Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ ...4
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7
1.1. Свойства силана 7
1.2. Свойства тетрафторида кремния 10
1.3. Свойства и получение гидрида кальция 13
1.4. Методы получения силана по реакции взаимодействия тетрафторида кремния с гидридом кальция 16
1.5. Методы анализа силана 19
1.6. Методы очистки силана 23
ГЛАВА II. Синтез силана по реакции взаимодействия тетрафторида кремния с гидридом кальция 26
2.1. Получение гидрида кальция 26
2.2. Синтез силана в проточном реакторе 32
2.2.1.Влияние температуры и времени контакта
реагентов на степень превращения SiF4 35
2.2.2. Определение примесного состава силана 47
2.3. Исследование реакции взаимодействия SiF4 с СаНг в статических условиях 53
2.3.1. Влияние давления и температуры на степень превращения SiF4 57
2.3.2. Влияния дисперсности СаНг на степень превращения S1F4 61
2.3.3. Влияния соотношения реагентов на степень превращения SiF4 64
2.3.4. Выход силана при синтезе в статических условиях 67
2.3.5. Определение примесного состава силана, полученного в статическом методе 68
2.4. Термодинамическая оценка возможности протекания химических реакций, приводящих к потере S1F4 69
ГЛАВА III. Получение высокочистого моноизотопного силана Si28H4 72
З.І.Синтез Si28H4 по реакции Si28F4c СаН2 72
3.2. Определение содержания кремния-28 в Si28F4 и Si28H4 74
3.3. Определение примесного состава Si28H4 80
3.4. Глубокая очистка Si28H4 методом низкотемпературной ректификации 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
ВЫВОДЫ '..94
ЛИТЕРАТУРА 95
Введение к работе
Для создания физически обоснованного эталона массы и уточнения числа Авогадро в работе [1] предлагается использовать высокочистый изотопнообогащенный кремний-28. Высокочистый кремний-28 является перспективным материалом для изготовления полупроводниковых структур [2,3]. Есть основания полагать, что в дальнейшем области применения изотопнообогащённого кремния-28 в науке и технике будут расширяться [4-6]. В связи с этим, задача разработки методики получения высокочистого изотопнообогащённого кремния-28 является актуальной.
Основными требованиями, предъявляемыми к методам синтеза с участием изотопнообогащённых веществ являются исключение изотопного разбавления и высокий выход продукта. Кроме того, получаемый продукт должен иметь достаточно низкий уровень содержания примесей.
Перспективным исходным соединением для получения кремния-28 является тетрафторид кремния SiF4. Тетрафторид кремния доступен, легко подвергается очистке; моноизотопность фтора F19 не осложняет процесса изотопного разделения.
Известным методом получения кремния из его тетрафторида является превращение тетрафторида кремния в силан SiH4 с последующим термическим разложением силана на поликристаллический кремний и водород. Достоинством этого метода получения кремния является возможность глубокой очистки силана [7]. Кроме того, свойства, методы анализа и методы глубокой очистки силана хорошо изучены, так как метод получения высокочистого кремния из силана широко применяется в полупроводниковой промышленности.
Поэтому, для получения изотопно- и химически чистого кремния-28 из тетрафторида кремния-28 была выбрана следующая схема: тетрафторид кремния-28 переводили в гидрид кремния-28 Si28!!», который после глубокой очистки разлагали на поликристаллический кремний-28 и водород.
Целью настоящей работы являлось разработка метода синтеза высокочистого изотопнообогащённого гидрида кремния- 28 Si28H4 по реакции Si F4 с гидридом кальция СаНг и глубокая очистка Si Н4. Для этого было необходимо:
- разработать методику синтеза гидрида кальция;
- определить практический выход и степень чистоты силана, получаемого при взаимодействии SiF4c СаН2;
- разработать метод получения гидрида кремния-28 по реакции тетрафторида кремния-28 с гидридом кальция, не приводящий к изотопному разбавлению кремния-28;
- провести глубокую очистку гидрида кремния-28 методом низкотемпературной ректификации в условиях, исключающих изотопное разбавление кремния-28.
Важной частью нашей работы является изучение возможности изотопного разбавления кремния-28 при контакте тетрафторида и гидрида кремния-28 (Si F4 и Si Н4) с реагентами и материалами аппаратуры, содержащими кремний природного изотопного состава.
Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. В первой главе содержится обзор работ, посвященных физико-химическим свойствам силана, тетрафторида кремния и гидрида кальция, методам получения, анализа и очистки силана.
Во второй главе описана разработка метода синтеза силана по реакции тетрафторида кремния с СаН2 в проточном реакторе и в статических условиях при повышенном давлении SiF4.
В третьей главе описаны метод получения изотопнообогащённого гидрида кремния-28 по реакции тетрафторида кремния-28 с гидридом кальция в проточном реакторе и глубокая очистка гидрида кремния-28 Si28H4 методом низкотемпературной ректификации. Проведены исследования с целью определения возможности изотопного разбавления кремния-28 на стадиях синтеза и глубокой очистки Si28H4. Показано, что на стадиях синтеза и очистки Si Н4 изотопного разбавления кремния-28 в пределах погрешности анализа не происходит.
