Was ist Trimethylsilan?
Trimethylsilan ist eine Organosiliziumverbindung.
Seine chemische Formel lautet C3H10Si. Andere gebräuchliche Bezeichnungen sind Trimethylsilylhydrid mit der CAS-Registrierungsnummer 993-07-7.
Es hat ein Molekulargewicht von 74,2, einen Schmelzpunkt von -135,9 °C und einen Siedepunkt von 6,7 °C. Bei Raumtemperatur ist es ein farbloses Gas, fast geruchlos oder hat einen leicht unangenehmen Geruch. Es hat eine Dichte von 0,638 g/cm3 und ein spezifisches Gewicht von 2,6 (Luft = 1), ist also schwerer als Luft. Die Löslichkeit ist unbekannt, aber es reagiert nicht heftig mit Wasser.
Der Flammpunkt liegt unter -20 °C und der Stoff ist bei Raumtemperatur leicht entzündlich. Er ist nicht spontan brennbar, aber leicht entzündlich.
Anwendungen von Trimethylsilan
Trimethylsilan wird hauptsächlich als Rohstoff für die Filmbildung bei der Halbleiterherstellung verwendet. So wird Trimethylsilan beispielsweise als Rohgas für die Bildung von dielektrischen Low-k-Zwischenschichten im Plasma-CVD-Verfahren verwendet. Insbesondere wird es als Material für SiC-, SiOC-, SiO2- und SiN-Schichten verwendet.
Um das synthetisierte Trimethylsilan für die Halbleiterproduktion verwenden zu können, muss seine Reinheit durch Reinigung erhöht werden. Typische Verunreinigungen sind Methylsilan, Dimethylsilan, Silan und nicht umgesetztes Chlorsilan, die aus dem Syntheseprozess zurückbleiben. Zur Entfernung dieser Verunreinigungen werden übliche Reinigungsverfahren wie Destillation, Umkristallisation, Umfällung und Sublimation eingesetzt.
Es wurden auch andere Methoden entwickelt wie die Verwendung von Aktivkohle oder die Reinigung des Gases mit einer Absorptionslösung. Diese sind auf effizientere Reinigungsmethoden ausgerichtet. Bei den Verfahren mit Absorptionslösungen wird das verunreinigte Trimethylsilan mit einer Absorptionslösung von pH 2 bis pH 4 in Kontakt gebracht und gereinigt.
Funktionsweise von Trimethylsilan
1. Synthetisierung von Trimethylsilan
Die gebräuchlichste Methode zur Synthese von Trimethylsilan ist die Reduktion von Trimethylchlorsilan ((CH3)SiCl) mit Hilfe eines Hydriermittels oder Ähnlichem. Zu den spezifischen Methoden gehören die folgenden:
Reaktion von Trimethylchlorsilan mit Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH4) in Dimethoxyethan (DME)-Lösungsmittel oder in einem aromatischen Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel
Reaktion von Trimethylchlorsilan mit Lithiumhydrid (LiH)
Reaktion von Trimethylchlorsilan mit Diethylaluminiumhydrid ((C2H5)2AlH)
2. Chemische Eigenschaften von Trimethylsilan
Trimethylsilan ist bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck stabil, kann sich jedoch oberhalb von 500 °C zu Siliciumcarbid und Wasserstoff zersetzen. Es ist nicht selbstentzündlich, neigt nicht zu heftigen Reaktionen mit Wasser und hat keine explosiven Eigenschaften.
Wie bereits erwähnt, handelt es sich um ein brennbares Gas, das sich bei Raumtemperatur entzündet. Bei der Handhabung ist es notwendig, Feuer zu vermeiden und Maßnahmen gegen statische Elektrizität zu treffen. Der Entzündungspunkt liegt bei 310°C.
Arten von Trimethylsilan
Trimethylsilan wird hauptsächlich als Hochdruckgasprodukt und Flüssiggasprodukt für industrielle Anwendungen verkauft.
Die Temperatur des Behälters muss unter 40 °C gehalten und an einem trockenen, gut belüfteten Ort ohne direkte Sonneneinstrahlung gelagert werden. Da es sich um ein entflammbares Gas handelt, muss es von Feuer, entflammbaren und brennbaren Stoffen in der Umgebung ferngehalten werden.