Dichlorsilan

Dichlorsilan
Strukturní vzorec
Strukturní vzorec
Model molekuly
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 – hořlavé látky
GHS02
GHS04 – plyny pod tlakem
GHS04
GHS05 – korozivní a žíravé látky
GHS05
GHS06 – toxické látky
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 P304+340 P305+351+338 P310 P311 P320 P321 P363 P370+378 P377 P381 P402+404 P403 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.

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.

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 připravit 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. ↑ a b c d e f g h https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/61330
  2. ↑ a b c d Seyferth, D., Prud’Homme, C., Wiseman, G., Cyclic Polysiloxanes from the Hydrolysis of Dichlorosilane, Inorganic Chemistry, 22, 2163–2167
  3. ↑ a b c 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. ↑ a b c Seyferth D., Prud’Homme C., Linear Polysiloxanes from Dichlorosilane, Inorganic Chemistry, 23, 4412-4417
  5. ↑ a b 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

Zdroj