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硅烷(SiH4)
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2011-8-5 9:35:32 阅读:9966次 【字体:
 

SiH4 硅烷(SiH4)

硅烷是指的是碳烷烃的硅取代类似物。构成硅烷烃的是一条硅原子链接形成的主链和以共价键链接在主链上的氢原子。硅烷烃的化学式通式为:SinH2n+2。相比于与之相对应的碳烷烃,硅烷烃的稳定性要差一些,这主要是因为C-C键的强度要略强于相应的Si-Si键,另外,由于Si-O键非常稳定,因此氧气很容易使硅烷烃降解。
物质状态:气体 形状:气体
颜色:无色 气味:令人排斥之味。
pH值:- 沸点/沸点范围:( LEL):1.4% (UEL): 96.0%
硅烷,化学式:SiH4 是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。通常与空气接触会引起燃烧并放出很浓的白色的无定型二氧化硅烟雾。对健康的首要危害是它自燃的火焰会引起严重的热灼伤,严重甚至会致命。如果火焰或高温作用在硅烷钢瓶的某一部分会使钢瓶在安全阀启动之前爆炸。如果泄放硅烷时压力过高或速度过快会引起滞后性的爆炸。泄漏的硅烷如没有自燃会非常危险,不要靠近。处理紧急情况的人员必须要有个人防护设备和适应当时情况的防火保护。不要试图在切断气源之前灭火。危险级别:2.1 易燃气体;2.3有毒气体

最重要危害与效应:

毒性资料

LD50:- LC50:9600ppm/4小时
毒性效应:
皮肤腐蚀性:硅烷不腐蚀皮肤。当它与水接触后形成硅酸,硅酸腐蚀皮肤。
其他注意事项:研究发现,当老鼠暴露在10000ppm下1小时或 ≥2500ppm下4小时会 对肾产生影响。老鼠暴露在1000ppm,6小时/天,5天/周下2到4周后只有轻微的呼吸道刺激。硅烷会引起细菌的变异。
致癌性:至今未被发现致癌。
  眼接触:硅烷会刺激眼睛。硅烷分解产生无定型二氧化硅。眼睛接触无定型二氧化硅颗粒会引起刺激。
  吸入:
  1.吸入高浓度的硅烷会引起头痛、恶心、头晕并刺激上呼吸道。
  2.硅烷会刺激呼吸系统及粘膜。过度吸入硅烷会引起肺炎和肾病,这是由于存在结晶二氧化硅的原因。
  3.暴露于高浓度气体中还会由于自燃而造成热灼伤。
  摄入:摄入不可能成为接触硅烷的途径。
  皮肤接触:硅烷会刺激皮肤。硅烷分解产生无定型二氧化硅 。皮肤接触无定型二氧化硅颗粒会引起刺激。
  慢性:
  侵入途径:
  症状:目前不清楚长期暴露于硅烷中对健康的进一步影响。
  损害器官:未建立
  过度暴露造成的病情恶化 :有皮肤和呼吸道疾病的人暴露在硅烷及其分解物中会加重病情。
  致癌性:未被 NTP、OSHA及IARC列为致癌物。
  急救措施
  不同暴露途径之急救方法:
  热灼伤:由于硅烷泄漏引起人员灼伤时应由受过培训的人员进行急救,并立即寻求医疗处理。
  眼睛接触:立即用水冲洗最少15分钟,水流不要太快,同时翻开眼睑。使受难者为“O”形眼,立即寻求眼科处理。
  吸入:将患者尽快移到空气清新处。如有必要由受过培训的人员进行输氧或人工呼吸。
  皮肤接触:
  1.用大量的水冲洗最少15分钟。脱掉已暴露在硅烷中或被污染的衣服,小心不要接触到眼睛。
  2.如果患者有持续的刺激感或其他进一步的健康影响需立即进行医疗处理。
  医生须知:如有必要需吸氧。观察患者是否有肺炎初期症状。
灭火措施
  适用灭火剂:切断气源灭火。用水雾减少空气中形成的燃烧产物。不要用卤化物类灭火器。从最远的距离用水冷却暴露在火焰中的钢瓶。
  灭火时可能遭遇之特殊危害:
  1.可自燃气体。本产品是一种无色、易与空气反应的气体。该气体通常与空气接触会引起燃烧并放出很浓的白色的无定型二氧化硅烟雾。
  2.如果泄放硅烷时压力过高或速度过快会引起滞后性的爆炸。泄漏的硅烷如没
  
