JP2003511330A - 単一同位体ケイ素Si28の製造方法 - Google Patents

単一同位体ケイ素Si28の製造方法

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JP2003511330A JP2001528107A JP2001528107A JP2003511330A JP 2003511330 A JP2003511330 A JP 2003511330A JP 2001528107 A JP2001528107 A JP 2001528107A JP 2001528107 A JP2001528107 A JP 2001528107A JP 2003511330 A JP2003511330 A JP 2003511330A
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エフゲニ ミハイロヴィッチ ディアノフ
アノトリー ヴラディミロヴィッチ グセフ
アンドレイ ドミトリエヴィッチ ブラノフ
ペトル ゲンナディエヴィッチ センニコフ
ハンス−ヨアヒム ポール
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インスティテュート ヒミイ ヴィソコシスティク ヴェシェストヴ ロッシースコイ アカデミイ ナウク
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、冶金分野に関し、特に、Si28が豊富な無機化合物、主に四弗化ケイ素から単一同位体ケイ素を製造する方法に関する。この方法は、四弗化ケイ素を高温で還元することを含み、四弗化ケイ素を水素化カルシウムで180〜200℃の温度で還元してシランを製造し、その後、得られたシランを800〜900℃の温度と、0.5mm/時間以下の基体上への単一同位体ケイ素の沈着速度の高温分解に掛けることを特徴とする。基体上への単一同位体ケイ素の沈着は、主に、供給シランの速度を変化させることによって調整される。沈着は、予め得られている単一同位体ケイ素の基体上に行われるか、或いは、二段階で、即ち、第一段階の沈着は耐火性基体、例えば、ケイ素の沈着温度よりも高い融点を持つ金属基体上に対して行われ、次いで、得られた単一同位体ケイ素の棒を基体から取り外し、第一段階で得られた棒に対して沈着方法を継続する二段階で行われる。完成した棒は、幅広い精製、好ましくは坩堝無しの帯域溶融法による精製に掛けられても良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の分野) 本発明は冶金分野に関し、特に、高純度の単一同位体ケイ素及びその他のその
安定な同位体Si29、Si30の製造方法に関する。 ケイ素は、エレクトロニクス、例えば、集積回路及びパワー・エレクトロニク
スの部材に使用されている。単一同位体ケイ素は、この分野で最も広く使用され
ている主な半導体材料である天然の同位体組成物のケイ素よりも高い熱伝導性を
有する。これによって、集積回路の部材の寸法を小さくしてパワー・エレクトロ
ニクス装置の特性を改善することが可能となる。
【0002】 (発明の背景) 二酸化ケイ素を硼素で還元する反応によって単一同位体ケイ素、Si28、Si 29 及びSi30を製造する方法は公知である(SU1515795、1991年1
月、C30B29/06、23/02)。この方法の欠点は、硼素による生成ケ
イ素の汚染であり、そこに存在する硼素不純物は、その除去が困難で、比抵抗、
電荷担体濃度等のケイ素の電気物理的パラメーターに負の効果を有するので、こ
のケイ素の実用を制限し、時には使用できなくする。 二酸化ケイ素をマグネシウムで高温還元して単一同位体ケイ素を製造する方法
も公知である。この方法では、最初の試薬が1433℃を超える温度に加熱され
、次いで、それらは結合される(RU2036143、1995年5月27日、
C01B33/023)。この方法の欠点は、一つは、反応室の材料の汚染作用
が明らかであること、今一つは、ケイ素の外に製造される混合物が、塩酸での溶
解によって分離される酸化マグネシウムを含むことである。化学的試薬の使用は
最終生成物中への更なる汚染を導入する。
【0003】 SU2137710(1999年9月20日、C01B33/027、C22
B5/00)による電子部材の製造の為の単一同位体ケイ素の製造方法は、技術
的本質及び達成される効果に関して最も類似の方法である。この方法によれば、
四弗化ケイ素は、珪岩と或種の試薬との反応によって製造される。この方法では
、廃棄六弗化ウランが試薬として使用され、製造された四弗化ケイ素は、同位体
に分離され、そして、形成された単一同位体四弗化ケイ素は850〜900℃の
温度でアンモニアで還元されて単一同位体ケイ素が得られる。 この方法の欠点は、製造された単一同位体ケイ素の純度が相当に低く、又、棒
形状でケイ素を製造することが不可能であり、更なる幅広い精製及びそれらから
の電子部材の製造を困難にする。
【0004】 (発明の開示) 本発明の目的は、同位体希釈なしに生成物の高収率を確実にする、揮発性同位
体が豊富な化合物から、少なくとも半導体純度の単一同位体ケイ素Si28を製造
