JPH11209103A - モノゲルマンの精製方法 - Google Patents

モノゲルマンの精製方法

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JPH11209103A
JPH11209103A JP1434398A JP1434398A JPH11209103A JP H11209103 A JPH11209103 A JP H11209103A JP 1434398 A JP1434398 A JP 1434398A JP 1434398 A JP1434398 A JP 1434398A JP H11209103 A JPH11209103 A JP H11209103A
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JP
Japan
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monogermane
vessel
low
container
solidified
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JP1434398A
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English (en)
Inventor
Shinji Miyata
慎治 宮田
Takeshi Yasutake
剛 安武
Isao Harada
功 原田
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Mitsui Chemicals Inc
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Mitsui Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低沸点成分の不純物を効率よく分離
し、かつ安全に高純度モノゲルマンを得る。 【解決手段】 低沸点成分を主たる不純物として含有
するモノゲルマンを容器内で冷却し、固化した状態で、
該容器内を真空排気する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はモノゲルマンの精製
方法に関する。より詳しくは、モノゲルマン中に含まれ
る水素(H)、窒素(N)、一酸化炭素(CO)、
などの低沸点成分を除去し、電子材料、太陽電池素子等
の材料として使用されうる高純度のモノゲルマンを安全
かつ効率よく製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】モノゲルマンは主としてアモルファスシ
リコンゲルマニウム薄膜の原料として使用されている。
これはアモルファスシリコン薄膜より長波長側の光の吸
収効率が高いという特性があるため、今後長波長光の変
換効率の高い太陽電池や長波長光感度の高い感光ドラム
の開発が進むにつれ、モノゲルマンの需要も著しく伸び
てくるものと期待されている。このため、アモルファス
シリコンゲルマニウム薄膜の原料として使用できるよう
な高純度モノゲルマンが要求されている。ゲルマンの製
造は、古くは1900年代の初頭にその報告があるが、
本格的に研究が始まったのは1920年代以降である。
【0003】これまでのゲルマン生成反応の型式は大き
く次の3つに分類される。 1)マグネシウムゲルマナイド(=MgGe)と酸も
しくはハロゲン化アンモニウムの反応 例えば、Krans、Carney, J.Am.Chem.Soc.; vol.56, P765
(1934) 2)四塩化ゲルマニウム(=GeCl)と水素化剤と
の反応 例えば、Finholt、Bond, J.Am.Chem.Soc.; vol.69, P269
2 (1947) 3)二酸化ゲルマニウム(=GeO)と水素化剤との
反応 例えば、Piper、Wilson, J.Inorg.Nucl.Chem.; vol.4, P
22 (1957)
【0004】上記何れの方法を採用しても製造されたモ
ノゲルマンを主成分として含むガスを製造することがで
きる。しかしながら、本発明者らが得られた粗ゲルマン
ガス中の不純物について種々検討を行ったところ、反応
原料や条件によってその種類や量は多少ことなるが、殆
どの場合二酸化炭素(CO)、や一酸化炭素(C
O)、水素(H)、メタンエタン等の炭化水素類、S
やHS含有硫黄化合物、HCl等が含まれている
ことがわかった。また当然のことながら、Heや、N
