НОВЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА
NOVEL MATERIAL AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Настоящее изобретение относится к новому композиционному материалу и новому способу производства композиционного материала. Более конкретно, настоящее изобретение относится к новому композиционному материалу, включающему кремний и фосфор, и к новому способу соединения кремния и фосфора.
Введение примесных атомов в кремний типично составляет значительную часть процесса производства кремниевых интегральных схем. Наиболее традиционно используемыми способами введения примесей в кремний являются: (a) диффузия примеси в кремний из источника, который пространственно отделен от кремния, (b) диффузия из оксидного слоя, который был образован на поверхности кремния, и (с) ионное внедрение кремния, за которым следует диффузия и отжиг.
3
3
Фосфор обычно используют в качестве легирующей примеси для образования полупроводникового перехода. Для диффузии фосфора в кремний из POCl источника типично требуются температуры между 890°С и 1050°С. Диффузия фосфора из PBr и других источников также возможна.
20
-3
Введение примесей в кремний ионным внедрением может быть достигнуто испарением источника атомов примеси, вызыванием заряжения атомов, ускорением образования ионов из атомов и направлением ионов к кремниевой подложке. Разрушение решетки кремния в результате взаимодействия с ионами может быть устранено последующей термической обработкой. Таким способом фосфор может быть введен в кремний в концентрации 10 см. Ионное внедрение может быть использовано для варьирования концентрации примеси в тонком поверхностном слое кремния, причем толщина слоя кремния типично составляет менее одного микрона.
Сплавы кремния получают сплавлением кремния с определенными элементами, причем жидкий сплав затем отливается в форме блока. Порошок кремния может быть образован дроблением таких блоков. Однако некремниевые элементы, присутствующие в сплавах, полученных таким способом, часто имеют тенденцию сегрегировать во время отливки. Это означает, что порошки, образованные из таких блоков, будут неоднородными в результате этой сегрегации.
Чистый кремний имеет относительно высокую точку плавления (1420°С) и это затрудняет соединение расплавленного кремния с элементами, которые имеют низкие точки кипения. Например, красный фосфор имеет точку кипения при 417°С, поэтому когда красный фосфор приводят в контакт с расплавленным кремнием, он испаряется, затрудняя удержание фосфора и соединение его с кремнием.
Патент США 5926727 предлагает информацию уровня техники, существенную для настоящего изобретения. Данный документ описывает способ введения фосфора в полупроводник. Данный способ включает приготовление водного раствора фосфата аммония, причем частицы полупроводника помещают в раствор фосфата аммония, чтобы покрыть частицу фосфатом аммония. Покрытую частицу затем сушат и фосфору затем позволяют или его вынуждают диффундировать в кремний. Процесс диффузии типично выполняют при 950°С.
Патент США 5094832 также содержит информацию уровня техники, существенную для настоящего изобретения. Он описывает газовое распыление расплавленного кремния. Размеры частиц, образовавшихся в результате этого типа распыления, составляют между 0,1 микрон и 1000 микрон. Фосфор присутствует в таких частицах кремния в количестве между 0 и 0,5%. Однако фосфор является одним из ряда примесей, таких как натрий, литий, калий, магний, стронций, барий и бериллий. Распыление достигается использованием потока инертного газа, который разбивает поток расплавленного кремния, образуя малые капли кремния, которые охлаждаются и застывают.
Вещества, включающие кремний и фосфор, как было также обнаружено, представляют ценность в лечении рака. Такие содержащие кремний вещества описаны в WO 02/067998 A2.
Рак можно лечить рядом различных способов. Одним из таких способов является радиотерапия, в которой опухоль подвергается действию гамма- или бета-излучения. Источник излучения может быть вне тела пациента или может быть расположен внутри тела.
В некоторых случаях источник излучения может быть расположен в области опухоли; такой вид терапии известен как брахитерапия. Располагая источник в области опухоли и выбирая соответствующий источник излучения, возможно подвергать опухоль облучению при относительно незначительном воздействии на здоровую ткань.
32
WO 02/067998 описывает использование некоторых радионуклидов, включая P, который является бета-излучателем.
Целью настоящего изобретения является предложение нового композиционного материала, включающего кремний и фосфор, причем новый композиционный материал находится в форме порошка, имеющего в значительной степени однородный химический состав и имеющего высокие концентрации фосфора. Дальнейшая цель настоящего изобретения состоит в предложении нового композиционного материала, включающего кремний и фосфор, причем новый композиционный материал находится в форме порошка, имеющего низкие уровни примеси и высокие концентрации фосфора. Кроме того, дальнейшая цель настоящего изобретения состоит в предложении нового способа производства твердого композиционного материала, включающего кремний и высокие концентрации фосфора, причем способ дает возможность крупномасштабного превращения кремния в данный материал.
Изобретение иллюстрируется фигурами 1-11, на которых изображено следующее.
На фигуре 1 схематически показано устройство модифицированной печи.
На фигуре 2 показаны частицы пористого кремния, допированного фосфором при разных увеличениях.
