Способ очистки летучих неорганических гидридов

Способ очистки летучих неорганических гидридов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ,м„„

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскня

Соцнапнстнческкк республик

- Х,Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву($1) М. Кп.з (22) 3assneHo 270581 (21) 3298210/23-26 с присоединением заявки Mo\ (23) ПриоритетС 01 В 6/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

153)УДК 541.44 (088.8) Опубликовано 150383 Бюллетень М 10

-Дата опубликования описания 150383 (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ЛЕТУЧИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ

ГИДРИДОВ

15

Изобретение относится к технологии глубокой очистки веществ, в частности к способам очистки летучих неорганических гидридов, использующихся прн производстве полупроводниковых приборов.

Известен способ глубокой очистки летучих неорганических гидридов их низкотемпературной ректификацией11.).

Указанный способ характеризуется высокими энергозатратами, сложен в аппаратурном оформлении н в эксплуа.тации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ глу-. бокой очистки летучих неорганических гидридов их фракционной дистилляцией(2).

К недостаткам- способа относятся низкая производительность процесса очистки и высокое содержание в конечном продукте ряда примесей. Напри- 25 мер, при очистке арсина и фосфина он не позволяет снизить в них содержание примесей сероводорода, селеновоцорода, теллуроводорода и др. до

Уровня менее 5 10 об.в ° 30

Целью изобретения является ускорение процесса и повышение чистоты конечного продукта.

Поставленная цель достигается тем, что очистку летучих неоргани-. ческих гидридов фракционной дистилляцией проводят путем последовательного осуществления опараций нагрева гидрида со скоростью 3-30 С/ч до температуры на 3-8ОС ниже точки его кипения, выдерживания до завершения испарения йизкокипящих примесей, перегонки 90-95% гидрида в находящуюся прн постоянной, выбранной

40-80 (T p — T}y ) иэ интервала

100 + Т;, где T „я,,и Тпк — температура кипения и йлавления гидрида, соответственно температуре тарельчатую колонну и повторной перегонки полученного конденсата путем повышения температуры колонны со скоростью

3-30 C/÷ полученного конденсата с-. конденсацией 10-20% гидрнда в начале и конце второй перегонки отдельно от продукта.

Выбор укаэанного выше интервала изменения скорости нагрева гидрида в процессе двух последовательных его

1004259 перегонок обусловлен тем, что он наряду с высокой чистотой конечного продукта позволяет обеспечить требуемый уровень производительности и выход гидрида в готовую продукцию.

При скорости нагрева гидрида ниже, чем 3 С/ч время проведения процесса очистки резко увеличивается, а

„следовательно, его производительность резко снижается без заметного выигрыша в чистоте получаемого продукта. 1О

При скорости же нагрева, больше чем

30 С/ч снижается чистота конечного продукта эа счет захвата при испарении близкокипящих примесей. Кроме того, при высокой скорости нагрева $5 (730 C/÷ наряду с удалением паров низкокипящих примесей происходит частичный унос с ними и очищаемого гидрида,:что снижает выход последнего в готовую продукцию. При скорости на-2О грева 35-40 С/ч выход в готовую продукцию снижается в среднем на 5-8%.

Теми же причинами обусловлен и уровень нагрева гидрида до температуры на 3-8 С ниже точки его кипения.

Нагрев на 3 С ниже точки кипения очищаемого продукта — это экспериментально установленный предел, при котором достигается эффективная очистка гидрида от низкокипящих примесей без его значительных потерь. При увеличении нагрева до температур более близких к температуре кипения гидрида его.потери возрастают на 8-12%, с другой стороны нагрев очищаемого продукта до температур, более чем 35 на 8ОС ниже точки кипения гидрида, приводит к снижению содержания низкокипящих примесей в отходящих газах (образующихся при выдерживании гидрида) примерно на 0,5 порядка и, со- 4П ответственно, к повышению их содержания в очищаемом продукте. Ф

Перегонка 90-95% очищаемого гидрида в находящуюся при постоянной тем- 45 пературе тарельчатую колонну необходимо для отделения высококипящих примесей, которые в процессе перегонки концентрируются в остатке, составляющем по объему 5-10% исходного количества гидрида. Перегонка менее

90% гидрида сопряжена с ростом потерь. очищаемого продукта, а более 95% с ростом в продукте содержания высококипящих примесей. использование тарельчатой колонны 55 необходимо для развития поверхности теплообмена в процессе конденсации гидрида во время первой перегонки и испарения во время второй.

Выбор температуры колонны в процес60 се конденсации гидрида производят иэ интервала, определяемого формулой

40-80 (Талип — Тпл) — + T где Тким

100 пл, 65 и Т» температура кипения и плавления гидрида, соответственно. Указанный интервал обеспечивает достаточную скорость конденсации продукта без снижения его чистоты. При температуре колонны, близкой к температуре кипения гидрида, резко возрастает вермя его конденсации, а при температуре колонны, близкой к температуре плавления гидрида, не достигается его эффективная очистка от низкокипящих примесей.

