Tétrachlorure de silicium

Tétrachlorure de silicium
 
Structure du tétrachlorure de silicium.
Identification
Nom UICPA Tétrachlorure de silicium
Synonymes

Tétrachlorosilane
Chlorure de silicium

No CAS 10026-04-7
No ECHA 100.030.037
No CE 233-054-0
PubChem 24816
SMILES
InChI
Apparence liquide incolore, clair et fumant, d'odeur acre[1].
Propriétés chimiques
Formule Cl4Si  [Isomères]SiCl4
Masse molaire[2] 169,898 ± 0,008 g/mol
Cl 83,47 %, Si 16,53 %,
Propriétés physiques
T° fusion −68 °C[1]
T° ébullition 57 °C[1]
Solubilité dans l'eau : réaction[1]

bonne dans les solvants chlorés

Masse volumique 1,48 g·cm-3[1]
Pression de vapeur saturante à 20 °C : 26 kPa[1]
Point critique 35,9 bar, 234,95 °C [3]
Thermochimie
ΔvapH° 28,7 kJ·mol-1 (1 atm, 57,65 °C);

29,7 kJ·mol-1 (1 atm, 25 °C)[4]

Précautions
SGH[5]
SGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Attention
H315, H319, H335 et EUH014
NFPA 704
Peau Pas d'absorption par la peau. Corrosif et irritant.
Yeux Absorption par les yeux. Irritant et corrosif. Brule et provoque des lésions, voire une possible perte de la vue.
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le tétrachlorure de silicium est un composé chimique, de formule SiCl4. C'est un liquide incolore, relativement volatil, essentiel pour l'industrie des semi-conducteurs et des cellules photovoltaïques, pour la production de certains polymères de silicone (employés dans les colles, joints, lubrifiants, isolants électriques et matériaux médicaux) et pour produire d'autres dispositifs nécessitant du silicium à faible niveau d’impuretés.

Fabrication

Le tétrachlorure de silicium est préparé à partir de silicium et de dichlore :

Si + 2 Cl2 → SiCl4.

Lors du traitement du dioxyde de silicium on utilise du chlorure d'hydrogène, celui-ci peut aussi être utilisé dans la synthèse du tétrachlorure de silicium :

Si + 4 HCl → SiCl4 + 2 H2.

Réactivité

Le tétrachlorure de silicium est un composé très réactif. En particulier, il réagit violemment avec l'eau, contrairement au tétrachlorure de carbone[6] :

SiCl4 + 2 H2O → SiO2 + 4 HCl.

Usages

Le tétrachlorure de silicium est utilisé comme intermédiaire chimique lors de la fabrication du polysilicium (forme de silicium ultrapure)[7], en raison de son point d'ébullition favorable à une purification par distillations fractionnées successives.

Il est réduit en trichlorosilane (HSiCl₃) par hydrogène gazeux dans un réacteur d’hydrogénation, puis utilisé directement dans le procédé Siemens ou encore réduit en silane (SiH₄) et injecté dans un réacteur à lit fluidisé. Le tétrachlorure de silicium réapparaît dans ces deux procédés comme sous-produit et est recyclé dans le réacteur d’hydrogénation. L'épitaxie en phase vapeur par réduction du tétrachlorure de silicium avec de l’hydrogène à environ 1 250 °C a se fait selon la réaction suivante : SiCl₄(g) + 2 H₂(g) → Si(s) + 4 HCl(g) à 1 250 °C[8].

Le polysilicium ainsi obtenu est utilisé en grande quantité sous forme de plaquettes par l'industrie photovoltaïque pour fabriquer les cellules solaires conventionnelles à base de silicium cristallin, ainsi que par l’industrie des semi-conducteurs.

Le tétrachlorure de silicium peut aussi être hydrolysé pour produire de la silice pyrogénée. Le tétrachlorure de silicium de haute pureté est employé fabriquer les fibres optiques (il doit être exempt d’impuretés contenant de l'hydrogène, telles que le trichlorosilane). Les fibres optiques sont produites par des procédés tels que le dépôt chimique en phase vapeur modifiée (MCVD) et le dépôt en phase gazeuse oxygénée (OFD), où le tétrachlorure de silicium est oxydé en silice pure en présence d’oxygène.
Il est aussi utilisé comme matière première dans la production de silice fondue.

Toxicologie, écotoxicologie

Sicl₄ étant réactif et corrosif, il peut affecter la santé humaine et l'environnement, s'il est libéré dans l'atmosphère. C'est un produit réglementé qui nécessite le respect de protocoles de sécurité, notamment car il réagit (vigoureusement) avec de l'eau en produisant de l'acide chlorhydrique (HCL, corrosif et source de dommages environnementaux).

Il est important de noter que l'utilisation de sicl₄ est soumise à des règlementations strictes et à des protocoles de sécurité en raison de ses risques environnementaux et santé potentiels.

Des problèmes environnementaux liés à la production de tétrachlorure de silicium ont été signalés en Chine, en lien avec la demande croissante de cellules photovoltaïques stimulée par des programmes de subventions[9].

Notes et références

  1. TETRACHLORURE DE SILICIUM, Fiches internationales de sécurité chimique .
  2. ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. ↑ « Properties of Various Gases », sur flexwareinc.com (consulté le ).
  4. ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-4200-9084-0).
  5. ↑ Numéro index 014-002-00-4 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008).
  6. ↑ Ceci peut être expliqué par la différence de rayon entre les atomes de carbone et de silicium : l'atome de carbone, plus petit, est davantage « protégé » par les quatre atomes de chlore qui l'entourent.
  7. ↑ (en) « Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry », Wiley, (ISBN 978-3-527-30385-4, DOI 10.1002/14356007.a24_001, consulté le ).
  8. ↑ (en) David Vernon Morgan et Kenneth Board, An introduction to semiconductor microtechnology, J. Wiley, (ISBN 978-0-471-92478-4).
  9. ↑ (en-US) Ariana Eunjung Cha, « Solar Energy Firms Leave Waste Behind in China » [archive du ], (ISSN 0190-8286, consulté le ).
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