На фигурах 3-4 показан поперечный разрез отдельной частицы.
На фигуре 5 показан вид краевой области частицы при максимальном увеличении (поперечный разрез частицы).
На фигуре 6 приведен вид спектра EDX внешних частей отдельной частицы, показанных на фиг.5.
На фигуре 7 приведен вид спектра EDX центральной области отдельной частицы, например, как на фиг.З.
На фигуре 8 приведен спектр EDX границы раздела зерен внутри отдельной частицы.
Согласно первому аспекту данное изобретение предлагает способ получения композиционного материала, включающего кремний и фосфор, причем способ включает данные стадии:
(ai) нагревание, по меньшей мере, части образца кремния до температуры реакции кремния между 900°С и 1500°С;
(bi) нагревание, по меньшей мере, части образца фосфора таким способом, чтобы образовать пар фосфора, и таким способом, чтобы по меньшей мере, часть образца фосфора нагревалась до температуры испарения фосфора между 100°С и 800°С; и
(ci) позволение и/или вынуждение, по меньшей мере, части пара фосфора контактировать, по меньшей мере, с частью образца кремния, который был нагрет до температуры реакции кремния;
где стадии (ai), (bi), и (ci) выполняют таким способом, чтобы образовался расплавленный композиционный материал, включающий кремний и фосфор.
Предпочтительно стадия (ai) включает стадию нагревания, по меньшей мере, части образца кремния до температуры реакции кремния между 1000°СС и 1250°С и стадия (bi) включает стадию нагревания, по меньшей мере, части образца фосфора до температуры испарения фосфора между 380°С и 700°С. Наиболее предпочтительно стадия (ai) включает стадию нагревания, по меньшей мере, части образца кремния до температуры реакции кремния между 1100°С и 1200°С и стадия (bi) включает стадию нагревания, по меньшей мере, части образца фосфора до температуры испарения фосфора между 400°С и 450°С.
Стадия (ai) может включать стадию нагревания, по меньшей мере, части образца кремния до температуры реакции при 1131°С±30°С.
Стадия (bi) может включать стадию нагревания, по меньшей мере, части образца фосфора до температуры испарения фосфора при 417°С±10°С.
Стадия (ci) может включать стадию позволения и/или вынуждения между 80% и 100% образца фосфора контактировать, по меньшей мере, с частью образца кремния.
Стадия (ci) может включать стадию позволения и/или вынуждения между 80% и 99% образца фосфора контактировать, по меньшей мере, с частью образца кремния.
Стадия (ci) может включать стадию позволения и/или вынуждения между 80% и 95% образца фосфора контактировать, по меньшей мере, с частью образца кремния.
Каждая из стадий (ai), (bi) и (ci) может быть выполнена при давлении между 700 мм Нд и 800 мм Нд.
Стадия (ai) нагревания кремния может быть начата до того, как начата стадия (bi) нагревания фосфора.
В течение способа могут быть промежутки времени, когда только часть образца кремния нагрета до температуры реакции кремния и когда только часть фосфора испаряется.
Данный способ может включать дальнейшую стадию нагревания расплавленного композиционного материала до температуры выше температуры реакции кремния. Данный способ может включать дальнейшую стадию охлаждения расплавленного композиционного материала, пока он не затвердеет.
Увеличение температуры композиционного материала выше температуры реакции кремния в течение промежутка времени, как только значительная часть (например, 80% или более) фосфора превратится, может улучшить гомогенность композиционного материала.
Образец кремния может иметь массу между 1 г и 100 кг, причем образец фосфора может иметь массу между 1 г и 100 кг.
Образец кремния может иметь массу между 1 кг и 100 кг, причем образец фосфора может иметь массу между 100 г и 10 кг.
Нагревая, по меньшей мере, часть кремния до температуры в области 1131°С, которая меньше, чем температура плавления кремния (1420°С), и приводя пар фосфора в контакт с кремнием, полагают, что образовался фосфид кремния. Фосфид кремния имеет жидкую фазу при 1131°С и полагают, что жидкий фосфид кремния абсорбирует пар фосфора более эффективно, чем твердый кремний. Считается, что фосфид кремния дает возможность осуществить эффективное превращение кремния и фосфора за счет уменьшения потери пара фосфора. Является фактом, что температура кремния в области 1131°С, которая ниже, чем температура плавления кремния, помогает уменьшить скорость испарения фосфора и, следовательно, потерю фосфора до того, как он может соединиться с кремнием.
Поддерживая разницу температур между кремнием и фосфором, можно, по меньшей мере сначала, нагревать только часть фосфора до температуры в области его температуры кипения (417°С). Таким способом можно достичь относительно постепенного выпуска пара фосфора. Если бы весь твердый фосфор был нагрет до температуры реакции кремния, тогда образование пара фосфора проходило бы очень быстро, приводя к его потере до того, как он мог быть превращен.
