硅烷中主要杂质气体的分子筛提纯研究

摘要

硅烷(SiH4)是电子工业中一种十分重要的硅源气体，要制造高纯的硅材料，原料气体的高纯度是一个必需的前提。但一直以来，通过硅化镁工艺、电解工艺、歧化工艺等工业生产方法直接制备出的粗硅烷，由于在纯度上无法满足要求，因此实用价值并不大。但是，随着硅烷提纯技术的难点以及成本问题逐步被克服和解决，同时，以前广泛采用的三氯氢硅法在降低生产成本、提高硅产品纯度方面已经力不从心，因此，硅烷法就成为生产多晶硅最可行的途径之一。所以，硅烷提纯技术直接关系到多晶硅产品的质量和纯度，它是硅烷生产技术能否被广泛应用的关键，也是一个极具产业价值的研究课题。 本文即是在此背景下，选取4A和5A分子筛对由硅化镁(Mg2Si)法发生的硅烷中的两种主要杂质氨(NH3)和磷化氢(PH3)做了吸附实验研究。吸附实验系统为自行设计、搭建，可以适用于在线分析研究。实验首先利用气相色谱对流过吸附柱的气体进行进样分析，从而得到样品气的出峰时间，再结合样品气流量，计算了分子筛对气体的吸附量。为了进一步验证分子筛的吸附量，同时采用脱附实验，然后利用纳氏比色法和磷钒钼黄比色法分别对所收集的脱附气体氨和磷化氢进行化学定量分析，测定分子筛对它们的吸附量。结果表明，这两种方法得到结果可以相互印证。 本文探讨了温度、气体流量等工艺参数对分子筛吸附效果的影响，并对吸附过程做了热力学和动力学的理论分析。结果表明，4A分子筛对氨有良好的吸附效果；5A分子筛则对磷化氢的吸附效果明显。本文还计算了在一定温度下，4A和5A分子筛对氨和磷化氢的吸附速度常数，结果表明，低温下的吸附速度常数值较大。 在此基础上，本文还尝试了对分子筛提纯硅烷的实验探索，采用了多吸附柱联用技术，即让粗硅烷连续通过4A、5A分子筛来实现提纯。其中4A分子筛主要负责除去硅烷中较多的杂质氨；5A分子筛主要负责除去硅烷中少量的关键性杂质磷化氢。实验表明，经过多吸附柱联用技术提纯的硅烷，氨和磷化氢含量均有不同程度的减少。本文采用的实验方案及工艺较为简便且具有一定的灵敏度，是一种适用于硅烷生产在线跟踪分析的可行方法。

目录

文摘

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第一章 文献综述

1.1硅烷的性质

1.2硅烷的应用

1.3硅烷的生产制备

1.3.1硅烷制备技术概况

1.3.2常用硅烷制备工艺举例

1.4硅烷的提纯

1.4.1硅烷提纯的必要性

1.4.2硅烷提纯技术概况

1.4.3常用硅烷提纯工艺举例

1.5课题研究意义及目的

第二章 吸附过程以及分子筛的结构和特点

2.1吸附的定义及分类

2.1.1吸附的定义

2.1.2吸附的分类

2.2常用吸附剂介绍

2.3分子筛的结构、分类及性质

2.3.1分子筛的结构

2.3.2分子筛的分类

2.3.3分子筛的吸附选择性和离子交换性

第三章 实验部分

3.1实验药品、气体、仪器介绍

3.2分子筛的初始活化

3.3实验系统装置图

3.4分子筛的吸附实验

3.5分子筛的脱附实验

3.6气相色谱的定性监测分析

3.7化学定量分析

3.7.1氨的纳氏比色分析

3.7.2磷化氢的磷钒钼黄比色分析

第四章 分子筛对氨的吸附

4.1 4A分子筛对氨的吸附

4.1.1吸附实验结果

4.1.2脱附实验结果

4.1.3 4A分子筛对氨吸附速度常数的测定

4.2 5A分子筛对氨的吸附

4.3分子筛对氨的吸附结果分析

第五章 分子筛对磷化氢的吸附

5.1 4A分子筛对磷化氢的吸附

5.2 5A分子筛对磷化氢的吸附

5.2.1吸附实验结果

5.2.2磷化氢的脱附实验结果

5.2.3 5A分子筛对磷化氢吸附速度常数的测定

5.3分子筛对磷化氢的吸附结果分析

第六章 分子筛对硅烷提纯的探索

6.1实验方案简介

6.2结果与讨论

6.2.1分子筛在不同温度下对硅烷的提纯

6.2.2分子筛在不同流量下对硅烷的提纯

第七章 结论

前景展望

参考文献

附录 就读硕士期间发表的论文

致谢