现代高纯气体制取,分析与安全使用

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内容简介: 本书从高纯气体与集成电路等的关系说明气体纯度重要性。集成电路的制造包括成膜、刻蚀、掺杂和注入、平衡和清洗等,无不需要各种高纯气体。高纯气体的制取是本书的核心,在制取高纯气体方面,本书介绍国内外最新文献,包括:吸附、精馏、离子液体、贮氢材料、钯扩散、熔体合金、膜分离、吸杂剂、多级离心和制备色谱等新技术。除了气相色谱是气体分析的主体外,书中介绍最新光谱、质谱和纳米技术在高纯气体中杂质分析的应用。考虑高纯气体绝大部分都是易燃易爆和剧毒气体,使用的安全措施尤为重要,其内容还包括:容器、介质、传感器和废气的节能减排。

目录: 前言
第一章 高纯气体与电子学的关系
第一节 高纯气的分类和应用
一 引言
二 根据半导体工艺用气的分类
第二节 气体纯度对半导体器件(光伏 光纤)的影响
一 高纯气体在半导体中的具体应用分类
二 气体纯度和杂质及其表示方法
三 气体中的杂质分类
四 大规模集成电路对气体纯度的要求
五 气体中杂质对半导体器件(光伏 光纤 电光源)的影响
参考文献
第二章 气体纯化
第一节 吸附与吸附剂
一 吸附分离
二 吸附剂的物理性质
三 吸附剂及其他纯化材料和性能
四 气固表面吸附平衡
五 吸附剂的具体应用
六 分子筛的其他应用
七 吸附树脂
第二节 精馏
一 蒸馏与精馏
二 气液相平衡及计算
三 相平衡常数及计算
四 简单蒸馏
五 精馏
六 精馏塔
第三节 其他纯化气体方法
一 膜分离技术
二 催化剂
三 吸杂剂
四 熔体合金
五 钯合金扩散净化
六 贮氢材料
七 离子液体
第四节 现代电子气体的制造和纯化
一 新型的吸附(催化)剂
二 周期表ⅠA族金属吸附剂(scavener)
三 电子用特气的脱除痕量水
四 超低发射(ultralowemision,ULE)碳
五 终端低温纯化器
六 各种电子气的纯化
七 电化学制备砷烷气体
八 三氟化氮萃取精馏纯化
九 六氟化钨的合成和纯化
十 六氟化钼的制备和纯化
十一 六氟化硫的合成和纯化
十二 氯气等卤化物气体纯化
十三 金属烷基化合物的制备和纯化
十四 三甲基硼的特点及纯化技术指标
十五 多级离心分离技术应用于气体纯化
十六 制备色谱
第五节 混合气的配制和纯化
一 常用集成电路混合气
二 电光源用混合气
三 激光混合气
四 电子混合气的典型浓度和技术指标
五 电子混合气配制精度
六 混合气的纯化——-镍磷催化剂制备
参考文献
附录
第三章 高纯气体分析
第一节 气相色谱分析
一 气相色谱法分析的对象
二 气相色谱分析仪器简介和方法
三 色谱术语和色谱峰
四 色谱的基本理论
五 色谱仪的构成
六 气相色谱痕量分析
第二节 痕量水 氧的分析
一 痕量水分析
二 痕量氧分析
第三节 粒子分析
一 引言
二 微粒(金属杂质)对电子工业的重要性
三 大气尘的粒度分布
四 粒径
五 测定方法
第四节 现代高纯气体中痕量杂质分析
一 CMS测定砷烷中杂质
二 CICPMS锗烷中磷烷分析
三 CC多维色谱技术
四 浓缩(富集)法分析高纯气体中杂质实例
五 分析仪器小型化
六 其他的痕量气体分析仪器和分析方法
参考文献
第四章 压力容器——-气瓶
第一节 气瓶
一 定义
二 气瓶的安全监督和管理
三 按安全管理的需要分类
四 气瓶命名规则
五 气瓶标志
第二节 气瓶附件
一 气瓶阀
二 气瓶压力泄放装置和回火防止器
第三节 低温液体贮运设备及其附件
一 引言
二 低温液体的特性和应用
第四节 气体安全和安全技术
一 燃烧和火灾事故
二 爆炸事故及防爆
三 气体毒物
第五节 现代气体贮存介质和容器
一 引言
二 离子液体
三 氟金属骨架材料
四 PP(polymerizedpolymeric)和POP(porousoranicpolymer)
参考文献
附录
附图
第五章 危险性气体的检测和节能减排
第一节 气敏传感器
一 引言
二 常见气敏元件的分类
三 质量传感器
四 气敏传感器的应用
五 基于新材料和MEMS的传感技术
六 选择性的气敏传感器
第二节 节能减排实例
一 节能减排实例一
二 节能减排实例二
三 节能减排实例三
四 节能减排实例四
五 节能减排实例五
六 节能减排实例六
七 节能减排实例七
参考文献
附录
附录1:常见电子气体国家标准(B/T) 行业标准(H)编号列表(部分)
附录2:国外电子气体标准(部分)296附录3:常用气相色谱图