Преимущественно, стадия (ai) включает стадию использования источника тепла для нагревания, по меньшей мере, части образца кремния и стадия (bi) включает стадию использования того же самого источника тепла для нагревания, по меньшей мере, части образца фосфора. Наиболее преимущественно чтобы, по меньшей мере, некоторое количество кремния располагалось так, чтобы он термически изолировал фосфор от источника тепла.
Использование кремния в качестве термоизолятора преимущественно, поскольку кремний имеет относительно низкую удельную теплопроводность при рассматриваемых температурах и позволяет установиться разнице температур между фосфором и кремнием.
Источником тепла может быть печь, включающая плавильный аппарат. Плавильный аппарат может включать в себя кварц. Плавильный аппарат может включать в себя окись алюминия.
Считается, что использование компонентов печи, включающих кварц высокой чистоты, позволяет получить кремниевый сплав, включающий фосфор, с минимальным загрязнением от металлических элементов.
Предпочтительно стадия (ci) включает стадию окружения в значительной степени, по меньшей мере, части образца фосфора, по меньшей мере, частью образца кремния, с тем чтобы, по меньшей мере, заставить и/или дать возможность части образовавшегося пара фосфора проходить в и/или на и/или через, по меньшей мере, часть образца кремния.
Предпочтительно образец кремния включает множество частиц кремния. Наиболее предпочтительно, чтобы средний размер образца кремния составлял между 0,5 и 5 мм.
Некоторые из частиц кремния могут быть сформированы в слой, на который может быть помещен образец фосфора. Образец фосфора затем может быть покрыт дополнительным количеством частиц кремния, чтобы он был в основном окружен слоем кремния. Такое использование частиц кремния, следовательно, обеспечивает удобный способ окружения образца фосфора.
Стадия (ai) может включать стадию добавления частиц кремния в область, занятую, по меньшей мере, некоторым количеством пара фосфора. Наиболее предпочтительно стадия (ai) включает стадию добавления частиц кремния в область, занятую, по меньшей мере, некоторым количеством пара фосфора и частью образца кремния, который был нагрет до температуры реакции кремния. Еще более предпочтительно стадия (ai) включает стадию добавления частиц кремния в область, занятую, по меньшей мере, некоторым количеством пара фосфора и слоем кремния, окруженного, по меньшей мере, частью образца фосфора.
Если образец фосфора окружен слоем кремния, возможно, что не весь пар фосфора будет захвачен слоем кремния до его улетучивания. При добавлении частиц кремния в область, занятую паром фосфора, некоторое количество частиц кремния может взаимодействовать с частью пара фосфора, таким образом предотвращая его улетучивание. Использование частиц кремния является преимущественным, так как они имеют небольшую массу и поэтому могут быть быстро нагреты до температуры реакции кремния; использование является также преимущественным, поскольку частицы имеют относительно высокую площадь поверхности.
Преимущественно образец кремния включает поликристаллический кремний. Наиболее преимущественно образец кремния включает поликристаллический кремний солнечного качества. Еще более преимущественно образец кремния включает поликристаллический кремний электронного качества.
Наиболее преимущественно образец фосфора имеет чистоту больше или равную 99,99%, измеренную по массе. Еще более преимущественно образец фосфора имеет чистоту больше или равную 99,9999%, измеренную по массе.
Образец фосфора может включать белый фосфор.
4
-3
Существуют несколько форм фосфора, включая красный фосфор, белый фосфор и черный фосфор. Белый фосфор является твердым веществом, включающим тетраэдрические Р молекулы. Белый фосфор термодинамически менее стабилен, чем другие твердые фазы при нормальных условиях. Он имеет плотность 1,8 г см и точку кипения при 280°С.
Преимущественно образец фосфора включает красный фосфор.
-3
Красный фосфор может быть получен нагреванием белого фосфора при 300°С в инертной атмосфере в течение нескольких дней. Его обычно получают в виде аморфного твердого вещества, однако кристаллические образцы могут быть приготовлены с очень сложными трехмерными структурами решетки. Он имеет плотность 2,2 г см и точку кипения при 417°С.
Использование красного фосфора является преимущественным, поскольку он обычно менее реакционно-способный и менее летучий, чем белый фосфор.
Образец фосфора может включать черный фосфор.
При нагревании красного фосфора при высоком давлении образуется ряд фаз черного фосфора. Одна из таких фаз состоит из плойчатых слоев, имеющих пирамидальные трехкоординированные Р-атомы.
Образец кремния может иметь чистоту больше или равную 99,99%, измеренную по массе. Образец кремния может иметь чистоту больше или равную 99,99999%, измеренную по массе.
Преимущественно способ включает последующую стадию (di) распыления расплавленного композиционного материала, образованного на стадии (ci).
Стадия (di) может включать стадию газового распыления расплавленного композиционного материала, образованного на стадии (ci). Стадия (di) может включать стадию жидкостного распыления расплавленного композиционного материала, образованного на стадии (ci). Стадия (di) может включать стадию водного распыления расплавленного композиционного материала, образованного на стадии (ci). Стадия (di) может включать стадию охлаждения распыленного расплавленного композиционного материала.