する方法を提供するものである。 この目的は、Si28が豊富な無機化合物、主に四弗化ケイ素から単一同位体ケ
イ素Si28を製造する方法において、四弗化ケイ素から製造されるシランと一緒
に四弗化ケイ素が高温で還元され、シランが、800〜900℃の温度で、単一
同位体ケイ素の基体上への沈着速度が0.5mm/時間以下の高温分解に掛けら
れる方法によって達成される。 シランは、四弗化ケイ素を水素化カルシウムで、180〜200℃の温度で還
元することによって製造されるのが好ましい。 ケイ素の沈着速度を調整する為には、供給シランの速度を変化させることが好
ましい。本発明方法を実施するのに好ましい形態によれば、沈着は予め得られて
いる単一同位体ケイ素の基体上に対して行われる。その様な基体が存在しない場
合は、単一同位体ケイ素の沈着は二段階で行っても良く、第一段階で沈着は、S
28の層の厚さが、それを基体から分離することが出来る厚さに達するまで、ケ
イ素の沈着温度よりも高い融点を持つ金属であっても良い耐火性基体上に対して
行われる。次いで、得られた単一同位体ケイ素の棒を基体から取り外し、第一段
階で得られた棒上に対して沈着方法を継続する。沈着の第一段階で得られたケイ
素層は、機械的に或いは急冷法によって基体から取り外される。 Si28棒は幅広い精製、好ましくは坩堝無し帯域溶融法による精製に掛ける事
が好ましい。
【0005】 ケイ素Si28が豊富なシランが、四弗化ケイ素を水素化カルシウムで180〜
200℃の温度で還元することによって得られると言うことの結果、シランの最
高収率が確保され、単一同位体Si28の損失が防がれる。180℃未満の温度で
は、四弗化ケイ素のシランへの転化が不完全となり、収率は凡そ70%である。
200℃を超える温度では、得られたシランが部分的に分解して収率の減少をも
たらし、従って、単一同位体ケイ素の取り返しのつかない損失となる。 ケイ素の沈着に関して重要な要因は、800〜900℃の温度と0.5mm/
時間以下のケイ素層の生長速度でのシランの熱分解である。提示された温度範囲
は、得られるケイ素の最高収率(90%より多い)を保証する。800℃未満の
温度では、シランは不完全に分解し、未反応生成物の形態で反応帯から運ばれる
。シランが900℃を超える温度で分解する場合は、基体上に沈着した多結晶ケ
イ素と共に、ケイ素の一部が、シランの分解中に形成された水素流と一緒に運び
出される微粉化粒子の形態で分離される。結晶層の形態でケイ素を分離する為に
は、ケイ素層の生長速度が0.5mm/時間を超えないことが重要である。この
場合、無定形ケイ素粉末の画分は1%未満である。ケイ素層の生長速度が0.5
mm/時間より速いと、無定形ケイ素の画分が10%より多くなり、これは生成
物の収率を減少させる。
【0006】 基体は耐火性材料、例えば、ケイ素の沈着温度よりも高い融点を持つ金属で作
られる事が好ましい。基体は、帯、ロッド又はワイヤの形態で作られても良い。 更に、本発明を実施例を以って詳細に説明する。
【実施例】
実施例 ヘリウム流中で、水素化カルシウムを反応器に導入した。次いで、Si28が豊
富な四弗化ケイ素流を反応器に供給した。シラン合成反応は180℃で大気圧で
行われた。外に出て行く流れの中のシラン濃度は、ガスクロマトグラフ法で決定
した。四弗化ケイ素に対するシランの収率は90%であった。シランからの未反
応四弗化ケイ素の除去は、220℃の温度で、弗化ナトリウムによる吸着によっ
て行われた。形成されたナトリウムフルオロシリケートは、シランの損失を最小
限にすることを可能とする四弗化ケイ素の形成を伴う熱分解に掛けられた。得ら
れたシランは、精留精製に掛けられ、ケイ素を得る為に分解された。モリブデン
のワイヤ、その中に置かれた基体及びガス供給パイプラインを伴うチャンバーが
排気され、純粋アルゴンで充填された。次いで、基体に電流を流して180℃に
加熱した。必要とする基体の温度が達成された後、シランを容器からチャンバー
中に供給した。ケイ素は、0.1mm/時間の速度で基体の表面に沈着した。そ
の層の厚味を増加させる工程では、基体に適用される電圧を増加して基体上の温
度を一定に維持した。生長したケイ素層は金属基体から分離され、得られた単一
同位体ケイ素は、シランの更なる分解中に基体として使用された。
【0007】 ケイ素の収率は、沈着したケイ素の質量と反応器を通過したシランの質量とを
比較することによって決定した。ケイ素の収率は90%より高かった。シランの
分解後に得られたケイ素は、坩堝無し帯域溶融法によって精製した。得られた単
一同位体ケイ素中の不純物の主たる数の含有量は、レーザー質量分析のデータに
よれば、10-4質量%を超えなかった。この方法は、又、安定なケイ素Si29
びSi30の同位体を得る為に使用しても良い。 産業上の利用性 本発明方法で得られる単一同位体ケイ素の実用は、コンピユータエンジニヤリ
ング部材の新たな世代をその基礎の上に創造する可能性を与える。天然の組成物
のケイ素を使用しながら現代コンピュータの技術的特性を高める可能性は本質的
に使い尽くされている。核粒子を登録する為の新世代の装置、パワー・エレクト
ロニクスの部材は、同位体純粋ケイ素の基礎の上に創造されるかも知れない。大
