KR20110053834A - 모노실란의 정제방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모노실란의 정제방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료로부터 분별 증류 공정을 이용하여 불순물을 제거하는 제 1 단계; 및 상기 제 1 단계에서 정제된 원료를 활성탄에 통과시켜 에틸렌 및 잔여 불순물을 제거하는 제 2 단계를 포함하는 모노실란의 정제방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 활성탄을 이용하여 분별 증류에 의하여 분리되기 어려운 에틸렌을 선택적으로 흡착 제거함으로써 추가 부산물의 생성 없이, 보다 간단하고 효율적으로 고순도의 모노실란을 제공할 수 있다.
모노실란, 에틸렌, 정제, 활성탄, 흡착제
Description
본 발명은 모노실란의 정제방법에 관한 것이다.
모노실란(SiH4)은 반도체 산업, 광전지(photovoltaic) 산업 및 액정디스플레이 (LCD)용 TFT 제조산업 등에 널리 사용되고 있는 가스상의 원료로서, 근래에 들어서 전자부품의 고집적, 고성능화로 인하여 그 순도가 매우 중요시되고 있다.
따라서 탄소 함량이 100 ppb를 초과하지 않고, 붕소, 비소, 인 (phosphorus) 및 기타 전기적 활성 혼합물의 함량이 1 ppb 미만인 고순도의 실리콘을 얻기 위한 방법의 개발이 요구되고 있다.
통상적으로 모노실란은 염화실란류의 불균화 반응시켜 제조하거나, 금속 수소화물을 할로겐화 규소와 반응시켜 제조하는데, 상기 과정에서 에틸렌을 포함한 다수의 불순물이 생성된다.
상기 불순물 중에는 에틸렌 외에도, 에탄, 에틸 실란 및 디에틸 실란 등과 같이 통상적으로 모노실란보다 높은 끓는점에서 증류될 수 있는 중량 불순물, 메탄이나 수소 등과 같이 모노실란보다 낮은 끓는점에서 증류될 수 있는 경량 불순물 또는 붕소, 인 및 비소 등과 같은 무기 불순물 등이 포함될 수 있다.
이와 같은 다양한 불순물 중에서, 에틸렌을 제외한 대부분의 불순물은 분별증류법에 의해 상대적으로 용이하게 제거될 수 있으나, 잔류하는 에틸렌의 경우, 모노실란과 유사한 끓는점을 갖기 때문에 분별 증류로 제거하기가 매우 어렵고, 이에 따라 모노실란 가스 내에 잔존하는 에틸렌이 추후 적용 과정에서 탄소 불순물로 작용하여 정제된 모노실란의 순도를 낮출 수 있다는 문제점이 있었다.
미국등록특허 제4,554,141호는, 모노실란으로부터 에틸렌을 제거하는 방법으로서, 모노실란을 포함하는 가스로부터 에틸렌을 제거하는 방법을 개시하고 있다.
상기 미국등록특허 제4,554,141호에서는 제올라이트로서, 결정성 알루미노실리케이트 (aluminosilicate)를 사용하고 있으며, 다공성 구조를 가진 제올라이트는 모노실란으로부터 에틸렌을 선택적으로 제거할 수 있으며, 에틸렌에 대한 흡착능이 우수하고 용이하게 재생될 수 있다는 점을 기술하고 있다.
보다 구체적으로, 상기 미국등록특허 제4,554,141호에서는 에틸렌을 제외한 탄화수소 혼합물을 제거하기 위해 모노실란을 우선 정류하고, 모노실란 가스의 흐름을 제올라이트에 통과시켜, 선택적으로 에틸렌을 제거한 후, 정제된 모노실란을 단리(isolation)하는 단계를 개시하고 있다.
그러나, 상기와 같은 모노실란 정제 방법의 경우, 모노실란 가스가 제올라이트를 통과하는 과정에서 에틸렌의 일부가 에틸 실란으로 전환되기 때문에, 이와 같 은 에틸 실란이 또 다른 탄소 불순물로 작용할 수 있어, 이에 대한 추가 정제 공정이 필요하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모노실란 가스로부터 에틸렌 등과 같은 불순물을 보다 간단한 공정을 통하여 추가 부산물의 생산 없이 효율적으로 제거하는 모노실란의 정제방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료를 활성탄에 통과시켜 에틸렌 및 잔여 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 모노실란의 정제방법을 제공한다.