を、キャリアガスとした場合には、これを不純物として
含有することになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で、モノゲルマン中の不純物の除去、精製に関する報告
は、全くなされていない。このため本発明者らが鋭意検
討行ったところ、上記モノゲルマン中の不純物のうち、
二酸化炭素、炭化水素類、含有硫黄化合物等は固体酸と
接触することにより、効率的に吸着除去できることを見
出し、この方法を特願平9−335855号公報に開示
した。しかしながらHやHe、N等の低沸点成分は
一般に吸着では十分に分離除去を行うことができない。
このため目的の分離を行うためには深冷蒸留操作が必要
となるが、モノゲルマンは発火性であり、かつ自己分解
性があり、取り扱いが極めて難しい物質であるため蒸留
のような緊雑な操作はできるかぎり避けたい。本発明の
目的は前述低沸点成分の不純物を効率よく分離し、かつ
安全に高純度モノゲルマンを得る方法を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らが、粗ゲルマ
ンガス中の上記低沸点成分の除去方法について鋭意検討
を行ったところ、モノゲルマンを容器内で冷却固化した
後該容器を真空排気すれば極めて効率よく上記不純物が
除去できる事を見出し、本発明を完成するに至ったもの
である。
【0007】即ち、本発明は低沸点成分を主たる不純物
として含有するモノゲルマンを容器内で冷却し、固化し
た状態で、該容器内を真空排気すること、または低沸点
成分を主たる不純物として含有するモノゲルマンを容器
内で冷却し、固化した状態で、該容器内を真空排気した
後モノゲルマンを容器内で気化せしめ、再度冷却し、固
化した状態で容器内を真空排気することを特徴とするモ
ノゲルマンの精製方法に関する。 〔発明の詳細な説明〕
【0008】以下、本発明を詳細に説明する。一般に反
応で生成するモノゲルマン中には前述のごとく、高次ゲ
ルマンであるジゲルマン(Ge)、トリゲルマン
(Ge)、また、炭化水素類(THC)、二酸化
炭素(CO)などの不純物が混入するが、本発明の方
法ではこれらの高沸点成分を直接対象としておらず、低
沸点成分を対象とする発明である。本発明にいう低沸点
成分とは、モノゲルマンに対する相対揮発度の高い成分
であり、厳密にはモノゲルマンの融点である−165℃
以下に常圧の沸点を有する成分と定義する。具体的に
は、N、He、H、O、CO等が挙げられる。低
沸点成分を主たる不純物し含有するモノゲルマンの製法
には特に限定はなく、前述に挙げた例のごとき反応を好
適に採用できる。しかしながら、反応を行うに際しては
取り扱いの容易で安価な物質を使用することが好ましい
ことは言うまでもなく、大気中でHClミストを生成す
るような四塩化ゲルマニウムや高価な金属ゲルマニウム
を使用するよりも、二酸化ゲルマニウムと水素化剤とを
反応させる方法がより好ましい。
【0009】このようにして生成したガス中には先に述
べたように、不純物として低沸成分以外に高次ゲルマン
や炭化水素、CO等を含むが、事前に後者の成分を吸
着等の方法で除去してもよいしそのまま本発明を遂行し
てもよい。次に本発明の本質を述べる。モノゲルマンの
凝固点は常圧下で−165℃であり、この温度で固化す
る。本発明ではモノゲルマンが固化した状態で雰囲気を
真空排気する。この操作により、この温度で蒸気圧を有
する低沸点成分を除去することができる。
【0010】モノゲルマンの冷却固化のために使用する
冷媒としては特に限定するものではないがコスト的には
液体窒素を使用するのが最も有利である。また排気用の
ポンプも特に限定しないが、モノゲルマンの物性を考え
るとオイルの混入を避けるべきであり真空排気はダイヤ
フラム式の真空ポンプが好ましい。
【0011】また、真空排気時間は、容器の容量、処理
すべきモノゲルマンの充填量、低沸点成分の含有量、真
空ポンプの排気能力などによって異なるので一概に断定
出来ないが、概ね3〜30分、好ましくは5〜20分程
度の間で実施する。その際の容器内圧力は好ましくは1
0Torr以下、より好ましくは5Torr以下、最も
好ましくは2Torr以下になるまで排気を行う。この
理由は10Torrを超えると低沸成分を除去すること
はできるが高純度のモノゲルマンを得ることはできな
い。また、真空排気を終えたモノゲルマンを一旦ガス化
せしめ再度固化して真空排気すると更に低沸成分が効率
的に除去されることを本発明者らは実験的に確認した。
おそらく最初にモノゲルマンが固化する際に低沸成分を
とりこんで固化しているため一旦ガス化する効果があら
われるものと推定している。
【0012】かくして真空排気が終了すると、容器は密
閉したまま冷媒浴より取り出し、常温に戻して充填され
ているモノゲルマンを気化する。以上一連の操作で
、N 、COなどの低沸点成分が除去された高純度
のモノゲルマンを得る事が出来るのである。尚、この様
にして得られた高純度モノゲルマンを、所望により、再
度本発明を繰り返す事によって、上記低沸点成分が更に
除去され、極めて高純度とすることも可能である。
【0013】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。なお二酸化ゲルマニウム、ナトリウムボロハイドラ
イド、水酸化カリウム、硫酸はすべて関東化学社製の試
薬を、水はイオン交換水を使用した。以下、%は重量基
準を表す。 実施例1 容量1Lのガラス製三角フラスコに2.8%の水酸化カ
リウム水溶液566gを調製し、これに二酸化ゲルマニ
ウム粉末7.9gとナトリウムボロハイドライド粉末1
6.5gを添加、攪拌、溶解して反応原料水溶液を調製
した。また、他の1Lガラス製三角フラスコに27%の
硫酸水溶液(約3mol/l)を調製した。容量1Lで密
閉のできる蓋付のテフロン製反応器に27%の硫酸水溶
液150gを仕込んで蓋を閉め、反応原料水溶液供給ラ
イン、温度計、キャリヤ窒素、発生ガス出口ラインを接
続した。反応器はスターラーで攪拌ができるようにし、
また容器ごと温浴に浸して、反応温度を25〜35℃に
調節するようにした。
【0014】また別途、図1に示すモノゲルマンの精製
装置を以下のように前準備した。先ず固化精製用ボンベ
1(容量150ml、材質SUS−316製)を約10
0℃に加熱した状態で内圧が1Torr以下に達する迄真空
ポンプ3にて排気した。しかる後、加熱を止め、室温ま
で冷却し、固化精製用ボンベ1を冷媒槽2(冷媒は液体
窒素を使用)中に浸漬して内温が−190℃以下になる
まで冷却した。次に、真空ポンプをストップし、Heガ
スを常圧まで導入した。
【0015】以上のように前準備したゲルマン発生装置
と、精製装置を用い、ゲルマン発生装置より発生した粗
ゲルマンガスを、シリカゲル及びモレキュラシーブと接
触させて高沸点を除去した後、導入配管(配管13)よ
り固化精製用ボンベ1に通気する為、4時間通気しモノ
ゲルマンを固化した。尚、冷却固化精製中のボンベ内温
度は、−190〜−195℃で行い、固化精製ボンベ1
の後に、冷却固化ロス分のモノゲルマンを確認する為、
ガスクロマトグラフィーで分析を行えるようにした。4
時間後、モノゲルマンの発生をストップし、容器内にモ
ノゲルマンを固化した状態で、真空ポンプ3を起動し、
容器内気相部に残っている低沸点成分を除去した。上記
操作温度は−190〜−197℃、真空排気時間は10
分とした。真空排気終了後、容器を密閉した状態で、冷
媒槽2より容器を取り出し、常温になるまで放置してモ
ノゲルマンを気化した。気化したモノゲルマン中の低沸
点成分をガスクロマトグラフィーにて成分分析した値を
表1に示した。
【0016】
【表1】
【0017】
【発明の効果】本発明は、モノゲルマンガス中に含有す
る不純物のうち、二酸化炭素(CO)、炭化水素(T
HC)を、モレキュラシーブなどの吸着剤を使用する精
製方法で除去した後、水素(H)、窒素(N)、一
酸化炭素(CO)等を主たる不純物成分として含有する
モノゲルマンを、容器内で温度−197℃以下で冷却固
化した後、容器内を、1Torr以下まで真空排気する
という、極めて簡単な精製方法である。本発明の方法を
採用すれば、安全に、かつ高純度のモノゲルマンが得る
ことができる。以上を総合して考えると、本発明の効果
は大きいと考える。
【0018】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のモノゲルマンを精製する概略図
【符号の説明】
1 固化精製用ボンベ 2 冷媒槽 3 真空ポンプ 4 ガスクロマトグラフィー 5 圧力計 6 温度計 7 モノゲルマン導入配管 8 He導入配管
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年2月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】このようにして生成したガス中には先に述
べたように、不純物として低沸成分以外に高次ゲルマン
や炭化水素、CO等を含むが、事前に後者の成分を吸
着等の方法で除去してもよいしそのまま本発明を遂行し
てもよい。次に本発明の本質を述べる。モノゲルマンの
融点は常圧下で−165℃であり、この温度で固化す
る。本発明ではモノゲルマンが固化した状態で雰囲気を
真空排気する。この操作により、この温度で蒸気圧を有
する低沸点成分を除去することができる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】また別途、図1に示すモノゲルマンの精製
装置を以下のように前準備した。先ず固化精製用ボンベ
1(容量150ml、材質SUS−316製)を約10
0℃に加熱した状態で内圧が1Torr以下に達する迄
真空ポンプ3にて排気した。しかる後、加熱を止め、室
温まで冷却し、固化精製用ボンベ1を冷媒槽2(冷媒は
液体窒素を使用)中に浸漬して内温が−190℃以下に
なるまで冷却した。次に、真空ポンプをストップし、
HeガスをHe導入配管8より常圧まで導入した。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】以上のように前準備したゲルマン発生装置
と、精製装置を用い、ゲルマン発生装置より発生した粗
ゲルマンガスを、シリカゲル及びモレキュラシーブと接
触させて高沸点を除去した後、モノゲルマン導入配管
より固化精製用ボンベ1に通気する為、4時間通気し
モノゲルマンを固化した。尚、冷却固化精製中のボンベ
内温度は、−190〜−195℃で行い、固化精製ボン
ベ1の後に、冷却固化ロス分のモノゲルマンを確認する
為、ガスクロマトグラフィーで分析を行えるようにし
た。4時間後、モノゲルマンの発生をストップし、容器
内にモノゲルマンを固化した状態で、真空ポンプ3を起
動し、容器内気相部に残っている低沸点成分を除去し
た。上記操作温度は−190〜−197℃、真空排気時
間は10分とした。真空排気終了後、容器を密閉した状
態で、冷媒槽2より容器を取り出し、常温になるまで放
置してモノゲルマンを気化した。気化したモノゲルマン
中の低沸点成分をガスクロマトグラフィーにて成分分析
した値を表1に示した。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低沸点成分を主たる不純物として含有
    するモノゲルマンを容器内で冷却し、固化した状態で、
    該容器内を真空排気することを特徴とするモノゲルマン
    の精製方法。
  2. 【請求項2】 低沸点成分を主たる不純物として含有
    するモノゲルマンを容器内で冷却し、固化した状態で、
    該容器内を真空排気した後モノゲルマンを容器内で気化
    せしめ、再度冷却し、固化した状態で容器内を真空排気
    することを特徴とするモノゲルマンの精製方法。
  3. 【請求項3】 真空排気の際の容器内の圧力が10T
    orr以下である請求項1または2記載のモノゲルマン
    の精製方法。
  4. 【請求項4】 真空排気の際の容器内の圧力が5To
    rr以下である請求項1または2記載のモノゲルマンの
    精製方法。
  5. 【請求項5】 真空排気の際の容器内の圧力が2To
    rr以下である請求項1または2記載のモノゲルマンの
    精製方法。
  6. 【請求項6】 真空排気の際の容器内の圧力が少なく
    とも1回以上、10Torr以下とする請求項1または
    2記載のモノゲルマンの精製方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006034802A1 (en) * 2004-09-29 2006-04-06 Umicore Process for the production of ge by reduction of geci4, with liquid metal

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006034802A1 (en) * 2004-09-29 2006-04-06 Umicore Process for the production of ge by reduction of geci4, with liquid metal
US7682593B2 (en) 2004-09-29 2010-03-23 Umicore Process for the production of Ge by reduction of GeCl4 with liquid metal

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