[go: up one dir, main page]

RU2339574C1 - Method of obtaining highly- dispersible silicon carbide - Google Patents

Method of obtaining highly- dispersible silicon carbide Download PDF

Info

Publication number
RU2339574C1
RU2339574C1 RU2007105126/15A RU2007105126A RU2339574C1 RU 2339574 C1 RU2339574 C1 RU 2339574C1 RU 2007105126/15 A RU2007105126/15 A RU 2007105126/15A RU 2007105126 A RU2007105126 A RU 2007105126A RU 2339574 C1 RU2339574 C1 RU 2339574C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon carbide
temperature
gas phase
formation
highly
Prior art date
Application number
RU2007105126/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007105126A (en
Inventor
нов Владимир Георгиевич Севасть (RU)
Владимир Георгиевич Севастьянов
Роман Георгиевич Павелко (RU)
Роман Георгиевич Павелко
Елизавета Петровна Симоненко (RU)
Елизавета Петровна Симоненко
Николай Тимофеевич Кузнецов (RU)
Николай Тимофеевич Кузнецов
Original Assignee
Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
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 Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) filed Critical Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
Priority to RU2007105126/15A priority Critical patent/RU2339574C1/en
Publication of RU2007105126A publication Critical patent/RU2007105126A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2339574C1 publication Critical patent/RU2339574C1/en

Links

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: highly- dispersible silicon carbide is obtained by precipitation from gas phase by thermal destruction of carbosylane at temperature 600-800°C. As carbosylane saturated perclorcarbosylane selected from line Si4CCl12, Si6C2Cl16, Si8C3Cl20, C4Si10Cl24, Si12C5Cl28 is used. Claimed method allows obtaining silicon carbide with crystallite size not more than 5 nm.
EFFECT: high degree of initial compounds conversion without formation of corrosion and highly explosive compounds.
1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к неорганической химии, конкретно к получению аморфного и поликристаллического карбида кремния путем термической деструкции соединений, содержащих в своем составе только углерод, кремний и хлор, и может быть использовано для получения порошков, покрытий и объемных матриц.The invention relates to inorganic chemistry, specifically to the production of amorphous and polycrystalline silicon carbide by thermal degradation of compounds containing only carbon, silicon and chlorine, and can be used to obtain powders, coatings and bulk matrices.

Известен способ получения покрытий карбида кремния, заключающийся в пропускании смеси силана (SiH4) и различных углеводородов, например С3Н8, в восстановительной атмосфере водорода над подложкой, нагретой до температуры свыше 1500°С [патент US 3520740, 1970]. Термическое взаимодействие силана и углеродсодержащих компонентов приводит к осаждению из газовой фазы карбида кремния в виде поликристаллического покрытия. Основными недостатками этого метода являются высокая температура синтеза и низкая степень конверсии исходных летучих компонентов. Кроме того, все три исходных продукта взрывоопасны, а токсичность легколетучего силана делает технологию весьма сложной для промышленного применения.A known method of producing coatings of silicon carbide, which consists in passing a mixture of silane (SiH 4 ) and various hydrocarbons, for example With 3 H 8 in a reducing atmosphere of hydrogen over a substrate heated to temperatures above 1500 ° C [US patent 3520740, 1970]. The thermal interaction of silane and carbon-containing components leads to the deposition of silicon carbide from the gas phase in the form of a polycrystalline coating. The main disadvantages of this method are the high synthesis temperature and the low degree of conversion of the initial volatile components. In addition, all three starting products are explosive, and the toxicity of volatile silane makes the technology very difficult for industrial applications.

