[发明专利]工业化制备三乙基镓的方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机金属化学气相沉积(MOCVD)中原料三乙基镓的生产方法，尤其涉及工业化制备三乙基镓的方法，属于三乙基镓制备技术领域。

背景技术

高纯三乙基镓等金属有机化合物，是金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)、化学束外延(CBE)过程中生长光电子材料的最重要、也是目前用量最大的原料，广泛应用于生长铟镓砷氮(InGaAsN)、铟镓砷(InGaAs)、铟镓磷(InGaP)等化合物半导体薄膜材料。纯净的三乙基镓在室温下为液体，当用于MOCVD时需要将该源封装在钢瓶内，然后控制钢瓶温度，使其蒸气压达到一定值，再通过持续流动的载气，将在使用温度下气-固平衡状态气相中的三乙基镓带入MOCVD或CBE生长系统。

三乙基镓的制备方法较多，但能运用到工业化的方法很少，常见的方法即采用工业三乙基铝与三氯化镓进行烷基交换反应，但存在以下缺点：1)反应转化效率不高，有大量副产物产生；2)原材料成本高，作为工业化制备路线，三乙基铝价格较高，而三氯化镓则价格更显昂贵，因此生产成本极高；3)原料易燃，存在安全隐患，三乙基铝对空气、水汽非常敏感，遇空气自燃，遇水爆炸，使用时灌装、转移、反应等过程存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种工业化制备三乙基镓的方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

工业化制备三乙基镓的方法，特点是：在充满惰性气体的反应釜中，投入镓镁合金原料，在乙醚、四氢呋喃或甲基四氢呋喃存在下，于搅拌条件下逐步加入卤代烷，卤代烷为CH₃CH₂Br或CH₃CH₂I，通过控制卤代烷的滴加速度控制溶剂回流速度，反应完成后，将溶剂蒸出，再在减压条件下得到三乙基镓与醚的配合物，最后解配得到三乙基镓。

进一步地，上述的工业化制备三乙基镓的方法，其中，所述镓镁合金为Ga_xMg_y，其中x＝0.3～0.7，y＝0.7～0.3，x+y＝1，x、y为质量百分比。所述减压的真空度为1～50mmgH。所述卤代烷与镓镁合金中镓含量的摩尔比为3～8∶1。所述解配的温度为90～180℃。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明工艺反应简单平稳，易于控制，非常易于工业化生产；与三乙基铝置换法相比，材料便宜，反应产率高，由于采用反应釜与蒸发釜的分离，未反应的合金仍在反应釜中，继续反应，总产率接近90％，副产物可以回收利用，几乎没有废料；安全性较好，由于反应过程中采用的原料没有自燃物质，反应过程安全，特别适合大规模工业化生产。本发明采用双蒸发釜，生产线连续运转，生产效率大大提高。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明制备方法的反应式。

具体实施方式

本发明采用镓镁合金，在催化剂和醚类溶剂存在下，与卤代烷反应，工业化制备三乙基镓。

如图1所示，具体制备工艺为：在充满惰性气体的反应釜中，投入镓镁合金原料，镓镁合金为Ga_xMg_y，其中x＝0.3～0.7，y＝0.7～0.3，x+y＝1，x、y为质量百分比；于醚类溶剂存在下，醚类溶剂为乙醚、四氢呋喃或甲基四氢呋喃；在搅拌条件下逐步加入卤代烷，卤代烷为CH₃CH₂Br或CH₃CH₂I；通过控制卤代烷的滴加速度控制溶剂回流速度，卤代烷与镓镁合金中镓含量的摩尔比为3～8∶1；反应完成后，将溶剂蒸出，再在减压条件下(减压的真空度为1～50mmgH)得到三乙基镓与醚的配合物，最后解配(解配的温度为90～180℃)得到三乙基镓。

实施例1：

在充满氮气的反应釜中，投入镓镁合金650g，加入无水乙醚2200g，在搅拌条件下逐步加入碘乙烷(CH₃CH₂I)2700g，通过控制碘乙烷(CH₃CH₂I)的加入速度控制溶剂回流速度，反应完成后，继续保持回流4小时，然后将溶剂蒸出，再在减压条件下(真空度为1～50mmgH之间)得到三乙基镓与醚的配合物，最后解配(解配的温度为90～180℃之间)得到三乙基镓483g，收率为75％(按金属镓计算)。

实施例2：