CN111348680A - 砷烷的制备方法 - Google Patents
砷烷的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111348680A CN111348680A CN201811573697.6A CN201811573697A CN111348680A CN 111348680 A CN111348680 A CN 111348680A CN 201811573697 A CN201811573697 A CN 201811573697A CN 111348680 A CN111348680 A CN 111348680A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- arsine
- preparation
- reaction
- hydrogen
- elemental arsenic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G28/00—Compounds of arsenic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种砷烷的制备方法。该制备方法包括：将单质砷和氢气进行化合反应，得到化合反应产物体系，其中化合反应反应温度为500～700℃，反应压力3～5MPa；将化合反应产物体系进行第一冷却分离处理过程，得到未反应的单质砷和第一分离产物；及将第一分离产物进行第二冷却分离处理过程，得到液态的砷烷和未反应的氢气。当反应温度为500～700℃，反应压力3～5MPa时，单质砷和氢气能够发生化合反应，得到含砷烷的化合反应产物体系；通过两次冷却分离过程将砷烷中的杂质去除，提高砷烷的产率和纯度。采用上述方法制备砷烷的过程中没有液体物料参与，且不会产生废液，一种非常优异的环境友好型工艺，更适合规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体而言，涉及一种砷烷的制备方法。
背景技术
砷烷(AsH3)是电子气体中很重要的五族元素之一，AsH3是一种重要的电子特气。它在半导体工业中主要用于外延硅的N型掺杂、硅中的N型扩散、离子注入、生长砷化镓(GaAs)和磷砷化镓(GaAsP)以及与IIIA/VA族元素形成半导体化合物等。此外，AsH3在光电子、太阳能电池和微波装置中也有极为重要的应用。
目前传统方法制备砷烷采用的二砷化三锌与稀硫酸反应。用此方法水的用量大，反应不彻底，存在大量的二砷化三锌包夹在氢氧化锌里面，产生大量危险废液，对环境破坏大。
鉴于上述问题的存在，有必要提供一种环境友好型的砷烷的制备方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种砷烷的制备方法，以解决现有的砷烷制备方法存在环境不友好的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种砷烷的制备方法，该制备方法包括：将单质砷和氢气进行化合反应，得到化合反应产物体系，化合反应过程的反应温度为500～700℃，反应压力3～5MPa；将化合反应产物体系进行第一冷却分离处理，得到未反应的单质砷和第一分离产物；及将第一分离产物进行第二冷却分离处理，得到液态的砷烷和未反应的氢气。
进一步地，第一冷却分离处理过程的温度为300～400℃。
进一步地，第二冷却分离处理过程的温度为-110～-80℃。
进一步地，在进行化合反应之前，制备方法还包括：将单质砷进行抽烘处理，以使单质砷中的水分低于100ppb。
进一步地，抽烘处理过程的温度为110～190℃，处理时间为2～7h。
进一步地，抽烘处理过程的温度为130～170℃，处理时间为3～5h。
进一步地，制备方法还包括将未反应的单质砷和未反应的氢气与新鲜的单质砷和新鲜的氢气一并作为反应原料使用。
进一步地，在抽烘处理之后，且在化合反应之前，制备方法还包括：使用氢气对单质砷进行吹扫，以进一步去除单质砷表面的水分。
应用本发明的技术方案，砷烷的制备过程中，反应平衡向体积减小的方向移动。发明人经过多年创造性工作发现增大反应体系的压力有利于提高砷烷的热稳定性。同时当反应温度为500～700℃，反应压力3～5MPa时，单质砷和氢气能够发生化合反应，得到含砷烷的化合反应产物体系；通过两次冷却分离过程不仅能够将砷烷中的杂质去除，还能促使化学平衡向生成砷烷的方向移动，从而能够提高砷烷的产率和纯度。此外采用上述方法制备砷烷的过程中没有液体物料参与，且不会产生废液，因而本申请提供的制备方法还是一种非常优异的环境友好型工艺，更适合规模化生产。在此基础上，上述砷烷的制备方法具有环境友好、砷烷纯度和收率高及适于规模化生产等优点。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有的砷烷制备方法存在环境不友好的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种砷烷的制备方法，该制备方法包括：将单质砷和氢气进行化合反应，得到化合反应产物体系；将上述化合反应产物体系进行第一冷却分离处理，得到未反应的单质砷和第一分离产物；及将第一分离产物进行第二冷却分离处理，得到液态的砷烷和未反应的氢气。
砷烷制备原理：As+H2→AsH3。