본 발명에 따른 모노실란의 정제방법에 의하면, 불순물, 특히 에틸렌과 같이, 모노실란으로부터 분리하기 어려운 불순물을 보다 간편하고 용이한 방법으로 제거하여 초고순도의 목적 화합물을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 정제방법에 의하면, 에틸렌의 제거공정 시에 에틸 실란 등과 같은 추가 부산물이 생성되지 않 아, 이에 대한 별도의 제거 공정이 요구되지 않으며, 낮은 압력과 온화한 조건 하에서도 높은 흡착 효율을 나타낼 수 있으므로 보다 경제적인 조건에서 운전할 수 있다.
본 발명은 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료를 활성탄에 통과시켜 에틸렌 및 잔여 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 모노실란의 정제방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 모노실란의 정제방법에 대해서 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모노실란의 정제방법은 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료를 기공직경이 0.4 nm 내지 0.7 nm 인 활성탄에 통과시켜 에틸렌 및 잔여 불순물을 제거하는 단계를 포함한다.
상기에서, 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료는, 이 분야에서 공지된 다양한 반응을 통하여 제조된 모노실란 화합물로서, 모노실란 및 에틸렌을 포함하는 것이라면, 어떠한 반응을 통하여 제조된 원료인지는 특별히 제한되지 않는다.
상기 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료의 구체적인 예를 들면, 금속 수소화물과 할로겐화 규소의 반응에 의하여 얻어진 제1원료; 또는 할로겐화 규소의 불균화 반응에 의하여 얻어진 제2원료일 수 있다.
제1원료의 구체적인 예를 들면, 수소화나트륨(NaH), 수소화칼슘(CaH2) 및 수 소화나트륨 알루미늄(sodium aluminum hydride; NaAlH4)로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 수소화물과; 사염화규소(SiCl4) 및 사불화규소(silicon tetrafluoride; SiF4)로 이루어진 군으로부터 선택된 할로겐화 규소를 반응시켜 얻어질 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 수소화나트륨 알루미늄 및 사불화 규소를 반응시켜 모노실란을 제조할 수 있는데, 이와 같은 반응은 하기 반응식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[반응식 1]
NaAlH4 + SiF4 → NaAlF4 + SiH4
한편, 제2원료는, 모노클로로실란(SiH3Cl), 디클로로실란(SiH2Cl2), 트리클로로실란(SiHCl3) 및 사염화규소(SiCl4)로 이루어진 군으로부터 선택된 염화실란류를 불균화 반응시켜 얻어진 것일 수 있다.
통상적으로 상기한 반응들을 통하여 모노실란을 제조하는 경우, 제조된 원료에는 모노실란 외에도, 경량 불순물, 중량 불순물, 에틸렌 및 무기 불순물 등의 다수의 불순물들이 포함된다.
본 발명에서 사용하는 용어 「경량 불순물」은 상술한 바와 같은 원료 내에 포함되어 있는 불순물로서, 목적물인 모노실란에 비해 낮은 끊는점을 가지는 유기물을 통칭하는 용어이고, 그 예에는, 수소, 질소 및 메탄 등이 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 용어 「중량 불순물」은 원료 내에 포함되어 있는 불순물로서, 목적물인 모노실란에 비해 높은 끊는점을 가지는 유기물을 통칭하는 용어이고, 그 예에는, 에탄, 에틸 실란, 디메톡시에탄(DME) 및 톨루엔 등이 포함된다.
아울러, 상기와 같은 원료 내에는 전술한 중량 및 경량 불순물 외에도 붕소나 인 등과 같은 무기 불순물도 포함될 수 있다.
이와 같이, 상기 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료는 모노실란 및 에틸렌 외에도 다양한 불순물을 포함할 수 있으며, 본 발명에서 사용되는 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료는 상기와 같은 불순물들을 분별 증류 공정에 의하여 제거함으로써 정제된 것일 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 상기 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료는, 모노실란 보다 낮은 끓는점을 가지는 경량 불순물을 1차 제거하는 단계 (1); 및 상기 단계 (1)에서 정제된 원료로부터 모노실란 보다 높은 끓는점을 가지는 중량 불순물을 2차 제거하는 단계 (2)를 포함하는 분별 증류 공정에 의하여 정제된 것일 수 있다.
여기서, 상기 단계 (1)은 모노실란 보다 낮은 끓는점을 가지는 경량 불순물을 1차적으로 제거하는 단계로서, 그 구체적인 공정 처리 조건이 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 단계 (1)은 상기 원료를 -50℃ 내지 -20℃의 온도 및 300 psig 내지 350 psig의 압력 조건하에서 증류 컬럼(distillation column) 등에 통과시킴으로써 경량 불순물을 제거할 수 있다.
