Dichlorsilan

Dichlorsilan (zkráceně DCS) je anorganická sloučenina odvozená od silanu náhradou dvou vodíkových atomů atomy chloru, se vzorcem SiH2Cl2. Ve směsi s amoniakem se používá k tvorbě nitridu křemičitého při zpracování polovodičů pomocí chemické depozice z plynné fáze. Vyšší podíly DCS ve směsi (například DCS : NH3 16 : 1) vedou většinou ke vzniku vrstev s menší odolností vůči mechanickému napětí.

Dichlorsilan

Strukturní vzorec

Model molekuly

Obecné
Systematický název dichlorsilan
Ostatní názvy DCS
Sumární vzorec SiH2Cl2
Vzhled bezbarvý plyn[1]
Identifikace
Registrační číslo CAS 4109-96-0
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP) 223-888-3
PubChem 61330
SMILES Cl[SiH2]Cl
InChI 1S/Cl2H2Si/c1-3-2/h3H2
Číslo RTECS VV5950000
Vlastnosti
Molární hmotnost 101,01 g/mol
Teplota tání −122 °C (151 K)[1]
Teplota varu 8 °C (281 K)[1]
Hustota 1,22 g/cm3
Rozpustnost ve vodě rozkládá se[1]
Termodynamické vlastnosti
Standardní slučovací entalpie ΔHf° −320,49 kJ/mol
Standardní molární entropie S° 286,72 J⋅K−1⋅mol−1
Bezpečnost

GHS02

GHS04

GHS05

GHS06
[1]
H-věty H220 H261 H280 H314 H318 H330 H331[1]
P-věty P210 P231+232 P260 P261 P264 P271 P280 P284 P301+330+331 P303+361+353 Šablona:P304+340 P305+351+338 P310 P311 P320 P321 P363 P370+378 P377 P381 P402+404 P403 Šablona:P403+233 P405 P410+403 P501[1]
Teplota vzplanutí −28 °C (245 K)[1]
Teplota vznícení 55 °C (328 K)
Meze výbušnosti 4,1 až 99 %
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Historie

Dichlorsilan byl poprvé připraven v roce 1919 reakcí plynného silanu, SiH4, s chlorovodíkem, HCl.[2] Bylo zjištěno, že plynný dichlorsilan reaguje s vodou za vzniku monomerního prosiloxanu, H2SiO. Prosiloxan se v kapalné fázi rychle polymerizuje, v plynné fázi je polymerizace pomalejší; tímto způsobem vznikají kapalné a pevné polysiloxany, [H2SiO]n. Kapalný produkt, který lze oddělit destilací za sníženého tlaku, se za pokojové teploty stává viskóznějším a poté vytváří gel. Následně byla provedena hydrolýza benzenového roztoku H2SiCl2 opatrným kontaktem s vodou a byla určena molární hmotnost podle poměrného zastoupení prvků v [H2SiO]6. Bylo určeno, že n ve vzorci (průměrný počet monomerových jednotek v polysiloxanu) je mezi 6 a 7. Dalším zkoumáním se zjistilo, že n se při rostoucí reakční době zvyšuje a při dostatečně dlouhém trvání reakce lze získat polymer, [HSi(OH)O]n.

Příprava a reakce

Většina dichlorsilanu vzniká jako vedlejší produkt při reakci chlorovodíku s křemíkem, jejímž hlavním produktem je trichlorsilan.

Disproporcionace trichlorsilanu je vhodnějším způsobem přípravy.[3]

2 SiHCl3 ⇌ SiCl4 + SiH2Cl2

Hydrolýza

Hydrolýzu dichlorsilanu lze provést reakcí jeho roztoku v benzenu s opatrně přidávaným přebytkem vody.[2][4] Ve velkém měřítku je vhodnější reakce ve směsi etheru a alkanu při 0 °C, při které vzniká směs těkavých a netěkavých [H2SiO]n. Pokusy provést hydrolýzu dichlorsilanu v hexanu pomocí NiCl2⋅6H2O jakožto zdroje vody nebyly úspěšné.[2] Podařilo se ji ovšem provést pomocí zředěného (C2H5)2O/CCl4 při −10 °C. Pokusy o provedení hydrolýzy byly prováděny za účelem přípravit koncentrované produkty a následnou destilací získat roztoky [H2SiO]n oligomerů v dichlormethanu.[2] Těmito postupy se připravují cyklické polysiloxany.

Dalším důvodem pro hydrolýzu dichlorsilanu je příprava lineárních polysiloxanů, což lze provést několika různými způsoby.[4] Hydrolýzou dichlorsilanu v diethyletheru, dichlormethanu nebo pentanu se mohou tvořit jak lineární, tak i cyklické polysiloxany.[4]

Rozklad

Su a Schlegal zkoumali rozklad dichlorsilanu s využitím teorie přechodného stavu. Wittbrodt a Schlegel tyto výpočty vylepšili pomocí QCISD(T).[5] Hlavními produkty byly SiCl2 a SiClH.[5]

Přečištění

Dichlorsilan musí být pro využití při výrobě polovodičů získán jako velmi čistý.[3]

Výhody

Použití dichlorsilanu jako výchozího materiálu na přípravu tenkých polovodivých vrstev křemíku v mikroelektronice je oproti jiným látkám výhodné, protože k rozkladu dochází při nižší teplotě a tvorba krystalů křemíku je rychlejší.[3]

Bezpečnost

Dichlorsilan je reaktivní plyn, který se snadno hydrolyzuje a na vzduchu je samozápalný. Jedná se též o vysoce toxickou látku a při každém jejím používání se musí provádět preventivní měření.[6] Také může způsobit podráždění očí a kůže.[7]

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Dichlorosilane na anglické Wikipedii.

  1. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/61330
  2. Seyferth, D., Prud’Homme, C., Wiseman, G., Cyclic Polysiloxanes from the Hydrolysis of Dichlorosilane, Inorganic Chemistry, 22, 2163–2167
  3. Vorotyntsev, V., Mochalov, G., Kolotilova, M., Kinetics of Dichlorosilane Separation from a Mixture of Chlorosilanes by Distillation Using a Regular Packing, Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 38(4), 355-359
  4. Seyferth D., Prud’Homme C., Linear Polysiloxanes from Dichlorosilane, Inorganic Chemistry, 23, 4412-4417
  5. Walch, S., Dateo, C., Thermal Decomposition Pathways and Rates for Silane, Chlorosilane, Dichlorosilance, and Trichlorosilane, Journal of Physical Chemistry, 105, 2015–2022
  6. Vorotyntsev, V., Mochalov, G., Kolotilova, Volkova, E., Gas-Chromatographic and Mass-Spectrometric Determination of Impurity Hydrocarbons in Organochlorine Compounds and Dichlorosilane, Journal of Analytical Chemistry, 61(9), 883-888
  7. Praxair Material Safety Data Sheet (2007)

Externí odkazy
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.