Дата:_____________________

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева»

Кафедра: «Физика и технологи материалов и компонентов электронной техники».

Отчет по производственной практике

«Процессы и аппараты химической технологии»

«Газохроматографический анализ высокочистого трихлорсилана и хлоридов кремния»

Выполнила: ст. группы 09-ТЭП

Крайнова О. А.

Подпись: _________________

Руководитель практики:

Воротынцев И.В.

Проверил: Воротынцев И. В.

Подпись: __________________

Оценка:___________________

Дата:_____________________

Нижний Новгород

2012 год

1. История:

Созданная в 1992 году научно-производственная Фирма «ХОРСТ» является основным поставщиком высокочистой газовой продукции для микроэлектронной промышленности России Беларуси и Украины. Клиентами являются более 50 заводов и научно-исследовательских центров, работающие длительное время с Фирмой на контрактной основе.

Стратегия компании основана на постоянных инвестициях в исследования и развитие и имеет своей целью создание новых методов получения высокочистых веществ для микроэлектроники и их воплощение в производстве. Научно-исследовательским отделом ХОРСТА в г. Дзержинске ведется большая научно-техническая работа в области разработки методов синтеза, глубокой очистки и анализа высокочистых веществ. Высокопрофессиональный коллектив ученых и инженеров Дзержинского научно-производственного центра (НПЦ) Фирмы «ХОРСТ» решает сложные задачи получения и анализа летучих неорганических гидридов кремния, германия, фосфина, мышьяка и азота; летучих неорганических хлоридов кремния (SiCl4, SIH2Cl, SiHCl3); летучих неорганических фторидов – (NF3, WF6, SF6, фторидов ванадия и углерода) и других летучих веществ для микроэлектроники. Научно-исследовательским отделом компании разработаны уникальная методика синтеза фосфина путем электролиза, а также технологии глубокой очистки веществ методами мембранного газоразделения, кристаллизации, ректификации и ультрафильтрации газообразных гидридов и хладонов. Среди последних научных разработок коллектива следует отметить разработку двух принципиально новых методов глубокой очистки и разделения веществ: газогидратной кристаллизации и адсорбционной первапорации. За счет глубины научной проработки значительно сокращается время внедрения в практику разработанных методов. Метод газогидратной кристаллизации включен в технологию получения высокочистого гексафторида серы (элегаза) и закиси азота, а метод адсорбционной первапорации в технологию разделения смеси водорода и хлористого водорода и технологию очистки хлористого водорода. В научно-производственном центре имеется аналитическая группа для аттестации моносилана и других высокочистых летучих веществ методами газовой хроматографии и лазерной ультрамикроскопии.

ХОРСТ является уникальным производителем и научным центром, работающим с высокими уровнями чистоты газов для микроэлектроники, таких как фосфин, моногерман, моносилан, дихлорсилан, тетрахлорид кремния, хладоны, аммиак и др. Создали единственное в России производство силана, дихлорсилана, тетрахлорида кремния, моногермана, используя запатентованные эксклюзивные безотходные, энергосберегающие и экологически безопасные технологии. На основе разрабатываемые научным отделом новых методов очистки летучих веществ, в опытной лаборатории производится глубокая очистка специальных газов в соответствии с требованиями предприятий микроэлектронной промышленности. В 2002 г. запущена установка очистки аммиака до уровня чистоты 99,99994%, в 2005 – установка очистки закиси азота до уровня чистоты 99,9995%, в 2006 – очистка тетрахлорида кремния до уровня 99,995%.

Деятельность Фирмы ХОРСТ лицензирована (лицензии № 42-ЭВ-00807 (КХ) 42-ЭХ-000808 (Х) Госгортехнадзора на право эксплуатации взрывоопасных и химически опасных производственных объектов). Сложное и высокотехнологическое оборудование производства сертифицировано в Сертификационном центре Госстандарта. На выпускаемую продукцию разработаны технические условия. Продукция хранится на собственных модернизированных в 2002 году специализированных складах. Транспортировка продукции осуществляется собственным автотранспортом, допущенном к перевозке опасных грузов. Введена собственная система качества, отвечающая требованиям ИСО-9000.

