[发明专利]一种高纯富集11B三氟化硼气体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种高纯富集¹¹B三氟化硼气体的制备方法。

背景技术

天然的硼元素含有两种同位素：¹⁰B和¹¹B。¹⁰B的天然丰度为19.6%（at.），¹¹B的天然丰度为80.4%（at.）。¹¹B具有透过中子和γ射线的作用。将¹¹B的丰度提升到95%（at.),再制备成高纯三氟化硼气体，可以用于高效太阳能电池板的制作；当¹¹B的丰度达到99%（at.)以上的时候，使用这种¹¹B三氟化硼气体广泛应用于半导体制造业，作为硼掺杂剂用于硅离子布植，可生产出高集成、高密度的微芯片，并且使体积更小、性能更佳。

通常，天然硼三氟化硼制备有四种方法，即(1)在硼酐（B₂O₃）和氟石（CaF₂）的混合物中加入浓硫酸；（2）氟化氢与硼砂反应；（3)硼与氟直接化合；（4）氧化硼与碳的混合物在氟气流中加热。使用这些方法要得到高纯三氟化硼,工艺复杂，收率低。

相关的技术有专利申请号CN86104416三氟化硼的制备方法，是采用天然硼的氟硼酸钠（或氟硼酸钾）在600～700°C（或800～900°C）温度下热分解制备三氟化硼，其特征在于在450～600°C（或650～800°C）温度下预除四氟化硅。这种方法工艺路线长而且繁琐，制备氟硼酸钠的收率只有大约60%。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足及科学技术发展的需要，提供一种高纯富集¹¹B三氟化硼气体的制备方法。

本发明制备的高纯富集¹¹B三氟化硼气体，纯度高于99vol%， ¹¹B的丰度高于95%（at.)。

本发明的高纯富集¹¹B三氟化硼气体的制备方法，按如下步骤进行：

（1）富集 ¹¹B ：将¹¹B丰度≥90%（at.)的三氟化硼甲醚配合物加入双塔串联高效精馏塔内，在真空度为负0.05Mpa～负0.1Mpa条件下，加热升温到80～110°C，进行精馏，经过72～384小时精馏，当第一级塔塔顶回流液中¹¹B丰度达到高于95%（at.)时，将物料取出，得到纯度高于99wt%¹¹B三氟化硼甲醚配合物；

（2）制备¹¹B氟硼酸钠：将（1）得到的¹¹B丰度≥95%（at.)、纯度高于99wt%的¹¹B三氟化硼甲醚配合物加入氟化釜内，在搅拌冷却条件下滴加质量浓度30%、纯度99wt%的 NaF水溶液，控制反应温度不超过35°C,至没有CH₃OCH₃气泡产生，滴加结束,然后继续搅拌30分钟；将反应溶液加热到100°C，进行蒸发浓缩至¹¹B氟硼酸钠溶液饱和；将此¹¹B氟硼酸钠饱和溶液冷却到低于10°C，得到¹¹B氟硼酸钠结晶；¹¹B氟硼酸钠结晶经洗涤烘干后，便得到¹¹B氟硼酸钠结晶中¹¹B丰度大于95%（at.)、纯度高于99wt%；

（3）高纯 ¹¹B三氟化硼气体制备：将（2）得到的¹¹B丰度大于95% （at.)、纯度高于99wt%的¹¹B氟硼酸钠结晶，加入真空反应器中，真空度达到10Pa以下后，升温至200°C后保持恒温，继续抽真空60分钟，使真空度达到0.1～1pa，加热升温至600～700°C，¹¹B氟硼酸钠分解出¹¹B三氟化硼气体，将¹¹B三氟化硼气体导入不锈钢气瓶中收集。得到的¹¹B三氟化硼气体的¹¹B丰度大于95% （at.)、纯度高于99vol%；

本发明分离富集¹¹B三氟化硼甲醚配合物所使用的双塔串联高效精馏塔，塔高11～16米，塔内径100～200mm，塔内填料为多层不锈钢丝网规整填料，如图1所示。

与现有技术相比，本发明的特点及其有益效果是：