Конденсация 10-20% гидрида в начале и конце второй перегонки отдельно от продукта необходима для эффективного отделения низко и высококипящих примесей. Выход за пределы указанного интервала приводит к повышению содержания в продукте либо низ. ко либо высококипящих примесей и, кроме того, либо к снижению выхода готовой продукции,,либо к повышению содержания примесей в ней. пример1. 620 rА нз сконденсированного в баллоне иэ нержавеющей стали, нагревают от -181 С до -100 С со скоростью 30 с/ч и далее до -70 С со скоростью, 4 C/÷, после чего очищаемый продукт выдер.живают в течение 40 мин до удаления из него низкокипящих примесей. В процессе нагрева и выдержки ачищаемого гидрида баллон сообщался с тарельчатой колонной (ф = 35 мм, 8 тарелок), находящейся при температуре

21 С и, продуваемой потоком водорода с расходом 12 л/мин. Контроль за содержанием в потоке водорода удаляемых из А Н низкокипящих примесей производили хроматографическим методом. Содержание примесей метана, этана и этилена находилось на уров- . не 4 ° 10 об.% °

После Удаления из очищаемого продукта низкокипящих примесей подачу водорода в колонну прекращают, температуру в ней снижают до -80 С, а саму колонну вакуумируют. Затем очищаемый гидрид перегоняют из баллона в колонну, поддерживая давление в ней на уровне 1-70 мм рт.ст. и оставляя,в баллоне " 8% исходного количества гидрида. После завершения перегонки баллон отсекали от колонны и содержащийся в нем остаток анали.зировали на содержание теллуроводорода, гидридов свинца и олова, содержание которых по данным анализа составило (6-9) 10" об. % . Сконденсированный на тарелках колонны А Нэ подвергали повторной перегонке путем нагрева последней по тому же температурному режиму, что и в случае первой перегонки при нагреве баллона. За счет развитой поверхности теплообмена в тарельчатой колонне время перегонки из нее AS Н сократилось в 5 4 раза по сравнению со временем

1004259

Содержание после очистки х 10Г об.В

Содержание доз

Очистки х 10 об.Ъ

Примесь

60.

НО

НСС1 сн +с.н

СН + С.,Нб

0,5

С4 Н

0,15 ИН э

0,1

Рнз

0,3

S i 84

46-80 -Тким- Тед+

100 AA перегонки из баллона. Образующуюся . в процессе .второй перегонки первую и последнюю фракцию в количестве

7Ъ от исходного объема As Нз кон- денсировали отдельно, а собранный продукт после анализ- подвергали тер- 5 мическому разложению для получения из него мышьяка особой чистоты. Ниже приведены результаты анализа очиценного As H>, содержание, об.Ъ

Метан Менее 1 ° 10

Этан -"- 3 10

Этилен 2 10-5

Пропан 5.10

Теллуроводород 5-10 35

Гидрид свинца и олова -"- 5-10

Полученный описанным способом мышьяк используют для синтеза арсенида индия, кристаллы которого имеют концентрацию и подвижность носителеа варнда лрн 77 К соответственно . (1,3-1,8).10есн вн 5,4 — 6,9 1сuk/с.

Полученный же из AS Н>очищенного ., по известной технологии, арсенид индия имеет следующие электрофизические параметры при 77 K : (2 1 — 2,7)х х 1 О см (3, 2 — 4, 77 - 10 см /c ..

Предлагаемый способ глубокой очист-5О ки летучих неорганических гидридов обеспечивает высокую степень чистоты продуктов при повышении производительноати процесса в целом.

Формула изобретения

Способ очистки летучих неорганических гидридов фракционной дистилляцией, отличающийся тем,60 что, с.целью ускорения процесса и повышения чистоты конечного продукта, гидрид нагревают со скоростью

3-30 С/ч до температуры на 3-8 С ниже точки его кипения. выдерживают

Пример 2. 700 r теллуроводорода нагревают в баллоне от температуры -196 С до -50 С со скоростью

25 о С/ч и далее до -8 С со скоростью а

4 С/ч, после чего очищаемый продукт выдерживают при этой температуре в течение 1,5 ч до удаления из него низкокипящих примесей. В процессе нагрева и выдержки очищаемого гидрида баллон сообщается с тарельчатой колонной (ф35 мм 8 тарелок) продуваемой спектрально чистые гелием с расходом 5 л/мин.

Переконденсацию основной части теллуроводорода из баллона в колонну осуществляют при температуре .последней — 40 С.

Повторную перегонку сконденсированного на тарелках колонны теллуроводорода проводят путем нагрева колонны по.тому же режиму, что и в случае первой перегонки при нагреве баллона. При этом 10% объема от исходного количества теллуроводорода в начале и конце второй перегонки конденсировали отдельно от готового продукта. Результаты анализа теллуроводорода до и после очистки приведены в таблице. до завершения испарения низкокипящих примесей, перегоняют 90-95% гидрида в находящуюся при постоянной температуре, выбранной из интервала где Т и Т - температура кипения и плавления гидрида соответственнор тарельчатую колонну, полученный конденсат, нагревая со скоростью 330 С/ч,;, перегоняют, конденсируя

10-" 203 гидрида в начале и конце перегонки отдельно от продукта.

1004259

Составитель A.Ïîëåâoé

Техред М,Тепер Корректор В. Бутяга

Редактор М.Товтин

Заказ 1776/25 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Девятнх Г.Г., Зорин A.Ä., ФролоВ И.A., Кедеркин В.N. и др.

В сб. "Методы получения и анализа веществ особой чистоты. М., "Наука", 1970, с.42-50.

2. Девятых Г.Г., Зорин A.Ä. Лету чие неорганические гидриды особой чистоты. М., "Наука", 1974, с.141

5 (прототип) .