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三氯氢硅还原法制取高纯硅的化学原理

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2022-10-13 11:07:00【

 SiHCl3的合成

第一步:由硅石制取粗硅 硅石(SiO2)和适量的焦炭混合,并在电炉内加热至1600~1800℃

可制得纯度为95%~99%的粗硅。其反应式如下:

SiO2+3C=SiC+2CO(g)↑

2SiC+SiO2=3Si+2CO(g)↑

总反应式:

SiO2+2C=Si+2CO(g)↑

生成的硅由电炉底部放出,浇铸成锭。用此法生产的粗硅经酸处理后,其纯度可达到99.9%。

第二步:SiHCl3的合成 SiHCl3是由干燥的氯化氢气体和粗硅粉在合成炉中(250℃)进行合成的。

其主要反应式如下:Si+3HCl=SiHCl3+H2(g)

(2) SiHCl3的提纯

由合成炉中得到的SiHCl3往往混有硼、磷、砷、铝等杂质,并且它们是有害杂质,对单晶硅质量影响极大,必须设法除去。

近年来SiHCl3的提纯方法发展很快,但由于精馏法工艺简单、操作方便,所以,目前工业上主要用精馏法。SiHCl3精馏是利用SiHCl3与杂质氯化物的沸点不同而分离提纯的。

一般合成的SiHCl3中常含有三氯化硼(BCl3)、三氯化磷(PCl3)、四氯化硅(SiCl4)、三氯化砷(AsCl3)、三氯化铝(Al2Cl3)等氯化物。其中绝大多数氯化物的沸点与SiHCl3相差较大,因此通过精馏的方法就可以将这些杂质除去。但三氯化硼和三氯化磷的沸点与SiHCl3相近,较难分离,故需采用高效精馏,以除去这两种杂质。精馏提纯的除硼效果有一定限度,所以工业上也采用除硼效果较好的络合物法。

SiHCl3沸点低,易燃易爆,全部操作要在低温下进行,一般操作环境温度不得超过25℃,并且整个过程严禁接触火星,以免发生爆炸性的燃烧。

(3)SiHCl3的氢还原

提纯SiHCl3和高纯氢混合后,通入1150℃还原炉内进行反应,即可得到硅,总的化学反应是:SiHCl3+H2=Si+3HCl

生成的高纯多晶硅淀积在多晶硅载体上。