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性質
モノシランは、ケイ素と水素から構成される無機化合物で、シランの最も単純な形態です。モノシランの化学式はSiH4であり、分子量は32.12g/molです。
無色、無臭で、常温・常圧では気体の状態を保ちますが、極めて低い沸点 (-112℃) と融点 (-185℃) を持っています。また、水にはほとんど溶けず、非極性の性質を示します。
空気中の酸素と反応して自然発火するほど、非常に反応性が高く、不安定です。また、水とも激しく反応し、ケイ素および水素ガスを生成します。
SiH4 + 2H2O → SiO2 + 4H2
このような反応性・可燃性の高さと爆発性から、取り扱いには十分な注意が必要です。また、吸入や皮膚接触による健康リスクも考慮する必要があります。モノシランは、半導体産業での化学気相成長法 (CVD) において、ケイ素を成膜するためのガス源として広く使用されています。また、太陽電池の製造においても、アモルファスシリコンの製造に用いられます。
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性質
空気中の酸素により、速やかに酸化されて水 (H2O) と (SiO2) に分解します。また、水と徐々に反応するため、取り扱いには注意が必要です。融点は-185 ℃、沸点は-112 ℃で、エーテルや、、には不溶です。
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解説
シラン，狭義では，SiH4のことをいう．SiH4(32.12)．二酸化ケイ素に水素化アルミニウムリチウムLiAlH4を加え，150～170 ℃ に加熱するか，四塩化ケイ素SiCl4をLiAlH4で還元すると得られる．大規模には，SiO2にアルミナAl2O3を加え，高温·高圧化で水素還元してつくる．不快臭のある気体．密度0.68 g cm－3(－185 ℃，液体)．融点－185 ℃，沸点－112 ℃．室温では安定である．300 ℃ 付近から分解がはじまる．分解は光で促進される．400 ℃ で完全にSiと H2 に分解する．空気中で高温では発火する．Cl2 とまぜると爆発的に反応してSiCl4を生じる．水で徐々に加水分解する．アルコール類，エーテル，CHCl3などに不溶．還元性があり，CuSO4をCu2Siに，AgNO3をAgに還元する．高純度のケイ素製造の原料となる．
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用途
シリコンのエピタキシャル成長、ポリシリコン、酸化シリコン、窒化シリコンなどの原料 半導体用特殊ガスの中では最も多量に使用されている
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構造
モノシランは、1つのケイ素原子と4つの水素原子から構成されており、ケイ素原子を中心に、周囲を4つの水素原子が等方的に取り囲む原子配置をしています。
ケイ素原子は、sp^3混成軌道を持ち、水素原子とそれぞれσ結合で結合しています。そのため、Si-H間の結合角は、ほぼ正四面体構造に近い109.5°になります。また、その結合長は約1.48 Åです。
モノシランのとる正四面体構造により、4つのSi-H結合の電気陰性度の差がそれぞれ相殺されるため、モノシラン全体としては非極性分子となります。
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説明
Silane is a colorless, spontaneously flammable (pyrophoric) gas. It has a choking odor and
may form explosive mixtures with air. Silane
will react violently with heavy metal halides and
free halogens other than hydrogen chloride.
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化学的特性
Silicon tetrahydride is a highly toxic gas with a repulsive
odor. It is spontaneously flammable in air. Trichlorosilane
has an acrid odor, fumes in air and supports combustion. It is a
lachrymator and is moisture sensitive. Octamethyl tetrasilane
is moisture sensitive.
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使用
Source of hyperpure silicon for semiconductors.
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定義
ChEBI: The simplest silane, consisting of a single silicon atom carrying four hydrogens.
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一般的な説明
Silicon tetrahydride is a colorless, flammable and poisonous gas, with a strong repulsive odor. Silicon tetrahydride is easily ignited in air, reacts with oxidizing agents, is very toxic by inhalation, and is a strong irritant to skin, eyes and mucous membranes. Silicon tetrahydride is lighter than air. Under prolonged exposure to fire or heat the containers may rupture violently and rocket. Silicon tetrahydride is used in the production of amorphous silicon.
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空気と水の反応
Highly flammable. Pure state ignites in air, the first seven to eight of the series 6H2n+1 ignite spontaneously in air at room temperature or slightly elevated temperatures [Mellor 1:376 1946-47]. Slowly reacts with water to form silicon hydroxides and hydrogen gas.