Они предлагают более 40 наименований газовой продукции по низким и стабильным ценам. Фирма регулярно представляет новые продукты (газы и оборудование) и услуги в соответствии с запросами клиентов. Фирма ХОРСТ является компанией полного цикла, так как предлагает услуги, сопутствующие использованию газовой продукции – очистка газов; ремонт, подготовка и детоксикация баллонов; хранение; доставка продукции; послепродажный сервис и т.д. Основными принципами работы являются обеспечение клиентов продукцией, соответствующей мировым стандартам для микроэлектроники, а также индивидуальный подход к каждому потребителю с созданием наиболее благоприятных условий сотрудничества.

Фирмой ХОРСТ установлены партнерские взаимоотношения с компаниями AIR PRODUCTS, DRUVA, ENTEGRIS (MILLIPOR), HAM-LET, L’AIR LIQUIDE, LINDE, SPECTRA GASES, SWAGELOK, SAES GETTERS, TESCOM, работающими в области высокочистых специальных газов и оборудования, что позволяет дополнить перечень поставляемой нами продукцией наименованиями, не производимыми в России, продукцию на условиях оптимального сочетания цена-качество.

2. Структура производственного подразделения:

В Дзержинском НПЦ под руководством проф. В.М. Воротынцева работает более 10 кандидатов наук, а работу опытного производства обеспечивают высококвалифицированные инженеры, имеющие большой опыт практической работы, а также молодые сотрудники - выпускники Нижегородского Государственного Технического Университета (НГТУ) и Нижегородского Государственного Университета им. Н.И. Лобачевского. В Центре организован филиал кафедры физики и технологии материалов и компонентов электронной техники (НГТУ), возглавляемой Воротынцевым В.М. Более 10 аспирантов и магистрантов НГТУ участвуют в научной и производственной работе центра. Основные работы центра опубликованы в ведущих российских и зарубежных журналах: журнал физической химии, “Успехи химии”, журнал прикладной химии, “Теоретические основы химического технологии”, Separation and Purification Technology, и других. За период 1998-2006 было опубликовано более 80 статей и тезисов докладов. Представители Фирмы ХОРСТ являются постоянными участниками международных конференций по проблемам процессов мембранного разделения: Euromembrane-99 (Бельгия), ICIM-2000 (Франция), Euromembrane-2000 (Израиль), ICOM-2002 (Франция), Membrane Technology for a Sustainable Industrial Production (Италия) и др.

Дзержинское обособленное подразделение (производство, научный отдел):

Воротынцев Илья Владимирович

Заместитель директора по науке и развитию, кандидат химических наук

На ООО «Фирма «ХОРСТ» работает с 1999 года

г. Дзержинск Нижегородской области, ОАО «Авиабор»

тел. (8313) 27-46-43

3. Теоретическая часть:

Газохроматографический анализа высокочистого трихлорсилана и хлоридов кремния

Трихлорсилан (ТХС, силан треххлористый, силана трихлорид, силикохлороформ, трихлормоносилан) — кремнийсодержащее неорганическое соединение, при 20 °C и атмосферном давлении бесцветная легколетучая прозрачная жидкость с резким запахом, гидролизуется влагой воздуха.

Трихлорсилан является сырьем для производства поликристаллического кремния, моносилана и дихлорсилана (которые также используются в синтезе поликремния), основного ряда кремнийорганических мономеров. Кроме того, существуют другие области применения трихлорсилана. Например, микроэлектроника, где он используется для эпитаксиального осаждения пленок монокристаллического кремния.

Мировой рынок трихлорсилана, используемого для производства поликремния, разделен между США, Японией, Германией и Италией. В бывшем СССР мощности по синтезу трихлорсилана были сосредоточены на Украине, поэтому после 1991 года производства трихлорсилана в России не оказалось. Сейчас трихлорсилан производится только на двух российских предприятиях в гг. Усолье-Сибирское и Новочебоксарске[1] и на Украине, в г.Запорожье.

Cпособ газохроматографического анализа высокочистого ТХС, реализуемый на хроматографе «Цвет-110», оборудованном для работы с агрессивными веществами и снабженном, катарометром, электронозахватным детектором (ЭЗД) и пламенно-ионизационным детектором (ПИД). Введение пробы в колонку осуществлялся посредством вакуумной системы ввода из стеклянных ампул, снабженных кранами, работающими, без смазки, или микрошприцем с фотопластовым поршнем через резиновую мембрану испарителя. Объем жидкой пробы составлял 2-5 мкл, газообразной - 5 мл при давлении напуска 1,0-65,0 кПа. Были использованы хроматографические колонки диаметром 3,5-4 мм и длиной 2-6 м. Для газохроматографического анализа летучих хлоридов необходимо использовать отмытые кислотой диатомитовые носители и газ-носитель с остаточным содержанием влаги менее 10° % об.. Влажность газа контролировался на входе в колонку методом «точки росы» и с помощью субмиллиметровой газовой радиоспектроскопии.