Стадии (ai), (bi), (ci) и (di) могут быть выполнены таким способом, что композиционный материал включает порошок, имеющий средний размер частиц между 0,1 микрона и 100 микрон.
Стадии (ai), (bi), (ci) и (di) могут быть выполнены таким способом, что композиционный материал включает порошок, причем данный порошок имеет множество однородных по составу частиц, причем каждая однородная по составу частица имеет в значительной степени однородный химический состав.
Определенные формы пористого и поликристаллического кремния имеют благоприятные биологические свойства, и эти свойства описаны в PCT/GB96/01863. Например, пористый кремний и поликристаллический кремний имеют рассасывающиеся и биоактивные формы.
Стадии (ai), (bi), (ci) и (di) могут быть выполнены таким способом, что образуется порошок, включающий поликристаллический кремний и фосфор.
Кремнию и материалам, включающим кремний, может быть придана пористость с помощью ряда методик, включая травление и анодирование, описанные в “Properties of Porous Silicon” EMIS Datareviews Series 18, Institute of Electrical Engineers, ISBN 085296 932 5, страницы 12 по 29, который здесь введен ссылкой.
Данный способ может включать дальнейшую стадию анодирования композиционного материала, включающего кремний и фосфор. Способ может включать дальнейшую стадию (ei) травления композиционного материала, включающего кремний и фосфор. Стадия (ei) может быть выполнена после стадии (di).
Придание пористости композиционному материалу таким способом может дать возможность его использования для биологических применений, например, придание пористости может дать возможность использования композиционного материала в создании силиконовых имплантатов.
Предпочтительно стадия (di) включает стадию нагревания, по меньшей мере, части образца фосфора в печи.
Согласно дальнейшему аспекту настоящее изобретение предлагает способ получения композиционного материала, включающего фосфор и кремний, причем способ включает стадии:
(aii) взятие образца фосфора;
(bii) в значительной степени окружение образца фосфора слоем кремния;
(cii) применение тепла к кремнию таким способом, чтобы установить разницу температур между, по меньшей мере, частью слоя кремния и образцом фосфора, и таким способом, чтобы испарить, по меньшей мере, некоторое количество фосфора; и
(dii) позволение и/или вынуждение, по меньшей мере, некоторого количества пара фосфора контактировать, по меньшей мере, с частью слоя кремния таким способом, чтобы образовывался расплавленный композиционный материал, включающий кремний и фосфор.
Слой кремния может включать слой частиц кремния. Слой кремния может включать слой частиц кремния, причем каждая частица кремния включает поликристаллический кремний.
Предпочтительно стадии (aii), (bii) и (cii) выполняют таким способом, что, по меньшей мере, часть слоя кремния нагревают до температуры реакции кремния между 900°С и 1500°С. Наиболее предпочтительно стадии (aii), (bii) и (cii) выполняют таким способом, что, по меньшей мере, часть слоя кремния нагревают до температуры реакции кремния между 900°С и 1500°С и так, что, по меньшей мере, часть фосфора нагревают до температуры испарения фосфора между 100°С и 1000°С.
Стадии (aii), (bii) и (cii) выполняют таким способом, что, по меньшей мере, часть слоя кремния нагревают до температуры реакции кремния больше или равной 1131°С.
Преимущественно температура реакции кремния составляет между 1000°С и 1250°С и температура испарения фосфора составляет между 380°С и 500°С. Наиболее преимущественно температура реакции кремния составляет между 1050°С и 1200°С и температура испарения фосфора составляет между 400°С и 450°С. Еще более преимущественно температура реакции кремния составляет между 1100°С и 1150°С и температура испарения фосфора составляет между 400°С и 450°С. Даже более преимущественно температура реакции кремния составляет 1131°С ± 5°С и температура испарения фосфора составляет 417°С ± 5°С.
Стадии (cii) и (dii) могут обе быть выполнены при давлении между 700 мм Hg и 800 мм Hg.
Образец кремния может иметь массу между 1 г и 100 кг, причем образец фосфора может иметь массу между 1 г и 100 кг.
Образец кремния может иметь массу между 1 кг и 100 кг, причем образец фосфора может иметь массу между 100 г и 10 кг.
Стадия (cii) может быть выполнена нагреванием, по меньшей мере, части слоя кремния в печи, включающей плавильный аппарат. Плавильный аппарат может включать в себя кварц. Плавильный аппарат может включать в себя окись алюминия.
Полагают, что использование компонентов печи, включающих кварц высокой чистоты, позволяет получить композиционный материал, включающий фосфор и кремний, с минимальным загрязнением от таких элементов, как хром, кобальт, марганец, церий, серебро, натрий, литий, калий, магний, стронций, барий и бериллий.
Преимущественно образец кремния включает поликристаллический кремний. Более преимущественно образец кремния включает поликристаллический кремний солнечного качества. Еще более преимущественно образец кремния включает поликристаллический кремний электронного качества.
Предпочтительно образец кремния включает множество частиц кремния. Наиболее предпочтительно средний размер частиц образца составляет между 0,5 и 5 мм.
