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DE1044781B - Process for the production of the purest silicon or germanium - Google Patents

Process for the production of the purest silicon or germanium

Info

Publication number
DE1044781B
DE1044781B DEK32451A DEK0032451A DE1044781B DE 1044781 B DE1044781 B DE 1044781B DE K32451 A DEK32451 A DE K32451A DE K0032451 A DEK0032451 A DE K0032451A DE 1044781 B DE1044781 B DE 1044781B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
germanium
production
purest
group
iii
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.)
Pending
Application number
DEK32451A
Other languages
German (de)
Inventor
Dr Hans Werner Schmidt
Dr Herbert Jenkner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kali Chemie AG
Original Assignee
Kali Chemie AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kali Chemie AG filed Critical Kali Chemie AG
Priority to DEK32451A priority Critical patent/DE1044781B/en
Publication of DE1044781B publication Critical patent/DE1044781B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/04Hydrides of silicon
    • C01B33/046Purification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G17/00Compounds of germanium
    • C01G17/003Preparation involving a liquid-liquid extraction, an adsorption or an ion-exchange
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B41/00Obtaining germanium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)

Description

Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium oder Germanium Es ist bekannt, reinstes Silicium, das für Halbleiterzwecke verwendbar ist, herzustellen durch thermische Spaltung von SiH4. Das hierfür erforderliche S i H4 kann z. B. hergestellt werden durch Hydrolyse von Magnesiumsilicid, durch Hydrierung von Sic14 mit LiA1H4 und nach anderen bekannten Methoden. Aber auch nach diesen Verfahren sind einige als Verunreinigungen vorhandenen Elemente sehr schwierig zu beseitigen, da sie, wie z. B. das Bor, in ihre Wasserstoffverbindungen übergeführt werden und das Si114 begleiten. Es ist daher bei den bisher bekannten Verfahren erforderlich, das Si114 oder die Ausgangsprodukte langwierigen und ausbeutevermindernden Reinigungs- bzw. Destillationsprozessen zu unterwerfen, wenn es überhaupt möglich war, den erforderlichen hoben Reinheitsgrad zu erreichen.Process for the production of the purest silicon or germanium It is known to produce the purest silicon, which can be used for semiconductor purposes, by thermal cleavage of SiH4. The S i H4 required for this can, for. B. be prepared by hydrolysis of magnesium silicide, by hydrogenation of Sic14 with LiA1H4 and other known methods. But even after this process, some elements present as impurities are very difficult to remove because they, such as. B. the boron, are converted into their hydrogen compounds and accompany the Si114. It is therefore necessary in the previously known processes to subject the Si114 or the starting products to lengthy and yield-reducing purification or distillation processes, if it was at all possible to achieve the required high degree of purity.

Es wurde nun gefunden, daß reinstes, direkt für Halbleiterzwecke verwendbares Silicium oder Geri-nanium durch thermische Zersetzung ihrer Hydride in der Weise hergestellt werden kann, daß noch Bor-, Arsen-, Antimon- oder ähnliche '#,'erunreinigungen enthaltendes, auf beliebige Weise hergestelltes Si H 4 oder GeH4 durch eine Suspension eines Alkalihvdrids, die außerdem eine organische Verbindung, eines Elements der III. Gruppe des Periodischen Systems enthält, geleitet wird und das abgeführte SH4 bzw. GeH4 einer an sich bekannten thermischen Zersetzung unterworfen wird.It has now been found that the purest can be used directly for semiconductor purposes Silicon or Geri-nanium by thermal decomposition of their hydrides in the way can be produced that still boron, arsenic, antimony or similar '#,' impurities containing Si H 4 or GeH 4 produced in any way by a suspension of an alkali metal, which is also an organic compound, an element of III. Group of the periodic table contains, is directed and the discharged SH4 or GeH4 is subjected to a known thermal decomposition.