Известен способ получения покрытий карбида кремния для микроэлектроники путем осаждения из газовой фазы, содержащей метилтрихлорсилан и водород (патент FR 2403296, 1979). Подложка поликристаллического карбида кремния при температуре 1000-1700°С обдувается смесью H2 и CH3SiCl3. В результате термического разложения метилтрихлорсилана на подложке осаждаются частицы β-SiC размером ~600 нм. Недостатками этого способа являются: высокая удельная энергоемкость; образование химически активных и коррозионных продуктов (HCl, Cl2, SiHхClу и др.); низкая удельная поверхность получаемых частиц (3,3 м2/г).A known method of producing silicon carbide coatings for microelectronics by deposition from the gas phase containing methyltrichlorosilane and hydrogen (patent FR 2403296, 1979). The substrate of polycrystalline silicon carbide at a temperature of 1000-1700 ° C is blown with a mixture of H 2 and CH 3 SiCl 3 . As a result of thermal decomposition of methyltrichlorosilane, β-SiC particles of ~ 600 nm in size are deposited on the substrate. The disadvantages of this method are: high specific energy consumption; the formation of chemically active and corrosive products (HCl, Cl 2 , SiH x Cl y , etc.); low specific surface area of the resulting particles (3.3 m 2 / g).

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения композиционного материала, включающий осаждение карбида кремния из газовой фазы путем термической деструкции карбосилана, а именно метилсилана (СН3SiH3), в атмосфере инертного газа (патент RU 2130509, 1999). Процесс ведется при температуре 600-800°С, в результате чего образуется кристаллический β-SiC. Поскольку основным побочным продуктом синтеза является водород, процесс ведут при низких концентрациях метилсилана в инертном газе носителе, что существенно увеличивает время синтеза. Кроме того, химическая устойчивость и высокая летучесть метилсилана приводят к низкой степени конверсии (максимально 60% при 750°С) и, как следствие, усложнению технологического процесса.The closest analogue of the claimed invention is a method for producing a composite material, including the deposition of silicon carbide from the gas phase by thermal destruction of carbosilane, namely methylsilane (CH 3 SiH 3 ), in an inert gas atmosphere (patent RU 2130509, 1999). The process is conducted at a temperature of 600-800 ° C, resulting in the formation of crystalline β-SiC. Since the main by-product of the synthesis is hydrogen, the process is carried out at low concentrations of methylsilane in an inert carrier gas, which significantly increases the synthesis time. In addition, chemical stability and high volatility of methylsilane lead to a low degree of conversion (maximum 60% at 750 ° C) and, as a consequence, to the complexity of the process.

Изобретение направлено на разработку способа получения карбида кремния с размером кристаллитов не более 5 нм, с высокой степенью конверсии и выходом целевого продукта при температурах 600-800°С, без образования коррозионных и взрывоопасных соединений, что позволяет использовать карбид кремния в виде порошков, покрытий и объемных матриц композиционных материалов.The invention is directed to the development of a method of producing silicon carbide with a crystallite size of not more than 5 nm, with a high degree of conversion and yield of the target product at temperatures of 600-800 ° C, without the formation of corrosive and explosive compounds, which allows the use of silicon carbide in the form of powders, coatings and volumetric matrices of composite materials.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения высокодисперсного карбида кремния при температуре 600-800°С, включающий осаждение карбида кремния из газовой фазы путем термической деструкции карбосилана, согласно изобретению в качестве карбосилана используют насыщенный перхлоркарбосилан, выбранный из ряда Si4CCl12, Si6C2Cl16, Si8C3Cl20, C4Si10Cl24, Si12C5Cl28.The technical result is achieved by the fact that the proposed method of producing highly dispersed silicon carbide at a temperature of 600-800 ° C, including the deposition of silicon carbide from the gas phase by thermal destruction of carbosilane, according to the invention, saturated perchlorocarbosilane selected from the series Si 4 CCl 12 , Si is used as carbosilane 6 C 2 Cl 16 , Si 8 C 3 Cl 20 , C 4 Si 10 Cl 24 , Si 12 C 5 Cl 28 .

Заявленный способ отличается тем, что указанные перхлорокарбосиланы при температурах 600-800°С являются летучими, легко разлагающимися соединениями и подвергаются полной деструкции с образованием высокодисперсного карбида кремния в конденсированной фазе и химически стабильного в широком температурном интервале тетрахлорида кремния (SiCl4) в газовой фазе.The claimed method is characterized in that said perchlorocarbosilanes at temperatures of 600-800 ° C are volatile, easily decomposable compounds and undergo complete destruction with the formation of highly dispersed silicon carbide in the condensed phase and chemically stable over a wide temperature range of silicon tetrachloride (SiCl 4 ) in the gas phase.