Преимущественно образец фосфора включает красный фосфор.
Преимущественно способ включает дальнейшую стадию (eii) распыления расплавленного композиционного материала, образованного на стадии (dii).
Стадия (eii) может включать стадию газового распыления расплавленного композиционного материала, образованного на стадии (dii). Стадия (eii) может включать стадию жидкостного распыления расплавленного композиционного материала, образованного на стадии (dii). Стадия (eii) может включать стадию водяного распыления расплавленного композиционного материала, образованного на стадии (dii). Стадия (eii) может включать стадию охлаждения распыленного расплавленного композиционного материала.
Стадии (aii), (bii), (cii), (dii) и (eii) могут быть выполнены таким способом, что образуется порошок, включающий кремний и фосфор, и таким способом, что данный порошок включает множество однородных по составу частиц, причем каждая однородная по составу частица имеет химический состав, в значительной степени тот же самый, что и у других однородных по составу частиц.
Способ может включать дальнейшую стадию охлаждения композиционного материала, образованного на стадии (dii).
Способ может включать дальнейшую стадию порообразования композиционного материала. Способ может включать дальнейшую стадию анодирования композиционного материала, включающего кремний и фосфор. Способ может включать дальнейшую стадию травления композиционного материала, включающего кремний и фосфор.
Способ может дальше включать стадию, выполненную после и/или во время стадии (cii), добавления частиц кремния в область, занятую, по меньшей мере, некоторым количеством пара фосфора.
Согласно дальнейшему аспекту настоящее изобретение предлагает способ получения композиционного материала, включающего кремний и фосфор, причем способ включает стадии:
(aiii) соединение первого образца твердого кремния с первым образцом пара фосфора при такой температуре и давлении, что образуется жидкий фосфид кремния; и
(biii) позволение и/или вынуждение жидкого фосфида кремния соединяться со вторым образцом кремния и/или вторым образцом фосфора, чтобы образовался композиционный материал, включающий кремний и фосфор.
Для целей этой спецификации фосфид кремния является соединением, имеющим химическую формулу SiP.
Стадия (aiii) может включать стадию соединения первого образца твердого кремния с первым образцом пара фосфора при температуре между 1000°С и 1250°С. Стадия (aiii) может включать стадию соединения первого образца твердого кремния с первым образцом пара фосфора при температуре 1131°С ± 5°С.
Способ может включать дальнейшую стадию (ciii) распыления композиционного материала, образованного на стадии (biii).
Стадии (aiii), (biii) и (ciii) могут быть выполнены таким способом, что образуется порошок, включающий кремний и фосфор, и таким способом, что данный порошок включает множество однородных по составу частиц, причем каждая однородная по составу частица имеет химический состав, в значительной степени тот же самый, что и у других однородных по составу частиц.
Стадии (aiii), (biii) и (ciii) могут быть выполнены таким способом, что композиционный материал включает поликристаллический кремний.
Способ может включать дальнейшую стадию охлаждения композиционного материала, образованного на стадии (biii).
Способ может включать дальнейшую стадию порообразования композиционного материала. Способ может включать дальнейшую стадию анодирования композиционного материала, включающего кремний и фосфор. Способ может включать дальнейший этап травления композиционного материала, включающего кремний и фосфор.
Способ может дальше включать стадию добавления частиц кремния в область, занятую, по меньшей мере, некоторым количеством пара фосфора.
Согласно дальнейшему аспекту настоящее изобретение предлагает способ получения композиционного материала, включающего кремний и фосфор, причем способ включает стадии:
(aiv) расположение первого образца кремния между источником тепла и образцом фосфора, чтобы образец фосфора был изолирован от источника тепла первым образцом кремния;
(biv) нагревание, по меньшей мере, части образца фосфора, используя источник тепла, чтобы, по меньшей мере, часть образца фосфора испарялась;
(civ) соединение, по меньшей мере, части пара фосфора, по меньшей мере, с частью первого образца кремния и/или со вторым образцом кремния, чтобы образовался расплавленный композиционный материал, включающий кремний и фосфор.
Стадия (civ) может быть выполнена при температуре между 1000°С и 1250°С. Стадия (civ) может быть выполнена при температуре 1131°С ± 20°С.
Способ может включать дальнейшую стадию (div) распыления композиционного материала, образованного на стадии (civ).
Стадии (aiv), (biv), (civ) и (div) могут быть выполнены таким способом, что образуется порошок, включающий кремний и фосфор, и таким способом, что данный порошок включает множество однородных по составу частиц, причем каждая однородная по составу частица имеет химический состав, в значительной степени тот же самый, что и у других однородных по составу частиц.
Стадии (aiv), (biv), (civ) и (div) могут быть выполнены таким способом, что композиционный материал включает поликристаллический кремний.
Способ может включать дальнейшую стадию охлаждения композиционного материала, образованного на стадии (civ).
Способ может включать дальнейшую стадию порообразования композиционного материала. Способ может включать дальнейшую стадию анодирования композиционного материала, включающего кремний и фосфор. Способ может включать дальнейшую стадию травления композиционного материала, включающего кремний и фосфор.
