《硅和锗的化学制备》PPT课件

《《硅和锗的化学制备》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、半导体材料主讲教师：李立珺Tel:029-88166286Email：lilijun007@163.com参考书目与教材:《半导体材料》杨树人等（教材）《半导体材料》王季陶刘明登主编高教出版社《半导体材料浅释》万群化学工业出版社RobertF.Pierret:SemiconductorDeviceFundamentals(Part1)DonaldA.Neamen:SemiconductorPhysicsandDevices课程内容锗、硅的化学制备区熔提纯晶体生长锗、硅单晶中的杂质与缺陷硅的外延生长Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体Ⅲ－Ⅴ族化

2、合物半导体的外延生长Ⅲ－Ⅴ族多元化合物半导体第一章硅和锗的化学制备1.1硅和锗的物理化学性质1.2高纯硅的制备1.3锗的富集与提纯1.1硅和锗的物理化学性质一物理性质比较性质SiGe位置Ⅳ族Ⅳ族原子序数1428颜色银白色金属光泽灰色介电常数ε11.716.3禁带宽度(室温)1.1eV0.67eV本征电阻率（.cm）2.310546电子迁移率(cm2/V.s)13503900空穴迁移率(cm2/V.s)4801900二、化学性质室温下稳定,与空气,水,硫酸(H2SO4),硝酸(HNO3)不反应；与强酸,强碱反应高温下活性大,

3、与氧,卤族(第七族),卤化氢,碳等反应，生成相应的化合物。与酸的反应(对多数酸来说硅比锗更稳定)与碱的反应（硅比锗更容易与碱起反应）Si+O2=SiO2Si+H2O=SiO2+H2Si+2Cl2=SiCl4Si+3HCl=SiHCl3＋H2Ge+2Cl2=GeCl4GeO2+4HCl=GeCl4+2H2O可逆反应高温下的化学反应三.二氧化硅的物理化学性质坚硬,脆性,难熔,无色固体晶体(石英,水晶)存在形式无定形(硅石,石英砂)物理性质二氧化硅(SiO2)二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。天然二氧化硅也叫硅石

4、，是一种坚硬难熔的固体。硅石硅矿山二氧化硅（SiO2）有晶体和无定形两大类。晶体二氧化硅叫石英、水晶，天然二氧化硅叫硅石、石英砂。玛瑙水晶常温下,不与水反应只与HF,强碱反应化学性质:十分稳定SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+2H2O除去硅片上的SiO2四.硅烷(SiH4)和锗烷(GeH4)活性高,空气中能自燃,-190℃下可发生爆炸硅烷的制备硅(锗)镁合金+无机酸(卤铵盐)Mg2Si+4HCL→SiH4+2MgCL2Mg2Si+4NH4CL→SiH4+4NH3+2MgCL2SiH4+2

5、O2→SiO2+2H2OSiH4+2KMnO4→2MnO2↓+K2SiO3+H2O+H2↑如何检测硅烷的存在?可用于制备高纯度的硅和锗易与水、酸、碱反应SiH4+4H2O→Si(OH)4+2H2SiH4+2Na(OH)+H2O→Na2SiO3+2H2O易与卤素反应发生爆炸SiH4+4CL2→SiCL4+4HCL不稳定性，易热分解SiH4=Si↓+2H2GeH4=Ge↓+2H2具有强的还原性1.2高纯硅的制备原料石英砂（SiO2),碳（来自焦炭、煤、木屑）反应原理SiO2+3C=SiC+2CO(1600~1800OC)2SiC+

6、SiO2=3Si+2CO反应温度下硅是气相，然后凝固成固相,纯度~97%粗硅的用途：生产有机硅（硅橡胶、硅树脂、硅油等）制取高纯度的半导体材料配制有特殊用途的合金等粗硅(工业硅)的生产1.2.1三氯氢硅氢还原法1.SiHCL3的制备Si+3HCL=SiHCL3+H2副产物:SiCL4,SiH2CL2工艺条件:⑴温度280~300℃⑵通入一定量的H2,H2:HCL=1:3~5⑶反应物进入反应炉前充分干燥,硅粉颗粒在0.18~0.12mm⑷加入少量金,银,镁合金做催化剂2.SiHCL3的提纯方法:络合物形成法,固体吸附法,部分水解

7、法,精馏法精馏原理根据组份间据有不同的沸点（挥发性的差异）的特性将组份分离,从而达到提纯的目的一次精馏得到的分离液较少，需多次分馏。精馏塔是可以连续多次精馏的特殊装置3.SiHCL3氢还原SiHCL3+H2→Si+3HCL(SiHCL3:H2=1:10~20mol)4SiHCL3=Si+3SiCL4+2H2SiCL4+2H2=Si+4HCL反应结束,制得高纯多晶硅,它的纯度用残留的B,P含量表示,称为基硼量,基磷量.(为什么?)1.2.2硅烷热分解法1.硅烷的制备（图1-4）Mg2Si+4NH4CL→SiH4+4NH3+2Mg

8、CL2反应条件：⑴Mg2Si:NH4CL=1:3⑵Mg2Si:液氨=1:10(液氨充当溶剂和催化剂)⑶温度-30~-33℃2.硅烷的提纯低温精馏（硅烷沸点太低，精馏要有深冷的设备和良好的绝热装置，提纯费用太高）吸附法(分子筛,活性炭)分子筛是一种铝硅酸盐,又称沸石.内部有很多