NL1019371C2 - Werkwijze voor het bereiden van zeer zuiver siliciumchloride en/of germaniumchloride. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het bereiden van zeer zuiver si 1icium- chloride en/of germaniumchloride.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze 5 voor het bereiden van zeer zuiver siliciumchloride en/of germaniumchloride. Verder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een werkwijze voor de depositie van een of meer glaslagen op het inwendige van een substraatbuis van kwartsglas waarbij aan de substraatbuis een of meer reactieve gassen en een zuurstof bevattend gas 10 worden toegevoerd, alsmede op een werkwijze ter vervaardiging van optische vezels, waarbij na het op het inwendige van een substraatbuis afzetten van een of meer glaslagen de substraatbuis wordt gecontraheerd tot een massieve staaf waaruit optische vezels worden getrokken.

Uit de Europese octrooiaanvrage 0 488 765 is een werkwijze 15 bekend voor het zuiveren van siliciumtetrachloride dat met methylchloorsilaanverbindingen is verontreinigd, waarbij de zuivering plaatsvindt door eerst siliciumtetrachloride in aanwezigheid van een chloorverbinding bloot te stellen aan licht waardoor de methyl groepen worden gechloreerd en het uiteindelijk door middel van destillatie 20 verwijderen van de gechloreerde methyl chloorsilaanverbindingen.

Uit het Amerikaans octrooischrift 4.310.341 is een werkwijze bekend voor het verwijderen van -OH-onzuiverheden uit precursormaterialen waaruit optische vezels worden vervaardigd, welke werkwijze omvat het met bijvoorbeeld siliciumchloride of 25 germaniumchloride in reactie brengen van een mengsel van een eerste reactant, bestaande uit PCI, en/of PBr3, en een tweede reactant, bestaande uit chloor en broom.

Uit het Duitse Offenlegungsschrift 28 05 824 is een werkwijze bekend voor het reinigen van siliciumtetrachloride, waarbij 30 siliciumtetrachloride in aanwezigheid van ten minste een halogeen met licht wordt bestraald, waarbij als geschikte halogenen slechts chloor, 1019371« 2 broom en jood worden genoemd. De noodzaak van licht bij deze reactie is gemotiveerd aangetoond in de experimentele resultaten, waarbij het ter vergelijking dienende voorbeeld zonder bestraling met licht werd uitgevoerd.

5 Uit de Europese octrooiaanvrage 0 189 224 is een werkwijze bekend voor het verwijderen van waterstof uit in siliciumtetrachloride of germaniumtetrachloride opgeloste, waterstof bevattende verbindingen door het chloreren van de waterstof bevattende verbindingen, waarbij de chlorering bij een zeer hoge temperatuur van boven 1000 *C wordt 10 uitgevoerd.

Uit het Amerikaans octrooischrift 3.188.168 is een zuivering van siliciumverbindingen bekend, waarbij het silicium bevattende materiaal in contact wordt gebracht met een halogeen, gekozen uit de klasse bestaande uit jood, broom en chloor. In dit document is 15 expliciet vermeld dat fluor niet als een geschikte kandidaat voor het uitvoeren van de zuiveringsreactie kan worden beschouwd omdat een dergelijke verbinding zeer reactief zou zijn.

