RU2036832C1 - Method for production of gas mixture containing arsine or phosphine and device for its realization - Google Patents
Method for production of gas mixture containing arsine or phosphine and device for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2036832C1 RU2036832C1 SU5021212A RU2036832C1 RU 2036832 C1 RU2036832 C1 RU 2036832C1 SU 5021212 A SU5021212 A SU 5021212A RU 2036832 C1 RU2036832 C1 RU 2036832C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phosphine
- arsine
- arsenide
- gas
- phosphide
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения особочистых веществ для микроэлектроники и конкретно касается способа получения смесей высокочистого арсина (фосфина) с газами-носителями (водородом, аргоном, гелием и т.д.). The invention relates to the field of producing highly pure substances for microelectronics and specifically relates to a method for producing mixtures of high-purity arsine (phosphine) with carrier gases (hydrogen, argon, helium, etc.).
Наиболее распространенными способами получения арсина (фосфина) являются восстановление соединений мышьяка (фосфата) водородом или разложение арсенидов (фосфидов) металлов водой или кислотами. The most common methods for producing arsine (phosphine) are the reduction of arsenic (phosphate) compounds with hydrogen or the decomposition of metal arsenides (phosphides) with water or acids.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения арсина путем гидролиза арсенида магния (фосфида) водой, который используют в СССР в промышленном масштабе (арсин-концентрат ТУ 6-02-7-178-84, фосфин-концентрат ТУ-6-02-7-177-84) (1). The closest technical solution to the proposed one is a method of producing arsine by hydrolysis of magnesium arsenide (phosphide) with water, which is used in the USSR on an industrial scale (arsenic concentrate TU 6-02-7-178-84, phosphine concentrate TU-6-02- 7-177-84) (1).
Недостатками этого способа является низкая чистота полученного арсина, в частности по содержанию паров воды и других летучих примесей. The disadvantages of this method is the low purity of the obtained arsine, in particular the content of water vapor and other volatile impurities.
Известно устройство для получения газовой смеси, содержащей арсин или фосфин, состоящее из колонки, заполненной порошком исходного вещества, средств для подачи исходного газа и газа-носителя и вывода получаемого продукта арсина или фосфина (2). A device is known for producing a gas mixture containing arsine or phosphine, consisting of a column filled with a powder of a starting substance, means for supplying a source gas and a carrier gas and outputting the resulting arsine or phosphine product (2).
Недостатком данного устройства является необходимость точной дозировки исходного газа и газа-носителя для поддержания заданной концентрации арсина или фосфина в продукте. The disadvantage of this device is the need for an accurate dosage of the source gas and carrier gas to maintain a given concentration of arsine or phosphine in the product.
Однако эти способы не предусматривают какую-либо очистку арсина непосредственно в процессе его получения. В настоящее время актуальной задачей является разработка экологически безопасных способов и устройства для получения газовых смесей арсина(фосфина) непосредственно в месте его потребления с массовым расходом и концентрацией, необходимыми потребителю. However, these methods do not provide for any purification of arsine directly in the process of obtaining it. Currently, the urgent task is to develop environmentally friendly methods and devices for producing gas mixtures of arsine (phosphine) directly in the place of its consumption with the mass flow rate and concentration required by the consumer.
Основными требованиями к такому способу и устройству являются максимально возможная чистота получаемого арсина (фосфина) с целью устранения или уменьшения последующих операций его очистки; минимальное количество единовременно находящегося в устройстве ядовитого арсина (фосфина); высокая стабильность концентрации арсина (фосфина) в газовой смеси не хуже 0,25%
Фактически речь идет о создании экологически безопасного функционального аналога, обычного 40 л баллона, содержащего газовую смесь арсина, которые в настоящее время и используют потребители. Если 40 л баллона содержит в зависимости от давления несколько кубических метров ядовитого газа, то его экологическая безопасность очевидна.The main requirements for such a method and device are the maximum possible purity of the resulting arsine (phosphine) in order to eliminate or reduce subsequent cleaning operations; the minimum amount of poisonous arsine (phosphine) that is simultaneously in the device; high stability of the concentration of arsine (phosphine) in the gas mixture is not worse than 0.25%
In fact, we are talking about creating an environmentally friendly functional analogue, the usual 40 L cylinder containing a gas mixture of arsine, which consumers are currently using. If a 40 liter cylinder contains, depending on the pressure, several cubic meters of toxic gas, then its environmental safety is obvious.