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反応プロフィール
Slowly reacts with water to form silicon hydroxides and hydrogen gas [Hydrides of the Elements of Main Groups I - IV 1971 p.513]. Silicon tetrahydride burns in contact with bromine, chlorine or covalent chlorides (carbonyl chloride, antimony pentachloride, tin(IV) chloride). Even traces of the free halogens may cause violent explosions, when handling Silicon tetrahydride, extreme caution should be taken, [Mellor, 1940, Vol. 6, 220]. Mixtures of Silicon tetrahydride and nitrogen oxides, nitrous oxide, detonate very easily, [Chem. Abs., 1990, 112, 121711].
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危険性
Dangerous fire risk, ignites spontaneously
in air. Strong irritant to tissue, skin and upper res-
piratory tract.
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健康ハザード
Vapors may cause dizziness or asphyxiation without warning. Some may be toxic if inhaled at high concentrations. Contact with gas or liquefied gas may cause burns, severe injury and/or frostbite. Fire may produce irritating and/or toxic gases.
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火災危険
EXTREMELY FLAMMABLE. Will be easily ignited by heat, sparks or flames. Will form explosive mixtures with air. Silicon tetrahydride will ignite spontaneously in air. Vapors from liquefied gas are initially heavier than air and spread along ground. Vapors may travel to source of ignition and flash back. Cylinders exposed to fire may vent and release flammable gas through pressure relief devices. Containers may explode when heated. Ruptured cylinders may rocket.
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使用用途
シランは、半導体シリコンの原料であり、工業用材料として重要なものです。420 ℃以上でシランがケイ素 (Si) と水素 (H) へ分解するため、シリコンの化学蒸着に使うことができます。
また、ジメチルクロロシラン ((CH3)2SiHCl) は、シリル化剤やシランカップリング剤などの原料となります。これらは、有機質材料と無機質材料とを結びつける重要な役割を果たしており、医薬品合成や合成樹脂、接着剤、ガラス繊維など、様々な用途で利用されています。
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使用用途
モノシラン (SiH4) は、高い反応性を持つ無機化合物であり、さまざまな用途で利用されています。特に半導体産業での利用が代表的です。
具体的には、CVDでシリコン膜を形成する用途で用いられます。CVDとは、大気圧中に特殊ガスを噴射して被膜を形成するコーティング技術です。噴射したガスにエネルギーを加える方法や、複数種類のガスを相互作用させる方法などがあります。モノシランを使ったCVDでは、噴射したモノシランに電気エネルギーを与える被膜形成などが行われています。
この技術はシリコンウェハーの製造や、金属酸化物半導体 (MOS) デバイスのゲート酸化膜の成長などの工程で利用されます。この用途に加えて、モノシランは研究や開発の分野でも使用されており、新しい応用が開拓されています。
ただし、モノシランは大気に触れただけで自然発火をするため、取り扱いには注意が必要です。
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取り扱い??保管
シランは、極めて可燃性・引火性の高いガスで、空気に触れると自然発火することがあります。また、加熱や燃焼によって分解し、シリコン、水素を生じ、火災や爆発の危険をもたらします。そのため、熱や火花のような着火源、酸化剤や酸素、爆発物、ハロゲン、圧縮空気、酸・塩基などから話して保管することが大切です。
容器は密閉し、直射日光や火気を避け、40℃以下の温度で換気の良い場所で施錠して保管します。また、皮膚刺激、強い眼刺激、呼吸器への刺激のおそれがあるため、取り扱いの際は適切な保護手袋、保護眼鏡、保護面を着用し、換気の良い区域でのみ使用する必要があります。
参考文献
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接触アレルゲン
Various silane derivatives are used as bonding agents between glass and the resin used as a coating agent of glass filaments. Organosilanes have been implicated as sensitizers in workers at a glass filament manufactory.
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材料の用途
Piping and equipment for silane service may be
of steel or stainless steel construction. Piping
and equipment must be designed to withstand
the pressures involved. Extreme care must be
taken to avoid the contact ofsilane with materials containing heavy-metal halides or free halogens. Silane will react violently or explosively
with these compounds.
Silane systems should be purged of air to prevent silane ignition and contamination with silicon dioxide.