硅烷
有自燃会非常危险,不要靠近。
  3.大多数钢瓶设计了温度升高时的泄放装置。由于热量的作用气瓶内压力会升高,如果泄压装置失灵会引起钢瓶爆炸。
  特殊灭火程序:
  1.从泄漏区疏散所有人。如有可能,在没有危险的情况下切断气源之后根据燃烧的物质灭火 。
  2.用水雾减少空气中形成的燃烧产物。水可能对扑灭硅烷的火灾不起作用。
  3.不要用卤化物类灭火剂。如有可能,阻止泄漏。
  4.不要试图在切断气源之前灭火。这样可以避免可燃性气体混合物的累积和重燃。
  5.对于小型的泄漏,如果不能阻止泄漏而且泄漏也不会伤害人员,让火焰自然熄灭。用大量的水为周围的钢瓶喷淋降温,直到火焰熄灭。
  6.在大的火灾中,应该用自动管支架和控制喷嘴从远距离灭火 。
  7.处理火灾初起时,要对眼睛进行保护。如果是大火,需要自给式呼吸器和全身防护服,包括防火服。如有必要,用肥皂水刷洗灭火设备。
  有害燃烧产物:包括二氧化硅在内的燃烧产物
泄漏处理方法
  清理方法:
  1.撤离立即受影响区域。
  2.硅烷是一种可自燃气体。该气体通常与空气接触会引起燃烧并放出很浓的白色的无定型二氧化硅烟雾。
  3.不受控制的泄漏需要由经过培训的人员按照事先拟好的计划进行处理。硅烷的泄漏一般都会引起火灾。
  4.如果硅烷泄放时压力过高或速度过快会引起滞后性的爆炸。泄漏的硅烷如没有自燃会非常危险,不要靠近。
  5.如有可能切断泄漏的气源,隔离泄漏的钢瓶。如果不能阻止泄漏(或不能接近阀门),让钢瓶在原地泄放或将钢瓶移到一个安全的地方泄放。
  6.若从容器内及泄压阀或其他阀门泄漏,请与供商联系。
  7.若泄漏来自用户系统,关掉钢瓶阀门,在修复前一定要泄压并用惰性气体吹扫。
  8.所有人员都要有防护,泄漏区要受到控制。
  9.所有应急反应人员都要有适当的防护,以避免暴露于硅烷中。监测周围环境中的硅烷含量。只有硅烷含量在允许范围内时(见第二部分),人员才能在没有自给式呼吸器的情况下进入。进入前,可燃性气体的浓度一定要低于0.14%,也就是硅烷LEL的10%。进入前要争取关闭气体的总阀门。
安全处置与储存方法
  储存:
  1.在通风良好、安全且不受天气影响的地方存储。钢瓶应直立摆放。且保持保护性阀盖和输出阀的密封完好。
  2.存储区域应远离频繁出入处和紧急出口。储存区域内不应有火源,储存区内所有电器必须有防爆设施。易燃物存放区应与氧及氧化物存放区最少相距20ft 。
  3.或者在中间放置至少5英尺高的非易燃材料作为屏障,以保证能耐火半小时。储存区和使用区内应有“禁止吸烟和使用明火”的告示牌。
  