きな実用的期待が、単一同位体ケイ素の中性子核変換ドーピングによって得られ
る新規な材料の創造と実用によって開ける。
【0008】
【表1】 表 Si28の質量分析の結果 (1ppma=0.0001%at.)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C U,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD ,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN, IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,L K,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK ,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO, SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,T R,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 プロホロフ アレクサンドル ミハイロヴ ィッチ ロシア 121433 モスコウ ウリッツァ ツヴェニゴロドスカヤ デー 14ケイヴィ 10 (72)発明者 ディアノフ エフゲニ ミハイロヴィッチ ロシア 117331 モスコウ ウリッツァ エム ウリヤノヴォイ 11−24 (72)発明者 グセフ アノトリー ヴラディミロヴィッ チ ロシア 603137 ニズーニ ノヴゴロド ウリッツァ ゴロヴァノヴァ デー 61ケ イヴィ43 (72)発明者 ブラノフ アンドレイ ドミトリエヴィッ チ ロシア 603159 ニズーニ ノヴゴロド ウリッツァ アキモヴァ デー 44ケイヴ ィ3 (72)発明者 センニコフ ペトル ゲンナディエヴィッ チ ロシア 600030 ニズーニ ノヴゴロド ウリッツァ ズヴェズディンカ デー 7 ケイヴィ109 (72)発明者 ポール ハンス−ヨアヒム ドイツ連邦共和国 デー 07743 イェナ ドルンブルットヴェッヒ 5 Fターム(参考) 4G072 AA01 BB03 GG01 GG03 HH04 HH06 KK09 MM01 MM08 NN05 RR01 RR04 RR11

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】四弗化ケイ素を高温で還元することを含む、Si28が豊富な無機化
    合物、主に四弗化ケイ素から単一同位体ケイ素Si28を製造する方法であって、
    シランが四弗化ケイ素から製造され、該シランが高温分解、好ましくは、800
    〜900℃の温度と、0.5mm/時間以下の基体上への単一同位体ケイ素の沈
    着速度の高温分解に掛けられることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】シランが、180〜200℃の温度で、四弗化ケイ素を水素化カル
    シウムで還元することによって製造される、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】ケイ素の沈着速度が、供給シランの速度を変えることによって調整
    される、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】沈着が、予め得られている単一同位体ケイ素の基体上に対して行わ
    れる、請求項1〜3の何れか一項に記載の方法。
  5. 【請求項5】単一同位体ケイ素の沈着が、第一段階の沈着を耐火性基体上に対し
    て行い、次いで、得られた単一同位体ケイ素の棒を該基体から取り外し、そして
    、第一段階で得られた棒上に対して沈着方法を継続する二段階で行われる請求項
    1〜4の何れか一項に記載の方法。
  6. 【請求項6】ケイ素の沈着温度よりも高い融点を持つ金属を、ケイ素沈着の前記
    第一段階で基体材料として使用する、請求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】沈着した層の取り外しの可能性を確実にする厚さを有する単一同位
    体ケイ素の層が、単一同位体ケイ素の沈着の第一段階で得られる、請求項5に記
    載の方法。
  8. 【請求項8】沈着の第一段階で得られるケイ素層の、基体からの取り外しが機械
    的に行われる、請求項5〜7の何れか一項に記載の方法。
  9. 【請求項9】沈着の第一段階で得られるケイ素層の、基体からの取り外しが急冷
    法によって行われる、請求項5〜7の何れか一項に記載の方法。
  10. 【請求項10】完成した棒を、幅広い精製、好ましくは坩堝無し帯域溶融法によ
    る精製に掛ける、請求項1〜9の何れか一項に記載の方法。
JP2001528107A 1999-10-07 2000-10-04 単一同位体ケイ素Si28の製造方法 Abandoned JP2003511330A (ja)

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