또한, 상기 단계 (1)에서 경량 불순물이 제거되면, 단계 (2)를 통하여 모노실란보다 높은 끓는점을 가지는 중량 불순물을 2차적으로 제거할 수 있다.
상기 단계 (2)의 공정 조건도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 단계 (2)는 상기 단계 (1)로부터 1차 정제된 원료를 -40℃ 내지 -30℃의 온도 및 200 psig 내지 300 psig의 압력 조건하에서 다른 증류 컬럼에 통과시킴으로써 중량 불순물을 제거할 수 있다.
여기서, 상기 증류 컬럼의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 실란을 포함하는 각종 원료의 정제 공정에서 사용되는 공지된 컬럼을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, Flexipac 충진제로 충진된 컬럼을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서는, 불순물의 제거 효율을 보다 향상시킨다는 측면에서, 증류 컬럼에 원료를 주입하기 전에, 상기 원료를 소정 압력으로 압축하는 공정을 추가로 수행할 수 있다.
이때, 상기 원료를 압축하는 수단이 특별히 제한되는 것은 아니고, 통상적인 압축기(compressor)를 사용하여 수행할 수 있으며, 상기 압축 공정에서의 압력도 사용되는 원료나 공정 조건 등을 고려하여 적절히 선택되는 것으로 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 약 300 psig 내지 400 psig, 구체적으로는 약 350 psig의 압력으로 원료를 압축할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 활성탄을 이용하여 상기한 바와 같은 모노실란 및 에틸 렌을 함유하는 원료로부터 에틸렌 및 잔여 불순물을 제거할 수 있다.
즉, 상기 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료를 활성탄이 충전된 흡착탑에 통과시킴으로써 에틸렌 및 기타 잔여 불순물을 제거할 수 있다.
여기서, 사용되는 활성탄의 종류가 특별히 제한되는 것은 아니고, 상기 에틸렌을 선택적으로 흡착할 수 있는 것은 모두 포함할 수 있으나, 구체적인 예를 들면, 상기 활성탄은 복수의 기공이 형성된 것으로서, 비표면적이 200 m2/g 내지 500 m2/g인 것일 수 있고, 보다 구체적으로는 250 m2/g 내지 400 m2/g인 것일 수 있다.
상기 활성탄의 비표면적이 200 m2/g 미만일 경우에는 흡착 능력이 낮아, 활성탄의 재생 혹은 교체 주기가 짧아질 우려가 있고, 비표면적이 500m2/g를 초과할 경우에는 미세한 크기의 기공 분포가 높아짐에 따라 흡착하려는 물질이 활성탄 내부로까지 침입하기 어려워 흡착 능력이 저하될 우려가 있다.
여기서, 상기 비표면적은 이 분야에서 공지된 측정 방법을 이용하여 측정한 값일 수 있으며, 그 측정 방법이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, BET법으로 측정한 값일 수 있다.
또한, 상기 활성탄은 기공 용적(Total pore volume)이 0.05 cm3/g 내지 1 cm3/g인 것일 수 있고, 보다 구체적으로는 0.1 cm3/g 내지 0.3 cm3/g인 것일 수 있다.
본 발명에서 『기공 용적』이란, 활성탄 1 g 중에 형성된 기공의 부피를 일컫는 것이며, 상기 한정된 수치 범위를 벗어날 경우, 에틸렌을 선택적으로 흡착하기 어려울 수 있다.
또한, 상기 활성탄은 기공 직경 (Pore diameter) 이 다양한 크기 범위 내에서 균일하게 분포한 것으로서, 본 발명에서 사용되는 활성탄은 기공 직경이 0.4 nm 내지 0.7 nm일 수 있으며, 보다 구체적으로는 기공 직경이 0.4 nm 내지 0.5 nm일 수 있다.
상기 활성탄의 기공 직경이 상기 한정된 수치 범위를 벗어날 경우, 에틸렌을 선택적으로 흡착하기 어려워질 우려가 있다.
나아가, 본 발명에 따른 모노실란의 정제방법에서 사용되는 활성탄은 전술한 바와 같은 비표면적, 기공 용적 및 기공 직경이 모두 상기 수치범위를 만족시키는 것일 수 있다.
이와 같은 활성탄의 경우, 보다 효과적으로 에틸렌 및 기타 잔여 불순물을 기공 내부에 선택적으로 흡착시키고, 모노실란은 흡착시키지 않고 흡착탑을 통과시킬 수 있다.
