电子特气之元素化学-砷化合物——（AsH3）砷烷篇
发布时间：
2025-07-03
一.基本性质
物理性质：常温常压下为无色气体，有大蒜气味，密度比空气大，熔点 - 116℃，沸点 - 62℃，微溶于水和有机溶剂，液体密度在 20℃时为 1339kg/m³，40.6℃时为 1259kg/m³.
化学性质：化学性质不稳定，是强还原剂，介于 PH₃及 SbH₃之间。加热至 300℃时分解，在空气中加热时易燃烧生成砷的氧化物和水，在有限供氧时，生成单质砷和水。易与高锰酸钾、溴和次氯酸钠等溶剂起反应，生成砷的化合物，与氯、溴等卤族单质反应分别生成 AsCl₃、AsBr₃等，还可将硝酸银水溶液还原而析出银.
二.制备方法
金属砷化物与酸反应：一般由砷与锌合成 Zn₃As₂，然后再与 H₂SO₄反应生成 ZnSO₄和 AsH₃，再经几步纯化、液化而得. 将砷化锌粉末与稀硫酸反应，生成粗品砷烷。然后通过冷凝器将气体中的液滴分离，再通过吸附阱除杂，接着置于第一液氮冷阱中，使砷烷凝固。之后将砷烷进行加热蒸发，通入化学吸附柱除杂，再通入分子筛吸附柱除杂。最后将砷烷气体置于第二液氮冷阱中，使砷烷凝固，得到高纯度的砷烷产品 。
砷化铝水解：通过砷化铝与水发生水解反应来制取砷烷.
电解法：利用电解装置，使电解液中的相关物质发生电解反应从而产生砷烷，例如以砷化钾或砷化钠与水蒸气反应，并在反应过程中进行超声处理来促进反应完全，可制备砷烷.
三.用途
1.半导体工业：用于外延硅的 N 型掺杂、硅中 N 型扩散、离子注入、生长砷化镓（GaAs）、磷砷化镓（GaAsP）以及与某些元素形成化合物半导体，在大规模集成电路制造中有着重要应用.
外延生长：在生长砷化镓（GaAs）、磷砷化镓（GaAsP）等化合物半导体外延层时，砷烷作为重要的砷源，可精确控制外延层中的砷元素含量，从而获得高质量的外延材料，这些材料是制造光电器件、高频器件等的基础12.
例如，在制造半导体激光器时，需要高质量的 GaAs 外延层来实现高效的光发射，砷烷的使用有助于提高外延层的晶体质量和性能，进而提升激光器的效率和可靠性。
掺杂工艺：是外延硅的 N 型掺杂的重要气体，通过扩散或离子注入等工艺，将砷烷引入硅中，可精确控制硅中的杂质浓度和分布，形成 N 型半导体区域，以满足不同半导体器件对电学性能的要求，如制造集成电路中的晶体管等.
比如在制造 n 沟道金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（n-MOSFET）时，使用砷烷进行掺杂可有效调节源极、漏极和沟道区的电学性能，提高器件的开关速度和电流承载能力。
离子注入：与其他气体混合后，可作为离子注入的气源，将砷离子注入到半导体材料中，实现对材料电学性能的精确调控，这种方法能够在较浅的深度内形成特定的杂质分布，适用于制造超大规模集成电路等对器件尺寸和性能要求极高的领域.
化合物半导体器件制造：参与多种化合物半导体器件的制造过程，如用于制造高电子迁移率晶体管（HEMT）、异质结双极晶体管（HBT）等，这些器件在通信、雷达、卫星等领域有着广泛的应用，砷烷的使用有助于提高器件的性能和稳定性，满足高性能电子系统的需求.
磷化镓薄膜生产：在磷化镓薄膜的生产中，砷烷可作为掺杂剂或反应气体，改善薄膜的电学和光学性能，使其适用于制造发光二极管（LED）、激光二极管等光电器件，提高器件的发光效率和波长稳定性。
2.有机合成：可用于合成各种有机砷化合物.
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