De depositie van glaslagen op het inwendige van een substraatbuis van kwartsglas, waarbij aan de substraatbuis een of meer 20 reactieve gassen en een zuurstof bevattend gas worden toegevoerd, is op zich bekend, bijvoorbeeld uit het Amerikaans octrooischrift 6.260.510 ten name van de onderhavige aanvrager. Volgens de daaruit bekende methode wordt een bijvoorbeeld uit kwartsglas bestaande substraatbuis op het inwendige oppervlak hiervan bedekt met lagen gedoteerd siliciumdioxide 25 (bijvoorbeeld germanium gedoteerd si 1 iciumdioxide). ten dergelijke depositiereactie kan worden uitgevoerd door de substraatbuis te positioneren langs de cilindrische as van de resonatorruimte en vervolgens het inwendige van de substraatbuis te doorleiden met een gasvormig mengsel dat bijvoorbeeld zuurstof, siliciumchloride en 30 germaniumchloride omvat. Vervolgens wordt een plaatselijk plasma binnen de resonatorruimte gegenereerd ter verkrijging van de directe depositie 1019371*· 3 van germanium gedoteerd siliciumoxide op het inwendige oppervlak van de substraatbuis. Omdat een dergelijke depositie slechts plaatsvindt in de nabijheid van het plaatselijk plasma moet de resonatorruimte (en aldus het plasma) over de cilindrische as van de substraatbuis worden 5 verplaatst om de substraatbuis over de volledige lengte hiervan uniform te bedekken. Wanneer de depositie van lagen is voltooid, wordt de substraatbuis zodanig thermisch behandeld dat deze contraheert tot een staaf, welke staaf ook wel optische voorvorm wordt genoemd. Indien het uiteinde van de optische voorvorm zodanig wordt verwarmd dat dit uiteinde 10 gaat smelten, kan een optische vezel uit het optisch vormdeel worden getrokken en op een spoel worden gewikkeld. Een dergelijke optische vezel bezit aldus een kern-manteldeel overeenkomend met dat van het optisch vormdeel. Omdat een met germanium gedoteerde kern een hogere brekingsindex bezit dan bijvoorbeeld de niet-gedoteerde mantel, kan de 15 optische vezel als een golfgeleider fungeren, te weten voor toepassing in het propageren van optische telecommunicatiesignalen. Er moet echter worden opgemerkt dat het door het inwendige van de substraatbuis geleide gasvormige mengsel ook andere bestanddelen kan omvatten, bijvoorbeeld de toevoeging van een fluor bevattende verbinding waardoor een reductie in 20 de brekingsindex van het gedoteerde si 1iciumdioxide wordt veroorzaakt.

De toepassing van een dergelijke optische vezel voor telecommunicatiedoeleinden vereist dat de vezel in wezen vrij van verontreinigingen moet zijn, omdat, indien zo'n optische vezel in grote lengtes wordt toegepast, dergelijke verontreinigingen een ernstige 25 verzwakking van het getransporteerde signaal kunnen veroorzaken. Dientengevolge is het gewenst dat niet alleen het hiervoor genoemde PCVD-proces zeer uniform is maar dat ook de voor de depositie toegepaste reactieve gassen geen ongewenste verontreinigingen bevatten. De chl orideverbindingen, in het bijzonder siliciumchloride en 30 germaniumchloride, die als uitgangsmateriaal bij de glasvezel fabricage worden toegepast, zijn in het algemeen enigszins verontreinigd met 1019371« 4 geringe hoeveelheid silanen, zoals bijvoorbeeld trichloormethylsilaan (SiCl3)CH3), SiHCl, en dergelijke. Tijdens de hiervoor besproken chemische dampdepositie kunnen de waterstofatomen aldus in de op het inwendige van de substraatbuis afgezette glaslagen -OH-bindingen vormen, welke 0H-5 bindingen een sterk nadelige invloed vertonen op het transmissiespectrum van een uit een optische voorvorm getrokken vezel, met name door de sterke absorptie hiervan bij 1240 nm en 1385 nm. Dergelijke absorptieverl iezen ten gevolge van de geringe aanwezigheid van verontreinigingen in de gasvormige uitgangsmaterialen kunnen 10 tot 10 20 dB/km bij een golflengte van 1385 nm bedragen.

Hoewel volgens de stand van de techniek enkele methoden bekend zijn om het inbouwen van dergelijke -OH-groepen in de optische glasvezel tegen te gaan, bijvoorbeeld door het uitvoeren van een chloorbehandeling na depositie bij poreuze glasstructuren, zoals bekend 15 is uit het Amerikaans octrooischrift 4.675.038, of bijvoorbeeld door het toevoegen van fluor tijdens de chemische dampdepositiereactie, zoals bekend is uit de Europese octrooiaanvrage 0 127 227, hebben deze beide methoden volgens de stand van de techniek het nadeel dat er respectievelijk een extra hoeveelheid chloor of fluor in de uiteindelijke 20 glasstructuur terechtkomt waardoor de dempingsverliezen ten gevolge van Rayleigh scattering zullen toenemen.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze die leidt tot een reductie van het aantal OH-bindingen in een optische vezel zonder een toename van de Rayleigh scattering.

