sih4应用

1857年德国化学家H Buff发现硅烷，在以后的100年左右的时间里硅烷只是少数研究者在实验室里研究的对象，没有任何用途。20世纪50年代半导体科技崛起,人们开始考虑硅烷的特长,硅烷开始在电子工业中得到应用。进入80年代, 硅烷的应用情况发生了重大变化。随着一系列新技术的出现或者说利用硅烷开发新产品的成功，硅烷用量急剧增加。每年数以千吨计的硅烷在工厂里被加工成超纯半导体硅，数以百吨计的气体被用于制造各种各样的新材料和新器件。考虑到在这些应用中大多数器件每个所耗用的气体量只有毫克甚至微克，由硅烷制成的薄膜厚度都是微米数量级，可见上述硅烷量不是一个小的数字。进入90年代, 更大量的新功能器件问世，其中已大规模开发的有超高速、超大容量计算机芯片、高清晰度平面显示器、高效率低成本太阳能电池、高性能陶瓷发动机零件、各种特异功能的传感器等等，更多更新的器件还在涌现，这些器件都要用到硅烷。

硅烷之所以在高科技中被广泛应用并且越来越重要, 首先是与它的特性有关，同时也与现代高技术的特殊需求有关。通过热分解或与其它气体的化学反应，可由硅烷制得单晶硅、多晶硅、非晶硅、金属硅化物、氮化硅、碳化硅、氧化硅等一系列含硅物质。利用硅烷可以实现最高的纯度、最精细(可达原子尺寸)的控制和最灵活多变的化学反应。从而将各种含硅材料按各种需要制成复杂精细的结构, 这正是现代具有各种特异功能的材料和器件所要求的基本条件。

硅烷最早实用化和目前应用量最大的是作为生产高纯度硅的中间产物，一般称为硅烷法。历来生产高纯度硅的主要方法是三氯氢硅法(西门子法)。

硅烷的又一应用是非晶半导体非晶硅。与单晶半导体材料相比非晶硅的特点是容易形成极薄的(厚度10nm左右)大面积器件，衬底可以是玻璃、不锈钢、甚至塑料，表面可以是平面也可是曲面，因此可以制成各种性能优异的器件。

硅烷已成为半导体微电子工艺中使用的最主要的特种气体, 用于各种微电子薄膜制备, 包括单晶膜、微晶、多晶、氧化硅、氮化硅、金属硅化物等。硅烷的微电子应用还在向纵深发展: 低温外延、选择外延、异质外延。不仅用于硅器件和硅集成电路，也用于化合物半导体器件(砷化镓、碳化硅等)。在超晶格量子阱材料制备中也有应用。可以说现代几乎所有先进的集成电路的生产线都需用到硅烷。硅烷的纯度对器件性能和成品率关系极大，更高级的器件需要更高纯度的硅烷(包括乙硅烷、丙硅烷)。

硅烷作为含硅薄膜和涂层的应用已从传统的微电子产业扩展到钢铁、机械、化工和光学等各个领域。含硅涂层可使普通钢的高温耐氧化能力提高到10万倍以上,也可使其它金属的高温化学稳定性大大改善，使内燃机叶片的耐蚀性明显增强，使各种材料和零件之间的粘结强度大幅度提高，使汽车发动机零件的寿命延长，也可改变玻璃的反射和透射性能，从而得到显著的节能和装饰效果。在浮法玻璃生产过程中用硅烷在玻璃表面涂敷一层反光层其粘附力极强在长期阳光照射下不褪色, 透光率只有普通玻璃的1 /3; 用氮化硅涂敷的大面积多晶硅电池( BSNSC) 已达到15. 7%的高效率。用硅烷气相沉积技术制造各种含硅薄膜在高技术中的应用还在与日俱增。

硅烷还有一潜在应用是制造高性能陶瓷发动机零件尤其是使用硅烷制造硅化物( Si3N4 , SiC等) 微粉技术越来越受重视。美、日等国正在花成亿美元开发用硅、氮化硅和碳化硅微粉制造耐高温、高强度、高化学稳定性陶瓷。使用硅烷气相反应的方法制备的微粉纯度最高, 粒度细而匀, 可使陶瓷零部件性能大大提高。其应用领域极广, 例如汽车发动机的阀门和透平增压器转子已实用化, 高速轴承和高性能刀具已商品化, 用于内燃机可使工作温度高达1400℃ , 大大提高热机效率, 适用多种燃料, 延长使用寿命; 此外还可作为火箭的隔热瓦和隐身保护层。

