[发明专利]制备高级氢化硅烷化合物的方法

说明书

本发明涉及用于快速和无金属地从低级氢化硅烷化合物制备高级氢化硅烷化合物的方法，涉及利用此方法可制备的所述高级氢化硅烷化合物和它们的应用。这些材料中不含金属对于半导体应用和光电部件是非常重要的。

在文献中记载了氢化硅烷化合物包括氢化硅烷作为可能的起始材料用于制备硅层。

在此,氢化硅烷是指只含有硅和氢原子的化合物。原则上，氢化硅烷可以是气态、液态或固态，并且它们—尤其在固态的情况下—基本上可溶于诸如甲苯或环己烷的溶剂中，或诸如环戊硅烷的液态硅烷中。作为实例可列举乙硅烷、丙硅烷、丁硅烷、戊硅烷和新戊硅烷。具有至少三个或四个硅原子的氢化硅烷可以具有带有Si-H键的直链的、支链的或(任选双-/多-)环状的结构，并且可以优选通过各自的通式来描述：Si_nH_2n+2(直链的或支链的；其中n>=2)、Si_nH_2n(环状的；其中n=3-20)或Si_nH_2(n-i)(双-或多环的；n=4-20；i={环的数目}-1)。

与此相对，不是氢化硅烷的氢化硅烷化合物是指取代的氢化硅烷，其中优选的取代氢化硅烷化合物是具有基于元素周期表第III、IV和V族元素的化合物的取代基的氢化硅烷，尤其是具有取代基-BY₂(其中Y相互独立地是-H、-烷基或-苯基)、-C_nR_2n+1(其中R相互独立地是-H、-烷基或-苯基)和-PR₂(其中R相互独立地是-H、-烷基、-苯基或-SiR’₃，其中R’=-烷基)的氢化硅烷。

尽管原则上很多氢化硅烷化合物可以用于制备硅层，特别是氢化硅烷，但已经证明，只有高级氢化硅烷(尤其是氢化硅烷),即具有多于10个硅原子的相应化合物，能够在涂覆常规基材时良好地覆盖其表面和获得具有很少的缺陷的均匀层。因此，用于制备高级氢化硅烷化合物(尤其是高级氢化硅烷)的方法是令人感兴趣的。通过低聚低级氢化硅烷化合物，尤其是低级氢化硅烷可以制备很多高级氢化硅烷化合物，尤其是氢化硅烷。在这样的将低级氢化硅烷或氢化硅烷化合物的低聚中，从形式上看，由两个相同或不同的低级(任选地取代的)氢化硅烷(化合物)分子在抽取氢和/或较小的氢化甲硅烷基残基之后构建为高级氢化硅烷(化合物)分子。

因此，例如DE 2 139 155 A1记载了通过丙硅烷、正丁硅烷和/或正戊硅烷的热解来制备氢化硅烷的方法。然而，这种方法要求高度的技术复杂性，因为在该反应中首先要在高真空下蒸发起始硅烷，接着在玻璃棉催化剂(Kontakt)上进行热解，且随后必须将分解产物冷凝并通过气相色谱分离。

EP 630 933 A2描述了用于形成可热转化成半导体材料的缩合物的方法。在包含至少一种金属和/或金属化合物的催化剂存在下，通过氢化硅烷单体的脱氢聚合反应制得该缩合物，所述氢化硅烷单体基于选自甲硅烷、乙硅烷和丙硅烷的单体。然而，这种制备方法的缺点是，在反应结束后，必须将所使用的催化剂花费巨大地除去。

JP 6 128 381 A、US 5 700 400 A和US 5,252,766 A描述了催化剂支持的氢化硅烷合成，即一种包括将氢化硅烷化合物在过渡金属或过渡金属配合物存在下进行反应的方法。缺点也是，在反应结束后，必须将所使用的催化剂花费巨大地除去。此外，相应的催化剂体系的制备也是昂贵的。

US 6,027,705 A描述了用于从甲硅烷或乙硅烷制备丙硅烷或更高级硅烷的多步方法。来自第一反应步骤中的甲硅烷或乙硅烷的转化的缩合物可以在第二反应区域中热(优选在250－450℃的温度下)加入到具有更高级分子量的混合物中。然而，这种方法的问题是在这样的温度下只能取得小比例的具有高分子量的硅烷；除了反应物甲-或乙硅烷之外，产物混合物中主要是具有3-7个硅原子的硅烷占主导。因此，该方法不适合用于合成高级氢化硅烷，即具有至少10个硅原子的氢化硅烷化合物。