게 사용된다.
실온에서, 디보란은 기상∼고상의 물리적상태를 갖는 보란으로 서서히 분해된다. 이는 공정변형 및 장치 부동작의 원인이된다. 분해를 감소시키기 위해, 디보란은 블랭킷 가스와의 혼합물로서 혹은 드라이 아이스 온도와 같은 저온으로 적재된다. 분해문제를 극복하기 위한 다른 방법은 사용시점(point-of-use)에서 디보란을 생성하는 것이다. 그러나, 현재 사용되는 합성법 및 정제법과 관련된 문제는 사용시점에서 디보란의 생성이 저해된다는 것이다.
디보란을 합성하는 여러가지 방법이 알려져 있다. 가장 전형적으로 그리고 상업적으로 사용되는 합성방법은 디글리메(diglyme)와 같은 용매에서 소디움 보로하이드리드(sodium borohydride)와 보론 트리플로라이드를 반응시키는 것이다. 이 방법은 매우 가연성인 용매를 사용하기 때문에, 현저한 안전주의가 요구된다. 나아가, 디보란은 용매와 착물(complexes)을 형성한다. 이와같은 착물은 디보란을 정제하기 어렵게한다.
디보란 합성의 바람직한 건조방법은 미국 특허 제 4,388,284에 기술되어 있다. 이 방법은 용매를 사용하지 않고 리튬 혹은 소디움 보로하이드리드와 보론 트리플로라이드(BF3)를 반응시키는 것을 포함한다. 바람직한 방법으로, 상기 특허는 소디움 보로하이드리드상에서 액화질소온도로 기상 보론 트리플로라이드를 축합한후, 결과 혼합물을 0∼50℃의 반응온도로 가온하고 혼합물을 반응온도에서 4∼12시 간동안 유지함을 개시하고 있다. 이 방법에서는 디보란 약 95% 그리고 또한 미반응된 보론 트리플로라이드를 함유하는 혼합물이 생성된다. 비슷한 조건하에서, 리튬 보로하이드리드와 보론 트리플로라이드의 반응은 서서히 진행되고 수율은 저조하다.
건조공정에 의해 용매 오염물이 없는 디보란이 제공되며, 생성물은 다량의 미반응된 보론 트리플로라이드를 함유한다. 고순도의 디보란이 되도록하기 위해서는, 보론 트리플로라이드로 부터 디보란을 분리하기 위해 증류하여야 한다. 이 방법은 공업적인 생산에서는 느리고 배치공정이다. 열역학적 견지에서, 리튬 보로하이드라이드와 보론 트리플로라이드의 반응은 소디움 보로하이드라이드와의 반응에 비하여 보다 우호적일 수 있으나, '284 특허에 기술된 바에 의하면 리튬 보로하이드라이드를 포함하는 반응은 실제에 잘 작동하지 않는다.
본 발명의 목적은 디보란을 합성하는 효율적인 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 견지에 있어서, 디보란 및 보론 트리플로라이와 같은 보론 트리할라이드를 함유하는 혼합물과 하나 또는 그 이상의 무기 히드록사이드를 포함하는 반응조성물{reagent composition}을 접촉시킴으로써 이와 같은 혼합물을 처리하는 방법이 제공된다.
상기 견지의 본 발명에서, 무기 히드록사이드가 디보란을 함유하는 기체 혼합물로 부터 보론 트리할라이드, 특히 BF3를 선택적으로 제거하는 것을 포함한다. 예를들어, 반응조성물은 소디움, 포타슘 혹은 리튬 히드록사이드와 같은 하나 또는그 이상의 알칼리 금속 히드록사이드; 베릴륨, 칼슘, 스트론튬 및 바륨 히드록사이드와 같은 알칼리토 히드록사이드; 암모늄 히드록사이드; 및 전이 금속 히드록사이드를 포함할 수 있다. 이들 물질의 혼합물이 사용될 수 있다. 바람직하게, 반응조성물은 실질적인 양의 무기 히드록사이드, 즉, 10중량%이상, 바람직하게는 20중량%의 히드록사이드를 포함한다. 바람직하게, 조성물은 히드록사이드 혹은 히드록사이드들로 주로 구성된다. 즉, 반응조성물은 히드록사이드를 50중량%이상의 몰분획으로 함유한다. 가장 바람직하게, 반응조성물은 대개 히드록사이드 혹은 히드록사이드들로 구성된다. 반응조성물은 전형적으로 분말, 펠릿, 고형, 과립과 같은 고형형태 혹은 알루미나 혹은 실리카와 같은 비활성 지지체상의 코팅물로서 존재한다. 반응조성물은 이를 예를들어 사용하기전에 비활성 분위기에서 베이킹(baking)하는 것과 같이 사용하기 전에 상승된 온도에서 유지하여 전처리 할 수 있다.
