第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

最近幾年來，特種氣體的 研究 與應(yīng)用在我國得到了從無到有的長足發(fā)展，特種氣體在國民經(jīng)濟中的應(yīng)用越來越廣， 研究 開發(fā)新品種氣體正得到自上而下的普遍關(guān)注，一些常用特種氣體己基本擺脫單純依賴進口的被動局面，不但為國家節(jié)省了大量外匯，也為發(fā)展我國自己的電子工業(yè)做出了巨大貢獻。但不可忽視的是，我國特種氣體的 研究 應(yīng)用仍大大落后于發(fā)達國家，有相當數(shù)量的特種氣體需要進口。我國特種氣體與發(fā)達國家相比，差距在以下幾個方面。

1、單元純氣的制備技術(shù)比較落后

國外氣體的純度大多在8個“9”（即99.9999.%）以上，有的已達8個“9”，而我國多為4~5個“9”，少數(shù)可達6個“9”。

2、多元混合氣體的配置技術(shù)需引進

國際上普遍采用以計算機為主導的自動化混制，這種方式的優(yōu)點是混制精度高、浪費少；我國多采用以手工混制為主，只有少數(shù)幾套裝置是從國外引進的，具有一定的先進性。

3、氣體的 分析 測試技術(shù)有待提升

目前氣體的發(fā)展方向是高純度、高潔凈度，這就需要有高尋求的 分析 測試手段。國外氣體公司目前可 分析 測定ppb、ppt級的雜質(zhì)，我國還基本停留在ppm級。

4、終端凈化技術(shù)比較落后

在使用點上使用高純、超高純氣體，必須采用終端純化裝置，以確保氣質(zhì)的穩(wěn)定。我國目前部分生產(chǎn)線上的終端裝置，都是引進時附帶的，完全不夠用。我國應(yīng)著手 研究 配備自控水平高、能自動報警的終端純化器。

雖然我國的特氣技術(shù)與發(fā)達國家相比還有一定的差距，但是經(jīng)過這幾年的發(fā)展也取得了長足的進步，有些領(lǐng)域甚至躋身世界先進水平。

高純?nèi)且环N微電子工業(yè)中使用的特種氣體，可以在集成電路板上“蝕刻”出只有幾十納米的線槽，使電子產(chǎn)品的核心部件越做越小，可讓手機、電腦、MP3等各種數(shù)碼產(chǎn)品變得小巧玲瓏。同時，它還可以作為清洗氣。在生產(chǎn)液晶顯示器的時候，由于周圍環(huán)境中會有一些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)用常規(guī)辦法很難清理干凈，這時候三氟化氮可以大顯身手，為液晶顯示器的生產(chǎn)創(chuàng)造近乎零污染的環(huán)境。此外，由于高純?nèi)獙Φ厍虺粞鯇游：O小，因此它被很多國家和地區(qū)用來替代《蒙特利爾議定書》和《京都議定書》中所列的六氟化硫（SF6）、六氟乙烷（C2F6）、四氟化碳（CF4）等溫室氣體。

目前，國內(nèi)只有718所擁有高純?nèi)a(chǎn)線，世界上能夠生產(chǎn)該產(chǎn)品的企業(yè)也僅有4家。隨著微電子 行業(yè) 的發(fā)展，世界各國對高純度三氟化氮氣體的需求將越來越大。據(jù)預(yù)測，今后十年間，半導體、芯片 行業(yè) 對三氟化氮的需求量將以每年25％的速度遞增，同時對三氟化氮純度的要求也越來越高，這意味著該產(chǎn)品未來將有更廣闊的發(fā)展空間。

718所生產(chǎn)的三氟化氮氣體純度已經(jīng)達到99.999%，這不僅在國內(nèi)獨一無二，在國際上也是領(lǐng)先的。與美國、日本的三氟化氮氣體生產(chǎn)技術(shù)相比，718所的三氟化氮技術(shù)在安全性、經(jīng)濟性上更勝一籌，該產(chǎn)品曾被科技部、商務(wù)部等4部委授予“國家重點新產(chǎn)品”稱號。目前，718所的高純?nèi)獨怏w生產(chǎn)已形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，年生產(chǎn)能力達300噸，產(chǎn)品遠銷美國、日本等國家和地區(qū)。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

1、特種氣體技術(shù)特點

特種氣體技術(shù)的特點可概括為“四高”和“四低”。“四高”即高純度、高穩(wěn)定、高自動和高配套。“四低”即低濃度、低污染、低檢測和低能耗。以這些特征，帶動并促進了全 行業(yè) 生產(chǎn)專業(yè)化、工藝自動化、技術(shù)配套化及產(chǎn)品系列化的總體發(fā)展趨勢。

