[发明专利]一种制备单锗烷的系统及其制备方法

说明书

本发明公开了一种制备单锗烷的系统及其制备方法，涉及单锗烷制备的技术领域。锗烷反应罐1出口处连接至气体预处理装置2，气体预处理装置2连接至精馏塔3，所述精馏塔3连接至单锗烷气瓶7与混合物气瓶8，所述混合物气瓶8、NHsubgt;4/subgt;X加料装置9、碱性金属加料装置10与液氨罐11均连接至液氨反应罐4，所述液氨反应罐4连接至脱氨罐6，所述脱氨罐6连接至酸洗塔5。利用单锗烷和乙锗烷、丙锗烷之间沸点的明显差异，通过低温精馏工艺可以把单锗烷和乙锗烷、丙锗烷有效分离，乙锗烷和丙锗烷采用化学转化的方法生成单锗烷，提高了单锗烷气体的转化率。

技术领域

本发明涉及单锗烷制备的技术领域，具体是一种制备单锗烷的系统及其制备方法。

背景技术

锗烷，又称氢化锗，包括单锗烷(GeH₄)、乙锗烷(Ge₂H₆)、丙锗烷(Ge₃H₈)及其他高级锗烷等。其中单锗烷在半导体、集成电路领域中有重要的应用。

根据目前的文献记载，锗烷有多种合成工艺，如锗镁合金水解工艺、二氧化锗和氢化物反应、四氯化锗和氢化物反应等。在众多的合成工艺中，在生成单锗烷(GeH₄)的同时，一般伴有乙锗烷、丙锗烷及少量高级锗烷的产生。一般合成工艺中乙锗烷和丙锗烷的掺杂量在5-10％之间，有的工艺中掺杂的乙锗烷和丙锗烷含量更高。因此，在生产过程中，提高单锗烷的含量，降低乙锗烷、丙锗烷的含量一直是一个继续改善和解决的问题。

发明内容

未解决背景技术中提出的锗烷气体合成工艺中乙锗烷、丙锗烷掺杂含量较高的问题，本发明提供一种制备单锗烷的系统及其制备方法，对乙锗烷、丙锗烷采用化学转化的方法生成单锗烷，提高单锗烷气体的转化率，具体技术方案如下：

一种制备单锗烷的系统，所述系统包括锗烷反应罐1、气体预处理装置2、精馏塔3、液氨反应罐4、酸洗塔5和脱氨罐6，所述锗烷反应罐1出口处连接至气体预处理装置2，气体预处理装置2连接至精馏塔3，所述精馏塔3连接至单锗烷气瓶7与混合物气瓶8，所述混合物气瓶8、NH₄X加料装置9、碱性金属加料装置10与液氨罐11均连接至液氨反应罐4，所述液氨反应罐4连接至脱氨罐6，所述脱氨罐6连接至酸洗塔5。

进一步的，所述混合物气瓶8为乙锗烷、丙锗烷混合物气瓶。

进一步的，所述液氨反应罐4内设置搅拌器，外部设置控温夹套，底部连接至固体盐收集装置12。

一种单锗烷的制备方法，所述制备方法如下：在锗烷反应罐内生成锗烷混合气体，混合气体依次通过气体预处理装置与精馏塔后分离出单锗烷与其他混合物，根据反应方程式确定碱性金属与NH₄X的化学计算反应需用量，碱性金属进行清洁处理后加入液氨反应罐，加入液氨，开始搅拌，搅拌器伸入液氨反应罐底部，搅拌形成碱性金属的液氨溶液；其他混合物以气态或液态的方式加入液氨反应罐内，搅拌10-30min后，加入NH₄X，通过氮气或氦气吹扫释放出生成的单锗烷气体；从液氨反应罐中排出的混合气体通过脱氨罐分离出单锗烷和其他不能液化的气体，氨气以液态形式保留在脱氨罐内，其他含有单锗烷的混合气体通过酸洗塔进入气体预处理装置，液氨反应罐内的液氨进入脱氨塔内，固体盐留在液氨反应罐内，通过底部放料口排出。

其中，确定碱性金属的化学计算反应需用量采用下列方程式：

M+Ge₂H₆＝MGeH₃+H₂

M+Ge₃H₈＝MGeH₃+M₂GeH₂+H₂

确定NH₄X的化学计算反应需用量采用下列方程式：