矽烷熱分解法製取高純矽的化學原理

SiH4熱分解法製取高純矽的化學原理
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在高純矽的製備方法中，有發展前途的是SiH4熱分解法。這種方法的整個(ge) 工藝流程可分為(wei) 三個(ge) 部分：SiH4的合成、提純和熱分解。
（1）SiH4的合成
桂花鎂熱分解生成SiH4是目前工業(ye) 上廣泛采用的方法。矽化鎂（Mg2Si）是將矽粉和鎂粉在氫氣（也可真空或在Ar氣中）中加熱500~550℃時混合合成的，其反應式如下：
2Mg+Si= Mg2Si
然後使矽化鎂和固體(ti) 氯化銨在液氨介質中反應得到SiH4。
Mg2Si+4NH4Cl=SiH4↑+ 2MgCl2+4NH3↑
其中液氨不僅(jin) 是介質，而且它還提供一個(ge) 低溫的環境。這樣所得的SiH4比較純，但在實際生產(chan) 中尚有未反應的鎂存在，所以會(hui) 發生如下的副反應：
Mg+ 2NH4Cl=MgCl2+2NH3+H2↑
所以生成的SiH4氣體(ti) 中往往混有氫氣。
生產(chan) 中所用的氯化銨一定要幹燥，否則矽化鎂與(yu) 水作用生成的產(chan) 物不是SiH4，而是氫氣，其反應式如下：
2Mg2Si+8 NH4Cl+H2O=4 MgCl2+Si2H2O3+8 NH3↑+6 H2↑
    由於(yu) SiH4在空氣中易燃，濃度高時容易發生爆炸，因此，整個(ge) 係統必須與(yu) 氧隔絕，嚴(yan) 禁與(yu) 外界空氣接觸。
（2）SiH4的提純
SiH4在常溫下為(wei) 氣態，一般來說氣體(ti) 提純比液體(ti) 和固體(ti) 容易。因為(wei) SiH4的生成溫度低，大部分金屬雜貨在這樣低的溫度下不易形成揮發性的氫化物，而即便能生成，也因其沸點較高難以隨SiH4揮發出來，所以SiH4在生成過程中就已經經過一次冷化，有效地除去了那些不生成揮發性氫化物的雜質。
SiH4是在液氨中進行的，在低溫下乙硼烷（B2H6）與(yu) 液氨生成難以揮發的絡合物（B2H6•2NH3）而被除去，因而生成的SiH4不合硼雜質，這是SiH4法的優(you) 點之一。但SiH4中還有氨、氫及微量磷化氫（PH3）、硫化氫（H2S）、砷化氫（AsH3）、銻化氫（SbH3）、甲烷（CH4）、水等雜質。由於(yu) SiH4與(yu) 它們(men) 的沸點相差較大，所以，可用低溫液化方法除去水和氨，再用精餾提純除去其它雜質。此外，還可用吸附法、預熱分解法（因為(wei) 除SiH4的分解溫度高達600℃外，其它雜質氫化物氣體(ti) 的分解溫度均低於(yu) 380℃，所以把預熱爐的溫度控製在380℃左右，就可將雜質的氫化物分解，從(cong) 而達到純化SiH4的目的），或者將多種方法組合使用都可以達到提純的目的。
（3）  SiH4的熱分解
將SiH4氣體(ti) 導入SiH4分解爐，在800~900℃的發熱矽芯上，SiH4分解並沉積出高純多晶矽，其反應式如下：SiH4=Si+ 2H2 ↑
     SiH4熱分解法有如下優(you) 點：
①     分解過程不加還原劑，因而不存在還原劑的玷汙。
②     SiH4純度高。在SiH4合成過程中，就已有效地去除金屬雜質。尤其可貴的是因為(wei) 氨對硼氫化合物有強烈的絡合作用，能除去矽中最難以分離的有害雜質硼。然後還能用對磷烷、砷烷、硫化氫、硼烷等雜質有很高吸附能力的分子篩提純SiH4，從(cong) 而獲得高純度的国产传媒在线，這是SiH4法的又一個(ge) 突出的優(you) 點。
③     SiH4分解溫度一般為(wei) 800~900℃，遠低於(yu) 其它方法，因此由高溫揮發或擴散引入的雜質就少。同時，SiH4的分解產(chan) 物都沒有腐蝕性，從(cong) 而避免了對設備的腐蝕以及矽受腐蝕而被玷汙的現象。而四氯化矽或三氯氫矽氫氣還原法都會(hui) 產(chan) 生強腐蝕性的氯化氫氣體(ti) 。
因SiH4氣是易燃易爆的氣體(ti) ，所以整個(ge) 吸附係統以及分解室都要有高度嚴(yan) 密性，必須隔絕空氣。貯藏和運輸SiH4常采用兩(liang) 種方法：一種是用分子篩吸附SiH4，使用時可用氖氣攜帶；另一種是把SiH4壓入鋼瓶，再以氫氣稀釋，使其濃度降低5%以下，從(cong) 而避免爆炸、燃燒的危險。

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