접촉단계에서의 온도는 바람직하게는 실온(약 20℃)이하이며, 보다 바람직하게는 약 0℃이하이다. 약 -20℃이하, 바람직하게는 약 -40℃이하의 온도가 보다 더 바랍직하다. 이와 같이 저온을 사용함으로써 공정중 디보란의 분해가 최소화된다. 가장 바람직하게, 디보란-함유 혼합물은 반응조성물과 접촉되는 경우 기상상태이다. 따라서, 접촉단계에서의 온도는 사용되는 압력에서 디보란의 비점보다 높다. 달리말하면, 접촉단계에서의 압력은 접촉단계에서 사용되는 온도에서 디보란의 평 형 증기압 보다 낮다. 디보란의 비점은 대기압에서 약 -92℃이며, 따라서 접촉단계에서의 온도는 접촉단계가 대략 대기압에서 행하여지면 약 -92℃이상이다. 드라이아이스 온도(약 -80℃)가 특히 바람직하다.
혼합물과 반응조성물간의 접촉시간은 몇 초에서 몇 시간일 수 있으며, 몇초간의 매우 짧은 여러번의 접촉시간이 보다 바람직하다. 접촉단계는 배치방식으로 혹은 바람직하게는 혼합물을 반응조성물을 함유하는 용기를 연속적으로 통과시키는 연속방식으로 행할 수 있다. 용기를 통과하는 유속 및 용기와 반응조성물의 비율은 어떠한 바람직한 접촉시간을 제공하도록 선택될 수 있다. 바람직하게, 정제공정, 특히 접촉단계는 정제된 디보란이 사용되는 지점에서 행하여지며, 디보란은 사용되기 약 4시간 혹은 그 이하의 시간전에 정제된다. 가장 바람직하게, 디보란은 사용되기 직전에 정제된다.
본 발명에 대하여 상기 디보란의 정제와 관련하여 기술하고 있으나, 상기 방법은 다른 무기 하이드리드의 정제 및 BF3와 같은 보론 트리할라이드가 아닌 무기 할라이드의 제거에 또한 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 디보란, 실란(SiH4), 게르만(GeH4), 포스핀(PH3), 아르신(AsH3), 스티빈(SbH3) 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 무기 하이드리드로 부터 무기 할라이드의 제거에 적용될 수 있다. 바람직하게, 제거되는 무기 할라이드는 BF3, SiF4, GeF4, PF3, PF5, AsF3, AsF5, SbF3, SbF5 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로 부터 선택된다.
다른 견지에 있어서, 본 발명은 디보란-함유 혼합물과 히드록사이드-함유 반 응혼합물의 접촉이 혼합물에 이산화탄소가 존재하면 이산화탄소를 제거하는 역할을 함을 또한 포함한다. 따라서, 본 발명의 이와같은 견지에 따른 방법은 디보란 혹은 상기한 다른 무기 하이드리드 및 이산화탄소를 함유하는 혼합물을 히드록사이드-함유 반응물과 접촉시키는 단계를 포함한다. 공정조건은 할라이드의 제거와 관련하여 기술된다. 기체 혼합물이 할라이드와 이산화탄소를 모두 함유하는 경우, 모두가 단일 접촉 단계로 제거될 수 있다.
