Hexafluorid wolframu - Tungsten hexafluoride - Wikipedia

Hexafluorid wolframu
Wolfram (VI) fluorid
Kuličkový model hexafluoridu wolframu
Jména
Názvy IUPAC
Hexafluorid wolframu
Wolfram (VI) fluorid
Identifikátory
3D model (JSmol )
Informační karta ECHA100.029.117 Upravte to na Wikidata
UNII
Vlastnosti
WF6
Molární hmotnost297,830 g / mol
VzhledBezbarvý plyn
Hustota12,4 g / l (plyn)
4,56 g / cm3 (-9 ° C, pevná látka)
Bod tání 2,3 ° C (36,1 ° F; 275,4 K)
Bod varu 17,1 ° C (62,8 ° F; 290,2 K)
Hydrolyzuje
−40.0·10−6 cm3/ mol
Struktura
Osmistěn
nula
Nebezpečí
Hlavní nebezpečíJedovatý, žíravý; poskytuje HF při kontaktu s vodou
Bod vzplanutíNehořlavé
Související sloučeniny
jiný anionty
Chlorid wolframu
Hexabromid wolframu
jiný kationty
Fluorid chromitý
Fluorid molybdeničitý
Související sloučeniny
Wolfram (IV) fluorid
Wolfram (V) fluorid
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Wolfram (VI) fluorid, také známý jako wolfram hexafluorid, je anorganická sloučenina s vzorec ŽF6. Jedná se o toxický, korozivní, bezbarvý plyn s hustotou asi 13 g / l (zhruba 11krát těžší než vzduch).[1][2][3]) Je to jeden z nejhustších známých plynů za standardních podmínek.[4] WF6 je běžně používán polovodičový průmysl vytvářet wolframové filmy procesem chemická depozice par. Tato vrstva se používá vodpor kovový "propojit ".[5] Je to jeden ze sedmnácti známých binárních souborů hexafluoridy.

Vlastnosti

WF6 molekula je oktaedrická s skupina bodů symetrie O.h. Vzdálenosti vazeb W – F jsou 183,2 hodin.[6] Mezi 2,3 a 17 ° C, hexafluorid wolframu kondenzuje na světle žlutou kapalinu o hustotě 3,44 g / cm3 na 15 ° C. Na 2,3 ° C zmrzne na bílou pevnou látku mající krychlovou krystalickou strukturu, mřížkovou konstantu 628 pm a vypočítanou hustotu 3,99 g / cm3. Na -9 ° C tato struktura se transformuje do ortorombický pevná látka s mřížkovými konstantami A = 960,3 hod, b = 871,3 hod, a C = 504,4 hoda hustota 4,56 g / cm3. V této fázi je vzdálenost W – F 181 pm a střední nejbližší mezimolekulární kontakty jsou 312 hodin. Vzhledem k tomu, WF6 plyn je jedním z nejhustších plynů s hustotou převyšující hustotu nejtěžšího elementárního plynu radon (9,73 g / l), hustota WF6 v kapalném a pevném stavu je poměrně mírný.[7]Tlak par WF6 mezi -70 a 17 ° C lze popsat rovnicí

log10 P = 4.55569 − 1021.208/ T + 208.45,

Kde P = tlak par (bar ), T = teplota (° C).[8][9]

Syntéza

Hexafluorid wolframu běžně vyrábí exotermické reakce fluor plyn s wolfram prášek při teplotě mezi 350 a 400 ° C:[10]

W + 3 F.2 → WF6

Plynný produkt se oddělí od WOF4, běžná nečistota, destilací. Ve variantě přímé fluorace je kov umístěn do vyhřívaného reaktoru, mírně natlakovaného na 1,2 až 2,0 psi (8,3 až 13,8 kPa), s konstantním průtokem WF6 naplněné malým množstvím fluor plyn.[11]

Plynný fluor ve výše uvedené metodě může být nahrazen Cl F, ClF
3 nebo Br F
3. Alternativním postupem pro výrobu fluoridu wolframu je reakce oxid wolframový (WO3) s HF, BrF3 nebo SF4. Fluorid wolframu lze také získat konverzí chlorid wolframu:[4]

