Дисилицид титана

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Дисилицид титана
Общие
Систематическое
наименование
дисилицид титана
Хим. формула TiSi2
Физические свойства
Состояние твёрдое
Молярная масса 104,08 г/моль
Плотность 4,04 г/см³
Термические свойства
Т. плав. 1540 °C
Мол. теплоёмк. 53,96 Дж/(моль·К)
Теплопроводность 45,9 Вт/(м·K)
Энтальпия образования 135,14 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS 12039-83-7
PubChem
SMILES
InChI
ChemSpider
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Дисилицид титана — химическое соединение металла титана и кремния с формулой TiSi2. Содержание кремния в дисилициде титана составляет 53,98 % по массе[1].

Получение[править | править код]

Дисилицид титана можно получить одним из следующих способов[2].

  • Непосредственным насыщением титана кремнием:
В качестве исходных компонентов используют порошки титана и кремния. В связи с экзотермичностью реакции подъем температуры ведут медленно и с промежуточными выдержками при температуре 700—800 °C. При достижении температуры 1200 °C делают окончательную выдержку в течение 1—2 часов.
  • Восстановлением оксида титана кремнием с последующим силицированием:
Процесс восстановления оксида титана кремнием проводят при температуре 1400 °C и выдержке 1,5—2 часа. Процесс образования дисилицида титана идет по реакции:
При замене чистого кремния на его оксид для восстановления могут быть использованы графит и карбид кремния. При этом реакция имеет следующий вид:
  • Синтезом из растворов в металлических расплавах:
Для процесса образования силицида используют вспомогательную расплавленную металлическую ванну цинка. При этом цинк при температуре процесса 700—900 °C сравнительно хорошо растворяет исходные компоненты, в результате чего в расплаве происходит реакция образования дисилицида титана. По окончанию процесса расплав охлаждают и химическим путём отделяют силицид от цинка. Этим способом могут быть получены монокристаллы TiSi2.
  • Осаждением из газовой фазы:
Суть метода заключается в восстановлении тетрахлоридов титана и кремния, находящихся в газовой фазе, водородом и осаждением их на нагретой поверхности. Процесс ведут в температуре 900−1300 °C.
  • Электролизом расплавленных сред:
Исходными компонентами и средой процесса является 10% раствор диоксида титана в расплавленном гексафторосиликате калия (K2SiF2), электролиз которого позволяет получить мелкодисперсные кристаллы силицида[3].

Физические свойства[править | править код]

Дисилицид титана представляет собой порошок железно−серого цвета. Имеет две полиморфные модификации.

Низкотемпературная метастабильная модификация (C49) имеет ромбическую базоцентрированную решетку, пространственная группа Cmcm, периоды решетки а = 0,362 нм, b = 1,376 нм, c = 0,360 нм[4]. Образование метастабильной модификации имеет место при получении тонких плёнок TiSi2 на подложке из кристалла кремния при температуре 450—600 °C. При нагреве свыше 650 °C низкотемпературная модификация переходит в высокотемпературную[5].

Высокотемпературная модификация (C54) является стабильной и имеет ромбическую гранецентрированную решетку, пространственная группа Fddd, периоды решетки а = 0,8279 нм, b = 0,4819 нм, c = 0,8568 нм.

Химические свойства[править | править код]

Дисилицид титана является химически стойким по отношению к азотной, серной, соляной, щавелевой кислотам. Не растворяется в воде и в разбавленных растворах щелочей. Слабо взаимодействует с царской водкой. Дисилицид титана растворяется в плавиковой кислоте и в её смеси с азотной кислотой, а также в растворах фтористого аммония и в щелочных растворах в присутствии винного и лимонного натра и трилона Б [2].

Реагирует с ортофосфорной кислотой по реакции:

Окисляется кислородом при температуре свыше 700 °C. С хлором и фтором взаимодействует при высоких температурах (900 °C в случае хлора)[1][3].

Применение[править | править код]

Благодаря низкому электросопротивлению и высокой термической стабильности (фаза C54) используется в виде контактов между полупроводниковым устройством и структурой, поддерживающей межсоединения, в производстве сверхбольших интегральных схем[6][7].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплавкие соединения (справочник). — Металлургия, 1976. — С. 560.
  2. 1 2 Самсонов Г. В., Дворина Л. А., Рудь Б. М. Силициды. — Металлургия, 1979. — С. 9-144. — 272 с.
  3. 1 2 Лучинский Г. П. Химия титана. — Химия, 1971. — С. 164-166. — 472 с.
  4. Лучинский Г. П. Химия титана. — Химия, 1971. — С. 183-185. — 472 с.
  5. Yoon S., Jeon H. A study on the change in the phase transition temperature of TiSi2 by adding the Zr element on different Si substrates // J. Korean Phys. Soc. – 1999. – Vol. 34, No. 4. – P. 365-370.
  6. 1 2 Clevenger L. A. et al. Study of C49-TiSi2 and C54-TiSi2 formation on doped polycrystalline silicon using in situ resistance measurements during annealing // J. Appl. Phys. – 1994. – Vol. 76, No. 12. – P. 7874-7881.
  7. Технология «Salicide» (недоступная ссылка)