В нижеприведенной таблице представлена зависимость мольного соотношения продуктов термической деструкции от стехиометрического состава исходных перхлоркарбосиланов.The table below shows the dependence of the molar ratio of thermal degradation products on the stoichiometric composition of the starting perchlorocarbosilanes.

Таблица.Table. Брутто формулаGross formula Название соединенияConnection Name Мольный объем продуктов термолизаThe molar volume of thermolysis products целевой продукт SiCtarget product SiC побочный продукт SiCl4 by-product of SiCl 4 CSi4Cl12 CSi 4 Cl 12 Тетракис(трихлоросилил)метанTetrakis (trichlorosilyl) methane 1one 1one С2Si6Cl16 C 2 Si 6 Cl 16 1,1,3,3-Тетрахлоро-2,2,4,4-тетракис(трихлоросилил)-1,3-дисилациклобутан1,1,3,3-tetrachloro-2,2,4,4-tetrakis (trichlorosilyl) -1,3-disilacyclobutane 22 4four С3Si8Cl20 C 3 Si 8 Cl 20 1,1,3,3,5,5,7,7-октахлоро-2,2,6,6-тетракис(трихлоросилил)-1,3,5,7-тетрасиласпиро(3.3)гептан1,1,3,3,5,5,7,7-octachloro-2,2,6,6-tetrakis (trichlorosilyl) -1,3,5,7-tetrasilaspiro (3.3) heptane 33 55 C4Si10Cl24 C 4 Si 10 Cl 24 1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,10,10-додекахлоро-2,2,8,8-тетракис(трихлоросилил)-1,3,5,7,9,10-гексасиладиспиро [3,13,1] декан1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,9,10,10-dodecachloro-2,2,8,8-tetrakis (trichlorosilyl) -1,3,5,7,9,10 hexasiladispiro [3,13,1] dean 4four 66 C5Si12Cl28 C 5 Si 12 Cl 28 1,3,5,7,9,11,12,13-октасилатриспиро[3.1.1.3.1.1] тридекан1,3,5,7,9,11,12,13-octasilatraspiro [3.1.1.3.1.1] tridecane 55 77

Термическая деструкция перхлорокарбосиланов при температуре 600-700°С приводит к образованию аморфного карбида кремния, что установлено методом рентгенофазового анализа. При температурах 700-800°С карбид кремния осаждается в поликристаллическом виде. Кристаллическая структура по данным дифракции рентгеновского излучения соответствует кубической модификации (β-SiC) со средним размером кристаллитов около 3 нм, что соответствует удельной поверхности поликристаллического покрытия не менее 400 м2/г.Thermal destruction of perchlorocarbosilanes at a temperature of 600-700 ° C leads to the formation of amorphous silicon carbide, which was established by x-ray phase analysis. At temperatures of 700-800 ° C, silicon carbide precipitates in polycrystalline form. According to X-ray diffraction data, the crystal structure corresponds to cubic modification (β-SiC) with an average crystallite size of about 3 nm, which corresponds to a specific surface area of the polycrystalline coating of at least 400 m 2 / g.

Достижение заявленного технического результата подтверждается следующими примерами.The achievement of the claimed technical result is confirmed by the following examples.