본 발명의 다른 견지에서 포타슘 보로하이드리드(KBH4)를 포함하는 보로하이드리드 반응물과 보론 트리할라이드, 가장 바람직하게는 BF3를 접촉시켜 반응생성물을 형성하는 단계를 포함하는 디보론합성 방법이 제공된다. 반응은 바람직하게는 약 -130∼20℃의 반응온도에서 행하여진다. 반응물은 바람직하게는 최소 20중량%의 포타슘 보로하이드리드를 포함하며, 바람직하게는 주로 포타슘 보로하이드로 구성되거나 혹은 포타슘 보로하이드리드와 함께 소디움 보로하이드리드(NaBH4)를 포함한다. 반응단계는 바람직하게는 용매없이 행하여지며 따라서 이하 "건조"공정이라 한다. 상기 반응은 바람직하게는 보론 트리할라이드가 고형의 보로하이드리드 반응물을 함유하는 용기를 통과함에 따라 기상형태의 보론 트리할라이드를 연속적으로 통과시키면서 행하여진다. 상기 반응은 용기에서 보로할라이드를 반응물상에서 축합한 후, 용기, 반응물 및 보로할라이드를 가온하는 배치방식으로 또한 행하여질 수 있다. 본 발명의 이와 같은 견지는 디보란으로의 보론 트리플로라이드의 보다 많은 전환이 보론 트리플로라이드를 포타슘 보로하이드리드와 반응시킨 후 리튬 혹은 소디움 보로하이드리드와 반응시킴으로써 달성되는 것을 포함한다. 포타슘 보로하이드리드와의 반응은 약 -130∼ 20℃의 온도에서 특히 바람직하다. 가장 바람직하게, 반응조건은 액체 BF3가 적어도 반응의 일부동안 보로하이드리드 반응물과 접하도록 접촉하여 존재할 수 있도록 선택된다. 따라서, BF3는 바람직하게 보로하이드리드 반응물상에서 축합된다.
본 발명의 다른 견지에 있어서, 본 발명에 의한 방법의 수행에 사용되는 장치가 제공된다. 따라서, 본 발명의 일 견지에서 디보란-함유 또는 다른 무기 하이드리드 혼합물로 부터 BF3와 같은 무기 할라이드 및 이산화탄소를 선택적으로 제거하는 정화기(purifier) 및 이와 같은 정화기를 포함하는 디보란 발생 시스템이 또한 제공된다. 본 발명의 다른 견지에서, 상기한 정화기를 또한 포함할 수 있는 포타슘 보로하이드리드 반응을 사용하는 디보란 제조용 발생기(generator)가 제공된다. 본 발명의 이러한 견지에 따른 장치는 사용시점에서 설치될 수 있으며 바람직하게는 장치내에서 제조된 혹은 정제된 보란을 디보란-사용 장치내로 연속적으로 혹은 배치형태로 운반하는 디보란-사용 공정 장치에 직접 연결된다.
* 도면의 간단한 설명 *
도 1은 본 발명의 일예를 나타내는 장치의 다이어그램이며,
도 2b는 디보란 및 BF3를 포함하는 혼합물의 적외선 스펙트럼,
도 2a는 본 발명에 의한 일 실시에 따른 정제 후 도 2b에 의한 혼합물의 적외선 스펙트럼,
도 3b는 디보란 및 BF3를 포함하는 다른 혼합물의 적외선 스펙트럼,
도 3a는 본 발명에 의한 일 실시에 따른 정제 후 도 3b에 의한 혼합물의 적외선 스펙트럼이다.
본 발명의 실시에 사용되는 장치는 진공 타이트 스테인레스 스틸 밀폐시스템을 포함한다. 압력 조절 밸브 V0를 갖는 가스 실린더 S는 고형 보로하이드리드 반응물을 함유하는 반응 실린더 R에 연결된다. 반응실린더 R은 유입밸브 V1 및 반대편 말단에 배출 밸브 V2를 갖는다. 반응실린더는 재킷트되어(jacketed) 냉각 및 저온 반응을 용이하게한다. 실린더 R의 배출밸브 V2는 티이(tee) T1에 연결된다. 티이 T1의 일 분지(branch)는 정화기 실린더 혹은 유입밸브 V3 및 배출밸브 V4를 갖는 정화기 P1에 연결된다. 정화기 실린더는 고형의 히드록사이드 반응물을 함유한다. 정화기 실린더의 배출밸브는 가스 수신 장치 F에 다른 티이 T2 및 밸브 V5를 통해 연결된다. 장치 F는 디보란을 수집하기 위한 수신 실린더일 수 있거나 혹은 반도체 박막 용착(deposition) 시스템 혹은 다른 반응기와 같은 디보란을 소비하는 공정장치의 일부일 수 있다.