在反应瓶和加料漏斗里分别装入1.14g LiAlH4于70mL乙醚中的溶液和2.30mL SiCl4于50mL乙醚中的图硅烷的制备装置溶液。在整个合成过程中，把冷浴和指型冷却管分别保持在-15~-20℃和-78.5℃。将仪器抽空后，乙醚开始回流，此时必须要注意避免过多的骤沸。然后，将靠近反应装置的U形管接收器冷却到-95℃(用甲苯冻膏)，其余四个接收器冷却到-196℃(液氮)。在搅拌下，用15min将SiCl4+乙醚溶液加入到LiAlH4悬浮液中。为了避免乙醚剧烈回流，使甲硅烷连续地以中等速度分出。调节反应器和真空管路之间的玻璃活塞便可以容易地控制反应速度。将SiCl4加完后，继续搅拌15~20min，以保证反应完全。在此期间，将反应器和真空系统切断以免乙醚逃逸过多。当甲硅烷从真空系统排净之后，将空气通入反应器，拆开真空系统。

1. 性状:无色气体，有大蒜恶心气味。

2. 密度(g/L,25°C):1.44

3. 相对蒸汽密度(g/mL,空气=1):1.2

4. 熔点(ºC):-185

5. 沸点(ºC,常压):-111.9

6. 沸点(ºC,760mmHg):-112

7. 蒸发热(KJ/mol):12.5

8. 熔化热(KJ/mol):0.67

9. 生成热(KJ/mol):32.6

10. 比热容(KJ/(kg·K),25ºC):1.335

11. 临界温度(ºC):-3.5

12. 临界压力(MPa):4.864

13. 溶解性:溶于水，几乎不溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿、硅氯仿和四氯化硅。

14 临界体积:151. 5(计算) / 136. 75(实测)cm3/mol。

硅烷的着火和爆炸都是与氧气反应的结果。硅烷对氧和空气极为敏感。具有一定浓度的硅烷在- 180℃的温度下也会与氧发生爆炸反应。固体硅烷与液氧反应非常危险。硅烷燃烧时火焰呈深黄色, 在氧气充足的条件下发生反应:

SiH4+ 2O2=SiO2+ 2H2O ΔH= - 362 kcal/ mol

若氧气不足, 则有不完全氧化反应发生:

SiH4+ O2=SiO2+ 2H2 Δ H= - 226 kcal/ mol

燃烧产生的高温还使部分未反应的硅烷发生热分解反应:

SiH4 =Si+ 2H2 ΔH= - 8. 2 kcal/ mol

LD50:- LC50:9600ppm/4小时

毒性效应:

其他注意事项:研究发现，当老鼠暴露在10000ppm下1小时或 ≥2500ppm下4小时会 对肾产生影响。老鼠暴露在1000ppm，6小时/天，5天/周下2到4周后只有轻微的呼吸道刺激。硅烷会引起细菌的变异。

致癌性:至今未被发现致癌。

可能之环境影响/环境流布:

水中毒性:-

流动性:由于在空气中自燃，它会在进入土壤之前燃烧掉。

持续性及生物降解:由于在空气中燃烧并分解，硅烷不会在环境中长期存在。

潜在的生物富集:硅烷不会在生物中积累。

注:硅烷不含有任何1类或2类的分解臭氧的化学物质。

避免强氧化剂,强碱，卤素。标准状态下气体密度为1.44g/L，液体的相对密度为0.68(-185℃)。蒸气压11mmHg(1mmHg=133.322Pa)(-160℃)、102mmHg(-140℃)、470mmHg(-120℃)。红外光谱波长2191cm-1、914cm-1。在室温时为气体状态，在储存过程中，数月之内无显著分解。因为甲硅烷几乎不溶于润滑脂，可以储存在瓶塞涂有润滑脂的容器内。

硅烷的化学性质比烷烃活泼得多，极易被氧化。在与空气接触时可发生自燃。25℃以下与氮不起作用，室温下与烃类化合物不起反应。与氧反应异常激烈，即使在-180℃温度下也会猛烈反应。

硅烷与氟氯烃类灭火剂会发生激烈反应，所以不能用这类灭火剂灭火。爆炸极限为0.8%~98%。

● 甲烷(CH4)

● 甲硅烷(SiH4)

● 甲锗烷(GeH4)

● 甲锡烷(氢化锡)(SnH4)

氯硅烷歧化反应法，此法利用如下氯硅烷的合成和歧化反应来获得硅烷:

Si + 2H2 + 3SiC14-->4SiHCl3

6SiHCl3-->3SiH2Cl2 + 3SiCl4

4SiH2Cl2-->2SiH3Cl + 2SiHCl3

2SiH3Cl-->SiH2Cl2 + SiH4

整个过程是闭路，一方投入硅与氢，另一方获得硅烷，因此排出物少，对环保环境有利，同时材料的利用率高。该方法已经实现千吨级规模生产水平。美国REC( 前身为Asimi) 采用该方法来制备硅烷气体。

化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4,为反应气体,在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒，并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用 LPCVD在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高化。