Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 80. Темпераіурная зависимость критического давления (1), начало гомогенного заро-дышеобразования и давления насыщенных газов (2): а — тетразюксисилан; б — спирг
ции тетраэтоксисилана и спирта. Область А (см. рис. 80) соответствует области образования аэрозолей, Б - образованию тумана, В - гетерогенной конденсации паров, Г - это область паров, когда конденсации не наблюдается для паро-газовой смеси рассматриваемого состава, соответствующего парциальному давлению P1.
Пользуясь приведенными зависимостями, можно выбрать условия ступенчатого снижения температуры. Конденсация начинается при достижении температуры, соответствующей точке а. Снижение температуры в первом теплообменнике не следует осуществлять ниже температуры, соответствующей точке Ь. В этом случае очищенный газ будет содержать количество примеси, соответствующее точке росы для ординаты Ьс. Режим работы второго холодильника определяется уже следующей ступенью охлаждения (линия cd), третьего - ЛИНИЯ fg и т.д. Таким образом, ступенчатое охлаждение позволит проводить процесс без образования туманообразных и аэрозольных частиц примесных соединений.
Поскольку на практике исходная концентрация примесей в моно-силане может меняться, то при установившихся температурных режимах на холодильниках иногда возможно гомогенное зародышеобразо-вание. Для того чтобы предотвратить последствия гомогенных процессов зародышеобразования после каждого цикла охлаждения, необходимо отогревать моносилан для растворения (испарения) образовавшихся зародышей.
На pncv 81 'приведена аппаратурно-технологическая схема процесса
185
Силан на ректификацию
Рис. 81. Аппаратурно-технологическая схема диспропорционирования триэтоксисилана
диспропорционирования триэтоксисилана с конденсацией из моносилана эфиров и спирта в специальных конденсаторах.
Триэтоксисилан (ТЭОС) в дозированном количестве подается в аппарат диспропорционирования 1 непрерывно. Туда же подается жидкий катализатор - алкоголят натрия. В аппарате при нагреве и перемешивании идет реакция образования моносилана. Избыточные жидкие продукты, в основном тетраэтоксисилан и катализатор, сливаются из аппарата, обеспечивая в нем постоянный уровень жидкости. Остатки триэтоксисилана реагируют в приемном баке 4. Моносилан из аппарата диспропорционирования поступает на охлаждение в водяной 2 и рассольный 3 холодильники (263 К), после чего его подают на три конденсатора 5, расположенные последовательно. В нижней части, конденсаторов на насадке происходит конденсация примесей. После каждого конденсатора имеется подогреватель для испарения туманообразных частиц, образовавшихся при конденсации. В качестве греющего газа используют азот с температурой 400 К. После конденсатора моносилан поступает на дальнейшую очистку методом низкотемпературной ректификации.
4. ОЧИСТКА СОЕДИНЕНИЙ КРЕМНИЯ МЕТОДОМ РЕКТИФИКАЦИИ
Ректификация является основным методом очистки промежуточных кремнийсодержащих соединений от примесей, которые перешли в эти соединения из исходного сырья (технического кремния и хлористого водорода).
По мере очистки содержание примесей уменьшается и достигает такой величины, когда их влияние уже не сказывается на свойствах системы основной продукт - примесь. В этом случае молекулы примесей хаотически распределены в основном продукте и еще большее разбавление не изменяет энергии взаимодействия молекул примеси с окружающими ее молекулами основного продукта, т.е. по существу имеет место идеальный раствор, изменение в котором количества примесного вещества сопровождается сколько-нибудь значительным тепловым эффектом или изменением объема. Количество примеси, соответствующее такому состоянию (предельному разбавлению), получило название микропримесь.
Для идеальных растворов справедлив закон Рауля: рав = Va + + NBp°?, где Pab - общее давление над раствором; рА, рв - парциальные давления паров чистых веществ при данной температуре; Na, Nb -мольные доли компонентов в растворе.
В технологии кремния большинство растворов примесей в хлорсила-нах могут быть отнесены к идеальным с точностью, достаточной для технических расчетов. Таким образом, удаление или добавление к основному компоненту микропримеси не сообщает дополнительный тепловой эффект системе.
Минимальная термодинамическая работа процесса глубокой очистки вещества связана с теми затратами работы, которые надо совершить по изменению положения примеси в объеме системы (например, из основной массы трихлорсилана необходимо выделить примесь), т.е. сконцентрировать ее в небольшом количестве трихлорсилана (кубовом остатке), обеспечив тем самым более низкое содержание во всем остальном продукте X1. Эта работа А связана с затратами энергии на обратимый переход 1 моля микропримеси из одной фазы или части системы в другую: А = RTln (I - X1VX1, где X1 - концентрация микропримеси, до которой осуществляется очистка, мольная доля.
Математический анализ этой формулы показывает, что при X1 ->¦ О А ->¦ о®. Таким образом, глубокая очистка веществ связана со значительными затратами энергии.
