Método de enriquecimiento de isótopos que comprende la etapa de realizar el intercambio de isótopos entre una disolución acuosa que contiene por lo menos dos componentes representándose de cada uno por la fórmula:

H2O-H2SiF6·nSiF4 (en la que n 0) y un gas que contiene SiF4 para enriquecer un isótopo estable de Si.

Método de enriquecimiento de isótopos.

5 CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un método de enriquecimiento de isótopos de silicio utilizado en el campo los semiconductores, el campo de la óptica, o similares.

TÉCNICA ANTERIOR

El silicio natural comprende tres tipos de isótopos estables (a los que de ahora en adelante, se hará referencia como28Si, 29Si y 30Si, respectivamente) cuyos números másicos son 28, 29 y 30. Los isótopos estables 28Si, 29Si y 30Si existen en una proporción del 92, 23%, el 4, 67% y el 3, 10% (% de átomos) , respectivamente.

Se ha descrito un cristal simple preparado mediante un isótopo simple de silicio muy enriquecido que presenta una conductividad térmica mejorada en comparación con uno que presente una proporción natural. Por lo tanto, se espera lógicamente que el cristal simple contribuya como material a una mayor velocidad, la miniaturización, un menor consumo energético y una mejora de la estabilidad de la integración a gran escala (LSI) . El silicio preparado eliminando completamente el 29Si que presenta un espín nuclear es el material más probable que se constituya un ordenador cuántico propuesto para permitir cálculos de velocidad ultrarrápida.

Es necesario proporcionar una técnica para la fabricación a gran escala y a bajo coste de silicio con los isótopos separados para fomentar la investigación y desarrollo en este campo, desarrollando una nueva aplicación y aumentando las ventas de dispositivos o similares que utilicen silicio concentrado en isótopos.

Los ejemplos de técnicas convencionales para el método de enriquecimiento de isótopos de silicio comprenden un método de destilación, un método de separación centrífuga, un método de descomposición por láser, un método de reacción de intercambio de isótopos, y similares. Sin embargo, debido a que el método de destilación proporciona un factor de separación muy pequeño y se necesita una torre muy larga para la separación, resulta difícil aplicar el método de destilación como proceso comercial. El método de separación centrífuga requiere separadores centrífugos de gran tamaño y, por lo tanto, con un coste elevado. El método de descomposición por láser proporciona un bajo rendimiento y, por lo tanto, no es apto para la producción a gran escala.

En la patente US nº 6.146.601 se da a conocer como método de reacción de intercambio de isótopos, por ejemplo, un método que utiliza un complejo de silicio halogenado o sustancia similar y un alcohol alquílico C1 y C4 o sustancia similar (documento de patente 1) . Puesto que se conoce de un modo general que el tetrafluoruro de silicio, que es un tipo de silicio halogenado, reacciona con agua para hidrolizarse (véase la fórmula química siguiente) , el método evita la hidrólisis utilizando un disolvente orgánico establecido como compuesto dador.

Fórmula química 1 3SiF4 + 2H2O 2H2SiF6 + SiO2

Sin embargo, se conoce que el tetrafluoruro de silicio reacciona con alcoholes mediante el mismo mecanismo que el agua en determinadas condiciones de proceso para descomponerse y generar ortosilicato alquilo y fluosilicato 45 alcoxi. Por lo tanto, el método de intercambio químico no puede realizar una separación de isótopos estables. Además, el uso de un disolvente orgánico tal como un alcohol alquílico C1-C4 requiere unas instalaciones con protección antideflagrante los que provoca el aumento de los costes de fabricación.

Documento de patente 1: US nº 6.146.601 50 DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

PROBLEMAS A RESOLVER MEDIANTE LA INVENCIÓN

55 La presente invención se ha realizado teniendo en cuenta los problemas mencionados anteriormente y constituye un objetivo de la presente invención proporcionar un método de concentración de isótopos que pueda adoptar un sistema más cómodo y estable en un método de reacción de intercambio de isótopos para realizar a gran escala la concentración de isótopos de silicio a un bajo coste.

60 MEDIOS PARA RESOLVER LOS PROBLEMAS Los presentes inventores han realizado estudios con respecto al método de enriquecimiento de isótopos de silicio a fin de resolver los problemas del método convencional. Como resultado de ello, los presentes inventores han descubierto que los problemas se pueden resolver adoptando la siguiente constitución y han realizado la presente invención.