Для устранения недостатков известных способов и устройства в известном способе, включающем гидролиз арсенидов (фосфидов) металлов в среде защитного газа (газоносителя) реакцию гидролиза осуществляют пропусканием газа, насыщенного водяным паром, через слой порошка арсенидов (фосфидов), достаточный для требуемой степени удаления паров воды и других примесей, причем газ может быть насыщен водяным паром при выбранной температуре. To eliminate the disadvantages of the known methods and devices in a known method, including the hydrolysis of metal arsenides (phosphides) in a protective gas (gas carrier), the hydrolysis reaction is carried out by passing gas saturated with water vapor through a layer of arsenide (phosphide) powder, sufficient for the required degree of removal of water vapor and other impurities, moreover, the gas may be saturated with water vapor at a selected temperature.
Известное устройство, включающее реактор для проведения гидролиза арсенидов (фосфидов) металлов, дополнительно снабжено термостатированным испарителем воды, а реактор выполнен в виде колонки, заполненной порошком арсенидов (фосфидов) размером более 0,1 мм, причем колонка может быть выполнена секционной с числом отдельных секций не менее двух с возможностью их переключения противоточно направлению потока газа, причем высота слоя арсенида (фосфида) в каждой секции должна обеспечивать требуемое поглощение паров воды и выбирается из условия H>nh, где h высота слоя, обеспечивающая уменьшение содержания паров воды в газе в 2 раза (n>1). A known device comprising a reactor for the hydrolysis of metal arsenides (phosphides) is additionally equipped with a thermostatically controlled water evaporator, and the reactor is made in the form of a column filled with arsenide (phosphide) powder larger than 0.1 mm, and the column can be made sectional with the number of individual sections not less than two with the possibility of their switching countercurrent to the direction of gas flow, and the height of the arsenide (phosphide) layer in each section should provide the required absorption of water vapor and is selected from the condition I H> nh, where h is the height of the layer, providing a decrease in the content of water vapor in the gas by 2 times (n> 1).
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Газ-носитель необходимой чистоты из баллона 1 (см. чертеж) через средства подачи (вентили, регулятор давления и т.д.) 2 поступает в испаритель 3, находящийся в термостате 4. Из испарителя 3 по обогреваемым трубкам 5 насыщенный водяным паром газ поступает последовательно в колонки 6 и 7 с арсенидом или фосфидом магния, а затем на сорбционную колонку 8, где осуществляется глубокая доочистка газовой смеси. К потребителю газовая смесь подается через средства вывода 9 (вентили, регулятор расхода, манометр и т.п.). The carrier gas of the required purity from the cylinder 1 (see the drawing) through the supply means (valves, pressure regulator, etc.) 2 enters the evaporator 3 located in the thermostat 4. From the evaporator 3 through the heated tubes 5 the gas saturated with water vapor enters sequentially into columns 6 and 7 with magnesium arsenide or phosphide, and then to sorption column 8, where the gas mixture is deeply refined. The gas mixture is supplied to the consumer through outlet means 9 (valves, flow regulator, pressure gauge, etc.).
Большая поверхность контакта вода-газ в испарителе и его конструкция обеспечивают с точностью до 0,2% равновесное насыщение газа парами воды. Поток газа пропускается через 2 секции колонки до тех пор, пока арсенид металла в первой секции не гидролизуется на 95-98% при этом высота слоя арсенида во второй секции обеспечивает понижение концентрации паров в газовой смеси арсина до требуемой точки росы ( ≈ 70оС). Затем процесс останавливается, первая колонка отключается, вторая колонка занимает место первой, а на место второй подключается новая колонка, заполненная свежезагруженным арсенидом (фосфидом) металла.The large contact surface of the water-gas in the evaporator and its design provide an accuracy of 0.2% equilibrium gas saturation with water vapor. The gas flow is passed through 2 sections of the column until the metal arsenide in the first section is hydrolyzed by 95-98%, while the height of the arsenide layer in the second section reduces the vapor concentration in the arsine gas mixture to the desired dew point (≈ 70 о С) . Then the process stops, the first column is turned off, the second column takes the place of the first, and the second column is connected to a new column filled with freshly loaded metal arsenide (phosphide).
Существенными признаками предлагаемого способа и устройства являются
высокая чистота получаемого арсина (фосфина), которая обеспечивается поглощением паров воды слоем арсенида (фосфида) металла до требуемой потребителем степени, например, до точки росы не хуже 70оС, а также химико-физической сорбцией, примесей как в слое гидрата металла, образующегося в результате гидролиза, так и в слое непрореагировавшего арсенида (фосфида) металла.The essential features of the proposed method and device are
high purity of the obtained arsine (phosphine), which is ensured by the absorption of water vapor by a layer of metal arsenide (phosphide) to the extent required by the consumer, for example, to a dew point of no worse than 70 ° C, as well as by chemical and physical sorption of impurities as in a layer of metal hydrate formed as a result of hydrolysis, and in a layer of unreacted metal arsenide (phosphide).