25 Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het bereiden van een zeer zuiver uitgangsmateriaal, welk uitgangsmateriaal in het bijzonder si 1iciumchloride en/of germaniumchloride omvat en als reactief gas in een depositieproces, met name een PCVD-proces, wordt toegepast.

30 Nog een ander doel is het verschaffen van een massieve staaf waaruit optische vezels kunnen worden verkregen, welke vezels een fOf937i* 5 geringer dempingsverlies vertonen dan de volgens de stand van de techniek bekende optische vezels.

De uitvinding zoals vermeld in de aanhef wordt gekenmerkt doordat siliciumchloride en/of germaniumchloride, al of niet in 5 aanwezigheid van een geschikte katalysator, in reactie wordt gebracht met een fluorerend middel.

Door het behandelen van de chloride bevattende uitgangsmaterialen, in het bijzonder siliciumchloride en/of germaniumchloride, met een fluorerend middel, worden de in het 10 uitgangsmateriaal aanwezige verontreinigingen, zoals bijvoorbeeld silaanverbindingen, omgezet tot CF-bindingen en Si-F-bindingen. Aldus zullen de in het uitgangsmateriaal aanwezige waterstofatomen worden vervangen door fluoratomen, hetgeen tot gevolg heeft dat de tijdens de depositie af te zetten glaslagen geen ongewenste -OH-bindingen bezitten. 15 Het verdient met name de voorkeur dat het fluorerend middel wordt gekozen uit de groep bestaande uit F2, SiFd, Sf6, BF3 en freonen zoals CF2C12, CF„ en C2F6. Het moet duidelijk zijn dat de hier genoemde freonen slechts als voorbeeld dienen en niet als limitatief moeten worden beschouwd. De keuze van een fluorerend middel wordt met name ingegeven 20 door de hoge reactiviteit, welke reactiviteit in het bijzonder gewenst is om de in de uitgangsmaterialen aanwezige verontreinigingen, veelal op ppm niveau, naar een nagenoeg nul niveau terug te brengen. Bovendien is het in bepaalde uitvoeringsvormen gewenst dat fluor als dotering in de af te zetten glaslagen wordt ingebouwd zodat in een dergelijke situatie het 25 gefluoreerde bestanddeel in het precursormateriaal geen nadeel is en de waterstof als HF of H2 ontwijkt.

Hoewel uit het Amerikaans octrooischrift 4.735.648 een thermisch geïnitieerd depositieproces voor de bereiding van met fluor gedoteerd siliciumdioxide voor een optische vezel bekend is, waarbij 30 siliciumtetrachloride samen met een fluorerend middel aan het inwendige van de substraatbuis wordt toegevoerd, is het uit dat Amerikaans H0193? WÉ 6 octrooi schrift niet bekend om het gasvormige uitgangsmateriaal, in het bijzonder germaniumchloride en/of si 1iciumchloride, eerst, te weten voordat introductie hiervan aan de substraatbuis plaatsvindt, te laten reageren met een fluorerend middel waarna het aldus gefluoreerde 5 germaniumchloride en/of siliciumchloride en een zuurstof bevattend gas aan het inwendige van de substraatbuis worden toegevoerd, zodat de eventuele, in het uitgangsmateriaal aanwezige verontreinigingen, in het bijzonder silanen, koolwaterstofbindingen en waterstof bevattende verbindingen, zijn omgezet in de minder schadelijke 10 fluorkoolstofverbindingen en/of Si-F-bindingen.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor de depositie van een of meer glaslagen op het inwendige van een substraatbuis, waarbij aan de substraatbuis een of meer reactieve gassen en een zuurstof bevattend gas worden toegevoerd, welke werkwijze 15 wordt gekenmerkt doordat als reactief gas silici umchloride en/of germaniumchloride, verkregen volgens de onderhavige werkwijze, aan de substraatbuis wordt toegevoerd.

