[发明专利]一种连续生产高阶硅烷的方法

说明书

本发明提供了一种连续生产高阶硅烷的方法，在30～100℃，0.05～0.5Mpa条件下，以硅化镁和酸性盐为原料在溶剂中接触进行反应，并收集所产生的气态混合物，将气态混合物在‑150℃～‑70℃下进行冷凝得到液态混合物；将所得的液态混合物升温至‑60℃～‑20℃，收集得到甲硅烷和液态混合物一，将液态混合物一继续升温至‑10℃～20℃，收集得到乙硅烷和丙硅烷；其中，酸性盐选自不含有活泼氢的酸性盐，所述溶剂选自含有氨基且常压下沸点高于53℃。本发明的方法能够实现高转化率、连续化、低能耗地制备高阶硅烷。

技术领域

本发明涉及高阶硅烷的连续生产方法，尤其涉及连续生产乙硅烷和丙硅烷。

背景技术

硅烷气体是半导体及光伏行业的重要原料，主要用于沉积各种含硅元素的薄膜，尤其以非晶硅和多晶硅薄膜为主。目前，应用最广泛的硅烷气体为甲硅烷，但甲硅烷用于沉积多晶硅薄膜的分解温度较高，沉积速率较慢，在一定程度上制约了多晶硅薄膜的应用，例如，直接在玻璃衬底上沉积多晶硅薄膜。高阶硅烷具备更低的分解温度，更快的沉积速率，并且沉积生长的薄膜具有更规则的晶格排列，更有利于生长形成大晶粒多晶硅薄膜。例如，乙硅烷沉积生长多晶硅薄膜的温度可低至约500℃，低于普通玻璃的软化温度；因此，可实现在玻璃基底表面直接沉积多晶硅薄膜的过程；而丙硅烷沉积生长多晶硅薄膜的温度可低至300℃以下，有望实现在柔性基底上直接沉积多晶硅薄膜，或与其它材质如石墨烯等相结合制备特种复合薄膜材料的工艺过程。对比现有工艺，一般先以甲硅烷为原料沉积非晶硅薄膜，然后再进行激光诱导晶型转化形成多晶硅薄膜，制备效率较低，严重制约了相关应用技术的发展。

然而，现有工业化生产乙硅烷的工艺路线主要有六氯乙硅烷氢化法和硅镁法。其中，六氯乙硅烷氢化法一般以氢化铝锂或氢化铝钠为还原剂，在有机溶剂中与六氯乙硅烷发生还原反应，生成乙硅烷和盐，同时伴有副产物氯气。该工艺的优点是可实现连续化生产，生产规模易于放大，但六氯乙硅烷提纯工艺复杂，难度较大，还原剂氢化铝锂或氢化铝钠制备条件苛刻，整个工艺流程复杂，能耗较高，控制难度大，设备投资及运行成本都较高。

硅镁法一般以硅化镁和氯化铵为原料，在液氨溶剂内进行反应，反应一般在微正压的条件下进行，温度控制在-20～-30℃的范围内。该工艺主要用来制备高纯甲硅烷，同时副产约3～5％的乙硅烷及微量的丙硅烷。该工艺的优点是工艺流程短、设备简单、易于控制，且所获得的硅烷气体产品纯度高，后期纯化较为容易。该工艺中，甲硅烷的沸点远低于氨，因此极易从反应体系内分离，但高阶硅烷的沸点高于氨，因此极难将高阶硅烷充分地由反应系统内取出。而高阶硅烷在反应体系内停留时间过长将导致其分解损耗，为及时将高阶硅烷从反应系统内移出，则同时将带出大量的氨，而氨的汽化潜热较高，因此过程能耗较高且氨损耗量较大；并且，该工艺由于副产氯化镁，且其与氨将形成配合物六氨氯化镁溶解于氨中，因此难以及时移出反应系统，工艺只能采用间歇操作。该工艺由于难以实现连续化生产，产能难以进一步提升，因此单位操作成本较高，使用该工艺生产甲硅烷的厂家已逐渐被淘汰；而使用该工艺生产高阶硅烷可同时获得乙硅烷和丙硅烷，但受工艺与物料特性所限，高阶硅烷的产能极低且能耗较大。

综上所述，现有技术的六氯乙硅烷氢化法工艺复杂运行难度大，并且仅能生产乙硅烷，硅镁法工艺可以同时生产乙硅烷和丙硅烷，但仅能间歇操作，产能小，高阶硅烷产率极低，特别是丙硅烷产量极低，无法实现批量生产。而且，现有技术均未见提及有关丙硅烷规模化生产的报道。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种连续生产高阶硅烷的方法，该方法能够实现高转化率、连续化、低能耗地制备高阶硅烷。

为了实现本发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明提供了一种制备连续生产高阶硅烷的方法，30～100℃，0.05～0.5Mpa条件下，以硅化镁和酸性盐为原料在溶剂中接触进行反应，并收集所产生的气态混合物，将所述气态混合物在-150℃～-70℃下进行冷凝得到液态混合物；