砷烷的制备过程中，反应平衡向体积减小的方向移动。发明人经过多年创造性工作发现增大反应体系的压力有利于提高砷烷的热稳定性。同时当反应温度为500～700℃，反应压力3～5MPa时，单质砷和氢气能够发生化合反应，得到含砷烷的化合反应产物体系；通过两次冷却分离过程不仅能够将砷烷中的杂质去除，还能促使化学平衡向生成砷烷的方向移动，从而能够提高砷烷的产率和纯度。此外采用上述方法制备砷烷的过程中没有液体物料参与，且不会产生废液，因而本申请提供的制备方法还是一种非常优异的环境友好型工艺，更适合规模化生产。在此基础上，上述砷烷的制备方法具有环境友好、砷烷纯度和收率高及适于规模化生产等优点。
经过第一冷却分离过程能够从化合反应产物中未反应的单质砷(气态)去除。在一种优选的实施例中，第一冷却分离处理过程的温度为80～150℃。第一冷却处理过程的温度包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于提高未反应的单质砷的去除率，进而有利于提高砷烷的纯度。
经过第二冷却分离过程能够将第一分离产物中的砷烷液化，从而实现将砷烷和未反应的氢气分离的效果，进而提高砷烷的纯度。在一种优选的实施例中，第二冷却分离处理过程的温度为-110～-80℃。第二冷却处理过程的温度包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于提高砷烷的液化率，进而有利于提高砷烷的纯度。
本申请提供的制备方法更加的节能环保，也更适合工业化推广应用。在一种优选的实施例中，在进行化合反应之前，上述制备方法还包括：将单质砷进行抽烘处理，以使单质砷中的水分低于100ppb。通过抽烘的方式将单质砷中的水分去除，从而能够有效降低砷烷中含水的风险，并降低去除砷烷中水分的难度。
优选地，抽烘处理过程的温度为110～190℃，处理时间为3～7h。抽烘处理过程的温度和处理时间包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于提高单质砷中除水的效率和脱水程度。更优选地，抽烘处理过程的温度为130～170℃，处理时间为3～5h。
为了进一步提高反应原料-单质砷中的水分去除率，在一种优选的实施例中，在抽烘处理之后，且在化合反应之前，上述制备方法还包括：使用氢气对单质砷进行吹扫，以进一步去除单质砷表面微量的水分，从而有利于省去后续去除砷烷中水分的步骤，或进一步降低去除砷烷中水分的难度。在一种优选的实施例中，上述抽烘处理和化合反应均在同一个反应装置中进行，且使用氢气吹扫的过程为使用氢气对上述反应装置进行置换。更优选地，上述置换过程的次数为3～8次。
为了提高砷的转化率和原料的利用率，优选地，将氢气循环通入。同时氢气的循环通入次数可以作为考核单质砷单次转化率高低的指标。如循环次数低，单质砷的单次转化率较高；循环次数高，则单质砷的单次转化率较低。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
在反应炉中加入1500g单质砷，并加热至130℃进行抽烘处理，处理时间为5h，使其水分去除；使用氢气对上述反应炉置换3次，以充分彻底去除微量的水分。
将反应炉加热到600℃，通入足量的氢气在3MPa下进行化合反应，得到化合反应产物。
将上述化合反应产物冷却至150℃进行第一冷却分离处理过程，以分离出未反应的单质砷，得到第一分离产物。将上述第一分离产物输送至温度为-90℃的冷凝器内，进行第二冷却分离过程，以使第一分离产物中的砷烷液化并收集，得到砷烷产品。同时未反应的氢气经过压缩机机增压后返回反应炉与新通入的氢气一起参与化合反应。氢气循环往复确保单质砷完全反应，砷烷不间断的收集罐转出。氢气的循环的次数为30，砷烷产品中，砷烷纯度为70wt％，杂质(除氢气外)含量＜0.5ppm。，
实施例2
在反应炉中加入1500g单质砷，并加热至130℃进行抽烘处理，处理时间为5h，使其水分去除；使用氢气对上述反应炉置换3次，以充分彻底去除微量的水分。
将反应炉加热到700℃，通入足量的氢气，在3MPa下进行化合反应，得到化合反应产物。
将上述化合反应产物冷却至150℃进行第一冷却分离处理过程，以分离出未反应的单质砷，得到第一分离产物。将上述第一分离产物输送至温度为-100℃的冷凝器内，进行第二冷却分离过程，以使第一分离产物中的砷烷液化并收集，得到砷烷产品。同时未反应的氢气经过压缩机机增压后返回反应炉与新通入的氢气一起参与化合反应。氢气循环往复确保砷完全反应，砷烷不间断的收集罐转出。氢气的循环的次数为20，砷烷产品中，砷烷的纯度为80wt％，杂质(除氢气外)含量＜0.5ppm。
实施例3
在反应炉中加入1230g单质砷，并加热至130℃进行抽烘处理，处理时间为5h，使其水分去除；使用氢气对上述反应炉置换3次，以充分彻底去除微量的水分。
将反应炉加热到500℃，通入足量的氢气在3MPa下进行化合反应，得到化合反应产物。
将上述化合反应产物冷却至150℃进行第一冷却分离处理过程，以分离出未反应的单质砷，得到第一分离产物。将上述第一分离产物输送至温度为-110℃的冷凝器内，进行第二冷却分离过程，以使第一分离产物中的砷烷液化并收集，得到砷烷产品。同时未反应的氢气经过压缩机机增压后返回反应炉与新通入的氢气一起参与化合反应。循环往复确保砷完全反应，砷烷不间断的收集罐转出。氢气的循环的次数为50，砷烷产品中，砷烷的纯度为73wt％，杂质(除氢气外)含量＜0.5ppm。
实施例4
与实施例1的区别为：化合反应的温度为500℃，压力为5MPa；第一冷却分离处理的温度为80℃，第二冷却分离处理的温度为-110℃。氢气的循环的次数为35，砷烷产品中，砷烷的纯度为69wt％，杂质(除氢气外)含量＜0.5.ppm。
实施例5
与实施例1的区别为：第一冷却分离处理的温度为60℃，第二冷却分离处理的温度为-50℃。砷烷产品中，砷烷的纯度为53wt％，杂质(除氢气外)含量＜0.5ppm。
实施例6
