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KR100186947B1 - 이소프로필산디메틸알루미늄의 제조방법 - Google Patents

이소프로필산디메틸알루미늄의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 트리메틸알루미늄과 이소프로필산알루미늄을 반응시켜 상온에서 부산물의 생성 없이 이소프로필산디메틸알루미늄을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

이소프로필산디메틸알루미늄의 제조 방법
본 발명은 이소프로필산디메틸알루미늄의 제조 방법에 관한 것이다.
이소프로필산디메틸알루미늄은 지난 30년 동안 이 화합물을 언급한 문헌이 수 편에 불과할 정도로 주목을 받지 못한 화합물이다. 그러나 최근에 이 화합물이 화학 증착에 의해 산화 알루미늄 막을 형성하기 위한 원료로 사용하기에 적합하다는 것이 알려졌다[김윤수·고원용·구수진, 대한민국 특허 출원 제 95-46455 호].
염화알루미늄 또는 알킬산 알루미늄을 사용하여 산화알루미늄 막을 화학 증착하는 방법은 잘 알려져 있다[CVD 핸드북, pp. 665-689, 일본 화학공학회 편집, 이시우 ·이전 공역, 반도출판사(1993)]. 염화알루미늄의 증기압 100℃에서 1Torr이고, 알킬산 알루미늄 중에서 증기압이 가장 높은 이소프로필산알루미늄은 증기압이 100℃에서 1.1Torr로서, 이들은 상온보다 높은 온도로 가열하여야만 기체 상태로 운반되어 화학 증착할 수 있다는 단점이 있다.
또한 상온에서 액체이고 증기압이 높은 알킬알루미늄을 알루미늄의 원료로 사용하여 산화알루미늄 막을 화학 증착하는 방법들도 알려져 있는데, 여기에서는 별도의 산소 공급 물질을 필요로 한다. 예를 들면 산소의 원료로 CO2를사용하는 플라즈마 도움 화학 증착법[Earl R. Lory and Leonard J. Olmer, Low Temerature Deposition Method for High Quality Aluminum Oxide Films, U.S.P. 4,675,089]과 N2O를 사용하는 레이저 화학 증착법[Makoto Minakata and Yoshitaka Furukawa, ArF Excimer Laser Induced CVD of Aluminum Oxide Films, Journal of Electronic Materials, 15, 159(1986)]이 있다. 그러나 레이저 화상 증착법과 플라즈마 도움 화학 증착법에 사용되는 장치는 열화학 증착 장치보다 복잡할 뿐 아니라, 한 면 위에 놓인 기질 표면에서만 화학 증착이 일어나기 때문에 증착 장치 내부의 모든 공간에 놓인 기질 표면에서 화학 증착이 일어나는 열화학 증착법보다 대량 생산 면에서 불리하다. 또한 알킬알루미늄은 공기에 노출되면 발화하므로 안정성이 떨어진다는 문제도 있다.
이에 반하여 하기 화학식 1의 알킬산디알킬알루미늄을 원료로 사용하면 별도의 산소 공급 물질을 사용하지 않고서 고온으로 가열할 필요 없이 상온에서도 용이하게 화학 증착에 의해 산화알루미늄 막을 형성할 수 있다 :
(화학식 1)
R1 2AlOR2
상기식에서 R1과 R2는 같거나 서로 다르며, 각각 C1-C10알킬이다.
또한, 알킬산디알킬알루미늄은 휘발성이 커서 알킬알루미늄처럼 상온에서 쉽게 기체 상태로 운반될수 있으며, 공기에 노출되어도 알킬알루미늄과는 달리 발화하지 않기 때문에 휘발성 액체인 알킬알루미늄보다 훨씬 더 안전하다는 장점이 있다. 알킬산디알킬알루미늄중에서 특히 이소프로필산디메틸알루미늄이 산화알루미늄 막을 화학 증착하기 위한 원료로서 바람직하다.
이소프로필산디메틸알루미늄을 합성하는 기존의 방법으로는 트리메틸알루미늄과 이소프로판올을 반응시키는 방법이 알려져 있으며[Paul S. Coan, Kirsten Folting, John C. Huffman, and Kenneth G. Caulton, Organometallics, 8, 2724(1989)], 하기 화학식 2와 같다 :
(화학식 2)
(CH3)3Al ＋iPrOH → (CH3)2AlOiPr ＋ CH4
-78℃