苯基氯硅烷
4.存储温度不可高于125℉(52℃)。将空瓶与满瓶分开存放。避免过量存储和存储时间过长。
  5.使用先进先出系统。应考虑在储存区内安装测漏器和报警设备。
  使用:
  1.使用防火花工具。不要试图对装有硅烷的钢瓶进行修理、调节或其他改动。
  2.如果出现故障或其他操作问题,请立即与最近的分销商联系。
  3.如有可能应避免单独一个人操作钢瓶。所有的操作都应这样进行——一旦发生泄漏,处理紧急情况的人员可以立即赶到。
  4.用氢离子检测器监测硅烷的修理和在空气中的扩散,用红外/紫外监测器监测火灾。所以的监测器都应有内锁,一旦发现问题立即自动切断硅烷气源。
  5.监测系统应装备备用或应急电源。必须有遥控紧急开关,必要时可关闭硅烷气源。
  6.硅烷系统中不允许使用填压阀,只允许使用非填压的膜阀和波纹管阀。在其分配系统中应安装过流阀或过流开关。这样可以在下游管线发生爆炸时切断气源。这个开关阀应安装得离气源越近越好。
  7.一定不要拉、滚动或滑动容器。用合适的手推车来移动容器,不要试图抓住气瓶的盖子来拎起它。保证气瓶在使用的全过程中为固定状态。
  8.用一个减压器或独立的控制阀安全地从气瓶内释放气体。用单向阀来防止倒流。不要用明火或其它附近的热源加热钢瓶的任何部分。
  9.一旦钢瓶与吹扫和钝化过的系统连接好,应缓慢仔细地打开钢瓶阀。如果使用者在操作气瓶阀时有困难,需停止使用,并与供应商联系。
  10.不可将工具(如:扳手,螺丝刀,等) 插入阀盖内。 否则会损坏阀门并引起泄漏。
  11.使用可调节的带扳手来打开过紧或生锈的阀盖。所有管路和相关设备接地。电器设备必须防火花和防爆。
  特殊注意事项:
  1.系统温度不可低于-170℉ (-112℃),否则可能会吸入空气形成爆炸性混合物。
  2.不要让硅烷与重金属卤化物或卤素接触,硅烷与它们剧烈反应。应仔细吹扫系统,以防残留有脱脂剂,其中所含的卤素或其他含氯的碳氢化合物。
  3.用二至三倍的工作压力对系统进行全面加压检漏,最好使用氦气。此外,还应建立和执行常规的检漏制度。
  4.系统检漏或因其他原因打开之后,应使用抽真空或惰性气体吹扫的方法将系统中的空气吹扫干净。在打开任何装有硅烷的系统之前必须用惰性气体全面吹扫系统。如果系统中的任何部分有死角或可能残留硅烷的地方,必须抽真空循环吹扫。
  5.应将硅烷排放到一个专门处理它的地方,最好是将它燃烧掉。即使硅烷浓度较低也十分危险,不能暴露在空气中。硅烷在被惰性气体稀释成不可燃的气体后也可以排空。
  6.应按照美国压缩气体协会的要求储存和使用压缩气体。当地可能对储存和使用气体要求有特殊的设备规定。
应用
制备二氧化硅薄膜
利用化学气相沉积(CVD)生长二氧化硅磷硅玻璃薄膜,在半导体器件工艺中是一种较好的钝化保护方式。其特点是生长温度低(300~500℃),沉积薄膜上的针孔较少,针孔密谋仅为其他方式如高频射电子枪蒸发二氧化硅等的二十分之一。在管芯上生长这样一层钝化保护膜就能较好地抵御钠离子的玷污和防止管芯受潮。还因为它对金属表面有较好的粘附能力,膜层就不易产生龟裂现象。
2、制备氮化硅钝化薄膜
利用硅烷生长氮化硅钝化薄膜是制造大规模集成电路工艺中的一个重要环节,尤其在N-MOS电路中显得更为重要。较之二氧化硅,氮化硅薄膜更致密,它对钠离子的屏蔽效果更好。
3、硅烷外延
所谓外延是指在衬底上生长一层与衬底结构相同的晶体,是CVD的一种特殊形式。20世纪60年代中期,在CVD外延技术正处于发展阶段时,专家们就应用硅烷作为外延过程的硅源气。它主要是在蓝宝石或在重掺杂硅单晶片上外延单晶硅。与上面介绍的两种用途二氧化硅薄膜氮化硅钝化薄膜所不同中的是,前二者仅仅在半导体器件器件中起保护膜的作用。生长了外延层的硅片是制造集成电路或V-MOS器件的基片。外延过程在特定的外延炉中进行。
据国外的有关资料介绍,对未来的双极和CMOS技术来说,硅的低温外延是必不可少的。如果采用等离子增强CVD(PECVD)技术,用硅烷可以在温度低达650℃的情况下进行外延生长,这一点比其他的硅源气如四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅更具有得天独厚的优势。
4、制备高纯多晶硅