Высота слоя арсенида (фосфида) металла Н ≥ 3h, где h высота слоя, обеспечивающая уменьшение паров воды в 2 раза, по экспериментальным данным обеспечивает требуемую чистоту арсина как по концентрации паров воды, так и по содержанию других примесей и углеводородов. Концентрация арсина (фосфина) в газовой смеси определяется только концентрацией паров воды, которая легко поддерживается ультратермостатом с точностью ± 0,05-0,1оС, чем обеспечивается высокая стабильность концентрации арсина (фосфина) во время процесса.The height of the metal arsenide (phosphide) layer is H ≥ 3h, where h is the layer height, which provides a 2-fold reduction in water vapor, according to experimental data, provides the required arsine purity both in the concentration of water vapor and in the content of other impurities and hydrocarbons. The concentration of arsine (phosphine) in the gas mixture is determined only by the concentration of water vapor, which is easily maintained by an ultra-thermostat with an accuracy of ± 0.05-0.1 о С, which ensures high stability of the concentration of arsine (phosphine) during the process.
Количество арсина (фосфина) единовременно находящееся в устройстве минимальное, поскольку арсин (фосфин) находится только в слое арсенида (фосфида) металла. The amount of arsine (phosphine) in the device at a time is minimal, since arsine (phosphine) is only in the layer of metal arsenide (phosphide).
Экспериментально найдено, что при размере частиц арсенида (фосфида) металла более 0,1 мм не происходит забивки слоя в колонке при образовании гидрата металла, а секционное выполнение колонки с числом отдельных секций не менее двух обеспечивает более экономичное использование арсенида (фосфида) металла при сохранении требуемой чистоты полученного арсина (фосфина). It was experimentally found that when the particle size of the metal arsenide (phosphide) is more than 0.1 mm, the layer does not clog the column in the formation of metal hydrate, and the sectional design of the column with the number of separate sections of at least two provides a more economical use of metal arsenide (phosphide) while maintaining the required purity of the obtained arsine (phosphine).
П р и м е р. Для получения арсина было смонтировано устройство, содержащее 40 л баллон с водородом, снабженный регулятором давления, диффузионную газоочистку водорода ОДВ-4, электронный регулятор расхода газа типа РРГ, испаритель, выполненный из нержавстали с площадью поверхности воды 0,2 м2, который нагревался с помощью ультратермостата, и двух секционной колонки, также выполненной из нержавстали. Каждая секция имела диаметр 40 мм и общую высоту 0,6 м при высоте слоя арсенида магния 0,5 м.PRI me R. To obtain arsine, a device was mounted containing a 40 liter hydrogen cylinder equipped with a pressure regulator, ODV-4 diffusion gas purification of hydrogen, an electronic gas flow regulator of the RRG type, an evaporator made of stainless steel with a water surface area of 0.2 m 2 , which was heated with using an ultra-thermostat, and two sectional columns, also made of stainless steel. Each section had a diameter of 40 mm and a total height of 0.6 m with a height of a layer of magnesium arsenide of 0.5 m.
Порошок арсенида магния имел размеры 0,5-2 мм. Газовая система была собрана из сварных трубок из нержавстали диаметром 6 мм и снабжена сильфонной запорно-регулирующей арматурой (вентилями, клапанами и т.д.). Magnesium arsenide powder was 0.5-2 mm in size. The gas system was assembled from welded stainless steel tubes with a diameter of 6 mm and equipped with bellows shut-off and control valves (valves, valves, etc.).
После трехкратной вакуумно-водородной промывки системы (без испарителя) получали арсин при температуре испарителя + 32( ± 0,1)оС и расходе газа 50 ( ± 0,02) см3/с. В полученной газовой смеси равномерность массового расхода арсина в течение 6 ч непрерывной работы составили ± 0,5 отн. Содержание влаги соответствовало точке росы 85оС, концентрация основных примесей составила, ат. сера, селен и теллур (в сумме) 10-5; кремний 2 ˙10-5; тяжелые металлы (в сумме) 5 ˙10-6, железа 3 ˙10-5. Газовые смеси арсина указанного качества пригодны для прямого использования в установках газовой эпитаксии арсенида галлия. Расчетный единовременной объем смеси арсина в установке не превышал 0,5 л.After three times washing the hydrogen-vacuum system (not evaporator) yielded arsine at a temperature of the evaporator 32 + (± 0,1) ° C and a gas flow rate of 50 (± 0,02) cm 3 / s. In the resulting gas mixture, the uniformity of the mass flow rate of arsine for 6 hours of continuous operation was ± 0.5 rel. The moisture content corresponded to a dew point of 85 ° C, the concentration of the main impurities was at. sulfur, selenium and tellurium (in total) 10 -5 ; silicon 2 ˙ 10 -5 ; heavy metals (in total) 5 ˙ 10 -6 , iron 3 ˙ 10 -5 . Arsenic gas mixtures of the indicated quality are suitable for direct use in gallium arsenide gas epitaxy units. The calculated one-time volume of the arsine mixture in the installation did not exceed 0.5 l.