Für die gewissermaßen als Katalysator benutzten organischenVerbindungen der Elemente der III. Gruppe des Periodischen Systems kommen insbesondere aluminiumorganische Verbindungen in Frage, von diesen insbesondere die Aluminiumtrialkyle, z. B. Aluminiumtrimethyl, -triäthyl oder -tributyl. Des weiteren können Aluminiumalkylhydride, Aluminiumalkylalkoholate oder Aluminiumalkoholate (weniger günsti-, infolge ihrer -eringeren Reaktionsfähigkeit Bortr ialkyle, Borsäureester, Alkylborsäureester, Galliumalk-yle usw. eingesetzt werden. Diese Verbindungen haben die Eigenschaft, schon in geringen Mengen ihre Wirkung zu entfalten. Beispielsweise genügen 5 bis 10 Molprozent, bezogen auf eingesetztes Alkalihydrid, um die Reaktion durchzuführen. Es können aber auch größere Mengen an organischen Verbindungen der 111. Gruppe des Periodischen Systems eingesetzt werden, beispielsweise 10 bis 30 oder 30 bis 100 Molprozent oder mehr, bezogen auf eingesetztes Alkalihydrid. Insbesondere bei Verwendung der stöchiometrischen Menge der organischen Verbindung der III. Gruppe kann die Reaktionstemperatur stark ermäßigt werden, und es hat sich herausgestellt, daß selbst so tiefe Temperaturen wie -50' C und darunter angewendet werden können. Für die Herstellung von reinstem Silicium ist es jedoch von Vorteil, mit praktisch katalytischen Mengen zu arbeiten und dabei eine Reaktionstemperatur von mehr als etwa +60' C zu verwenden.For the organic compounds of the elements of III. Group of the Periodic Table, in particular organoaluminum compounds come into question, of these in particular the aluminum trialkyls, z. B. aluminum trimethyl, triethyl or tributyl. It is also possible to use aluminum alkyl hydrides, aluminum alkyl alcoholates or aluminum alcoholates (less favorable, due to their lower reactivity, boron alkyls, boric acid esters, alkyl boric acid esters, gallium alkyls, etc. These compounds have the property of being effective even in small amounts 5 to 10 mol percent, based on the alkali hydride used, to carry out the reaction, but larger amounts of organic compounds of group 111 of the Periodic Table can also be used, for example 10 to 30 or 30 to 100 mol percent or more, based on the alkali hydride used In particular when using the stoichiometric amount of the organic compound of group III, the reaction temperature can be greatly reduced, and it has been found that even temperatures as low as -50 ° C. and below can be used it however v One advantage of working with practically catalytic amounts and using a reaction temperature of more than about +60 ° C.

Die organische Verbindung eines Elements der III. Gruppe des Periodischen Systems braucht nicht als solche zugesetzt zu werden, sondern kann auch erst durch Umsetzung nach einem beliebigen be- kannten Verfahren in der Suspension selbst erzeugt werden.The organic compound of an element of III. Group of the periodic system need not be added as such but can be produced only by the reaction according to any known processes in the suspension itself.

Als Alkalihydrid kommt als weitaus billigstes insbesondere Natriumhydrid in Frage, jedoch können ebenso auch Li H, K H oder deren Gemische verwendet werden.Sodium hydride, in particular, is by far the cheapest alkali hydride in question, but Li H, K H or mixtures thereof can also be used.

Zur schnelleren und besseren Reaktionsdurchführung ist es zweckmäßig, das Alkalihydrid in feinteiliger Form einzusetzen, obwohl bei größeren Ansätzen auch grobkörnigeres Alkalihydrid verwendet werden kann. Gutes Rühren erleichtert allgemein die Umsetzung. Das Verfahren wird zweckmäßigerweise in Ge-enwart von Lösungs- oder Suspensionsmitteln durchgeführt, wobei als solche die verschiedensten organischen Verbindungen verwendet werden können, sofern sie mit den Ausgangs- und Endprodukten nicht reagieren.For faster and better implementation of the reaction, it is advisable to to use the alkali hydride in finely divided form, although in larger batches coarser-grained alkali hydride can also be used. Good stirring makes it easier general implementation. The process is expediently carried out in the presence of or suspending agents carried out, as such the most varied organic Compounds can be used provided they are compatible with the starting and end products not react.

Geeignet sind beispielsweise aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkylsilane, Mineralöle und viele mehr.For example, aliphatic and aromatic hydrocarbons are suitable, Alkylsilanes, mineral oils and many more.

Die Umsetzungstemperatur kann in weiten Grenzen variiert werden und liegt beispielsweise zwischen - 50 und + 150' C. The reaction temperature can be varied within wide limits and is, for example, between -50 and + 150 ° C.

Als Zersetzungstemperatur des Hydrids reicht für si H4 im all-emeinen 500 bis etwa 1400' C aus, bei GeH4 liegt sie niedriger, etwa 500 bis 1200' C. Zweckmäßigerweise wird das Si oder Ge bereits auf reinstes Si oder Ge niedergeschlagen.The decomposition temperature of the hydride is generally 500 to about 1400 ° C for si H4; for GeH4 it is lower, about 500 to 1200 ° C. The Si or Ge is expediently deposited on the purest Si or Ge.

Es ist zweckmäßig, die erfindungsgemäße Umsetzung in mehreren hintereinandergeschalteten Reaktionsgefäßen durchzuführen, wobei die hinteren nicht mit Katalysator beschickt sind. Man erreicht dabei, daß, falls der Katalysator leicht flüchtig ist, er in das nächste Gefäß, das nur Alkalihydrid enthält, mit-,gerissen wird. Selbstverständlich können mehrere dieser Einheiten hintereinandergeschaltet werden.It is expedient to carry out the reaction according to the invention in several series-connected Carry out reaction vessels, the rear one not being charged with catalyst are. What is achieved here is that, if the catalyst is highly volatile, it in the next vessel, which only contains alkali hydride, is dragged along. Of course several of these units can be connected in series.