Пример 1.Example 1

Все заявленные перхлоркарбосиланы получают согласно методике [Rich. Muller und H.Beyer, Chem. Ber. v.92, p.1018, 1959] путем пропускания паров четыреххлористого углерода над порошком кремния и меди при температуре 300-400°С, очищают от низкокипящих фракций (SiCl4, CCl4, Si2Cl6, C2Cl4, SiCl3CCl3). Затем любое из указанных соединений возгоняют в атмосфере аргона и подвергают термической деструкции при атмосферном давлении и температуре 650°С в трубчатом кварцевом реакторе. Осаждение конденсированных продуктов на внутреннюю поверхность кварцевого реактора происходит в двух термических зонах: непосредственно в реакционной зоне осаждается аморфный карбид кремния светло-серого цвета, в холодной части - аморфный углерод. Разложение перхлоркарбосиланов при данной температуре протекает полностью со степенью конверсии 100% с образованием в газовой фазе только SiCl4, что было установлено химическим анализом твердого конденсата на стенках реактора. Полученный материал по данным дифракции рентгеновского излучения представляет собой кристаллиты со средним размером менее 1 нм.All claimed perchlorocarbosilanes obtained according to the method of [Rich. Muller und H. Beyer, Chem. Ber. v.92, p.1018, 1959] by passing vapor of carbon tetrachloride over a powder of silicon and copper at a temperature of 300-400 ° C, cleaned of low boiling fractions (SiCl 4 , CCl 4 , Si 2 Cl 6 , C 2 Cl 4 , SiCl 3 CCl 3 ). Then, any of these compounds is sublimated in an argon atmosphere and subjected to thermal degradation at atmospheric pressure and a temperature of 650 ° C in a tubular quartz reactor. The condensed products are deposited on the inner surface of the quartz reactor in two thermal zones: amorphous light gray silicon carbide is deposited directly in the reaction zone, and amorphous carbon is deposited in the cold part. The decomposition of perchlorocarbosilanes at this temperature proceeds completely with a degree of conversion of 100% with the formation of only SiCl 4 in the gas phase, which was established by chemical analysis of solid condensate on the walls of the reactor. The resulting material according to x-ray diffraction data is a crystallite with an average size of less than 1 nm.

Пример 2.Example 2

Термическая деструкция любого из указанных перхлоркарбосиланов проводится в трубчатом кварцевом реакторе при температуре 750°С в атмосфере аргона при прочих равных условиях по примеру 1. Осаждение конденсированных продуктов также происходит в двух термических зонах реактора: в реакционной зоне осаждается карбид кремния серого цвета, в холодной части - аморфный углерод. Методом дифракции рентгеновского излучения выявлено, что полученный карбид кремния кубической модификации со средним размером кристаллитов ~3 нм. Разложение перхлоркарбосиланов при данной температуре протекает также полностью с образованием в газовой фазе только SiCl4, что установлено методом химического анализа.Thermal destruction of any of these perchlorocarbosilanes is carried out in a tubular quartz reactor at a temperature of 750 ° C in an argon atmosphere, ceteris paribus in Example 1. Precipitation of condensed products also occurs in two thermal zones of the reactor: gray silicon carbide precipitates in the reaction zone, in the cold part - amorphous carbon. X-ray diffraction revealed that the obtained silicon carbide of cubic modification with an average crystallite size of ~ 3 nm. The decomposition of perchlorocarbosilanes at a given temperature also proceeds completely with the formation of only SiCl 4 in the gas phase, which was established by chemical analysis.

Заявленный способ обладает следующими преимуществами:The claimed method has the following advantages:

- использование перхлоркарбосиланов позволяет добиться полной конверсии исходных соединений для получения высокодисперсного карбида кремния путем химического осаждения из газовой фазы при достаточно низкой температуре синтеза;- the use of perchlorocarbosilanes allows to achieve complete conversion of the starting compounds to obtain highly dispersed silicon carbide by chemical vapor deposition at a sufficiently low synthesis temperature;

- в процессе синтеза не образуется химически активных, взрывоопасных и коррозионных продуктов из ряда: HCl, Cl2, SiHxClx, Н2, СРЦ и др.;- in the synthesis process does not form chemically active, explosive and corrosive products from the series: HCl, Cl 2 , SiH x Cl x , H 2 , SEC, etc .;

- размер и структура осаждаемых кристаллитов карбида кремния варьируется температурным режимом от размера менее 1 нм (аморфная форма) до ~3 нм (поликристаллическая форма β-SiC).- the size and structure of the deposited crystallites of silicon carbide varies in temperature from a size of less than 1 nm (amorphous form) to ~ 3 nm (polycrystalline form of β-SiC).