Способ может дальше включать стадию добавления частиц кремния в область, занятую, по меньшей мере, некоторым количеством пара фосфора.
Согласно дальнейшему аспекту настоящее изобретение предлагает способ получения композиционного материала, включающего кремний и фосфор, причем способ включает стадии:
(av) побуждение, по меньшей мере, части образца фосфора испаряться; и
(bv) добавление множества частиц фосфора в область, в которой локализована, по меньшей мере, часть пара фосфора; и
(cv) нагревание частиц кремния до температуры между 900°С и 1500°С, чтобы образовался расплавленный композиционный материал, включающий кремний и фосфор.
Стадия (cv) может быть выполнена при температуре между 1000°С и 1250°С. Стадия (cv) может быть выполнена при температуре 1131°С ± 20°С.
Способ может включать дальнейшую стадию (dv) распыления расплавленного композиционного материала, образованного на стадии (cv).
Стадии (av), (bv), (cv) и (dv) могут быть выполнены таким способом, что образуется порошок, включающий кремний и фосфор, и таким способом, что данный порошок включает множество однородных по составу частиц, каждая однородная по составу частица имеет химический состав, в значительной степени тот же самый, что и у других однородных по составу частиц.
Стадии (av), (bv), (cv) и (dv) могут быть выполнены таким способом, что композиционный материал включает поликристаллический кремний.
Способ может включать дальнейшую стадию охлаждения композиционного материала, образованного на стадии (cv).
Способ может включать дальнейшую стадию порообразования композиционного материала. Способ может включать дальнейшую стадию анодирования композиционного материала, включающего кремний и фосфор. Способ может включать дальнейшую стадию травления композиционного материала, включающего кремний и фосфор.
Способ может дальше включать стадию добавления частиц кремния в область, занятую, по меньшей мере, некоторым количеством пара фосфора.
Согласно дальнейшему аспекту настоящее изобретение предлагает композиционный материал, включающий кремний и фосфор, достижимый способом согласно любому из вышеуказанных аспектов.
Согласно дальнейшему аспекту настоящее изобретение предлагает композиционный материал, включающий кремний и фосфор, причем композиционный материал включает 0,001 и 30 атомных процентов фосфора.
Композиционный материал может включать между 1 и 15 атомными процентами фосфора. Композиционный материал может включать между 1,5 и 15 атомными процентами фосфора. Композиционный материал может включать между 1,5 и 10 атомными процентами фосфора. Композиционный материал может включать между 2 и 10 атомными процентами фосфора. Композиционный материал может включать между 1,5 и 5 атомными процентами фосфора. Композиционный материал может включать между 2 и 5 атомными процентами фосфора. Композиционный материал может включать между 3 и 10 атомными процентами фосфора.
Композиционный материал может включать между 99 и 85 атомными процентами кремния. Композиционный материал может включать между 98,5 и 85 атомными процентами кремния. Композиционный материал может включать между 98,5 и 90 атомными процентами кремния. Композиционный материал может включать между 98 и 90 атомными процентами кремния. Композиционный материал может включать между 98,5 и 95 атомными процентами кремния. Композиционный материал может включать между 98 и 95 атомными процентами кремния. Композиционный материал может включать между 97 и 90 атомными процентами кремния.
Для целей этой спецификации образец материала включает элемент, который присутствует в x атомном проценте, значит существуют x атомов элемента на каждые 100 атомов материала.
Композиционный материал может включать между 90% и 100% по массе кремния и фосфора. Композиционный материал может включать между 99% и 100% по массе кремния и фосфора. Композиционный материал может включать между 99,9% и 100% по массе кремния и фосфора. Композиционный материал может включать между 99,99% и 100% по массе кремния и фосфора. Композиционный материал может, по существу, полностью состоять из кремния и фосфора.
Композиционный материал может включать порошок, причем порошок имеет множество однородных по составу частиц, причем каждая однородная по составу частица имеет химический состав, в значительной степени тот же самый, что и у других однородных по составу частиц.
Композиционный материал может включать множество однородных по составу частиц и может иметь средний размер частиц между 0,1 микрона и 500 микрон.
Композиционный материал может включать один или более из: пористый кремний, поликристаллический кремний, объемный кристаллический кремний, аморфный кремний, рассасывающийся кремний, биоактивный кремний и биосовместимый кремний.
Для целей этой спецификации рассасывающийся кремний представляет собой кремний, способный разрушаться при помещении, по меньшей мере, в какую-то физиологическую среду; биоактивный кремний представляет собой кремний, способный образовывать связь, при введении в объект с тканью человеческого или животного организма; и биосовместимый кремний, который является биологически приемлемым для специальных применений, например, биосовместимый кремний, как было обнаружено, является биологически приемлемым для целей противораковой терапии.
32
Фосфор, из которого частично образован композиционный материал, может включать Р.