Es decir, a fin de alcanzar el objetivo descrito anteriormente, la presente invención proporciona un método de enriquecimiento de isótopos que comprende la etapa de realizar el intercambio isotópico entre una disolución acuosa que contiene por lo menos dos componentes, representándose cada uno de los mismos mediante la fórmula: H2O

H2SiF6·nSiF4 (en la que n º 0) y un gas que contiene SiF4 para concentrar un isótopo estable de Si.

El método utiliza como principio básico una reacción de intercambio de isótopos en un sistema de disolución acuosa. Cuando un elemento X y un elemento X*, que presentan una masa distinta y las mismas propiedades químicas que el elemento X se cambian de un modo general a dos tipos de compuestos AX y BX*, y ambos compuestos se ponen en contacto entre sí, se produce la reacción de intercambio de isótopos entre los compuestos (AX + BX* AX* + BX) . La diferencia de energías de enlace resultante de la diferencia de masa de los elementos provoca una ligera diferencia en la velocidad de reacción o constante de equilibrio. Se hace referencia a un método de separación que combine dicha diferencia en una pluralidad de etapas como método de reacción de intercambio de isótopos.

La presente invención utiliza una disolución acuosa que contiene ácido fluorhídrico como dador en el método de reacción de intercambio de isótopos que emplea tetrafluoruro de silicio y se considera que se basa en la siguiente reacción de equilibrio. Como resultado de la reacción de intercambio de isótopos, un isótopo ligero de Si se enriquece en el lado de la disolución acuosa y un isótopo pesado de Si se enriquece en el lado del gas. En particular, por ejemplo, el silicio que presenta una proporción natural se puede separar en una disolución acuosa ácida fluorosilícica que contiene que contiene 28Si y el tetrafluoruro de silicio muy enriquecida con 29Si y 30Si. Alternativamente, se puede separar el tetrafluoruro de silicio enriquecido con 29Si y 30Si en una disolución acuosa ácida fluorosilícica enriquecida con 29Si a una concentración superior y el tetrafluoruro de silicio enriquecido con 30Si a una concentración superior.

Fórmula química 2 (1 + n) xSiF4 + H2ySiF6·nySiF4ac. (1 + n) ySiF4 + H2xSiF6·nxSiF4ac.

en la que n º 0; x e y representan el número másico del isótopo; y se satisface la relación x < y.

En el método descrito anteriormente, se prefiere disolver el SiF4 en un estado saturado en la disolución acuosa.

La utilización de la disolución acuosa en la que SiF4 está saturado y que contiene por lo menos dos de los componentes puede mantener constantemente una composición gas - líquido en la reacción de intercambio de isótopos. Ello permite el proceso de concentración de isótopos estables.

En el método descrito anteriormente, se prefiere que la disolución acuosa presente una composición azeotrópica.

Puesto que la composición gas-líquido es la misma en la composición azeotrópica, la composición se puede mantener constantemente en la reacción de intercambio de isótopos para permitir el proceso de enriquecimiento de los isótopos estables.

45 EFECTO DE LA INVENCIÓN

La presente invención presenta los efectos que se describirán a continuación por los medios descritos anteriormente.

50 Es decir, la presente invención proporciona un nuevo método de enriquecimiento de isótopos que permite enriquecer y separar los isótopos de silicio mediante la reacción de intercambio de isótopos entre la disolución acuosa que contiene por lo menos dos componentes, representándose cada uno mediante la fórmula: H2O-H2SiF6·nSiF4 (en la que n º 0) y el gas que contiene SiF4. El método permite realizar el enriquecimiento de isótopos de silicio a gran 55 escala y con un bajo costo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es un diagrama de flujo que representa un ejemplo de dispositivo de separación / enriquecimiento de 60 isótopos de silicio según una forma de realización de la... [Seguir leyendo]

1. Método de enriquecimiento de isótopos que comprende la etapa de realizar el intercambio de isótopos entre una disolución acuosa que contiene por lo menos dos componentes representándose de cada uno por la fórmula: 5 H2O-H2SiF6·nSiF4 (en la que n 0) y un gas que contiene SiF4 para enriquecer un isótopo estable de Si.

2. Método de enriquecimiento de isótopos según la reivindicación 1, en el que el SiF4 se disuelve en un estado de saturación en la disolución acuosa.

3. Método de enriquecimiento de isótopos según la reivindicación 1, en el que la disolución acuosa presenta una composición azeotrópica.

DE LA SUSTANCIA