바이패스 밸브 V6 및 바이패스 라인 B는 티이 T1 그리고 티이 T2에 연결되는 티이 T3에 연결된다. 티이 T3의 나머지 분지는 압력 및 진공 게이지가 장착된 진공 매니포울드(manifold) M에 밸브 V7을 경유하여 연결된다. 매니포울드에는 펌프 ⓟ 및 폐가스 스쿠러버에 연결된 폐기물 커넥션 W이 장착된다. 매니포울드는 또한 적외선 스펙트로포토미터 셀Ⅰ에 연결되며 부가적인 밸브 V8, V9 및 V10이 제공된다.
유속 미터 및/또는 제어기(도시되지 않음)가 S, 밸브 V3 및 필요한 용량 발생기(capacity generator)를 달성하기 위해 공정을 모니터할 필요가 있는 다른 지점에 제공될 수 있다. 바이패스 라인 및 스펙트로포토미터는 후술하는 실시예에서 평가목적으로 사용된다; 이들 요소 및 관련된 밸브는 생산 시스템에서 생략될 수 있다.
작동시, 반응실린더 R은 상기한 바와 같이 보로하이드리드 반응물로 충진되고 정화기 P1은 또한 상기한 바와 같이 히드록사이드-함유 반응물로 충진된다. 완전한 시스템은 폐기물 커넥션 W 및 관련된 펌프 ⓟ를 통해 탈기된다. 반응실린더 R이 바람직한 반응온도로 유지되고, 정화기 P1가 원하는 접촉 온도로 유지되고, 가스 실린더 S 및 압력 조절 밸브 V0가 보론 트리플로라이드가 밸브 V1을 경유하여 반응실린더 R내로 유입되도록 작동한다. BF3는 실린더 R에서 보로하이드리드와 반응하여 디보란과 BF3를 포함하는 혼합물을 생성한다. 배출 밸브 V2와 정화기 밸브 V3 및 V4는 개방되어 있으며, 따라서 혼합물은 실린더 R로 부터 정화기 P1을 거쳐 정제된 디보란을 형성하며, 이는 수집 실린더 혹은 사용하는 기기 F를 통과한다. 정제된 디보란의 일부는 밸브 V7을 거쳐 매니포울드 M 및 IR 스펙트로포토미터 Ⅰ로 전환된다. 반응기 R로 부터 혼합물의 조성을 모니터하기 위해, 밸브 V3, V4 및 V5는 폐쇄되고, 반면에 밸브 V6은 정화기 P1 주위의 혼합물이 전환되도록 개방된다.
반응기 R에서 포타슘 보로하이드리드 반응물을 사용함에 있어서, BF3의 디보란으로의 최적 전환은 약 -120∼30℃의 반응온도에서 일어난다. 반응이 보다 높은 온도에서 행하여지는 경우, 반응결과 디보란/보론 트리플로라이드 혼합물에서 다량의 보론 트리플로라이드가 관찰된다. 마찬가지로 혼합물에서 보론 트리플로라이드의 함량은 소디움 보로하이드리드가 포타슘 보로하이드리드에 사용되는 경우 보다 많다. 정화기 P1에서 히드록사이드가 혼합물로 부터 보론 트리플로라이드를 효과적으로 제거함으로, 정화기로 부터 산출되는 고-순도 디보란을 유지하면서 소디움 혹은 리튬 보로하이드리드는 반응기 R에서 사용될 수 있다. 이는 정화기 용량(capacity)이 감소됨으로 덜 바람직하다. 정화기에서, 최적 선택 제거는 리튬, 소디움 혹은 포타슘 히드록사이드를 사용함으로써 달성된다. 정화기에 가장 바람직한 히드록사이드는 리튬 히드록사이드이다. 상기한 바와 같이, 정화기 P1은 바람직하게는 실온이하의 온도에서 그리고 보다 바람직하게는 드라이아이스 온도에서 사용된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 다음 실시예는 본 발명을 예시하는 것이다.