WCl6 + 6 HF → WF6 + 6 HCl nebo
WCl6 + 2 AsF3 → WF6 + 2 AsCl3 nebo
WCl6 + 3 SbF5 → WF6 + 3 SbF3Cl2

Reakce

Při kontaktu s vodou poskytuje hexafluorid wolframu fluorovodík (HF) a oxyfluoridy wolframu, případně se tvoří oxid wolframový:[4]

WF6 + 3 H2O → WO3 + 6 HF

Na rozdíl od některých jiných fluoridů kovů, WF6 není užitečným fluoračním činidlem ani silným oxidantem. Může být snížena na žlutou WF4.[12]

Aplikace v polovodičovém průmyslu

Dominantní použití fluoridu wolframu je v polovodičovém průmyslu, kde se široce používá k ukládání kovového wolframu v chemická depozice par proces. Expanze průmyslu v 80. a 90. letech vedla k nárůstu WF6 spotřeba, která celosvětově zůstává kolem 200 tun ročně. Wolframový kov je atraktivní díky své relativně vysoké tepelné a chemické stabilitě a také nízkému měrnému odporu (5,6 µΩ · cm) a elektromigrace. WF6 je upřednostňován před příbuznými sloučeninami, jako je WCI6 nebo WBr6, protože jeho vyšší tlak par má za následek vyšší rychlosti depozice. Od roku 1967 dvě WF6 byly vyvinuty a použity způsoby depozice, tepelný rozklad a redukce vodíku.[13] Požadovaný WF6 čistota plynu je poměrně vysoká a pohybuje se mezi 99,98% a 99,9995% v závislosti na aplikaci.[4]

WF6 molekuly musí být v procesu CVD rozděleny. Rozklad je obvykle usnadněn smícháním WF6 s vodíkem, silan, germane, diboran, fosfin a související plyny obsahující vodík.

Křemík

WF6 reaguje při kontaktu s a křemík Podklad.[4] WF6 rozklad na křemíku je teplotně závislý:

2 WF6 + 3 Si → 2 W + 3 SiF4 pod 400 ° C a
WF6 + 3 Si → W + 3 SiF2 nad 400 ° C.

Tato závislost je zásadní, protože při vyšších teplotách se spotřebuje dvakrát tolik křemíku. K depozici dochází selektivně pouze na čistém Si, ale ne na oxidu křemičitém nebo nitridu, takže reakce je vysoce citlivá na kontaminaci nebo předúpravu substrátu. Reakce rozkladu je rychlá, ale nasycuje se, když tloušťka vrstvy wolframu dosáhne 10–15 mikrometry. K nasycení dochází, protože wolframová vrstva zastaví difúzi WF6 molekuly na substrát Si, který je jediným katalyzátorem molekulárního rozkladu v tomto procesu.[4]

Pokud k depozici nedochází v inertní atmosféře, ale v atmosféře obsahující vzduch (vzduch), pak se místo wolframu vytvoří vrstva oxidu wolframu.[14]

Vodík

K procesu nanášení dochází při teplotách mezi 300 a 800 ° C a vede k tvorbě kyselina fluorovodíková páry:

WF6 + 3 H2 → W + 6 HF

Krystalinitu vyrobených wolframových vrstev lze regulovat změnou WF6/ H2 poměr a teplota substrátu: výsledkem jsou nízké poměry a teploty (100) orientovaný wolframové krystality, zatímco vyšší hodnoty upřednostňují (111) orientaci. Nevýhodou je tvorba HF, protože páry HF jsou velmi agresivní a odleptávají většinu materiálů. Uložený wolfram také vykazuje špatnou adhezi k oxidu křemičitému, který je hlavním pasivačním materiálem v polovodičové elektronice. Proto SiO2 musí být před nanesením wolframu pokryta další nárazníkovou vrstvou. Na druhé straně může být leptání HF prospěšné pro odstranění nežádoucích vrstev nečistot.[4]

Silane a germane

Charakteristické rysy ukládání wolframu z WF6/ SiH4 jsou vysoká rychlost, dobrá přilnavost a hladkost vrstev. Nevýhodou je nebezpečí výbuchu a vysoká citlivost rychlosti a morfologie depozice na parametry procesu, jako je směšovací poměr, teplota substrátu atd. Proto se k vytvoření tenké nukleační vrstvy wolframu běžně používá silan. Poté se přepne na vodík, který zpomaluje depozici a čistí vrstvu.[4]

Depozice z WF6/ GeH4 směs je podobná jako u WF6/ SiH4, ale wolframová vrstva je kontaminována relativně (ve srovnání se Si) těžkým germaniem až do koncentrací 10–15%. To zvyšuje odpor wolframu z přibližně 5 na 200 µΩ · cm.[4]

Další aplikace

WF6 lze použít k výrobě karbid wolframu.