与实施例1的区别为：抽烘处理的温度为170℃，时间为3h。
砷烷产品中，砷烷的纯度为71wt％，杂质(除氢气外)含量＜0.5ppm。
实施例7
与实施例1的区别为：抽烘处理的温度为110℃，时间为7h。
砷烷产品中，砷烷的纯度为68wt％，杂质(除氢气外)含量＜0.6ppm。
实施例8
与实施例1的区别为：抽烘处理的温度为190℃，时间为2h。
砷烷产品中，砷烷的纯度为69wt％，杂质(除氢气外)含量＜0.5ppm。
对比例1
与实施例1的区别为：化合反应的温度为400℃，压力为2MPa。氢气的循环的次数为80，砷烷的纯度为30wt％，杂质(除氢气外)含量＜0.5ppm。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：采用上述方法制备硅烷时能够获得纯度较高的砷烷产品，且整个工艺没有废液产生，更适合规模化生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种砷烷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将单质砷和氢气进行化合反应，得到化合反应产物体系，所述化合反应过程的反应温度为500～700℃，反应压力3～5MPa；
将所述化合反应产物体系进行第一冷却分离处理，得到未反应的所述单质砷和第一分离产物；及
将所述第一分离产物进行第二冷却分离处理，得到液态的所述砷烷和未反应的所述氢气。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一冷却分离处理过程的温度为80～150℃。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第二冷却分离处理过程的温度为-110～-80℃。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，在进行所述化合反应之前，所述制备方法还包括：将所述单质砷进行抽烘处理，以使所述单质砷中的水分低于100ppb。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述抽烘处理过程的温度为110～190℃，处理时间为2～7h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述抽烘处理过程的温度为130～170℃，处理时间为3～5h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将所述未反应的单质砷和未反应的所述氢气与新鲜的单质砷和新鲜的氢气一并作为反应原料使用。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述抽烘处理之后，且在所述化合反应之前，所述制备方法还包括：使用氢气对所述单质砷进行吹扫，以进一步去除所述单质砷表面的水分。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811573697.6A CN111348680B (zh) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 砷烷的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811573697.6A CN111348680B (zh) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 砷烷的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111348680A true CN111348680A (zh) | 2020-06-30 |
| CN111348680B CN111348680B (zh) | 2023-03-24 |
Family
ID=71190244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811573697.6A Expired - Fee Related CN111348680B (zh) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 砷烷的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111348680B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1017782A (en) * | 1961-10-02 | 1966-01-19 | Wacker Chemie Gmbh | Process for the manufacture of arsenic |
| US5545800A (en) * | 1994-07-21 | 1996-08-13 | Regents Of The University Of California | Clean process to destroy arsenic-containing organic compounds with recovery of arsenic |
| CN101857270A (zh) * | 2010-07-22 | 2010-10-13 | 武峰 | 一种合成高纯砷烷的方法 |
| CN103896211A (zh) * | 2012-12-31 | 2014-07-02 | 天津市泰源工业气体有限公司 | 一种采用砷化盐水解法制备砷化氢的方法 |
-