실시예
1
포타슘 보로하이드리드 50g을 글로브 백 내부의 헬륨 분위기하에서 각 말단에 플랜지를 갖는 실린더형 스테인레스 스틸 반응기 R(체적 195cc)내부에 적재하였다. 반응기를 폐쇄된 밸브를 갖는 탑재 플랜지로 닫았다. 반응기 어셈블리를 재킷트된 비어있는 실린더형 용기내에 놓았다. 정화기 P1은 딥(dip) 튜브, VCR 피팅(fittings)을 갖는 유입 및 배출 밸브가 창작된 용접된 상부(top)를 갖는 스테인레스 스틸 기포발생기(체적 972cc)이다. 정화기는 충진 포트(fill port)를 통해 반이 포타슘 히드록사이드 펠릿으로 충진되었다. 정화기를 충진하기 위한 작동은 헬륨이 흐르는 글로브 백의 내부에서 행하여진다. 충진포트는 1/2" VCR 캡(cap)으로 닫혔다. 반응기 및 정화기는 도 1에 도시한 바와 같이 연결된다. 반응기 및 정화기를 포함하는 조립의 모든 부분이 탈기된다. 정화기 P1은 포타슘 히드록사이드를 건조하기 위해 탈기되면서 완만하게 가열하였다. 반응기 주위의 재킷트된 용기에는 드라이 아이스가 충진되었다. 정화기를 주위에 드라이 아이스가 충진된 Dewar(플라스크)을 사용하여 냉각하였다.
보론 트리플로라이드는 반응기로의 유입압력이 1100torr을 유지하도록 조절된 압력 조절 밸브 조절기를 갖는 가스 실린더 S 로 부터 반응기 R로 유입되도록 하였다. 반응기의 유입밸브 V1은 폐쇄되고 배출밸브 V2는 개방되어 정화기 P1을 통해 반응된 혼합물의 샘플이 통과되도록 하였다. 24torr 배출압력에서 정화기 P1을 거쳐 통과하는 시료가 예비-진공된 IR 셀 I에 수집되었다. IR 스캔이 Buck Scientific IR 스펙트로포토미터에서 행하여졌다. 도 2a는 시료의 IR 스펙트럼을 나타내며; 이는 수순한 디보란임을 나타낸다. IR 셀은 다시 메니포울드 및 진공이 되도록 하였다. 정화기 상의 두 밸브 V3 및 V4는 닫혀진다. 반응기로 부터의 다른 혼합물 시료는 반응기의 배출 밸브 V2 그리고 바이패스 밸브 V6로 부터 바이패스 라인 B를 열어서 19 torr의 압력으로 IR 셀에 수집되었다. 시료의 IR 스펙트럼을 도 2b에 나타내었다. 스펙트럼은 디보란을 나타내며 또한 BF3의 특성인 1450㎝-1에서의 흡수를 나타낸다. 이들 결과는 정화기가 디보란은 실질적으로 그래로 남겨두고 혼합물에서 BF3가 성공적으로 제거됨을 나타낸다.
실시예
2
포타슘 히드록사이드를 갖는 정화기 P1을 실온으로 유지한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 실질적으로 반복하였다. 정화기를 통과한 시료를 53torr의 압력에서 수집하였으며 IR스캔 하였다. 스펙트럼은 단지 소량의 디보란만을 나타냈으며 BF3는 검출되지 않았다. 그러나, 바이패스 라인 B를 통과하고 따라서 정화기 P1을 통과하여 14torr로 수집되는 다른 시료에는 디보란 및 일부의 보론 트리플로라이드가 함유되어 있으며; 이 시료의 스펙트럼은 도 2b와 유사하였다. 이들 결과는 실온에서 정화기는 보론 트리플로라이드를 완전히 게거하지만 디보란의 일부 불균화(disproportination)가 발생한다.
실시예
3
정화기에 소오다 석회(soda lime)(소디움 히드록사이드, 칼슘 옥사이드 및 칼슘 히드록사이드의 혼합물)이 충진된 것을 제외하고는 실시에 1의 절차를 실질적 으로 반복하였다. 반응기와 정화기를 드라이아이스 온도로 냉각하였다. 정화기를 통과하는 반응기로 부터 시료를 51torr에서 수집하였으며 다른 시료는 19torr에서정화기를 통과하여 수집하였다. 이들 시료에 대한 IR 스캔 비교는 정화기가 디보란/보론 트리플로라이드 혼합물로 부터 보론 트리플로라이드를 일소함을 확실시 하는 것이었다. 그러나, 소오다 석회와 함께 디보란이 축합되지 않는 수소내로 일부 불균화(disproportination)되는 것이 관찰되었다.