32
32
32
32
32
32
Композиционный материал может включать Р, имея Р, присутствующий в такой концентрации, что уровень активности композиционного материала составляет между 0,1 и 50 ГБк на грамм. Композиционный материал может включать Р, имея Р, присутствующий в такой концентрации, что уровень активности композиционного материала составляет между 0,5 и 20 ГБк на грамм. Композиционный материал может включать Р, имея Р, присутствующий в такой концентрации, что уровень активности композиционного материала составляет между 2,5 и 10 ГБк на грамм.
32
32
32
Композиционный материал, содержащий Р, может быть использован для радиотерапевтических применений. Полагают, что энергия бета-частиц, излучаемых из Р, и период полураспада Р делают его особенно подходящим для лечения рака методом брахитерапии.
Композиционный материал может включать менее чем 0,1 атомного процента металлического элемента. Композиционный материал может включать менее чем 0,1 атомного процента одного или более из следующих: хрома, кобальта, марганца, церия, серебра, натрия, лития, калия, магния, стронция, бария и бериллия.
32
32
Одним из способов, которыми может быть получен композиционный материал, включающий Р, является ядерное превращение композиционного материала, включающего Р, под действием нейтронного облучения. Присутствие примесей, таких как металлические элементы, в композиционном материале может приводить к образованию радионуклидов, что является менее полезным для радиотерапевтических применений. Следовательно, отсутствие примесей в композиционном материале может быть преимущественным.
32
32
Для отсутствия неопределенности S, которая является одним из продуктов распада Р, не является металлическим элементом. Композиционный материал может включать более чем 0,1 атомного процента серы.
Предпочтительно композиционный материал включает множество однородных по составу микрочастиц, причем каждая однородная по составу частица включает между 0,5 и 20 атомных процентов Р.
Композиционный материал может включать порошок, причем средний размер частиц порошка составляет между 0,1 и 500 микрон.
Согласно дальнейшему аспекту настоящее изобретение предлагает состав, включающий композиционный материал, который включает кремний и фосфор, как описано в любом из вышеуказанных аспектов, и наполнитель.
Наполнитель может включать жидкость. Наполнитель может включать масло. Наполнитель может быть парентеральным наполнителем. Наполнитель может включать один или более из: арахисовое масло, кунжутное масло, соединение микроцеллюлозы, производное полиэтиленгликоля и добавку TWEEN.
32
Композиционный материал может включать Р и множество микрочастиц, по меньшей мере, некоторые из микрочастиц могут быть суспендированными в жидком наполнителе.
32
Согласно дальнейшему аспекту настоящее изобретение предлагает способ лечения рака методом брахитерапии, при этом способ включает стадию имплантации композиционного материала, включающего Р и кремний, как описано в любом из вышеуказанных аспектов, внутрь опухоли.
Согласно дальнейшему аспекту настоящее изобретение предлагает способ получения композиционного материала, включающего летучий элемент и кремний, при этом способ включает стадии:
(avi) взятие образца летучего элемента;
(bvi) в значительной степени окружение образца летучего элемента слоем кремния;
(cvi) применение тепла к кремнию таким способом, что устанавливается разница температур между, по меньшей мере, частью слоя кремния и образцом летучего элемента, и таким способом, что, по меньшей мере, некоторое количество летучего элемента испаряется; и
(dvi) позволение и/или вынуждение, по меньшей мере, некоторого количества пара летучего элемента контактировать, по меньшей мере, с частью слоя кремния таким способом, что образуется композиционный материал, включающий кремний и летучий элемент.
Настоящее изобретение теперь будет описано только примером со ссылкой на чертеж:
Фиг.1 показывает схематический чертеж модифицированной печи для производства согласно настоящему изобретению композиционного материала, включающего кремний и фосфор.
(А) Производство композиционного материала, включающего кремний и фосфор
Две различные печи используют для выполнения настоящего изобретения наклонную печь, которая не показана на чертеже; и модифицированную печь, которая показана на фиг.1.
Композиционный материал, включающий кремний и фосфор, получают нагреванием кремния в наклонной печи и приведением нагретого кремния в контакт с паром фосфора. Наклонная печь представляла собой индукционную печь, имеющую электропитание 35 кВт и вместимость около 5 кг кремния. Нагревание происходило через графитовый токоприемник.
Наклонная печь включала ряд компонентов, в том числе: плавильный аппарат, разливочное устройство, изоляцию, слив печи и крышку разливочного устройства. Плавильный аппарат и разливочное устройство каждый включал кварц высокой чистоты. Изоляция, которая была расположена наверху печи, включала покрытие из кварцевого стекла. Слив печи и крышка разливочного устройства (каждое) включало оксид алюминия и/или диоксид кремния.
Наклонную печь использовали для соединения 4,8 кг поликристаллического кремния электронной чистоты в форме частиц и 200 г чистого красного фосфора.
Частицы кремния добавляли в разливочное устройство для образования слоя кремния. Фосфор (200 г) затем добавляли в слой и покрывали некоторым количеством оставшегося кремния.
