[发明专利]一种高纯电子级二碘硅烷的制备装置及其制备方法

说明书

本发明提出一种高纯电子级二碘硅烷的制备装置及其制备方法，涉及二碘硅烷提纯技术领域。上述制备装置包括第一反应器、第二反应器和减压精馏纯化器。第一反应器分为流化床段、油相段和碘化氢段。油相段和碘化氢段的下端连接至第二反应器。高纯电子级二碘硅烷的制备方法包括以下步骤：氮气置换；采用苯硅烷、含氧化合物催化剂和芳香族有机溶剂引发反应，生成苯硅烷层、一碘苯硅烷层和碘化氢层；持续通入苯硅烷，调节出料口和苯硅烷的流量，控制一碘苯硅烷层和碘化氢层的界面在油相段和碘化氢段的界面上；减压精馏。本发明的制备装置及其制备方法，通过隔断苯硅烷和HI的接触减少了副反应发生，提高了产物的纯度和原料转化率。

技术领域

本发明涉及二碘硅烷提纯技术领域，且特别涉及一种高纯电子级二碘硅烷的制备装置及其制备方法。

背景技术

二碘硅烷，分子式为SiH₂I₂，CAS号13760-02-6，简称DIS，被广泛应用于硅甲基化以及卤硅基苯的催化反应过程中。

随着半导体制程的发展，二碘硅烷被用作化学气相沉积（CVD）的重要硅源。由于Si-I之间的键角合适，可以使二碘硅烷分子以肩并肩的形式，规则排布在硅/二氧化硅的表面，当通入氨气时，可以均匀地反应成分子层厚度的氮化硅，即形成原子层沉积（ALD）。并且，等离子增强下，二碘硅烷能够产生更活泼的硅自由基，在保持高沉积速率的前提下，反应腔具有温度更低、压力操作更可控的特点。二碘硅烷以其独特的优势，广阔的市场前景受到广泛关注。

二碘硅烷的合成与纯化在过去仅存在于克级实验阶段，因反应可控性低的问题，并未发现有工业规模连续化生产的报道。目前的现有的合成提纯技术均沿袭了1960年Fritz和Kummer提出的合成路线：

苯硅烷与碘反应生成一碘苯硅烷。然后在一锅反应釜中，一碘苯硅烷与生成的HI继续反应生成二碘硅烷。反应方程式如下：

Ph-SiH₃（苯硅烷）+ I₂=== Ph-SiH₂I（一碘苯硅烷）+ HI（碘化氢）

Ph-SiH₂I（一碘苯硅烷）+ HI === Ph-H（苯）+ SiH₂I₂（二碘硅烷）

通过大量实践发现传统一锅法进行二碘硅烷的合成，其反应过程具有以下几个特点：1.需要采用含氧催化剂，如丙酮、乙醇、乙酸乙酯等；2.反应程度剧烈，需要滴加进入反应，且反应动力学慢，反应时间较长；3.反应需要大量溶剂；4.由于中间产物Ph-SiH₂I与HI生成，所以体积会放大。

鉴于上述的反应特性，在实际生产过程中，发现上述反应转化率很低。其中，问题包括以下几点：

1.中间产物HI可以与苯硅烷反应生成副反应，即一碘硅烷与苯（反应方程式为：Ph-SiH₃ + HI === Ph-H + SiH₃I）。所以，粗产品中副产物SiH₃I很多，原料转化率降低。

2. HI容易挥发，大量HI流失后，不能有效与Ph-SiH₂继续反应，所以残液中Ph-SiH₂I浪费很多，转化率进一步降低。

3.反应时间很长，产量规模小，主要是克级生产。规模产业化生产难度大，第一步在搅拌条件下苯硅烷滴加进行反应，反应第一步后，同一锅进行第二步反应。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提出一种高纯电子级二碘硅烷的制备装置，通过第一反应器隔断原料苯硅烷和中间产物HI的接触减少了副反应发生，同时将中间产物HI和Ph-SiH₂I尽快转移至第二反应器进行第二步反应，提高了产物的纯度和原料转化率。