Дисилицид титана

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}} Дисилицид титана — химическое соединение металла титана и кремния с формулой TiSi₂. Содержание кремния в дисилициде титана составляет 53,98 % по массе.

Получение

Дисилицид титана можно получить одним из следующих способов.

• 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:

$𝖳𝗂{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖲𝗂\mathsf{=}𝖳𝗂𝖲{𝗂}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖲𝗂𝖮$

При замене чистого кремния на его оксид для восстановления могут быть использованы графит и карбид кремния. При этом реакция имеет следующий вид:

$𝖳𝗂{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖲𝗂{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖢\mathsf{=}𝖳𝗂𝖲{𝗂}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖢𝖮$

• 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 окончании 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.

Физические свойства

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. 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.

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.

• Удельное электрическое сопротивление низкотемпературной и высокотемпературной фаз составляет 60—70 мкОм•см и 12—20 мкОм•см, соответственно
• Коэффициент линейного теплового расширения 12,5•10⁻⁶ 1/K при 200—1200 °C
• Микротвёрдость 8,75 ГПа
• Модуль упругости 259 ГПа

Химические свойства

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 .

Реагирует с ортофосфорной кислотой по реакции:

$\mathrm{𝟤}𝖳𝗂𝖲{𝗂}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖯{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{=}\mathrm{𝟤}𝖳𝗂{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{(}𝖯{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖲𝗂𝖮\mathsf{(}𝖯{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟣}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

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

Применение

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.