2018
- 2018-12-21 CN CN201811573697.6A patent/CN111348680B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1017782A (en) * | 1961-10-02 | 1966-01-19 | Wacker Chemie Gmbh | Process for the manufacture of arsenic |
| US5545800A (en) * | 1994-07-21 | 1996-08-13 | Regents Of The University Of California | Clean process to destroy arsenic-containing organic compounds with recovery of arsenic |
| CN101857270A (zh) * | 2010-07-22 | 2010-10-13 | 武峰 | 一种合成高纯砷烷的方法 |
| CN103896211A (zh) * | 2012-12-31 | 2014-07-02 | 天津市泰源工业气体有限公司 | 一种采用砷化盐水解法制备砷化氢的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 于剑昆: "高纯砷烷的合成与开发进展", 《低温与特气》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111348680B (zh) | 2023-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111943207B (zh) | 一种简单、无污染制备无氟二维材料MXene的方法 | |
| CN102915913B (zh) | 基于蓝宝石衬底的石墨烯cvd直接外延生长方法及制造的器件 | |
| CN107082408A (zh) | 一种利用冷冻干燥处理制备多孔硼碳氮纳米片的方法 | |
| CN102557043B (zh) | 一种以氟硅酸钠为原料制备四氟化硅和无水氟化氢的方法 | |
| CN104045079A (zh) | 在蓝宝石与外延金属界面外延生长石墨烯的方法 | |
| CN105460910A (zh) | 一种恒温且大规模制备带状黑磷的方法 | |
| CN101391760A (zh) | 高纯五氟化磷气体的制备方法 | |
| CN105347346A (zh) | 一种空气辅助制备多孔纳米硅的方法 | |
| CN105565281A (zh) | 一种超纯硫酸的制备方法 | |
| CN104404478A (zh) | 一种有机铵金属卤化物薄膜的制备方法 | |
| CN106185850A (zh) | 电子级砷化氢、磷化氢及其混合物气体钢瓶的钝化处理工艺 | |
| CN104659158A (zh) | 倒装多结太阳能电池及其制作方法 | |
| CN110015647A (zh) | 一种从mocvd制程尾气提氢解吸气中提氮再利用的方法 | |
| CN101857270A (zh) | 一种合成高纯砷烷的方法 | |
| CN111348680B (zh) | 砷烷的制备方法 | |
| CN102249553A (zh) | 一种多晶硅薄膜的制备方法 | |
| CN110980775A (zh) | 一种连续碳化生产多品级碳酸锂的生产方法 | |
| CN105470115B (zh) | 一种将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法 | |
| CN110642227A (zh) | 一种砷烷的合成提纯方法 | |
| CN111348631B (zh) | 磷烷的制备方法 | |
| CN108018435B (zh) | 一种高纯金属铷和铯的制备方法 | |
| CN102903617B (zh) | 基于GaN衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 | |
| CN216946234U (zh) | 一种制备半导体用超纯氨的装置 | |
| CN106048555A (zh) | 利用石墨烯插入层在玻璃衬底上外延AlN薄膜的方法 | |
| CN110592658A (zh) | 通过晶格对称性匹配二维材料模板实现金属有机框架表面外延生长的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210121 Address after: Unit 611, unit 3, 6 / F, building 1, yard 30, Yuzhi East Road, Changping District, Beijing 102208 Applicant after: Zishi Energy Co.,Ltd. Address before: Room a129-1, No. 10, Zhongxing Road, science and Technology Park, Changping District, Beijing Applicant before: DONGTAI HI-TECH EQUIPMENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20230324 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |