乙硅烷的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种乙硅烷的制备方法。该制备方法包括：对多晶硅残液进行过滤，得到滤液；对滤液进行精馏过程，得到氯代乙硅烷；使氯代乙硅烷与还原剂进行还原反应，得到乙硅烷。多晶硅残液中包含氯代乙硅烷，以多晶硅残液为制备原料能够省去氯代乙硅烷的制备步骤，大大降低乙硅烷的制备成本。通过过滤步骤将多晶硅残液中的固体杂质(如颗粒状物质、金属聚合物、含无定形硅和金属的杂质)去除，最后将得到的滤液与还原剂进行反应，得到所需的产品乙硅烷。上述制备方法具有成本低和乙硅烷纯度高等优点。

Preparation of Ethylsilane

The invention provides a preparation method of ethylsilane. The preparation method includes: filtering polycrystalline silicon residue to obtain filtrate; rectifying the filtrate to obtain chloroethylsilane; reducing reaction between chloroethylsilane and reducing agent to obtain ethylsilane. Polycrystalline silicon residue contains chloroethylsilane. Using polycrystalline silicon residue as raw material can save the preparation steps of chloroethylsilane and greatly reduce the preparation cost of ethylsilane. Solid impurities (such as granular substances, metal polymers, impurities containing amorphous silicon and metals) in polycrystalline silicon residue were removed by filtration step. Finally, the filtrate was reacted with reducing agent to obtain the desired product ethylsilane. The preparation method has the advantages of low cost and high purity of ethylsilane.

【技术实现步骤摘要】
乙硅烷的制备方法
本专利技术涉及多晶硅制备领域，具体而言，涉及一种乙硅烷的制备方法。
技术介绍
乙硅烷主要用于太阳能电池、感光转筒、非晶硅膜、外延成长及化学气相沉积等方面。沉积层为氧化硅或氮化硅时，与硅烷相比，乙硅烷作为沉积源具有沉积速度更快，沉积温度更低，防止无定型硅中产生球状凸起，并提高沉积成的均一性等优点。乙硅烷主要使用在20纳米以下高端芯片制造领域。在太阳能电池生产中，相比于硅烷，用乙硅烷在非晶硅片上的沉积速度快得多，且温度可降低200～300℃。在离子注入过程中，以乙硅烷作离子源后易起辉、束流强，效果明显好于用其他气体作离子源。在半导体工艺中，乙硅烷可以用于外延和扩散工艺，也可以用于太阳能电池和电子照相用的感光鼓。目前乙硅烷的制备主要有氯代乙硅烷还原法和硅化镁-氯化铵反应合成两种方法。氯代乙硅烷还原法为采用络合金属氢化物(如氢化铝锂或氢化铝钠等)还原氯代乙硅烷烷制备乙硅烷。缺点是氯代乙硅烷需要进行单独合成，但是合成难度大且产率低。硅化镁与氯化铵反应法为硅化镁与氯化铵进行反应产生乙硅烷。缺点是该方法制得的产品主要为硅烷，乙硅烷占比在3％左右，是作为副产物进行回收的。这大大限制了采用该方法大规模制备乙硅烷的可行性。另外，上述反应过程中会产生固体六氨氯化镁，鉴于乙硅烷较高的危险性，该方法的技术难点主要是：1、如何把乙硅烷和硅烷进行分离；2、如何从硅烷反应釜的废渣中分离提纯乙硅烷。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种乙硅烷的制备方法，以解决采用现有方法制备乙硅烷存在乙硅烷的纯度低和成本高的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术提供了一种乙硅烷的制备方法，该制备方法包括：对多晶硅残液进行过滤，得到滤液；对滤液进行精馏过程，得到氯代乙硅烷；使氯代乙硅烷与还原剂进行还原反应，得到乙硅烷。进一步地，精馏过程包括：将滤液与除钛试剂进行第一精馏过程，得到第一塔顶产物；及将第一塔顶产物进行第二精馏过程，得到氯代乙硅烷。进一步地，除钛试剂选自四氢呋喃、四氢吡喃和聚乙二醇组成的组中的一种或多种；优选地，除钛试剂的摩尔数与滤液中含钛杂质的摩尔数之比为(1～10):1。进一步地，第一精馏过程中，塔顶压力为50～120KPa，塔顶温度为110～177℃，塔板理论级数60～120；优选地，第一精馏过程中，塔顶压力为65～90KPa，塔顶温度为130～170℃，塔板理论级数80～110。进一步地，第二精馏过程中，塔顶压力为40～100KPa，塔顶温度为110～172℃，塔理论级数70～90；优选地，第二精馏过程中，塔顶压力为45～90KPa，塔顶温度为120～170℃，塔理论级数75～85。进一步地，还原反应过程中，反应温度为-20～20℃，反应压力为300～400KPa；优选地，还原剂与氯代乙硅烷的摩尔数之比为1:(2～5)。进一步地，还原反应包括将还原剂加入氯代乙硅烷中进行反应得到乙硅烷的步骤；优选地，还原剂为络合金属氢化物，更优选地，还原剂选自氢化铝锂、氢化铝钠和二乙基氢化铝组成的组中的一种或多种。进一步地，制备方法还包括：在有机溶剂、保护气体及催化剂的作用下，将氯代乙硅烷与还原剂进行还原反应；优选地，有机溶剂选自乙醚和/或四氢呋喃；优选地，保护气体选自氮气、氩气和氦气组成的组中的一种或多种；优选地，催化剂选自Pt、Pd、Ni和Co组成的组组成的组中的一种或多种。进一步地，制备方法还包括将还原反应的产物体系进行提纯的步骤，提纯的步骤包括：将还原反应的产物体系进行第三精馏过程，得到第三塔顶产物，以将有机溶剂去除，第三精馏过程的塔顶温度为-10～10℃；使第三塔顶产物进行第四精馏过程，得到第四塔顶产物和第四塔底产物，第四精馏过程的塔顶温度为-50～-30℃；将第四塔底产物进行第五精馏过程，得到乙硅烷，第五精馏过程的塔顶温度为-20～-15℃。进一步地，提纯的步骤还包括：将第五精馏过程得到的塔底产物进行吸附处理，吸附处理的步骤包括：采用活性炭对第五精馏过程的塔底产物进行吸附处理，得到第一净化物；采用分子筛对第一净化物进行吸附处理，得到乙硅烷；优选地，吸附处理过程的温度为-35～20℃。应用本专利技术的技术方案，本申请提供的乙硅烷的制备方法中，多晶硅残液中包含氯代乙硅烷，以多晶硅残液为制备原料能够省去氯代乙硅烷的制备步骤，大大降低乙硅烷的制备成本。通过过滤步骤将多晶硅残液中的固体杂质(如颗粒状物质、金属聚合物、含无定形硅和金属的杂质)去除，最后将得到的滤液与还原剂进行反应，得到所需的产品乙硅烷。上述制备方法具有成本低和乙硅烷纯度高等优点。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术的一种典型的实施方式提供的乙硅烷制备方法的工艺流程图；图2示出了根据本专利技术的一种优选的实施方式提供的乙硅烷制备方法的工艺流程图；图3示出了根据本专利技术的一种优选的实施方式提供的乙硅烷制备装置的结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、过滤单元；20、精馏单元；21、第一精馏装置；22、第二精馏装置；23、除钛试剂供应装置；30、还原单元；31、还原剂供应装置；32、还原装置；33、有机溶剂供应装置；34、保护气供应装置；35、催化剂供应装置；40、提纯单元；41、第三精馏装置；42、第四精馏装置；43、第五精馏装置；44、第一吸附装置；45、第二吸附装置；50、杂质收集装置。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。正如
技术介绍
所描述的，采用现有方法制备乙硅烷存在乙硅烷的纯度低和成本高的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种乙硅烷的制备方法，如图1所示，该制备方法包括：多晶硅残液进行过滤，得到滤液；对滤液进行精馏过程，得到氯代乙硅烷；使氯代乙硅烷与还原剂进行还原反应，得到乙硅烷。本申请提供的乙硅烷的制备方法中，多晶硅残液中包含氯代乙硅烷，以多晶硅残液为制备原料能够省去氯代乙硅烷的制备步骤，大大降低乙硅烷的制备成本。通过过滤步骤将多晶硅残液中的固体杂质(如颗粒状物质、金属聚合物、含无定形硅和金属的杂质)去除，最后将得到的滤液与还原剂进行反应，得到所需的产品乙硅烷。上述制备方法具有成本低和乙硅烷纯度高等优点。改良西门子法多晶硅生产过程中，在还原工序和氢化工序会产生少量的氯代乙硅烷，氯代乙硅烷为一氯乙硅烷、二氯乙硅烷、三氯乙硅烷、四氯乙硅烷、五氯乙硅烷和六氯乙硅烷的混合物，经过浓缩后上述氯代乙硅烷富集在多晶硅残液中。因而优选地，本申请中使用的多晶硅残液由改良西门子法多晶硅生产过程得到的多晶硅残液。为了进一步降低滤液中固体杂质的含量，提高滤液纯度，优选地，过滤步骤中控制过滤精度为0.5～1μm。将过滤精度控制在上述范围内可以最大程度地去除含无定形硅和金属的杂质，过滤精度太小，过滤器容易堵塞从而频繁检修，过滤精度过大则去除率降低。采用上述制备方法制备乙硅烷有利于降低制备成本，同时提高乙硅烷的纯度。滤液中的高沸点杂质包括多晶硅残液中的甲基氯硅烷、氯代乙硅烷和金属高聚物，低沸点杂质包括低沸物，例如三氯氢硅、四氯化硅等氯硅烷。在一种优选的实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种乙硅烷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：对多晶硅残液进行过滤，得到滤液；对所述滤液进行精馏过程，得到氯代乙硅烷；使所述氯代乙硅烷与还原剂进行还原反应，得到所述乙硅烷。