상기 반응에서는 열이 많이 발생하기 때문에 반드시 0℃보다 훨씬 낮은 온도에서 트리메틸알루미늄과 이소프로판올을 혼합하여야 한다. 따라서 이소프로필산디메틸알루미늄을 대량으로 합성하려면 온도를 충분히 낮출 수 있는 특별한 냉각 장치가 필요하며, 부산물인 가연성의 메탄 기체를 방출하는 장치도 또한 필요하다.
따라서 본 발명의 목적은 이소프로필산디메틸알루미늄을 가연성의 부산물을 생성하지 않고 상온에서도 용이하게 합성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 트리메틸알루미늄과 이소프로필산알루미늄을 반응시켜 이소프로필산디메틸알루미늄을 제조하는 방법을 제공한다.
이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 이소프로필산알루미늄 제조 방법은 하기 화학식 3으로 나타낼 수 있다 :
[화학식 3]
2(CH3)3Al ＋ Al(OiPr)3→ 3(CH3)2AlOiPr
상 온
본 발명의 방법에서 반응 물질로 사용되는 이소프로필산디메틸알루미늄은 시판되는 것을 사용할 수 있으며 공지의 방법으로 제조하여 사용할 수도 있다. 반응에 사용할 때는 감압 증류하여 정제한 후 사용하는 것이 바람직하다.
상기 화학식 1에서 볼수 있는 바와 같이 본 발명의 제조 방법으로는 이소프로판올 보다 100 배 이상, 그리고 이소프로필산알루미늄보다 10 배 이상 비싼 트리메틸알루미늄 1 당량으로부터 이소프로필산디메틸알루미늄 1.5당량을 얻을 수 있으므로, 공지되어 있는 방법보다 50% 더 경제적으로 이소프로필산디메틸알루미늄을 합성할 수 있다. 또한 이 반응은 부산물이 없고 공지된 반응에 비해 열이 훨씬 적게 발생하므로 이소프로필산디메틸알루미늄을 대량으로 생산할 경우에도 별도의 냉각 장치가 필요하지 않으며, 필요한 경우라도 물을 사용하여 충분한 효과를 얻을 수 있으므로 반응기의 설계가 훨씬 더 간단해진다.
본 발명의 방법으로 제조한 이소프로필산디메틸알루미늄을 사용하여 산화알루미늄막을 형성하는 방법은 별도의 운반 기체를 사용하지 않고서 이소프로필산디메틸알루미늄을 상온에서 기화시켜 300-600 ℃ 로 가열한 기질, 예를 들면 Si(000) 기질 위에 화학 증착을 실시하는 것이다. 이소프로필산디메틸알루미늄의 기화는 내부 압력이 수 mbar 정도인 반응기 내에서 행할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명할 것이다.
단, 본 발명의 범위가 하기 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예) : 이소프로필산디메틸알루미늄의 제조
트리메틸알루미늄 5.99g(83.1mmol)에 감압 증류하여 정제한 이소프로필산알루미늄 8.49g(41.5mmol)을 넣고 8 시간 동안 교반하였다. 얻은 액체를 10Torr에서 감압 증류하여 68-72℃에서 끊는 투명한 액체 12.52g(108 mmol, 87%수율)를 얻었다. 이 액체의 벤젠-d6용액의1H NMR 스펙트럼에서는 δ -0.47[s, Al(CH3)2, 6H]과 0.99[d, OCH(CH3)2, 6H]와 3.84[heptet, OCH(CH3)2, 1H] 위치에 봉우리가 관찰되었다.
(응용예) 이소프로필산디메틸알루미늄을 원료로 한 산화알루미늄 막의 화학 증착 상기 실시예에서 제조한 이소프로필산디메틸알루미늄 0.1g을 상온에서 기화시켜 350℃로 가열한 Si(100) 기질 위에 5시간 동안 화학 증착을 실시하였다. 증착된 막의 X선 광전자 스펙트럼에는 모든 시료의 표면에서 나타나는 소량의 탄소 외에 산소와 알루미늄에 의한 봉우리만이 관찰되었다.
본 발명의 제조 방법에 따르면 이소프로필산디메틸알루미늄을 상온에서 가연성의 부산물을 생성하지 않고 합성할 수 있다.

Claims (2)

  1. 트리메틸알루미늄과 이소프로필산알루미늄을 반응시켜 이소프로필산디메틸알루미늄을 제조하는 방법
  2. 제 1항에 있어서, 상온에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 방법.
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