2、氣體控制體系

特種氣體的 研究 和開發(fā)，涉及到生物學、化學、機械學、電子學、工程物理和工程化學等學科領(lǐng)域。它的發(fā)展和完善，主要取決于國家高壓技術(shù)、低溫技術(shù)、真空技術(shù)、潔凈技術(shù)、材料技術(shù)、測量技術(shù)、精密制造技術(shù)及自動控制技術(shù)等部門的綜合發(fā)展水平。目前，在上述基礎(chǔ)技術(shù)的支持和推動下，已逐步形成了具有自己特色的，分工明確和門類齊全的氣體控制體系。

氣體控制體系圖

第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

同電子氣體、空分氣體相比,我國的標準氣體在國產(chǎn)化方面做得不錯,由于我國特氣技術(shù)基礎(chǔ)相對比較雄厚,國外幾大公司在標氣、石油化工用特氣方面在中國并沒有撈到什么實惠。隨著我國石油化工及下游產(chǎn)品深加工方面的不斷發(fā)展,環(huán)境保護、精細化工、制藥等領(lǐng)域的飛躍,對標準氣、高純特種氣體無論在數(shù)量上還是在質(zhì)量方面必然提出更高的要求,我國特氣 研究 、生產(chǎn)、 分析 和包裝技術(shù)也將會遇到更新的挑戰(zhàn),為此未來幾年我國在特氣方面應(yīng)著重發(fā)展以下二個方面：一方面應(yīng)盡早建立適合我國國情的標物運轉(zhuǎn)體系,重點解決目前我國標準氣生產(chǎn)混亂的局面；另一方面隨著新型催化劑的不斷問世,高質(zhì)量的產(chǎn)品不斷出現(xiàn),配制“10-9”數(shù)量級的標準氣是將來發(fā)展的必然,這樣就對原料氣、氣瓶處理、氣體 分析 、氣體配制提出了更新的標準。

電子氣體廣泛地應(yīng)用于電子 行業(yè) 、太陽能電池、移動通訊、汽車導航及車載音像系統(tǒng)、航空航天、軍事工業(yè)等諸多領(lǐng)域。在許多重要敏感領(lǐng)域,如國家戰(zhàn)略武器 研究 與使用,神舟系列飛船的控制系統(tǒng),都需要大量高質(zhì)量的電子元器件。由此可見，發(fā)展電子氣體的重要性。我國近幾年加快了電子氣體發(fā)展的腳步，我國未來電子氣體的發(fā)展趨勢如下：

1、電子氣體污染控制技術(shù)日趨完善

隨著電子消費品的升級換代,產(chǎn)品制造尺寸越來越大,產(chǎn)品成品率和缺陷控制越來越嚴格,整個電子工業(yè)界對電子氣體氣源純度,以及杜絕輸送系統(tǒng)二次污染的要求越來越苛刻?；旧瞎I(yè)界對電子氣體氣相不純物以及顆粒度污染提出的技術(shù)指標,直接與 分析 儀器技術(shù)進步帶來的最低檢測極限(LDL)相關(guān)聯(lián)。如傳統(tǒng)的激光顆粒測試儀可測到0.1微米,而核凝結(jié)技術(shù)(CNC)可達到0.01微米。

目前12英寸超大規(guī)模集成電路制造線寬已經(jīng)發(fā)展到45納米,對于大宗氣體的純度都要求在ppt級別,顆粒度控制直指CNC 分析 儀器的下限。實驗室超高亮度發(fā)光二極管(LED)技術(shù)指標已達到200Lm/w(流明/瓦)以上,對于氫氣和氨氣的純度控制要求也都小于1ppb(十億分之一),氨氣則采用多級精餾生產(chǎn),技術(shù)指標到達7N(7個9)的“白氨”,5N的氫氣需要采用先進的鈀膜純化器提純至9N。

大宗特氣系統(tǒng)(BSGS)的及時應(yīng)用有利于提高污染控制。首先大包裝容器保證了氣體品質(zhì)的連續(xù)性,降低了多次充裝污染風險。另外由于換瓶頻率的減少,也減少了污染幾率。BSGS多采用了深層吹掃,顯著提高了吹掃效果。