비교예
4
실시예 1에 사용된 반응기 R을 세척, 건조한 후 소디움 보로하이드리드 62.4g을 충진하고 도 1과 같이 조립하였으며 진공 매니포울드하였다. 실시예 1에 사용된 정화기 P1에 리튬 히드록사이드 247g이 충진되었다. 실시예 1에 사용된 정화기 P1을 60℃로 가열하고 헬륨으로 반복하여 퍼지(purge)하고 탈기하였다. 반응기 R의 재킷 및 정화기 P1의 Dewar(플라스크)를 드라이 아이스로 충진하였으며, 그 후 드라이 아이스 온도로 냉각하였다. 보론 트리플로라이드를 760torr 압력에서 반응기에 유입하였다. 반응기의 유입밸브 V1을 닫고 배출밸브 V2를 열어서 바이패스 라인 B가 매니포울드되도록 하였다. 시료를 50torr에서 예비-탈기된(pre-evacuated) IR셀에서 수집하였다. 도 3b는 포타슘 보로하이드리드의 실시예 1에 비하여 디보란 및 미반응된 보론 트리플루라이드를 매우 다량으로 함유함을 나타내는 시료의 IR 스캔을 나타낸다.
실시예
5
IR 셀은 다시 탈기하고 정화기 P1을 통과하는 반응기 배출구를 열어서 비교예 4의 반응기로 부터 22.4torr로 시료를 수집하였다. 도 3a로 나타낸 IR스캔 결과는 디보란만을 나타내며 보론 트리플루라이드는 없음을 나타낸다.
비교예
6
반응기 R을 실온으로 유지한 것으로 제외하고는 비교예 4의 절차를 실질적으로 반복하였다. 보론 트리플로라이드를 800torr 압력으로 반응기에 유입되도록 하고 유입밸브를 닫았다. 50torr의 시료를 정화기를 우회하는 IR 셀에 수집하였다. IR 스펙트럼은 보론 트리플로라이드가 우세함을 나타내었으며, 어떠한 디보란이 형성된다하더라도 이는 매우 조금이었다.
실시예
7
포타슘 보로하이드리드를 함유하는 반응기를 사용한 것으로 제외하고는 비교예 6의 절차를 반복하였다. IR 스펙트럼은 비교예 6에서 달성되는 것보다 디보란 함량이 현저하게 많음을 나타낸다.
실시예
8
BF3와 포타슘 보로하이드리드의 반응으로 부터 전환효율 및 디보란의 수율을 측정하였다. 포타슘 보로하이드리드 7.75g(0.1437moles)을 헬륨 분위기의 글로부 백 내부의 스테인레스 스틸 시료 실린더 75㎖에 적재하였다. 실린더를 격막 밸브로 닫고 진공 매니포울드상에 탑재하였다. 보론 트리플로라이드를 실린더로 옮기고 여섯번의 다른 시도로 응축시켰다. 실린더를 액화 질소로 냉각시켰다. 옮겨지는 보론 트리플로라이드의 양을 이들 시도에서 0.01∼0.077moles로 변화시켰다. 각 시도에서 시료 실린더로 이송된 보론 트리플로라이드를 칭량하고 냉동기에서 0℃로 저장하였다. 실린더에 존재하는 반응혼합물을 IR 스캔으로 각 시도마다 30torr에서 분석하였다. 분석후, 생성물을 옮기고 시료 실린더를 칭량하고 보론 트리플로라이드를 재충진하였다. 6번의 완전한 반응 각각에서, 디보란 수율을 IR 스캔으로 관찰하였다. 총 0.19mole의 보론 트리플로라이드를 완전히 반응시켜 디보란을 생성하였다. 다음 시도에서 보론 트리플로라이드 0.01mole 을 첨가하고 냉동고에서 1주일 동안 방치하는 경우, 생성물은 주로 포타슘 보로하이드리드의 소모를 나타내는 보론 트리플로라이드를 주로 함유하였다. 시험은 보론 트리플로라이드 4moles이 포타슘 보로하이드리드 3moles와 완전히 반응하여 디보란을 형성함을 나타내었다.
