ジボラン

ジボラン：性質、製造、用途、危険性

ジボラン(B₂H₆)は、ホウ素と水素からなる化合物で、ボランの一種です。無色の気体で、特徴的な甘い臭いを持ちます。分子量は27.67、融点は-164.9℃、沸点は-92.8℃と、非常に低い温度で気体となります。空気中で自然発火するなど、危険な性質も併せ持ちます。

ジボランの製造方法

ジボランは、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH₄)を硫酸で処理することで合成できます。この反応では、水素化ホウ素ナトリウムが分解し、ジボラン、硫酸ナトリウム、水素が発生します。化学式で表すと以下のようになります。

2NaBH₄ + H₂SO₄ → B₂H₆ + Na₂SO₄ + 2H₂

その他、三フッ化[ホウ素]や三塩化[ホウ素]を原料とした合成法も存在します。

ジボランの性質

ジボランは、酸素や水分が存在しない状態では比較的安定ですが、空気中では自然発火します。これは、ジボランが空気中の酸素と容易に反応して酸化し、燃焼反応を起こすためです。また、水と激しく反応して、ホウ酸(H₃BO₃)と水素(H₂)を生成します。

ジボランは、アルコールとも反応し、ホウ酸エステルを生成します。例えば、メタノールと反応させると、ジメトキシボランが生成します。

B₂H₆ + 4CH₃OH → 2HB(OCH₃)₂ + 4H₂

さらに、ジボランは独特の構造を持っています。2つのホウ素原子が水素原子を介して結合しており、その結合様式は三中心二電子結合と呼ばれます。この結合は、ホウ素原子の空軌道と水素原子の電子が共有されることで形成されています。

ジボランの用途

ジボランは、その特異な性質から様々な用途に利用されています。特に重要なのは半導体製造におけるドーピング剤としての用途です。ジボランをシリコンウェハに導入することで、シリコンにホウ素を添加し、p型半導体を生成することができます。これは、シリコンの電子欠乏領域を作り出すことで、電子の流れを制御するために重要です。

このドーピングは、[化学気相成長]法などの真空チャンバー内で行われます。ジボランをキャリアガスである水素と共に導入し、プラズマなどの手法を用いてシリコンウェハにホウ素を添加します。

この他にも、ジボランは、重合触媒、還元剤、ロケット推進剤としての用途も持っています。

ジボランの危険性

ジボランは、非常に危険な物質です。自然発火温度が低く(38℃～52℃)、爆発範囲も広く(0.8％～98％)引火や爆発の危険性があります。また、水と反応して水素を発生するため、水素爆発のリスクも伴います。さらに、ジボランは毒性が高く、吸入すると咳、息苦しさ、脱力感などの症状を引き起こします。そのため、取り扱いには細心の注意が必要です。

ジボランの許容濃度は、1日8時間作業の場合、0.1ppmと非常に低く設定されています。作業環境においては、適切な換気設備と個人用保護具の着用が不可欠です。

まとめ

ジボランは、半導体製造など様々な用途で利用される重要な化合物です。しかし、その危険性も高く、取り扱いには専門知識と十分な安全対策が求められます。

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