制备高纯度氢化锗的方法
专利汇可以提供制备高纯度氢化锗的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及含锗材料的制备，还涉及对电化学方法制备的适合于微 电子 技术中用作锗源的高纯度氢化锗的改进。氢化锗是通过在隔膜 电池 的镍 阴极 以1.0－1.5A/cm2的 电流 密度 、在不高于65℃的 温度 下 电解 浓度为不低于40g/L至 溶解度 极限的含二 氧 化锗的 碱 性 水 溶液，并首先使电流通过碱性水溶液，通电至达到氢化锗限定的最低污染物含量所需的时间来制备的。该电解反应通过在取出氢化锗和氢气后使供给 电解质 从 阴极室 流入 阳极 室 中的电解质流与除去氧气后、从阳极室流入阴极室中的电解质流交叉混合来进行。从混合物分离出合成后所得的氢化锗与氢气。为了更彻底纯化，分离出的氢化锗用膜方法纯化。技术结果是制备出了氢化锗，其中SiH4、AsH3、PH3、H2S、CH4、Fe、Ni、Al、Ca、Mg等污染物总含量为1×10－6％－1×10－7％，该氢化锗可用于相对宽广的实际应用领域。膜方法的使用确保了大小为0.05微米的悬浮颗粒的含量为少于5.5×103颗粒/摩尔，这使得其适合用于诸如光学及激光工程领域。本发明的生产能 力 为40－50g/h。2个独立 权利要求 、8个 从属权利要求 、1个 实施例 。，下面是制备高纯度氢化锗的方法专利的具体信息内容。
1.一种制备高纯度氢化锗的方法，该方法在隔膜电池的镍阴极 以1.0-1.5A/cm2的电流密度电解含二氧化锗的碱性水溶液，随后从混 合物分离氢化锗与氢气，所述电解通过在取出氢化锗和氢气后使供给 电解质从阴极室流入阳极室中的电解质流与除去氧气后、从阳极室流 入阴极室中的电解质流交叉混合来进行，其特征在于使电流首先通过 碱性水溶液至达到氢化锗限定的最少污染物含量所需的时间，然后将 二氧化锗以不低于40g/l至溶解度极限的浓度加入到所述溶液中，而电 解在不高于65℃的温度下进行。
2.权利要求1的方法，其特征在于基本上将二氧化锗加入到所述 溶液中至浓度为50g/l，而电解在65℃的温度下进行。
3.权利要求1的方法，其特征在于所述氢化锗在分离前用气体扩 散膜浓缩。
4.权利要求3的方法，其特征在于所述气体扩散膜可以由聚合物 材料或金属或陶瓷制得。
5.一种制备高纯度氢化锗的方法，该方法在隔膜电池的镍阴极 以1.0-1.5A/cm2的电流密度电解含二氧化锗的碱性水溶液，随后从混 合物分离氢化锗与氢气，所述电解通过在取出氢化锗和氢气后使供给 电解质从阴极室流入阳极室中的电解质流与除去氧气后、从阳极室流 入阴极室中的电解质流交叉混合来进行，其特征在于使电流首先通过 碱性水溶液至达到氢化锗限定的最少污染物含量所需的时间，然后将 二氧化锗以不低于40g/l至溶解度极限的浓度加入到所述溶液中，而电 解在不高于65℃的温度下进行，分离后氢化锗被纯化，优选通过膜方 法。
6.权利要求5的方法，其特征在于基本上将二氧化锗加入到所述 溶液中至浓度为50g/l，而电解在65℃的温度下进行。
7.权利要求5的方法，其特征在于所述氢化锗在分离前用气体扩 散膜浓缩。
8.权利要求5的方法，其特征在于分离后获得的氢化锗用气体扩 散膜纯化。
9.权利要求8的方法，其特征在于用气体扩散膜纯化后，使氢化 锗通过超滤膜来额外纯化。
10.权利要求5和权利要求7-9之一的方法，其特征在于所述膜可 以由聚合物材料或金属或陶瓷制得。
技术领域
本发明涉及含锗材料的制备，还涉及对适合于微电子技术中用作 锗源的电化学方法制备的高纯度氢化锗的改进。
背景技术
该方法提供约10g/h的低生产能力。在制得的氢化锗中，SiH4、 AsH3、PH3、H2S、CH4、Fe、Ni、Al、Ca、Mg等污染物的总含量不 超过1×10-4％，这限制了该方法的实际应用，尤其是在需要进一步提 高氢化锗纯度的外延的Si-Ge结构体生产中的应用。