Разливочное устройство нагревали до между 1000 и 1150°С в течение времени между 5 и 10 минутами, до того как подъем температуры полностью расплавит содержимое печи в течение времени между 10 минутами и одним часом.
Вследствие его сыпучей природы объем, занятый кремнием, был меньше в расплавленном состоянии, чем в твердом состоянии. Как только содержимое печи начало плавиться, добавляли остаток от 4,8 кг кремния.
Образовавшийся в результате сплав кремния и фосфора затем распыляли стандартными методами, используя деионизированную воду, получая порошок кремния, имеющий содержание фосфора приблизительно между 1,5 и 2 атомных процента. Присутствовали примеси, такие как металлические элементы, если полностью, на уровне менее чем 0,1 атомного процента.
Вторая модифицированная печь, которая показана на фиг.1, была также разработана. Данная печь включает графитовый токоприемник 1, кварцевый тигель 2, листовой миканит 3, верхнее уплотнение 4, трамбовочную MgO массу 5, индукционную катушку с кольматацией 6, термопару 7, кварцевое окно 8, прокладку из алюминий-оксидного волокна 9, защитный слой из алюминий-оксидного волокна 11 и заглушку из нитрида бора 13.
Нижнюю часть кварцевого тигля 2 заполняли слоем частиц кремния 12, трубу (не показана на чертеже) помещали на поверхность слоя частиц кремния 12, и остаток частиц кремния 12 затем добавляли в тигель 2, чтобы они окружали трубу. Частицы фосфора 10 затем добавляли через трубу таким образом, чтобы верхняя часть фосфора 10 в трубе находилась значительно ниже, чем верхняя часть кремния 12 в тигле 2. Трубу удаляли, давая возможность некоторому количеству частиц кремния 12 перемещаться в некоторую часть пространства, ранее занимаемого трубой, таким образом покрывая фосфор. Таким способом, фосфор 10 полностью окружали кремнием 12.
Частицы кремния 12 включают поликристаллический кремний, и фосфор 10 включает красный фосфор.
Используя устройство, показанное на фиг.1, графитовый токоприемник мог быть нагрет до 1100°С за 11 минут. Увеличение температуры приводило к соединению кремния 12 и фосфора 10 и плавлению. Расплав затем выпускали из печи с помощью заглушки из нитрида бора и распыляли, как описано выше.
Для отсутствия неопределенности наклонная печь, описанная в данном разделе, является печью резервуарного типа.
(B) Получение
Р
32
31
32
32
Композиционный материал, включающий кремний и фосфор в форме порошка кремния, получающийся вышеуказанным способом, описанным в разделе (А), подвергали тепловой бомбардировке нейтронами в ядерном реакторе, вызывая ядерное превращение Р под действием нейтронов. Условия облучения выбраны для увеличения до максимума производства Р в сплаве. Захват нейтрона приводит к образованию Р:
31
0
32
Р + n = Р
32
Таким способом может быть получен уровень активности от 2,5 до 10 ГБк на грамм, что подходит для лечения раковых опухолей печени от 1 до 3 см. Количество присутствующего Р (радионуклида) зависит в первую очередь от количества присутствующего исходного Р, так же как и от потока нейтронов.
(С) Применение продуктов радиотерапии пациентом согласно настоящему изобретению
Продукты радиотерапии согласно настоящему изобретению могут иметь разнообразие форм, подходящих для приема подкожным, внутримышечным, внутрибрюшинным или эпидермическим способами.
32
32
32
Продукты радиотерапии согласно настоящему изобретению включают кремний и фосфор; более конкретно, они включают кремний и Р. Они могут быть сферическими, в форме таблетки, в форме стержня, в форме ленты или цилиндра. Продукт радиотерапии может быть образован частично или, по меньшей мере, частично из: порошка, суспензии, коллоида, агрегата и/или флоккулята. Продукт радиотерапии может включать имплантат или ряд имплантатов, причем каждый имплантат включает кремний и Р. Такой имплантат или имплантаты могут быть вживлены в орган, в котором расположена опухоль, таким способом, чтобы улучшить терапевтический эффект компонента Р.
В одном аспекте настоящего изобретения способ лечения может включать метод брахитерапии, и орган, подвергнутый брахитерапии, может быть хирургически сокращен и оставшееся пространство заполнено продуктом радиотерапии. В другом аспекте из органа, требующего лечения, может быть удалена сердцевина с помощью набора игл и сердцевина вновь заполнена продуктом радиотерапии настоящего изобретения, такая процедура является подходящей для брахитерапии предстательной железы.
32
Продукт радиотерапии может включать множество микрочастиц кремния, причем каждая частица включает кремний и фосфор. Микрочастицы могут быть в форме порошка кремния, произведенного способом А, и фосфор может включать Р, произведенный способом В. Микрочастицы могут быть суспендированы в наполнителе, таком как наполнитель, включающий рецептуру микроцеллюлозы и полиэтиленгликоля. Суспензия затем может быть подана в место опухоли с помощью катетера. Этот последний указанный способ был бы удобным для лечения рака, такого как печени, поджелудочной железы или мозга методом брахитерапии.