Jako těžký plyn, WF6 lze použít jako pufr pro řízení plynových reakcí. Například zpomaluje chemii Ar / O2/ H2 plamen a snižuje teplotu plamene.[15]

Bezpečnost

Hexafluorid wolframu je extrémně korozivní sloučenina, která napadá jakoukoli tkáň. Kvůli tvorbě kyseliny fluorovodíkové po reakci WF6 s vlhkostí, WF6 skladovací plavidla mají Teflon těsnění.[16]

Reference

  1. ^ Roucan, J.-P .; Noël-Dutriaux, M.-C. Proprietes Physiques des Composes Mineraux. Vyd. Techniky Ingénieur. p. 138.
  2. ^ Plynový graf (mrtvý odkaz 3. září 2019)
  3. ^ „Bezpečnostní list hexafluoridu wolframu“ (PDF).[trvalý mrtvý odkaz ]
  4. ^ A b C d E F G h i Lassner, E .; Schubert, W.-D. (1999). Wolfram - vlastnosti, chemie, technologie prvku, slitiny a chemické sloučeniny. Springer. 111, 168. ISBN  0-306-45053-4.
  5. ^ "Chemické depozice par pomocí wolframu a wolframu". Základy CVD. Časová doména CVD.
  6. ^ Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86. vydání). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN  0-8493-0486-5. p. 4-93.
  7. ^ Levy, J. (1975). „Struktury fluoridů XIII: Ortorombická forma hexafluoridu wolframu při 193 K neutronovou difrakcí“. Journal of Solid State Chemistry. 15 (4): 360–365. doi:10.1016/0022-4596(75)90292-3.
  8. ^ Cady, G.H .; Hargreaves, G.B, „Tlak par některých fluoridů a oxyfluoridů molybdenu, wolframu, rhenia a osmium“, Journal of the Chemical Society, APR 1961, str. 1568- & DOI: 10.1039 / jr9610001568
  9. ^ http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7783826&Mask=4&Type=ANTOINE&Plot=on
  10. ^ Priest, H. F .; Swinehert, C. F. (1950). "Bezvodé fluoridy kovů". In Audrieth, L. F. (ed.). Anorganické syntézy. 3. Wiley-Interscience. 171–183. doi:10.1002 / 9780470132340.ch47. ISBN  978-0-470-13162-6.
  11. ^ US patent 6544889 „Metoda chemické depozice par wolframu na polovodičovém substrátu“, vydaná 8. 4. 2003 
  12. ^ Greenwood, N. N .; Earnshaw, A. (1997). Chemie prvků (2. vyd.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN  0-7506-3365-4.
  13. ^ Aigueperse, J .; Mollard, P .; Devilliers, D .; Chemla, M .; Faron, R .; Romano, R .; Cuer, J.-P. (2005). "Fluorové sloučeniny, anorganické". V Ullmann (ed.). Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH.
  14. ^ Kirss, R. U .; Meda, L. (1998). "Chemická depozice par oxidu wolframu" (PDF). Aplikovaná organokovová chemie. 12 (3): 155–160. doi:10.1002 / (SICI) 1099-0739 (199803) 12: 3 <155 :: AID-AOC688> 3.0.CO; 2-Z. hdl:2027.42/38321.
  15. ^ Ifeacho, P. (2008). Polovodivé nanočástice oxidu kovu z nízkotlakého předem smíchaného H2/Ó2/ Ar plamen: Syntéza a charakterizace. Göttingen: Cuvillier Verlag. p. 64. ISBN  978-3-86727-816-4.
  16. ^ „Bezpečnostní list hexafluoridu wolframu“ (PDF). Linde Gas. Archivovány od originál (PDF) dne 12. 2. 2010.