아울러, 상기 에틸렌 및 잔여 불순물의 제거 시 공정 조건이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, -80℃ 내지 100℃의 온도 및 -30 psig 내지 150 psig의 압력 조건하에서 수행될 수 있고, 보다 구체적으로는 -40℃ 내지 50℃의 온도 및 0 psig 내지 100 psig의 압력 조건하에서 수행될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 모노실란의 정제방법에 의하여 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료를 정제하는 경우, 별도의 추가 부산물의 생성 없이, 효과적으로 에틸렌을 포함한 불순물들을 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 모노실란의 정제방법에 따라 에틸렌을 포함한 불순물들을 제거하는 경우, 불순물의 제거 효율이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 에틸렌의 경우, 1 ppm 이하의 양까지 제거될 수 있으며, 보다 구체적으로는 검출한계인 0.02 ppm 이하의 양까지 제거될 수 있다.
상기 모노실란의 정제방법에 따라 정제된 모노실란 내에 함유된 에틸렌의 함량이 1 ppm을 초과하는 경우, 상기 에틸렌이 탄소 불순물로 작용하여 모노실란의 순도가 크게 저하될 수 있다.
아울러, 본 발명에 의하면, 각 공정 조건이 극단적일 필요가 없어, 보다 안정적이고, 경제적으로 정제 공정을 수행할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 정제 방법이 진행되는 과정을 개략적으로 설명한다. 다만, 하기에 기재된 예는 본 발명에 따른 모노실란의 정제방법을 구체적으로 설명하기 위한 일 예에 불과하며, 본 발명이 하기 기재된 사항에 제한되는 것은 아니다.
도 1을 참고하면, 우선 모노실란 외에 경량 불순물, 중량 불순물, 에틸렌 및 무기 불순물 등을 함유하는 원료(4)를 -50℃ 내지 -20℃의 온도 및 300 psig 내지 350 psig의 압력 조건의 증류 컬럼(1)에 주입하고, 상기 컬럼(1) 내에서 경량 불순물(5)을 1차적으로 제거할 수 있다.
이어서, 증류 컬럼(1)으로부터 1차 정제된 원료(6)를 -40℃ 내지 -30℃의 온도 및 200 psig 내지 300 psig의 압력 조건의 증류 컬럼(2)에 주입할 수 있고, 이에 따라 중량 불순물(7)을 상기 컬럼(2)으로부터 2차적으로 제거할 수 있다.
그 다음으로, 상기 증류 컬럼(2)에서 2차 정제된 원료(8)를 흡착탑(3)으로 주입할 수 있고, 상기 흡착탑(3) 내에서 잔류하는 에틸렌 및 무기 불순물(ex. 인) 등의 잔여 불순물(9)을 제거함으로써, 최종적으로 고순도의 목적 화합물을 배출할 수 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[제조예 1]
둥근 바닥 플라스크에 수소화나트륨 알루미늄 (Sodium Aluminum Hydride, SAH) 5g을 다이글라임 (bis(2-methoxyethyl) ether, diglyme) 195g에 용해시킨 후, 30 내지 60 ℃ 의 온도, 0 내지 20 psig 의 압력에서 사불화 규소 (SiF4, STF) 기체를 24 ml/min의 속도로 주입시켰다.
이를 통해 제조한 모노실란을 기체 크로마토그래피 (PerkinElmer, Clarus 600)로 분석한 결과, 5 wt%의 경량 불순물 (수소, 질소 및 메탄 등)과, 1 wt%의 중량 불순물 (에탄, 에틸렌, 에틸실란, 디에틸실란, 다이글라임 및 톨루엔 등)이 검출되었다.
[실시예 1]
상기 제조예 1에서 제조된 모노실란을 함유하는 원료를 제1정제탑에 연속적으로 주입하고, -34℃ 및 315psig의 조건하에서 경량 불순물을 분리 제거하였다.
이어서, 제1정제탑을 통과한 모노실란과 고비점의 탄화수소 혼합물을 제2정제탑에 주입하고, -37℃ 및 280psig의 조건하에서 중량 불순물을 분리 제거하였으며, 이에 따라 정제된 모노실란 함유 원료 기체 내에는 에틸렌이 약 0.007 mol%(기체 크로마토그래피 (Perkin-Elmer Clarus 600) 분석에 의한 단일 성분 환산)로 존재함을 확인하였다.
상기 정제 과정을 거친 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료 기체를 활성탄이 충진된 U-tube reactor 에 연속적으로 주입하였다.