Лучшие результаты были получены на колонках размером 6м><4мм с хроматоном-N-AW-HMDS (0,200-0,250мм), содержащим 15% полидиметилсилоксаны Е-301. Эти хроматографические материалы после обработки 3-5 мл газообразного S1C1₄ оказались химически инертными по отношению к хлоридам кремния. Расход газа-носителя составлял 35-38 мл/мин. Температура анализа 27-70° С. В этих условиях трихлорсилан элюируется отдельным пиком, что позволяет направлять его, минуя детектор, путем переключения кранов из стекла и фторопласта, расположенных на выходе из колонки. Идентификацию примесей осуществляли с использованием графика зависимости логарифма удерживаемого объема от температуры кипения соответствующих соединений (рисунок 1).

Рисунок 1. - Связь исправленных объемов удерживания веществ (мл) с температурами их кипения

Точность определения температуры кипения примесных веществ с использованием такого графика может, достигать 0.7К.

Определяемые по графику приблизительные температуры кипения идентифицируемых примесей позволили существенно ограничить число предполагаемых веществ. Принадлежность соединений к определенному классу веществ легко устанавливалась по величине сигнала селективных детекторов— ЭЗД, чувствительного к веществам, содержащим хлор и кислород, и ПИД, чувствительного к соединениям углерода. На рисунке 3.2 приведены хроматограммы одного из образцов трихлорсилана. Большая разница в соотношении сигналов ПИД и ЭЗД обеспечила идентификацию SiC1₄, СС1₄, Si₂OH₂C1₄, Si₂OHC1₅ и Si₂OC1₆. Окончательно идентификацию проводили методом добавок индивидуальных веществ.

1—С₂Н₅С1; 2 — CH₃ClSiH₂CH₃; 3—S1HCI₃; 4—CH₃SiHCl₂; 5 — S1C1₄; 6,10,12—не идентифицированы; 7—CH₃SiC1₃; 8—СС1₄; 9—Si₂OHC1₅; 11—S1₂OHCI₅.

а- зарегистрированные с помощью пламенно-ионизационного детектора;

б- зарегистрированные с помощью электронозахватного детектора

Рисунок 2. - Хроматограммы высокочистого S1HC1₃

Образование кислородсодержащих соединений в исследуемой системе возможно за счет гидролиза трихлорсилана и содержащихся в нем примесей. Процесс гидролиза может происходить в самой системе хроматографа. Поэтому для подтверждения присутствия обнаруженных примесей в изучаемых образцах проводился анализ равновесных паровой и жидкой фаз одних и тех же образцов трихлорсилана. Примеси кислородсодержащих веществ обусловлены процессами гидролиза на стадиях синтеза и перегрузки трихлорсилана. Количественный анализ проводился методом абсолютной градуировки по образцам трихлорсилана, не содержащим те или иные конкретные вещества. Гравиметрическим методом путем последовательного разбавления готовились градуировочные смеси с концентрацией примесей 10^-2—10^-6 %. Для составления смесей использовались вещества, содержащие не менее 98% основного компонента. Из-за отсутствия образцов трихлорсилана, не содержащих четыреххлористый кремний, градуировочные образцы с этой примесью готовили смешиванием паров тетрахлорида кремния с осушенным аргоном.

За нижнюю границу определяемых содержаний принималась концентрация, определяемая с относительным стандартным отклонением, равным 0,33. С применением ПИД возможно определение примесей углеродсодержащих веществ в трихлорсилане на уровне 10^-5—10^-6%. До 10^-3—10^-7 % можно определять различные хлорсодержащие вещества с применением ЭЗД. Примеси в трихлорсилане на уровне 10^-3—10^-7 % могут быть определены с относительным стандартным отклонением 0,1—0,33.

4. Практическая часть:

Аппаратура и методика проведения эксперимента

Поиск по сайту: