1445-79-0/三甲基鎵的制備

概述

三甲基鎵（Ga(CH3)3，TMG）是 MOCVD 工藝技術(shù)生產(chǎn)光電材料如氮化鎵等的關(guān)鍵 MO 源原料，為MO 源化合物中應(yīng)用最廣泛的金屬有機化合物。MO 源，即金屬有機化合物，是光電半導(dǎo)體材料行業(yè)等領(lǐng)域的重要金屬來源，是 MOCVD 工藝（即金屬有機化學(xué)氣相沉積工藝）等工藝技術(shù)生產(chǎn)制備合成新型半導(dǎo)體光電化合物材料的基礎(chǔ)源材料。

三甲基鎵的制備

三甲基鎵具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，且在合成制備、分離提純及后續(xù)應(yīng)用中具有極大的危險性。并且，三甲基鎵的揮發(fā)性與很多烷基金屬相近，因此在其合成制備、分離提純過程中也存在很大的不穩(wěn)定性及危險性。目前，國內(nèi)外合成制備的主要技術(shù)有：鎵鎂合金鹵代烷法、甲基鋁和鹵代烷合成法、以及電化學(xué)和配位體合成法等；而后續(xù)分離提純技術(shù)主要有蒸餾提純法、鎵鈉合金提純法、配合物提純法等。

1.1 鎵鎂合金鹵代烷法

該工藝方法也被稱為合金法，并且目前國內(nèi)投入實際工業(yè)化生產(chǎn)的工藝過程主要采用此合成制備方法。該工藝方法的制備合成步驟為：在充滿氬氣等惰性氣的合成釜反應(yīng)器中，一次性地投入高純鎵鎂合金和醚類溶劑如二甲醚、乙醚、四氫呋喃或甲基四氫呋喃等溶劑。在反應(yīng)釜設(shè)備緩慢攪拌的前提條件下逐漸滴入添加鹵代烷原料如溴甲烷或碘甲烷，同時嚴格控制鹵代烷的滴入添加速度及惰性溶劑的回流速度。待鹵代烷原料添加完成并且合成反應(yīng)完成后，將醚類輔助溶劑進行蒸發(fā)回收，進而使用減壓蒸餾等分離方法得到三甲基鎵與醚類溶劑的化學(xué)配合物，最后將所獲得的配合產(chǎn)物解配獲得三甲基鎵的制成品。

1.2甲基鋁和鹵代烷合成法

甲基鋁和鹵代烷合成法是以鹵代烷與三甲基鋁（TMA）在惰性溶劑中完成制備合成反應(yīng)，其中惰性溶劑的沸點至少要比三甲基鎵的沸點高10℃以上。這種制備反應(yīng)必須是在無水無氧的惰性環(huán)境條件下進行，一般選擇在氬氣等惰性氣體的保護條件下。合成制備反應(yīng)在攪拌反應(yīng)釜中進行，合成溫度一般控制在200～250℃，制備反應(yīng)過程可以在常壓、減壓、加壓等條件下。

該方法的合成制備過程工藝技術(shù)流程簡單，有利于實際的工業(yè)化生產(chǎn)，但是在合成制備過程中需要使用高純金屬鎂原材料。而目前高純鎂金屬的國內(nèi)外生產(chǎn)廠家并不多，價格較為昂貴，從而提升了三甲基鎵的生產(chǎn)制備成本，因而限制了該方法的進一步工業(yè)化實際應(yīng)用。

1.3電化學(xué)和配位體合成法

電化學(xué)和配位體合成法是用鎵金屬電極在溶有二甲鎂的四氫呋喃溶液中通過使用電解的方法，完成電解金屬鎵的過程，從而獲得三甲基鎵與四氫呋喃的配合物。隨后，在微波、加熱等條件下，將所獲得的三甲基鎵與四氫呋喃的配合物進行解配合，從而獲得高純度的三甲基鎵制備成品。

該方法有利于三甲基鎵的產(chǎn)品純度控制，并不需要后續(xù)繁復(fù)的分離提純過程即可得到高純度的三甲基鎵產(chǎn)品。但是，在上游電解過程中需要消耗貴金屬鉑電極。因此，該合成制備方法目前很少在實際工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用。