여기서, 실험에 사용된 U-tube reactor 는 stainless steel (SS-316)로 제작하였으며, 8% 질산 (HNO3) 용액을 통한 세척 과정과 진공오븐을 통한 건조 과정을 거친 후, 헬륨 (He) 가압을 통해 누출 실험 (leak test)을 진행하였다.
상기 U-tube reactor 내부에 충진된 활성탄은 비표면적이 300 m2/g이고, 기공 용적이 0.13 ml/g이며, 기공 직경이 0.4 nm 내지 0.5 nm이었다. 즉, 상기한 바 와 같은 활성탄을 U-tube reactor 내부에 10g의 양으로 충진하고, 하기와 같은 전처리 공정을 수행하였다.
우선, 150℃ 내지 160℃의 온도에서 6시간 동안 헬륨을 흘려주고, 상기 온도를 그대로 유지하면서, 회전 펌프 (Rotary vane pump)를 이용하여 10-3 torr의 진공도를 1시간 이상 유지하였으며, 다시 헬륨을 흘려주면서 온도를 상온까지 내려주었다.
상기와 같은 전처리 과정을 거친 활성탄 층에 정제공정을 거쳐 모노실란 및 에틸렌이 함유된 원료 기체를 25℃의 온도 및 0.5 psig 의 압력 조건하에서 20 ml/min의 속도로 통과시켜 흡착 반응을 진행하였다.
[실시예 2]
실시예 1의 U-tube reactor의 반응 온도 및 압력을 각각 80 ℃, 0.5 psig 으로 유지한 것으로 제외하고는, 다른 조건은 상기 실시예 1과 동일한 조건에서 상기 제조예 1에서 제조된 모노실란의 정제공정을 수행하였다.
[실시예 3]
제조예 1에 따라 제조된 모노실란을 함유하는 원료 대신에, 고압 실린더 용기 내에서 질량 흐름 제어기 (MFC, mass flow controller)를 이용하여 모노실란 (순도 99.9999 %) 및 에틸렌 (순도 99.5 %)의 농도를 다르게 조절하여 제조된 모노 실란 및 에틸렌의 혼합기체를 준비하였다.
이어서, 상기에서 준비한 혼합기체를 실시예 1과 동일하게 정제하여, 에틸렌의 농도를 약 34 mol%가 되도록 조절하였고, 이렇게 정제 과정을 거친 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료 기체를 활성탄이 충진된 U-tube reactor에 30 ml/min의 속도로 통과시켜 흡착 반응을 진행하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건에서 모노실란의 정제를 수행하였다.
[실시예 4]
실시예 3의 U-tube reactor에 충진된 활성탄의 기공 직경이 0.5 nm 내지 0.7 nm인 것을 사용하였다는 점을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 조건에서 모노실란의 정제를 수행하였다.
[비교예 1]
실시예 3의 U-tube reactor에 충진된 활성탄 대신에 제올라이트 4A (8 내지 12mesh) 10g을 충진 하였다는 점을 제외하고는, 다른 조건은 상기 실시예 3과 동일한 조건에서 모노실란의 정제를 수행하였다..
[비교예 2]
실시예 3의 U-tube reactor에 충진된 활성탄의 기공 직경이 0.3 nm 이상 0.4 nm 미만인 것을 사용하였다는 점을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 조건에서 모노 실란의 정제를 수행하였다.
[비교예 3]
실시예 3의 U-tube reactor에 충진된 활성탄의 기공 직경이 0.7nm 초과 2.0 nm 이하인 것을 사용하였다는 점을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 조건에서 모노실란의 정제를 수행하였다.
[시험예]
열전도도 검출기 (TCD, thermal conductivity detector) 및 비방사선 검출기 (PDD, pulsed discharge detector)를 구비한 온라인 기체 크로마토그래피 (Perkin-Elmer Clarus 600)를 이용하여 Off-gas의 조성을 실시간으로 분석하였으며, U-tube reactor에 연결된 시료 채취구 (sampling port)를 통하여 U-tube reactor 내에서 새롭게 생성된 화합물의 질량분석 (GC/MS)을 수행하였다.
