Исследование термодинамических условий для пиролиза моносилана в циклическом реакторе сжатия

Abstract

В работе представлены результаты исследования структуры наночастиц кремния, полученных пиролизом моносилана в условиях адиабатического сжатия в циклическом химическом реакторе в атмосфере аргона. Для создания термодинамических условий, необходимых для пиролиза моносилана, применяется циклический реактор сжатия. Реактор представляет собой тепловую машину, позволяющую получать высокие давления и температуру в сжимаемых газах. Показано, что для содержания моносилана в буферном газе не более 20% полный пиролиз происходит в диапазоне пиковых давлений выше 2,5 МПа. Разложение моносилана на кремний и водород сопровождается синтезом кремниевых наночастиц. Просвечивающая электронная микроскопия показала, что наночастицы имеют в основном сферическую форму с размерами от 10 до 150 нм. Максимум размеров частиц приходится на 50-60 нм. Размеры частиц подчиняются логнормальному распределению, что свидетельствует в пользу механизма роста за счет слияния частиц более мелких размеров. Для исследования структурных особенностей частиц использовался метод рентгенофазового анализа. Область когерентного рассеяния частиц составила 4-20 нм.

In this work the pyrolysis of monosilane under adiabatic compression conditions in an argon atmosphere is investigated. Cyclic compression reactor is used to create thermodynamic conditions required for monosilane pyrolysis. It is shown that for the monosilane content in the buffer gas not exceeding 20% the complete pyrolysis occurs in the peak pressure range above 2.5 MPa. The monosilane decomposition into silicon and hydrogen is accompanied by the synthesis of silicon nanoparticles sized 10-150 nm. The maximum size of the particles occurs at 50-60 nm. The particle sizes follow the lognormal distribution which points in favour of the growth mechanism due to the fusion of smaller particles.