发明内容
当以最大可能的生产能力-50g/h-制备氢化锗时，满意的是在二氧 化锗浓度为50g/l和电解质温度为65℃下进行电解。
制备大容量氢化锗伴随着高能量消耗，这是因为从混合物中分离 氢化锗与氢时的冷却和冷凝都是在相当低的温度下进行的。因此，在 制备大容量氢化锗时，为了节省能源，满意的是在分离氢化锗之前用 扩散膜将其浓缩。氢化锗的浓缩降低了将要被冷却的氢气的体积，从 而降低了能量消耗。用所述膜来浓缩氢化物是在室温下进行的。
在合成后分离出的氢化锗中，不超过1×10-6％的SiH4、AsH3、PH3、 H2S、CH4、Fe、Ni、Al、Ca、Mg等污染物总含量对相对宽广的实际 应用领域，尤其是作为核辐射检测器的锗源是可接受的。
对于大量的实际应用则要求氢化锗具有更低的所述污染物含量。 为此，分离出的氢化锗还需额外纯化。像带有中心罐(pot)的精馏的已 知纯化方法虽然能除去低沸点和高沸点的溶解的污染物，但同时需要 高能量消耗。热蒸馏法虽能除去悬浮状颗粒，但也需要高的能量消耗。
为了制备低所述污染物含量的氢化锗，同时又不需要额外的能量 消耗，可以基于以下事实、以制备氢化锗的已知方法来实现该目的： 在隔膜电池的镍阴极以1.0-1.5A/cm2的电流密度电解含二氧化锗的碱 性水溶液，随后从混合物中分离氢化锗与氢气，该电解反应通过在取 出氢化锗和氢气后使供给电解质从阴极室流入阳极室中的电解质流 与除去氧气后、从阳极室流入阴极室中的电解质流交叉混合来进行， 根据本发明，在不高于65℃的温度下首先使电流通过碱性水溶液，通 电至达到氢化锗限定的最低污染物含量所需的时间，然后将浓度为不 低于40g/L至溶解度极限的二氧化锗加入到碱性水溶液中，并在不高 于65℃的温度下进行电解，同时用膜方法纯化分离出的氢化锗。
当以最大可能的生产能力-50g/h-制备氢化锗时，满意的是在二氧 化锗浓度为50g/l和电解质温度为65℃下进行电解。
当制备大容量的氢化锗时，满意的是在分离前用扩散膜浓缩氢化 锗。
为了制备适合于用作微电子技术锗源，SiH4、AsH3、PH3、H2S、 CH4、Fe、Ni、Al、Ca、Mg等污染物总含量不超过1×10-7％的氢化锗， 优选用气体-扩散膜纯化分离出的氢化锗，所述膜可以确保同时除去 分子污染物和金属形式的污染物。
非均相污染物-亚微米尺寸(粒径)的悬浮固体颗粒-对于大量的 实际应用领域如光学和激光工程来说都是限制因素。为了除去这些污 染物，使纯化过的氢化锗在室温下穿过超滤膜，这可以使0.05微米大 小的悬浮颗粒被脱除到少于5.5×103颗粒/摩尔的程度。
以上所述的膜可由聚合材料、或金属或陶瓷制得。
本方法的一个新颖的方面在于添加二氧化锗之前先为碱性水溶 液通电，由此确保除去存在于反应物和设备材料中的SiH4、AsH3、 H2S、CH4等溶解的污染物，这样，在分离后获得的氢化锗中这些污 染物的含量都降低了100倍以上，提升了用膜方法分离的氢化锗的纯 度。众所周知，当电流通过碱性水溶液时，氢气在阴极释放出。对上 述污染物进行氢含量分析是评价电解碱性水溶液时从电解质中除去 污染物程度的判据。
电解需进行到使制得的氢化锗中限制性污染物含量达到可能是 最小可能的含量为止。在电解质温度不高于65℃、二氧化锗浓度为40 g/l至溶解度极限下，能获得40-50g/l的生产能力，这是现有方法的4-5 倍。当二氧化锗浓度低于40g/l时，生产能力将下降3倍。这可以用如 下事实加以解释：在二氧化锗浓度小于40g/l时，由于氢化锗的生成速 率依赖于二氧化锗的浓度，所以降低了氢化锗的生成速率。在高于 65℃温度下电解时，由于氢化锗在上述浓度下的热分解反应增加，所 以导致氢化锗的生成速率降低。膜纯化法是最经济和最有效的方法。 