Qu’est-ce que le silane ?
Le silane (SiH4) est un gaz incolore ayant une odeur spécifique à température et pression ambiantes.
Les hydrures de silicium sont appelés silanes. Ceux qui ont un, deux ou trois nombres de silicium sont appelés respectivement monosilane, disilane ou trisilane. En raison de sa faible polarité, il est soluble dans les solvants organiques courants.
Utilisations du silane
Le silane (SiH4) est un composé inorganique très réactif utilisé dans diverses applications. Il est notamment utilisé dans l’industrie des semi-conducteurs.
Plus précisément, il est utilisé pour former des films de silicium par CVD, une technique de revêtement dans laquelle un gaz spécial est injecté à la pression atmosphérique pour former un film. Il existe un certain nombre de méthodes pour appliquer de l’énergie au gaz injecté et pour faire interagir plusieurs gaz. Le dépôt en phase vapeur à l’aide d’un silane consiste, par exemple, à former un film en appliquant de l’énergie électrique au silane injecté.
Cette technologie est utilisée dans des procédés tels que la fabrication de plaquettes de silicium et la croissance de films d’oxyde de grille dans les dispositifs à semi-conducteur métal-oxyde (MOS). Outre cette utilisation, les monosilanes sont également utilisés dans la recherche et le développement, où de nouvelles applications sont explorées.
Toutefois, le silane doit être manipulé avec précaution car il peut s’enflammer spontanément lorsqu’il est exposé à l’air.
Propriétés des silanes
Le silane est un composé inorganique composé de silicium et d’hydrogène et constitue la forme la plus simple de silane. La formule chimique du silane est SiH4 et son poids moléculaire est de 32,12 g/mol.
Il est incolore, inodore et reste gazeux à température et pression ambiantes, mais son point d’ébullition (-112°C) et son point de fusion (-185°C) sont extrêmement bas. Il est également pratiquement insoluble dans l’eau et présente des propriétés non polaires.
Il est très réactif et instable, au point de réagir avec l’oxygène de l’air et de s’enflammer spontanément. Il réagit aussi violemment avec l’eau pour former du silicium et de l’hydrogène.
SiH4 + 2H2O → SiO2 + 4H2
En raison de sa forte réactivité, de son inflammabilité et de son caractère explosif, il doit être manipulé avec précaution. Les risques pour la santé dus à l’inhalation et au contact avec la peau doivent également être pris en compte. Le silane est largement utilisé comme source de gaz pour le dépôt de silicium par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) dans l’industrie des semi-conducteurs. Il est également utilisé dans la production de cellules solaires pour produire du silicium amorphe.
Structure des silanes
Le silane est constitué d’un atome de silicium et de quatre atomes d’hydrogène dans un arrangement atomique avec l’atome de silicium au centre et quatre atomes d’hydrogène l’entourant de manière isotrope.
Les atomes de silicium ont des orbitales hybrides sp^3 et sont chacun liés à un atome d’hydrogène par une liaison sigma. L’angle de liaison entre Si-H est donc de 109,5°, ce qui est proche de la structure tétraédrique. La longueur de la liaison est d’environ 1,48 Å.
La structure tétraédrique du silane annule les différences d’électronégativité des quatre liaisons Si-H, de sorte que le silane dans son ensemble est une molécule non polaire.
Autres informations sur les silanes
Méthodes de production des silanes
Il existe plusieurs méthodes de production des monosilanes, mais la méthode industrielle la plus courante consiste à utiliser du silicium broyé.
Dans cette méthode, le silicium est réduit en poudre et mélangé à des métaux alcalins tels que le sodium et le potassium afin d’augmenter la surface et la vitesse de réaction. Le silane est ensuite formé en faisant passer de l’acide chlorhydrique à travers le mélange et en le laissant réagir.
Si + 4HCl + 4Na → SiH4 + 4NaCl
Le silane produit est séparé et purifié sous forme de gaz. Une autre méthode pour produire du silane est la réaction directe du silicium et de l’hydrogène dans des conditions de température et de pression élevées. Toutefois, cette méthode est moins couramment utilisée aujourd’hui en raison de sa faible efficacité de production et de sa forte consommation d’énergie.