【技术特征摘要】
1.一种乙硅烷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：对多晶硅残液进行过滤，得到滤液；对所述滤液进行精馏过程，得到氯代乙硅烷；使所述氯代乙硅烷与还原剂进行还原反应，得到所述乙硅烷。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述精馏过程包括：将所述滤液与除钛试剂进行第一精馏过程，得到第一塔顶产物；及将所述第一塔顶产物进行第二精馏过程，得到所述氯代乙硅烷。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述除钛试剂选自四氢呋喃、四氢吡喃和聚乙二醇组成的组中的一种或多种；优选地，所述除钛试剂的摩尔数与所述滤液中含钛杂质的摩尔数之比为(1～10):1。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述第一精馏过程中，塔顶压力为50～120KPa，塔顶温度为110～177℃，塔板理论级数60～120；优选地，所述第一精馏过程中，塔顶压力为65～90KPa，塔顶温度为130～170℃，塔板理论级数80～110。5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述第二精馏过程中，塔顶压力为40～100KPa，塔顶温度为110～172℃，塔理论级数70～90；优选地，所述第二精馏过程中，塔顶压力为45～90KPa，塔顶温度为120～170℃，塔理论级数75～85。6.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述还原反应过程中，反应温度为-20～20℃，反应压力为300～400KPa；优选地，所述还原剂与所述氯代乙硅烷的摩尔数之比为1:(2～5)。7.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：万烨，刘见华，赵雄，严大洲，赵宇，郭树虎，
申请(专利权)人：洛阳中硅高科技有限公司，中国恩菲工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41