Door het aan het inwendige van de substraatbuis toevoeren van een dergelijk, met een fluorerend middel behandeld reactief gas wordt 20 het ongewenst inbouwen van OH-bindingen in de optische vezel voorkomen, welke OH-bindingen een sterk nadelige invloed op het transmissiespectrum van een optische glasvezel, ten gevolge van een sterke absorptie bij 1240 nm en 1385 nm, vertonen.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een 25 werkwijze voor het vervaardigen van optische vezels uit een optisch vormdeel, zoals vermeld in de aanhel, welke werkwijze wordt gekenmerkt doordat het optische vormdeel is verkregen door de volgens de onderhavige uitvinding gevormde substraatbuis te contraheren tot een massieve staaf, uit welke massieve staaf de optische vezel wordt getrokken.

30 De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een voorbeeld worden toegelicht, waarbij echter dient te worden opgemerkt dat 1019371'i b het voorbeeld slechts als toelichting dient en niet als beperking moet worden opgevat.

Voorbeeld.

Met behulp van de werkwijze zoals omschreven in het 5 Amerikaans octrooi schrift 6.260.510 is een voorvorm verkregen voor een single mode vezel. Deze voorvorm is vervaardigd door op het inwendige van een kwartsbuis een aantal lagen ongedoteerd siliciumdioxide af te zetten, waarbij gefluorineerd siliciumtetrachloride, verkregen volgens de onderhavige werkwijze, als reactief gas is gebruikt. Deze handeling wordt 10 gevolgd door het op de eerder door middel van depositie aangebrachte lagen afzetten van lagen opgebouwd uit germaniumdioxide gedoteerd si liciumdi oxide, voor de vorming van de lichtgeleidende kern van de optische vezel. Ook hierbij zijn gefluorineerd siliciumtetrachloride en gefl uorineerd germaniumtetrachloride, verkregen volgens de onderhavige 15 werkwijze, als reactieve gassen voor de afzetting gebruikt. De aldus gevormde buis met afgezette lagen aan de binnenzijde daarvan is volgens een voor deskundigen op dit gebied bekende wijze gecontraheerd tot een massieve staaf waaruit een optische vezel is getrokken. De dempingsverliezen ten gevolge van de absorptie van OH-groepen bij 1385 nm 20 in de onderhavige optische vezel zijn kleiner dan 1 dB/km, welk resultaat aanzienlijk is verbeterd ten opzichte van dempingsverliezen van 10 tot 20 dB/km gemeten aan optische vezels volgens de stand van de techniek.

101937ff

Claims (4)

1. Werkwijze voor het bereiden van zeer zuiver si 1iciumchloride en/of germaniumchloride, met het kenmerk,· dat 5 si 1iciumchlori de en/of germaniumchloride, al of niet in aanwezigheid van een geschikte katalysator, in reactie wordt gebracht met een fluorerend middel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het fluorerend middel wordt gekozen uit de groep bestaande uit F?, SiF„, SF6,

10 BF3 en freonen, zoals CF2C12, CF4 en C2Fe.

3. Werkwijze voor de depositie van een of meer glaslagen op het inwendige van een substraatbuis van kwartsglas, waarbij aan de substraatbuis een of meer reactieve gassen en een zuurstof bevattend gas worden toegevoerd, met het kenmerk, dat een si 1 iciumchloride en/of 15 germaniumchloride bevattend reactief gas, verkregen volgens de werkwijze zoals omschreven in een of meer van de voorafgaande conclusies 1-2, aan de substraatbuis wordt toegevoerd.

4. Werkwijze voor het vervaardigen van optische vezels, waarbij na het op het inwendige van een substraatbuis afzetten van een of 20 meer glaslagen de substraatbuis wordt gecontraheerd tot een massieve staaf waaruit optische vezels worden getrokken, met het kenmerk, dat de substraatbuis verkregen volgens de werkwijze zoals omschreven in conclusie 3 wordt toegepast. 1019371·