[发明专利]四氟化硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于四氟化硅技术领域，尤其涉及一种四氟化硅的制备方法。

背景技术

四氟化硅，又叫四氟硅烷，英文名称为silicon tetrafluoride，分子式为SiF₄，CAS登录号为7783-61-1。四氟化硅是一种无色、有毒、有刺激性臭味的气体，具有多种用途，除了用于氟硅酸和氟化铅的制取、水泥和人造大理石的硬化剂等，还可以用于电子和半导体行业，如用作氮化硅或硅化钽等的蚀刻剂、P型掺杂剂、外延沉积扩散硅源、制备电子级硅烷或硅等。

现有技术公开了多种四氟化硅的制备方法，其中，以萤石为主要原料制备SiF₄是最原始的方法，该方法包括以下步骤：首先将萤石粉矿、浓硫酸和石英砂混合，在沙浴加热的条件下，萤石粉矿、浓硫酸和石英砂发生反应，反应式如下：

2CaF₂+2H₂SO₄+SiO₂＝＝SiF₄+2CaSO₄+2H₂O

反应完毕后用水将反应产物冷凝，再送入冰丙酮冷却的气体肼中除去其中的杂质HF，最后将得到的产物在密闭容器中升华或加压蒸馏纯化，得到高纯度SiF₄。采用该方法制备SiF₄，会产生大量氟化氢副产物，不仅增加了后续处理的难度、影响SiF₄的纯度，而且严重腐蚀设备。另外，该方法以价格昂贵的萤石粉为原料，增加了生产成本。

现有技术也公开了一种以氟化氢和SiO₂为原料反应制备SiF₄的方法。利用氟化氢制备SiF₄时，首先将氟化氢气体通入反应器底部，然后加入浓硫酸和二氧化硅，使二氧化硅分散于浓硫酸中与氟化氢发生反应，反应式如下：

4HF+SiO₂＝＝SiF₄+2H₂O

该方法直接以氟化氢气体为原料制备SiF₄，氟化氢气体易混于得到的SiF₄中，得到的SiF₄纯度较低。公开号为CN101774587A的中国专利文献公开了一种四氟化硅的制备方法，包括以下步骤：将质量浓度为96％～98％的浓硫酸与质量浓度为50％～52％的氢氟酸预混合吸收，得到混合物A；将二氧化硅与质量浓度为80％～85％的浓硫酸预混合，得到混合物B；将混合物A和混合物B混合后搅拌反应，得到四氟化硅。但是，该方法不仅操作繁琐，不适于连续化生产，而且由于原料中水的含量较多，影响得到的SiF₄纯度，其纯度一般在92％以下。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种四氟化硅的制备方法，本发明提供的制备方法操作简单，得到的SiF₄纯度高。

本发明提供了一种四氟化硅的制备方法，包括以下步骤：

a)液态氟化氢与Si源在浓硫酸的作用下反应，得到四氟化硅。

优选的，所述步骤a)具体包括：

a1)将Si源与浓硫酸混合均匀；

a2)向所述步骤a1)得到的混合物中加入液态氟化氢，反应后得到四氟化硅。

优选的，所述步骤a1)具体包括：

将Si源与浓硫酸混合，混合均匀后进行加热。

优选的，所述加热的温度为60℃～120℃。

优选的，所述浓硫酸的浓度为80％以上。

优选的，所述Si源中的Si、浓硫酸与液态氟化氢的摩尔比为1∶(3～10)∶(1～5)。

优选的，所述反应的温度为60℃～120℃。

优选的，所述液态氟化氢按照以下方法制备：

含NaAlF₄原料与硫酸反应，得到混合气体；

将所述混合气体提纯、液化后，得到液态氟化氢。

优选的，所述含NaAlF₄原料中NaAlF₄与硫酸的摩尔比为1∶(1～5)。

优选的，所述Si源为硅石粉和石英砂中的一种或两种。