Електрохімічний спосіб отримання гідриду германію

Реферат: Електрохімічний спосіб отримання гідриду германію включає електроліз у водно-лужному розчині на нікелевому катоді в двокамерному електролізері. UA 70405 U (54) ЕЛЕКТРОХІМІЧНИЙ СПОСІБ ОТРИМАННЯ ГІДРИДУ ГЕРМАНІЮ UA 70405 U UA 70405 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до галузі технічної металургії розсіяних металів, зокрема до процесів отримання германієвмісних матеріалів. Гідрид германію, отриманий запропонованим електрохімічним способом, є унікальним джерелом германію, який широко використовується в напівпровідниковій техніці, мікроелектроніці, оптоелектроніці. Відомий хімічний спосіб [1] отримання гідридів германію з хімічної реакції взаємодії сплаву Mg2Ge з розчином солянокислого гідразину (N2H4·2HCl) в безводному гідразині. При змішуванні Mg2Ge і N2H4·2HCl протікають такі реакції: Mg2Ge+4НСl=GeH2+MgCl2+Н2 (1) хGeH2→(GeH2)x (2) (GeH2)x+HCl→GeCl2+GeH4+Ge2H6+...+H2.(3) Гідрид германію та інші ненасичені германоводні виділяються в газоподібному стані, а ненасичені (GeH2)x, залишаються в гідразині. Розкладання Mg2Ge і насичення германоводнів йде при вмісті 3 моль/л НСl в гідразині. Недоліками даного способу є: трудомісткість приготування сплаву Mg2Ge; застосування токсичних висококонцентрованих препаратів: реакція протікає з утворенням побічних продуктів (GeH2)x, Ge2H6 і GeCl2. Найбільш близьким за технічною суттю і ефектом, що досягається, є спосіб отримання гідриду германію електролізом водно-лужного розчину, що містить 25-35 г/л GeO2 при щільності 2 струму 1-1,5 А/см [2]. Недоліком відомого способу є те, що при електролізі водно-лужного розчину, що містить двоокис германію, відбувається зміна складу електроліту внаслідок утворення аніонів [HGeO3] , 2[HGe5O11] , [H2Ge7O16] . При підвищенні концентрації GeO2 протікає дисоціація комплексу 2[H2Ge7O16] до [HGeO3] , що призводить до зміни механізму реакції відновлення германат-аніону до германату і зниженню виходу гідриду германію. Для отримання робочого електроліту германієві електроди піддавали дії змінного струму 2 промислової частоти (50 Гц) при щільності 1,0 А/см і температурі 95 °С в лужному розчині. Це 4+ дозволяє отримати електроліт високої концентрації 20-40 г/л в розрахунку на Ge . Під час анодного напівперіоду протікають такі реакції: 2+ Ge°=G +2e (4) + Ge°+3Н2О=H2GeO4+4Н +4е . (5) Реакції, що протікають на германії в катодний напівперіод, можна представити наступними рівняннями: 2GeO3 +7Н2О+8е →GeH4+10ОH (6) + GeH4=Ge°+4H +4e (7) 2Ge°+6ОН +4e =GeO3 +3Н2О. (8) Для отримання гідриду германію синтез здійснювали електрохімічним способом в 2 приготованому лужному електроліті при щільності струму 0,5-1,5 А/см , в інтервалі температур 60-95 °С, при концентрації солей германієвої кислоти 20-40 г/л. Запропонований спосіб дозволяє усунути недоліки відомого способу, отримати гідрид германію високої чистоти, підвищити продуктивність і знизити енергоємність процесу. Приклади, що ілюструють заявлений спосіб, наведені нижче. Приклад 1. Гідрид германію отримували в двокамерному електролізері з розділеним мембраною анодним і катодним простором. У анодний і катодний простір поміщали нікелеві електроди 2 площею 400 см . Електроліт попередньо готували за методикою, описаною вище. Електроліз 2 вели при щільності постійного струму 0,5 А/см i температурі 60 °С. У процесі електрохімічної реакції на катоді по реакціях (10, 11) виділяється гідрид германію і водню (12) 2GeO3 +7Н2О+8е →GeH4+10ОН (9) + Н3О +GeH4→Ge°+Н2+Н2О (10) + Ge°+4H +4e →GeH4 (11) 2Н2О+2е = Н2+2ОН . (12) Водно-лужний електроліт містить солі германієвої кислоти концентрацією 20 г/л в 4+ розрахунку на Ge Отриманий гідрид германію, виділений після синтезу, містить домішки у -4 кількості 1,0·10 %. Для глибокого очищення отриманий гідрид германію з сумарним вмістом -4 домішок 1,0·10 % піддавали обробці за допомогою газодифузійної мембрани, що забезпечує видалення молекулярних домішок у вигляді елементарних металів. Сумарний вміст домішок SiH4, AsH3, PH3, H2S, CH4, Fe, Ni, Al, Ga, Mg в отриманому в гідриді після такої обробки складає -5 1,0·10 %, що дозволяє застосовувати його у виробництві епітаксіальних структур Si-Ge. Концентрація гідриду германію в потоці з воднем, становить 7 об. %. Продуктивність процесу 11,6 г/год. у розрахунку на гідрид германію. 1 UA 70405 U 5 10 15 Приклад 2. Умови та процеси, що протікають при синтезі гідриду германію аналогічні наведеним у 2 прикладі 1. Електроліз вели при щільності постійного струму 1,0 А/см і температурі 75 °С. Сумарний вміст домішок SiH4, AsH3, РН3, H2S, CH4, Fe, Ni, Al, Ga, Mg в отриманому гідриді після -6 обробки за допомогою газодифузійної мембрани складає 1,0·10 %. Концентрація гідриду германію в потоці з воднем 8,5 об. %. Продуктивність процесу 14,2 г/год. у розрахунку на гідрид германію. Приклад 3. Умови та процеси, що протікають при синтезі гідриду германію аналогічні наведеним у 2 прикладі 1. Електроліз вели при щільності постійного струму 1,50 А/см і температурі 95 °С. Сумарний вміст домішок SiH4, AsH3, РН3, H2S, CH4, Fe, Ni, Al, Ga, Mg в отриманому гідриді після -5 обробки за допомогою газодифузійної мембрани складає 1,0·10 %. Концентрація гідриду германію в потоці з воднем 7,5 об. %. Продуктивність процесу 12,5 г / год. у розрахунку на гідрид германію. Джерела інформації: 1. Руководство по неорганическому синтезу. Под редакцией Г. Брауэра М.: Мир 1985. - Т. 3. - С. 780. 2. Девятых Г.Г., Воротынцев В.М., Балабанов В.В., Абдрахманов P.P. Способ получения гидрида германия Авт. свид. СССР № 1732697, МПК С25В 1/00, 27.10. 1995, Бюл. № 30. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Електрохімічний спосіб отримання гідриду германію, що включає електроліз у водно-лужному розчині на нікелевому катоді в двокамерному електролізері, який відрізняється тим, що для підвищення чистоти продукту, продуктивності процесу електроліз ведуть при щільності струму 2 0,5-1,5 А/см в інтервалі температур 60-95 °С, концентрації солей германієвої кислоти 20-40 г/л. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2