All systems to handle silane should be designed with the following factors in mind:
? Prevention of leakage, both in and out, under vacuum and pressure
? Minimum necessary internal volume
? Elimination of dead spaces
? Isolation ofsystem components in case of
a leak, rupture, or other failure
? Ability to easily evacuate and purge the
system and components with inert gas
? That silane should never be purged
through a vacuum pump
? The use offittings preferably ofthe
welded face seal gasketed type to minimize the likelihood ofleaks
? Use of diaphragm packless valves with resilient seats such as Kel-F
? The removal of backplates from gauges
and rotometers where gases may collect
upon leakage to allow pressure venting away from personnel if an explosion takes
place
? The use ofmetal diaphragm regulators to minimize air diffusion leakage
Consideration ofthe use offlow restrictions in cylinder valves.
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安全性プロファイル
Mildly toxic by inhalation. Silanes are irritating to skin, eyes, and mucous membranes. Easily ipted in air. Explosive reaction or ignition on contact with halogens or covalent halides (e.g., bromine, chlorine, carbonyl chloride, antimony pentachloride, tin(Iv> chloride). Ignites in oxygen. Can react with oxidizers. It may self-explode. When heated to decomposition it burns or explodes.
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職業ばく露
Silane is used as a doping agent for solid-state devices; as a source of silicon for semiconductors; and in the production of amorphous silicon.
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製造方法
金属ケイ素 (Si) と (HCl) との反応で主に生成する (SiHCl3) を、触媒を用いた不均化反応によって、ジクロロシラン (SiH2Cl2) 、テトラクロロシラン (SiCl4) 、モノクロロシラン (SiH3Cl) 、シランの混合物を得ます。その後、蒸留によって精製分離することでシランが製造されます。
その他シランの工業的製造法としては、クロロシランやテトラエトキシシラン ((CH3CH2O)4Si) を還元する方法、ケイ化マグネシウム (Mg2Si) とアンモニウム塩とを反応させる方法、トリアルコキシシラン (RO3SiH) を不均化する方法などが知られています。
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製造方法
モノシランにはいくつかの製造方法が存在しますが、工業的に最も一般的な製造方法は粉砕したシリコンを用いる方法です。
この方法では、表面積を増やし反応速度を上げるためシリコンを粉末状にし、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属と混ぜ合わせます。その後、混合物に塩酸ガスを通して反応させることで、モノシランが生成されます。
Si + 4HCl + 4Na → SiH4 + 4NaCl
生成されたモノシランは、ガスとして分離・精製されます。その他、シリコンと水素を高温・高圧の条件下で直接反応させることで、モノシランを生成する方法もあります。ただし、この方法は生成効率が低く、エネルギー消費が大きいため、現在ではあまり用いられていません。
参考文献
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環境運命予測
Silane is a colorless transparent gas, heavier than air. It is
odorless when greatly diluted, but extremely noxious when
concentrated, with a sharp, repulsive smell, somewhat similar
to that of acetic acid. Its silicon–hydrogen bond is much
weaker, and accordingly more reactive, than a carbon–
hydrogen single bond. It is not only inflammable in air at
concentrations between 1% and 96% v/v, producing particulate
silicon oxides and hydrogen gas, but is pyrophoric. Above
420°C silane decomposes, releasing hydrogen and depositing
high-purity silicon, which leads to some of its principal
applications. It also reacts avidly with oxidants; for example,
contact with even trace amounts of free halogens may cause
violent explosions. It is insoluble in water, and does not react
with water under normal conditions, but in the presence of
even minute traces of hydroxyl ion reacts to evolve hydrogen
gas and form corrosive silicic acid or hydrated silicon dioxide.
The reaction with water is further accelerated by organic or
inorganic bases. Silane is fully biodegradable, and will not
bioaccumulate.
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輸送方法
UN2203 Silane, Hazard Class: 2.1; Labels: 2.1-Flammable gas. Cylinders must be transported in a secure upright position, in a well-ventilated truck. Protect cylinder and labels from physical damage. The owner of the compressed gas cylinder is the only entity allowed by federal law (49CFR) to transport and refill them. It is a violation of transportation regulations to refill compressed gas cylinders without the express written permission of the owner.
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不和合性
An extremely flammable gas. Forms explosive mixture with air; may spontaneously ignite in air. A strong reducing agent. Reacts slowly with water forming silicon hydroxides and flammable hydrogen gas. Reacts with oxidizing agents; halogens , potassium hydroxide solution. Explodes in oxygen. Decomposes on heating or on burning producing silicon and hydrogen.
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廃棄物の処理
Return refillable compressed gas cylinders to supplier. Dispose by controlled burning or seal cylinders and return to suppliers.