鉴于如上所述合成后分离出的氢化锗有合理的高纯化程度、污染物总 含量不超过1×10-6％的事实，膜方法很容易在室温下进行，除去分子 污染物和金属污染物的总体水平可提高10倍以上，亚微米尺寸悬浮颗 粒可清除到5.5×103颗粒/摩尔。如果合成后分离出的氢化锗所含有的 污染物总含量超过1×10-6％，如现有技术中的1×10-4％，膜方法的纯化 作用将受阻，某些污染物实际上不可能被除掉。因此，准备用膜方法 进一步纯化的氢化锗在氢化锗合成阶段的纯化程度是一个基本特性。 所提及的全部特性对在氢化锗合成阶段以及在纯化阶段都是基本的， 因为每一特性都是必须的，且这些特性结合在一起就足以满足制备出 具有最少能量消耗的高纯度氢化锗。
具体实施方式
实施例：
氢化锗在压滤型单极电池中、在表面积为500cm2的镍阴极上制 得。将2.5N的KOH溶液倒入电池中，在65℃温度下以1.5A/cm2电流密 度使电流通过溶液，直到SiH4、AsH3、PH3、H2S、CH4等溶解的污染 物含量达到可能的最低值。评价电解进行时间的依据是对所述污染物 成分的氢含量分析。然后将二氧化锗加入到碱性水溶液中至浓度为50 g/l，并在65℃的温度下进行电解。在电解过程中用冷水冷却电极。在 阴极生成了从电介质中分离出来的阴极气体。阴极气体包括氢和氢化 锗。根据气相色谱的分析结果，在氢气流中的氢化锗浓度为6％。分 馏混合气体并分离出氢化锗。在分离前用气体分馏扩散膜如PDMS- 基于聚(芳化二甲基硅氧烷)的嵌段共聚物-将氢化物浓缩，然后用 冰点降低法进行分离。
根据气相色谱和化学光谱法的分析结果，在合成后分离出的氢化 锗中SiH4、AsH3、PH3、H2S、CH4、Fe、Ni、Al、Ca、Mg等总含量 不超过1×10-6％。该方法的生产能力为50g/h。
当要求更高水平地除去所述污染物时，若有必要，可用气体扩散 膜通过膜方法纯化所制得的氢化物，这种膜还能同时确保将分子污染 物和金属污染物清除到总含量不超过1×10-7％的水平。浓缩氢化锗用 的相同的膜也可用作气体扩散膜。纯化作用是在室温下进行的。
当限制污染物是亚微米尺寸的悬浮固体颗粒状的非均相污染物 时，可用超滤膜如Lavsan的核滤膜进行氢化锗的补充纯化。根据超显 微技术分析的结果，纯化后所述污染物的含量少于5.5×103颗粒/摩尔 (对0.05微米的颗粒)。
现在所提出的包括电化学合成及通过膜方法对分离后氢化锗纯 化的制备高纯氢化锗的方法具有高的纯化效率：SiH4、AsH3、PH3、 H2S、CH4、Fe、Ni、Al、Ca、Mg等总含量不超过1×10-7％，大小为 0.05微米的悬浮颗粒的含量少于5.5×103颗粒/摩尔。
本方法的生产能力为40-50g/h，同时本方法具有低能量消耗的特 征，原因在于与氢气从混合物分离的阶段中的氢化物浓缩及分离后氢 化物的纯化都是在室温下进行的。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 专利权利要求范围分析方法及其装置 | 2020-05-11 | 645 |
| 光电转换元件、二维传感器、图像传感器和摄像装置 | 2020-05-12 | 348 |
| 患者接口 | 2020-05-12 | 622 |
| CCR9活性抑制剂 | 2020-05-11 | 448 |
| 低温分离空气的方法和设备 | 2020-05-11 | 682 |
| 权利要求自动分析方法 | 2020-05-12 | 898 |
| 用于单相封装通道开关装置的封装系统 | 2020-05-11 | 51 |
| 数据分析系统、方法及装置 | 2020-05-12 | 955 |
| 用于制造咀嚼型胶基糖的系统和方法 | 2020-05-13 | 437 |
| 存在时钟动态重编程时仿真时间线的压缩方法 | 2020-05-12 | 694 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