Для получения фосфина использовали аналогичное устройство, только вместо арсенида магния загружали в колонки фосфид магния. A similar device was used to produce phosphine, but instead of magnesium arsenide, magnesium phosphide was loaded into the columns.
Режим получения фосфина также был аналогичен, в результате была получена газовая смесь арсина с точкой росы 82оС, с суммарным содержанием халькогенов 6 ˙ 10-6 ат. тяжелых металлов 8 10-6 ат. и углеводородов 5 ˙ 10-4 ат.The phosphine production regimen was also similar; as a result, a gas mixture of arsine was obtained with a dew point of 82 ° C, with a total chalcogen content of 6 ˙ 10 -6 at. heavy metals 8 10 -6 at. and hydrocarbons 5 ˙ 10 -4 at.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5021212 RU2036832C1 (en) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | Method for production of gas mixture containing arsine or phosphine and device for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5021212 RU2036832C1 (en) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | Method for production of gas mixture containing arsine or phosphine and device for its realization |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2036832C1 true RU2036832C1 (en) | 1995-06-09 |
Family
ID=21593932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5021212 RU2036832C1 (en) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | Method for production of gas mixture containing arsine or phosphine and device for its realization |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2036832C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110950382A (en) * | 2018-09-26 | 2020-04-03 | 东泰高科装备科技有限公司 | Process for the preparation of arsine |
-
1991
- 1991-12-03 RU SU5021212 patent/RU2036832C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Жигач А.Ф., Стасиневич Д.С. Химия гидридов, Л., Химия, 1969, с.633. * |
2. Патент Англии N 1049216, кл. C 01B 3/00, 25/06, 1966. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110950382A (en) * | 2018-09-26 | 2020-04-03 | 东泰高科装备科技有限公司 | Process for the preparation of arsine |
CN110950382B (en) * | 2018-09-26 | 2022-03-15 | 紫石能源有限公司 | Process for the preparation of arsine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0931861B1 (en) | Method and apparatus for feeding a gas for epitaxial growth | |
US5308382A (en) | Container inerting | |
KR920002057B1 (en) | Catalyzed oxygen removal with hydrogen for steam generator systems | |
US8968694B2 (en) | Method for preparing high purity ammonia | |
US3371996A (en) | Diamond growth process | |
US3344585A (en) | Method for recovering ammonia from gaseous mixture | |
JP6746568B2 (en) | Pressure-regulated gas supply container | |
KR20120024743A (en) | Method for supplying refined liquefied gas | |
CA1310823C (en) | Equipment and method for supply of organic metal compound | |
JP2003183021A (en) | Method and apparatus for continuously purifying ammonia gas | |
RU2036832C1 (en) | Method for production of gas mixture containing arsine or phosphine and device for its realization | |
US2701262A (en) | Urea purification | |
Foster et al. | Solubility of oleic acid in supercritical carbon dioxide | |
JPS599527B2 (en) | Olefin hydration method | |
US2710246A (en) | Continuous method of producing dilute gaseous chlorine dioxide | |
JPH01305075A (en) | Method and apparatus for producing purest epichlorohydrin and production of epoxy resin | |
US4054686A (en) | Method for preparing high transition temperature Nb3 Ge superconductors | |
KR101807841B1 (en) | Medical grade and ultra high purity nitrous oxide synthesis and purification and efficient system control method | |
EP0714849B1 (en) | Production process for refined hydrogen iodide | |
JPH0268132A (en) | Bubbling apparatus | |
US2581752A (en) | Method for making ammonium sulfite | |
JPH0499312A (en) | Organometallic vapor growth apparatus | |
JP2002071093A (en) | Method for feeding semiconductor process gas | |
RU1807050C (en) | Formaldehyde synthesis process control method | |
GB930209A (en) | A method and apparatus for the continuous reaction of gaseous or vapour substances with liquid |