Claims (1)

Способ получения высокодисперсного карбида кремния при температуре 600-800°С, включающий осаждение карбида кремния из газовой фазы путем термической деструкции карбосилана, отличающийся тем, что в качестве карбосилана используют насыщенный перхлоркарбосилан, выбранный из ряда Si4CCl12, Si6C2Cl16, Si8C3Cl20, C4Si10Cl24, Si12C5Cl28.A method of producing highly dispersed silicon carbide at a temperature of 600-800 ° C, including the deposition of silicon carbide from the gas phase by thermal degradation of carbosilane, characterized in that saturated perchlorocarbosilane selected from the range of Si 4 CCl 12 , Si 6 C 2 Cl 16 is used as carbosilane , Si 8 C 3 Cl 20 , C 4 Si 10 Cl 24 , Si 12 C 5 Cl 28 .
RU2007105126/15A 2007-02-12 2007-02-12 Method of obtaining highly- dispersible silicon carbide RU2339574C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007105126/15A RU2339574C1 (en) 2007-02-12 2007-02-12 Method of obtaining highly- dispersible silicon carbide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007105126/15A RU2339574C1 (en) 2007-02-12 2007-02-12 Method of obtaining highly- dispersible silicon carbide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007105126A RU2007105126A (en) 2008-08-20
RU2339574C1 true RU2339574C1 (en) 2008-11-27

Family

ID=39747555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007105126/15A RU2339574C1 (en) 2007-02-12 2007-02-12 Method of obtaining highly- dispersible silicon carbide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2339574C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4981666A (en) * 1985-11-27 1991-01-01 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for the preparation of silicon carbide whiskers
RU2070163C1 (en) * 1990-10-25 1996-12-10 Бритиш Технолоджи Гроуп Лтд. Method for production of silicium carbide
RU2130509C1 (en) * 1998-01-26 1999-05-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Композит" Method of producing composite material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4981666A (en) * 1985-11-27 1991-01-01 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for the preparation of silicon carbide whiskers
RU2070163C1 (en) * 1990-10-25 1996-12-10 Бритиш Технолоджи Гроуп Лтд. Method for production of silicium carbide
RU2130509C1 (en) * 1998-01-26 1999-05-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Композит" Method of producing composite material

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007105126A (en) 2008-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0639661B1 (en) Method of forming crystalline silicon carbide coatings at low temperatures
CN105593233B (en) 2,2,4,4-Tetrasilylpentasilane and compositions, methods and uses thereof
RU2368568C2 (en) Method of obtaining silicon
JP7077357B2 (en) Chlorodisilazane
KR101120065B1 (en) Novel germanium complexes with amidine derivative ligand and process for preparing the same
JP2978306B2 (en) Method for producing titanium nitride from organometallic precursor
EP0723600B1 (en) Process for the preparation of silicon carbide films using single organosilicon compounds
US4594330A (en) Fine amorphous powder and process for preparing fine powdery mixture of silicon nitride and silicon carbide
KR101581448B1 (en) Manufacturing method of high purity silicon carbide product
Choi Chemical vapor deposition of hexagonal boron nitride films in the reduced pressure
Riedel et al. Synthesis of polycrystalline silicon carbide by a liquid‐phase process
RU2339574C1 (en) Method of obtaining highly- dispersible silicon carbide
Saito et al. Pyrolysis of poly (isopropyliminoalane) to aluminum nitride
Ziegenbalg et al. Synthesis of α-silicon nitride powder by gas-phase ammonolysis of CH3SiCl3
Merenkov et al. Novel single-source precursors for SiB x C y N z film deposition
Sui et al. Synthesis of carbon nitride powder by selective etching of TiC0. 3N0. 7 in chlorine-containing atmosphere at moderate temperature
Choi et al. Chemical vapour deposition of silicon carbide by pyrolysis of methylchlorosilanes
US11827522B2 (en) Partially hydrogenated chlorosilanes and methods for preparing same by selective hydrogenation
JPS5930645B2 (en) Manufacturing method of high purity α-type silicon nitride
TWI904468B (en) Method for producing metal-containing thin film
Rumyantsev et al. Plasma enhanced chemical deposition of nanocrystalline silicon carbonitride films from trimethyl (phenylamino) silane
JPS61151005A (en) Production of alpha type crystalline silicon nitride
JP4336929B2 (en) Insulating film forming material and insulating film forming method
TW202423932A (en) Composition for depositing thin film including metal compound, method for producing metal compound, method for producing metal-containing thin film, and metal-containing thin film produced therefrom
Lu et al. The effect of argon addition on the microstructure, texture and phases of silicon carbide prepared by chemical vapor deposition

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160213