실시예
9
본 실시예에서, 포타슘 보로하이드리드 21.1g을 스테인레스 스틸 실린더(반응기 실린더) 175㎖에 취한 후 스테인레스 스틸 격막 밸브를 닫았다. 실린더를 탈기하고 칭량하였으며 진공 매니포울드상에 탑재하였다. 보론 트리플로라이드 8.2g(0.1209moles)를 액화질소 온도로 상기 실린더내에서 축합하고 -40℃에서 1주 일간 냉동기에 놓아두었다. 냉동기에서 실린더를 꺼내고 리튬 히드록사이드를 함유하는 정화기의 유입 측면에 탑재하였다. 진공 매니포울드상에 있는 정화기의 배출 측면은 예비-탈기된 175㎖ 스테인레스 스틸 실린더(수신기)에 연결되었다. 정화기를 드라이 아이스로 냉각하고 수신 실린더를 액화질소로 냉각하였다. 상기 실린더로 부터 증기(디보란)을 정화기를 통해 운반하고 차가운 수신 실린더로 운반하였다. 반응기 실린더에서의 중량 손실로 나타내어지는 총 시료 1.6g을 운반하였다. 수신 실린더의 중량 증가는 1.6g이었다. 시료 분석은 CO2 불순물이 10ppm 미만인 순수한 디보란임을 나타내었다. 따라서, 시험은 카본 디옥사이드 불순물 제거시 정화기의 효율을 나타낸다. 본 실시예에서 정화기는 또한 어떠한 다량의 보란을 효과적으로 제거한다.
상기한 실시예의 어떠한 변형등은 본 발명의 범주내인 것으로, 상기 실시예로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
본 발명은 예를들어, 반도체 제조, 유리 제조 혹은 나아가 산업용 화학물질의 합성등에 사용되는 하이드리(hydrides) 등의 합성 및 정제에 적용될 수 있다.
Claims (19)
- 이산화탄소와 디보란으로된 혼합물과 소디움 히드록사이드, 포타슘 히드록사이드 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 무기 히드록사이드를 포함하는 반응조성물의 접촉단계를 포함하는 혼합물로부터의 이산화탄소 제거방법.
- 삭제
- 포타슘 보로하이드리드를 포함하는 반응물과 보론 트리할라이드 반응시켜 반응생성물을 형성함을 포함하는 디보란 생성방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 반응물은 포타슘 보로하이드리드로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 반응물은 포타슘 보로하이드리드와 함께 소디움 보로하이드리드를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 3항 내지 5항중 어느 한항에 있어서, 상기 반응단계는 용매없이 -130∼20℃의 반응온도에서 행하여짐을 특징으로 하는 방법.
- 제 3항 내지 5항중 어느 한항에 있어서, 상기 보론 트리할라이드는 보론 트리플로라이드임을 특징으로 하는 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 보론 트리플로라이드는 상기 반응물과 접촉하여 액체로 존재함을 특징으로 하는 방법.
- 제 3항 내지 5항중 어느 한항에 있어서, 나아가 상기 반응생성물로 부터 소디움 히드록사이드, 포타슘 히드록사이드 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 무기 히드록사이드를 포함하는 반응 조성물을 사용하여 미반응된 보론 트리할라이드를 제거하여 정제된 디보란을 제공하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 9항에 있어서, 나아가 정제된 디보란을 소비지점에서 사용하는 단계를 포함하며, 상기 반응 및 제거단계는 상기 소비지점에서 행하여짐을 특징으로 하는 방법.
- 삭제
- 제 10항에 있어서, 상기 디보란은 형성된 직후에 정제되고 정제된 직후에 사용됨을 특징으로 하는 방법.
- 정제된 디보란을 제공하기 위해 알칼리 금속 보로하이드리드와 보론 트리할라이드를 반응시키는 단계 및 반응생성물과 소디움 히드록사이드, 포타슘 히드록사이드 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 무기 히드록사이드를 포함하는 반응조성물을 접촉시켜 상기 반응생성물로 부터 미반응된 보론 트리할라이드를 제거하는 단계;를 포함하는 디보란 생성방법.
- (a) 보론 트리할라이드 공급원; 및(b) 상기 공급원에 연결된 포타슘 보로하이드리드를 포함하는 반응 조성물을 함유하는 반응용기;를 포함하는 디보란 합성장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 14항에 있어서, 나아가 상기 반응용기를 -130∼20℃의 온도로 유지하도록된 냉각기를 포함하는 장치.
- 제 14항에 있어서, 나아가 소디움 히드록사이드, 포타슘 히드록사이드 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 무기 히드록사이드를 포함하는 조성물을 함유하며, 반응용기로 부터 반응생성물이 정제용기로 통과하도록 반응용기에 연결된 정제용기를 포함함을 특징으로 하는 장치.
- 제 18항에 있어서, 나아가 상기 정제용기를 냉각하도록 배열된 냉각기를 포함하는 장치.
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