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ICP-MS测定多晶硅生产中间体三氯氢硅的水解过程

baadavid

2011/12/08

最近在网上查找三氯氢硅水解反应方程式，发现众说纷纭。问题主要集中在反应是否会生成氢气上。因此翻阅了相关资料，写出此文希望能够与大家共同学习交流。

三氯氢硅又称硅氯仿，化学式SiHCl₃。是一种易流动的无色液体。在国内主要在多晶硅生产过程中，作为中间品进行杂质元素控制。

我们对其痕量元素进行分析时，往往使用水解的方式将其变成凝胶状水解物。然后使用氢氟酸分解，加热赶去四氟化硅和水。然后采用低浓度硝酸、氢氟酸或盐酸溶液溶解痕量杂质，并使用ICP-MS进行测试。

但对于三氯氢硅水解的过程，可谓是众说纷纭。一般的意见是：

SiHCl₃ + 2 H₂O →SiO₂+ 3HCl + H₂ 方程一

并解释为生成的氢气极易造成爆鸣现象，造成取样危险。

但是二氧化硅一般为白色固体或粉末状，多孔、质轻、松软的固体，吸附性强，因此也称为白炭黑。但是实验室中三氯氢硅水解后的外观与二氧化硅并不相同，部分样品常见为胶状外观。因此在查阅相关资料后，发现原有想法并不全面。

三氯氢硅遇水发生水解反应并放出大量的热，其水解物应为聚合HSiO_1.5[1]。该物质的结构类似于聚硅氧烯(H₂SiO)_n，因此反应方程式应为：

2SiHCl₃+3H₂O → (HSiO)₂O+6HCl 方程二

由(HSiO)₂O来代表该种聚合物并避免出现1.5个氧的情况出现。

在部分文献中[2]，该方程式也可写成：

SiHCl₃ + 2 H₂O(l) → SiO₂(aq.) + 3 HCl(aq.) + H₂(l) 方程三

需要注意的是，在该方程式中，作者事先已说明的SiO₂是水合物，而H₂为liquid。故在缺少对物质状态描述的条件下，方程一的描述是无意义的。

有部分同事认为，用上述反应方程无法解释爆鸣现象。事实上，三氯化硅蒸汽与空气混合后，在很低的温度下就有爆炸危险。而三氯氢硅水解反应又是一个强烈的放热过程。因此三氯氢硅与氧气混合后，当得到所需的能量时就会发生剧烈反应；其方程式如下：

SiHCl₃+O₂ → SiO₂+HCl+Cl₂

该过程可解释爆鸣形成的原因。

因此，对三氯氢硅水解方程式的一般写法并不正确。也可以说三氯氢硅水解反应的主反应并不会生成氢气。希望本文对还挣扎在两个方程式中不知所措的童鞋有所帮助。更加欢迎有不同意见的童鞋与我交流探讨。

参考资料

[1]Influence of HSiO_1.5 Sol−Gel Polymer Structure and Composition on the Size and Luminescent Properties of Silicon Nanocrystals

Eric J. Henderson, Joel A. Kelly and Jonathan G. C. Veinot*

Department of Chemistry, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm902028q

[2]Point-of-Use Sampling and Metal Analysis for Trichlorosilane

Dan Cowles and David Bollinger

Air Liquid America Corporation – Balazs Analytical Services

http://www.balazs.com/file/otherelement/pj/pub0060%20pou%20sampling-tms%20in%20tcs99602.pdf

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happy爱米粒

第1楼2011/12/09

楼主很专业啊，这些是通过实验得出来的吗？还是理论推导出来的？

0

feilu623

第2楼2011/12/10

楼主很专业的见解啊······

0

tangtang

第3楼2011/12/11

有没有一些实验数据来证实？

0

oyyp86462

第4楼2011/12/12

应该是自己推导的吧。三氯氢硅水解确实会生成二氧化硅的，不过也会有其他产物。

0

分
该帖子已被版主-leemoonling加2积分，加2经验;加分理由:讨论

baadavid

第5楼2011/12/13

回四楼、三楼、二楼：你们的回复很让人伤心，可否看完本文，然后参阅一下文中列举的文献呢？文中已经明明白白写出，是查阅相关资料后整理所得。四楼竟然直接说出“应该是自己推导的”这样的话。

不过话说回来，如果认真推导的话，确实不该生成二氧化硅。Si有3d空轨道，H2O可以进攻Si做进一步化合。不是这样吗？

既然有本文，自然有相关材料证实。我特意把参考文献的地址列了出来，请猛点击。

不要再说“应该是自己推导的吧”这种stupid言辞。

0

nps

第6楼2011/12/17

暂时不发表意见，把文献看看再说

0

风起云飘舞

第7楼2011/12/17

看完后，被耍了。楼主在抛砖引玉吗？你引用的文章有看不懂的地方，应该是错误的地方。呵呵

0

laidekeai

第8楼2011/12/19

楼主的观点有待进一步试验确定。

0

baadavid

第9楼2011/12/25

七楼能否详细指出？或者拿出实质的东西进行讨论？

0

baadavid

第10楼2011/12/25

回七楼？哪里看不懂？哪里是错误的地方？还是看不懂的地方就是错误的地方？

0

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