书摘: 《现代高纯气体制取、分析与安全使用》:
  第一章 高纯气体与电子学的关系
  第一节 高纯气的分类和应用
  1、前言
  不同的国家和地区在界定气体的外界条件时,由于科学技术发展状况不同,历史渊源的差异,以及研究的目的、出发点相异,很难求得统一,至今各国还没有一个统一的标准。在压力为1.013bar,温度为20℃时,或者在50℃时蒸汽压超过3bar时的任何物质。这是ISO/FDIS11622:2005对气体的界定。用温度和压力两个状态参数就可确定物质的相态,尽管不同国家和地区对气体的界定温度不同,但压力基本相同。
  气体作为重要产品,只有到了上世纪60~70年(以集成电路出现为准)代后,才初显其重要性,那时的半导体物理学家要求化学家提供特纯气体,一句话——越纯越好,这就是说分析检测的灵敏度要到“极限”,按目前说法是7N以上的纯度,或更高。
  大规模集成电路已经进入到32/22nm时代。现在微米芯片和亚微米芯片生产已经成熟,准纳米芯片(Quasi-nanochip)的生产和研究正在加速前进。莫尔(Moore)定律将远远超过纯硅CMOS时代,继续支配纳米芯片和亚纳米芯片(Sub-nanoscaleintegrated,SNSI)的发展。半导体的特征尺寸完全遵守莫尔定律(每18个月性能提高一倍,价格降低一半)的发展,目前对这个时间可以估计到2022年(图1.1)。
  图1.1莫尔(Moore)定律例证
  图1.1为莫尔(Moore)定律从1900年的机械→集成电路关于计算运算速度(次/秒)到2022年的预测,与此对应的光刻发展情况见图1.2。
  表1.1相应的集成电路(2010~2022年)的线宽发展的预测
  图1.2对应的光刻路线到2022年的发展蓝图
  电子(集成电路)、能源(光伏)、信息工业(光纤)等产业到2022年,在材料类型、器件结构和芯片制造技术的选择上将面临更大挑战性。
  芯片制造中涉及几乎周期表内大部分元素(表1.2)
  上世纪80~90年代的集成电路线宽<1μm;电子元件的二氧化硅保护层厚度0.5μm;光致刻蚀层厚度0.2μm;Ta膜深度0.1μm;Cr层只有0.03μm。
  表1.2芯片制造中一般元素特性
  *其他如ⅡB的Zn、Cd、Hg;ⅢB的Sc、Y、La-Lu系元素;ⅦB的Mn;ⅧB的Fe、Co、Ni;铂系贵金属等原作者未提到,随着技术进步,将包括上述元素。
  以上这些金属非金属在一定条件下大部分在有机络合物情况下都能形成气体。如乙酰丙酮、1,5环辛二烯、六氟乙酰丙酮等气态化合物。
  气体种类繁多,按组分或用途分类,已经达到250~300多种:有永久气体(如氢、氧、氮、氩、氦)、高压液化气体(硅烷、磷烷、砷烷)、低压液化气体(硒化氢、锑化氢、丙烷)、大宗液化气体(空气、液化石油气、煤气)、MO源气体(三甲基镓、三甲基铟、三甲基铝、三乙基铝)和特种气体(包括电子气、焊接气、标准气、医用气、激光气、杀菌、杀虫和混合气)。特种气体又泛指电子气,高纯气体,而高纯气体主要指应用于电子(光伏、光纤)工业,这样统称电子气,常用电子气体达到有几十种。
  最新的电子信息技术已经进入到纳米时代,超大规模集成电路芯片的最小平均线宽已经到22~32nm。而目前芯片薄膜、光伏电池、光纤等的制造原材料主要就是高纯气体。除了氢、氧、氮、氩、氦等吹扫或背景辅助气体以外,就是硅烷、磷烷、硼烷、砷烷、三甲基硼、气态氟化物、气态氯化物.等反应成膜、刻蚀气体。所有这些气体都要求纯度为5个9(5N,99.999%),甚至6个9(6N,99.9999%)或7个9(7N,99.99999%)的超高纯度气体。为了满足生产6N、7N纯度电子气体的要求,必须建立一系列测试各种有害杂质到0.1~0.0001PPM(100~0.1PPB)灵敏度的分析方法,否则将影响信息技术和能源工业的发展。
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