輸送管路系統(tǒng)普遍采用了316L不銹鋼電解拋光(EP)管道,高純調(diào)壓閥、隔膜閥、高精密過濾器(<0.003μm)、VCR接頭等,接觸氣體的管路部件表面粗糙度可控制在5uin,同時采用零死區(qū)設(shè)計。施工技術(shù)采用全自動軌道焊接,同時制定和實施嚴格的超高純施工和QA/QC保證程序。氣體輸送系統(tǒng)建成后必須經(jīng)過嚴格的保壓、氦檢漏、顆粒度和水分、氧分以及其它氣相雜質(zhì)的測試。

2、大流量、不間斷和穩(wěn)定輸送

如何滿足大規(guī)模量產(chǎn)工廠對電子氣體大流量、不間斷和穩(wěn)定輸送的要求是一個挑戰(zhàn)。電子氣體多以集中式供應(yīng)為趨勢,特種氣體集中放置在氣體房。輸送系統(tǒng)的數(shù)量是根據(jù)機臺對流量的需求進行合理配置。特氣輸送設(shè)備必須采用全自動切換供氣,而且多設(shè)計了備用設(shè)備。對于低蒸汽壓氣體(WF6,DCS,BCl3,C5F8,ClF3等),需要考慮鋼瓶加熱,氣體面板加熱,管道伴熱等。為了精確控制流量,在氣源端一般會考慮配置高精度的壓力變送器、電子秤、溫控器等。在機臺用氣點也都配置了質(zhì)量流量計。

對于大流量的BSGS,不但要考慮管路壓降和液化鋼瓶蒸發(fā)吸熱對流量的影響,還要考慮氣體經(jīng)過調(diào)壓閥減壓后的焦耳-湯普遜效應(yīng)。一般而言,氣體減壓后,溫度會降低,甚至液化。這會照成輸送壓力的不穩(wěn)定以及管路系統(tǒng)的損壞。因此需要考慮在減壓前對氣體進行預(yù)熱。氣體監(jiān)控系統(tǒng)(GMS)通過計算機網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)對氣體輸送系統(tǒng)的實時監(jiān)控,以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

針對液化氣體(如氨氣)的BSGS,采用直接加熱液體的氣化輸送系統(tǒng)(Evaporator)已經(jīng)研發(fā)成型,很快會在BSGS的應(yīng)用上推廣。

3、安全日趨嚴格

電子氣體可能存在窒息性、腐蝕性、毒性、易燃易爆性等危險,其危害性被不同國家區(qū)域和不同的工業(yè)組織進行了詳細的危險等級分類。對于一個大規(guī)模量產(chǎn)的電子工廠,其使用和存儲的電子氣體數(shù)量之多可以毫不夸張地被視為擁有“大規(guī)模殺傷性”武器庫。任何設(shè)計上、施工中、日常運行里存在的安全隱患都會對工廠、人員和環(huán)境帶來巨大的災(zāi)難。

如何保證電子氣體的安全儲存、使用操作,系統(tǒng)的工藝和產(chǎn)品本征安全設(shè)計,在眾多的國際標準規(guī)范如SEMI,NFPA,CGA,FM等都有很詳細的規(guī)定,目前中國國內(nèi)也正在起草針對電子特種氣體的國家標準規(guī)范。通常而言,會根據(jù)氣體性質(zhì)和相容性,將氣體房分成可燃氣體房、腐蝕性氣體房、惰性氣體房、硅烷氣體房、三氟化氯氣體房等。氣體房 規(guī)劃 需要考慮建筑物的防火、泄爆、防火防爆間距、危險物總量控制等等。針對硅烷輸送系統(tǒng),特別是BSGS系統(tǒng),因總量較大,應(yīng)采用隔離式建筑。氣體房和氣柜應(yīng)采用自動噴淋系統(tǒng)。而三氟化氯遇水反應(yīng),需要采用二氧化碳滅火系統(tǒng)。

使用電子氣體的工廠抽風系統(tǒng)也根據(jù)危險品性質(zhì)分成了普通排風系統(tǒng)(GEX),酸性排風系統(tǒng)(SEX),溶劑排風系統(tǒng)(VEX)和氨氣排風系統(tǒng)(AEX)。換鋼瓶時的吹掃尾氣,也建議排放至尾氣處理器中。輸送管道一般采用無縫SS316LEP管。施工采用自動軌道焊接,經(jīng)保壓、氦檢漏和純度測試。對于劇毒、高反應(yīng)性和自燃氣體,應(yīng)使用雙套管輸送。一些劇毒氣體如磷烷、砷烷等,安全輸送系統(tǒng)(SDS)正在被廣泛使用。其鋼瓶內(nèi)采用負壓吸附的方式,用真空法輸送,從根本上避免了氣體的泄漏。

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