\Tach dem beanspruchten neuen Verfahren wird erreicht, daß insbesondere die im reinsten Silicium schwer zu entfernenden und sehr unliebsamen Verunreinigungen an Bor beseitigt werden. Es wurde nun gefunden, daß beispielsweise die im SiH4 noch enthaltenen flüchtigen Borverbindungen mit dem katalysierten NaH entweder zu NaBH4 umgesetzt werden ,) unter Bildung von oder mit dem Katalysator (AIR, B R, reagieren, das sofort mit dem anwesenden Alkalihydrid zum Komplex NaHBR, umgesetzt und abgeschieden wird. Ähnliche Verhältnisse liegen für die Herstellung von reinstem Germanium aus Germaniumtetrachlorid vor. Beispiel Ein 0,5 Molprozent B, H" enthaltendes Si H4 wurde durch eine 20%ige Suspension von NaH in einem Mineralöl vom Kp.,. etwa 200' C bei 100 bis 140' C geleitet, welche 15 Molprozent Al (C2 H5) ., bezogen auf eingesetztes NaH, enthielt. Das austretende SiH4 wurde durch einen zweiten Reaktor, der gleichermaßen, und zwei weitere, die wie der erste und der zweite, jedoch ohne Al (C,H"), beschickt sind, geleitet. Nach thermischer Zersetzung bei 800 bis 1000' C konnte in dem erhaltenen reinsten Silicium kein Bor mehr nachzewiesen werden.According to the claimed new process, it is achieved that in particular the very unpleasant boron impurities which are difficult to remove in the purest silicon and which are very undesirable. It has now been found that, for example, the volatile boron compounds still contained in the SiH4 are either converted to NaBH4 with the catalysed NaH, reacting with the formation of or with the catalyst (AIR, BR, which immediately reacts with the alkali hydride present to form the NaHBR complex and deposited. Similar conditions exist for the production of pure germanium from germanium tetrachloride before. example a 0.5 mole percent B, H "containing Si H4 was passed through a 20% suspension of NaH in mineral oil, bp.,. 200 ' C at 100 to 140 ° C , which contained 15 mol percent Al (C2 H5)., Based on the NaH used. The emerging SiH4 was passed through a second reactor, which is the same, and two more, which are like the first and the second, but without Al (C, H "), are fed. After thermal decomposition at 800 to 1000 ° C., no more boron could be detected in the purest silicon obtained.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium oder Germanium durch thertnische Zersetzung ihrer Hydride, dadurch gekennzeichnet, daß das noch borhaltige und/oder sonstige Verunreinigungen enthaltende, auf beliebige Weise hergestellte SiH4 bzw. GeH4 durch eine Suspension eines Alk-alihydrids, die außerdem eine organische Verbindung eines Elements der III. Gruppe des Periodischen Systems als Katalysator enthält, geleitet und das abgeführte SiH4 bzw. GeH4 einer an sich bekannten thermischen Zersetzung unterworfen wird. PATENT CLAIMS: 1. A process for the production of the purest silicon or germanium by the thermal decomposition of their hydrides, characterized in that the SiH4 or GeH4, which still contains boron and / or other impurities and is produced in any manner, is replaced by a suspension of an alk-alihydride, which also contains an organic compound of an element of III. Group of the periodic system contains as a catalyst, passed and the discharged SiH4 or GeH4 is subjected to a known thermal decomposition. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Verbindungen eines Elementes der III. 2. The method according to claim 1, characterized in that the organic compounds of an element of III. Gruppe des Periodischen Systems z. B. Al (C2 H,5),9, Al (C2 H.5) 2 H, Al (0 R) s. Al R" (0 R) 3 , (R = Alkyl, n = 1 oder 2) oder andere benutzt werden. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reaktionsgefäße hintereinandergeschaltet werden, wobei die hinteren nicht mit Katalysator beschickt werden.Group of the periodic table z. B. Al (C2 H, 5), 9, Al (C2 H.5) 2 H, Al (0 R) s. Al R " (0 R) 3, (R = alkyl, n = 1 or 2) or 3. Process according to Claims 1 and 2, characterized in that several reaction vessels are connected in series, the rear vessels not being charged with catalyst.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1139103B (en) * 1960-04-07 1962-11-08 Metallgesellschaft Ag Process for the production of monosilane

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1139103B (en) * 1960-04-07 1962-11-08 Metallgesellschaft Ag Process for the production of monosilane

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