구분 | 충진물 | 기공직경(nm) | 정제 전 (mol%) | a정제 후 (mol%) | |
에틸렌 | 에틸렌 | 에틸실란 | |||
실시예 1 | 활성탄 | 0.4~0.5 | 0.007 | - | - |
실시예 2 | 활성탄 | 0.4~0.5 | 0.007 | - | - |
실시예 3 | 활성탄 | 0.4~0.5 | 34 | - | - |
실시예 4 | 활성탄 | 0.5~0.7 | 34 | 0.00004 | - |
비교예 1 | 제올라이트 | 0.4 | 34 | 10.35 | 0.02 |
비교예 2 | 활성탄 | 0.3~0.4미만 | 34 | 34 | - |
비교예 3 | 활성탄 | 0.7초과~2.0 | 34 | - | - |
a활성탄이 포화되기 전의 기체 크로마토그래피 (Perkin-Elmer Clarus 600) 분석에 의한 단일 성분 환산을 이용하여 분석 * 비교예 3: 정제 후 모노실란이 검출되지 않음. |
상기 표 1을 참고하면, 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따라 정제된 모노실란 가스는 추가 부산물의 생성 없이 에틸렌이 완전히 제거되거나 단지 0.00004 mol%만이 함유된 것으로 나타났다.
반면에, 비교예 1의 경우, 최종 정제된 모노실란 가스에서 추가 부산물인 에틸 실란이 검출되었을 뿐만 아니라, 에틸렌도 최종 정제된 모노실란 가스 내에 10.35 mol%까지 함유되어 있었다.
또한 활성탄의 기공직경이 0.4nm 미만인 비교예 2의 경우 에틸렌이 전혀 정제되지 않았으며, 0.7nm를 초과하는 비교예 3의 경우 에틸렌뿐만 아니라 모노실란도 모두 흡착되어 검출되지 않았다. 따라서, 본 발명에서 한정된 활성탄의 기공직경의 수치범위를 벗어날 경우, 에틸렌을 선택적으로 흡착하는 것은 매우 어렵다는 것을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 모노실란의 정제방법을 개략적으로 나타낸 공정 개략도이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
1, 2: 증류 컬럼 3: 흡착탑
4: 원료 5: 경량 불순물
6: 1차 정제된 원료 7: 중량 불순물
8: 2차 정제된 원료 9: 잔여 불순물
Claims (10)
- 모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료를 기공직경이 0.4 nm 내지 0.7 nm 인 활성탄에 통과시켜 에틸렌 및 잔여 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 모노실란의 정제방법.
- 제 1 항에 있어서,모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료는,금속 수소화물과 할로겐화 규소의 반응에 의하여 얻어진 제1원료; 또는 할로겐화 규소의 불균화 반응에 의하여 얻어진 제2원료인 것을 특징으로 하는 모노실란의 정제방법.
- 제 2 항에 있어서,제1원료는, 수소화나트륨, 수소화칼슘 및 수소화나트륨 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 수소화물과; 사염화규소 및 사불화규소로 이루어진 군으로부터 선택된 할로겐화 규소를 반응시켜 얻어진 것을 특징으로 하는 모노실란의 정제방법.
- 제 2 항에 있어서,제2원료는, 모노클로로실란, 디클로로실란, 트리클로로실란 및 사염화규소로 이루어진 군으로부터 선택된 염화실란류를 불균화 반응시켜 얻어진 것을 특징으로 하는 모노실란의 정제방법.
- 제 1 항에 있어서,모노실란 및 에틸렌을 함유하는 원료는,모노실란보다 낮은 끓는점을 가지는 경량 불순물을 1차 제거하는 단계 (1); 및 상기 단계 (1)에서 정제된 원료로부터 모노실란보다 높은 끓는점을 가지는 중량 불순물을 2차 제거하는 단계 (2)를 포함하는 분별 증류 공정에 의하여 정제된 것을 특징으로 하는 모노실란의 정제방법.
- 제 5 항에 있어서,단계 (1)은 -50℃ 내지 -20℃의 온도 및 300 psig 내지 350 psig의 압력 조건하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 모노실란의 정제방법.
- 제 5 항에 있어서,단계 (2)는 -40℃ 내지 -30℃의 온도 및 200 psig 내지 300 psig의 압력 조건하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 모노실란의 정제방법.
- 제 1 항에 있어서,활성탄은 비표면적이 200 m2/g 내지 500 m2/g인 것을 특징으로 하는 모노실란의 정제방법.
- 제 1 항에 있어서,활성탄은 기공 용적이 0.05 cm3/g 내지 1 cm3/g인 것을 특징으로 하는 모노실란의 정제방법.
- 제 1 항에 있어서,에틸렌 및 잔여 불순물의 제거는, -80℃ 내지 100℃의 온도 및 -30 psig 내지 150 psig의 압력 조건하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 모노실란의 정제방법.
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