多晶硅是拉制N型和P型单晶硅及区熔单晶硅的主要原料。世界上大多数国家和我国生产多晶硅的方法主要是采用三氯氢硅还原法(亦是西门子法)。
硅烷用于制备高纯多晶硅的过程为:
让高纯硅烷进入气体分解炉,硅烷分解,硅沉积在热载体上形成高纯多晶硅棒。或者是形成块状多晶硅。也可以让硅烷进入流化床反应器,硅烷围绕细小的硅颗泣进行分解形成1000μm大小的颗粒状多晶硅。
利用硅烷制备多晶较之三氯氢硅还原法有三大特点:
(1)以相同生产能力的设备投资来看,前者的投资总额只占后者投资总额的三分之一。而且前者在生产过程中不产生任何的腐蚀性物质。
(2)多晶硅所含电活性杂质前者大大低于后者。如前者基磷含量小于0.2×10-9,基硼小于0.03×10-9。用硅烷制备的多晶硅区熔后单晶电阻率已经达到5-7万Ω·cm。后者是较难达到这一水平的。
(3)硅烷的热分解温度一般控制在820℃左右,三氯氢硅的还原温度需要控制在1150℃。最新的科技信息报告,硅烷制备多晶硅,温度可以降到400℃左右。可见前者每生产一吨多晶砘,能耗要大大地低于后者
硅烷应用于玻璃工业
镀膜玻璃是一种新颖的节能和装饰材料,广泛应用于高档建筑物的门窗和外墙。美国MIT的一份研究报告指出,普通浮法玻璃每年消耗热损失的费用为7美元/㎡,而镀膜后的玻璃可以降到3.2美元/㎡。早期建筑镀膜玻璃都采用铬、钛、不锈钢、铝、金、银、铜等金属或合金材料作为涂层,目前亦开发出以TiO2、SnO2、Zn等介质材料为涂层的镀膜玻璃,并将硅引入此领域。它采用常压热分解CVD方法制备,以5mm厚的浮法玻璃为基板,以体积分数分别为10%和90%的硅烷和氮的混合气体做原料,纯度为99.9%的乙烯作掺杂气,主要沉积参数:反应温度为620-640℃,乙烯与硅烷的体积比为0.2:1.3,混合气流量400mL/min,反应室压力为81.06kPa。
这种镀膜玻璃具有Si/SiC纳米镶嵌复合结构,有良好的外观遮阳性能和较好的化学稳定性。
2、应用于非晶硅太阳能电池
非晶硅太阳能电池一般是以不锈钢薄板或玻璃作衬底,在辉光放电下,硅烷在不锈钢或玻璃表面上生长一层非晶态硅(亦称无定型硅),这就形成非晶硅太阳能电池的原板。其特点:价廉、光电转化率较高。
哈尔滨-克罗拉太阳能电力公司就是应用硅烷生产太阳能电池的。目前生产能力为年产量160万峰瓦。硅烷的年消耗量相当可观。
3、应用于复印机的光敏部件
传统的复印机光敏部件都是用稀有元素硒、镉制备的。今后发展的趋势可能完全被用硅烷制备的硅鼓所取代。较之硒鼓,硅鼓具有以下优点:
(1)硒及其复合物具有较强的毒性,处理和废弃都有危险,而硅烷的毒性很弱。
(2)硒为稀有元素,自然界贮量有限。硅在自然界的贮量很大,硅的原料来源十分丰富。
(3)硅鼓价格低廉而硒鼓价格昂贵。
(4)硅鼓的光敏性及寿命都大大地优于硒鼓。硒鼓只能在一般的复印机中使用,硅鼓可以作高速复印机的光敏部件。
制备碳化硅超细粉末
碳化硅广泛应用于机械加工工业如切削刀具及其他容易磨损部件的表面涂层,从而极大地增强了它们的硬度和耐磨性能。而且碳化硅还是一种既耐高温又可以抗辐射的半导体材料。
2、制备氮化硅超细粉末
这种材料具有高纯度、超细、无粘结等优点,具有特殊的光、电、磁、热等性能。不仅广泛应用于民用工业,也是国防工业所急需的材料之一,如高强度耐极高温的火箭喷口材料;高强度、高化学稳定性的发动机汽缸等。
尤其值得指出的是,现代工业用的热机汽缸都是用金属加工的,它们的热效率都不是很高。热机热效率的大小完全取决于高温热源与汽缸排出废气的环境温度之差。差值越大,热效率就越大。一般金属汽缸因受材料本身的限制,要达到高热效率是非常困难的。现在人们正在研制一种用氮化硅材料,通过粉末冶金制作陶瓷汽缸,这种汽缸耐高温性能极好。一旦付诸实现,将是工业上又一次大的革命。
3、应用于微电子技术
1987年日本东芝用硅烷研制成具有二兆个像素的CCD非晶摄像管;美国的MIT使用硅烷制作完美外延薄膜,用于高质量、高水平的半导体分立器件和IC制造中。TFT-LCD液晶显示器是非晶硅的另一重要用途。目前虽然价格很高,但图像逼真明亮,且比阴极射线管耗能少。军事部门对这种质量轻、低功耗、适用于战术数据终端和航空显示板极感兴趣。
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