1气体的净化.doc

广东省游乐设备事务所 专业设计开发多晶硅，灰色金属光泽。密度2.322.34。熔点1410。沸点2355。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800以上即有延性，1300时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。 多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。 多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。被称为“微电子大厦的基石”。气体的净化1-1常用气体及气体净化的意义在半导体材料中，最常用的气体是氢气、氮气、氩气。制备半导体材料生产过程中，材料的质量好坏，取决于气体净化的好坏，是一个重要的因素。而硅材料生产中常常用气体作为载流气体及利用氢气做还原剂，不公需要的量大，而且对气体的纯度要求也越来越高，在多晶硅生产中一般要求气体的纯度在99。999%以上。其中含氧量要小于5ppm，水的露点要低于-50以下，（39ppm），硅外延生长对气体纯度的要求更高。目前工业气体的纯度都有比较低，杂质含水量量较高，中很多工厂生产的氢气几乎都是用电解水的方法，其纯正度一般只有98%，还有2%的杂质如水、氧、二氧化碳、一氧化碳等杂质。这些杂质的存在对多、单晶硅及外延影响很大，某些分析证明，氢气中含氧大于20ppm，水的露点大于-30时，在硅棒的生长方向（径向）上生成了数量不等的分层结构，即多晶硅夹层现象，严重者用肉眼可以直接从硅棒的横断面上看到一圈一圈的象树木生长“年轮”一样的明显图像，这些夹层的存在对单晶硅的生长带来大的影响，在真空条件下生长单晶硅时，会造成熔融硅从熔区（或坩埚）中溅出，轻者有“火焰”一样往外冒花（即所谓的“放花”现象），严重者会崩坏加热线圈（或加热器和石英坩埚），甚至造成生产无法进行下去（这些现象称为硅跳现象），而一般常见现象为熔区表面（或熔体表面）浮渣很多，致使多次引晶不成等等。对硅外延层的影响，当氢气中含氧量为75ppm时，生长出质地低劣的多坑外延层。而氢中含水量在100ppm时（即露点-42），将使外延层生长多晶材料。氢中含有CO2、CO时使衬底氧化，硅在氧化的衬底上沉积生长成多晶硅。在硅材料生产中，常用氮气和氩气作保护气体或载流气体。其工业气体的纯度比较低，这些气体中的的杂质存在，同样会造成硅材料的氧化。由上所述，气体的净化对于提高半导体材料的质量是有着十分重要的意义的。1-2常用气体的种类及简单性质一、气体的种类及简单性质 在半导体工业中，常用的气体有氢气、氮气、氩气等。其简单性质见表2表2 几种常用气体的简单性质气体名称分子式分子量在0及760mmHg下的密度g/l比重（对空气）在0及760mmHg的克分子体积760mmHg柱下的沸点温度密度Kg/l氢气H22.0160.08990.0695222.43-252.7-2520.0709氮气N228.0161.25070.967322.3-196-1960.808氩气Ar239.9441.7841.379922.39-185.7-1851.402氧气O232.001.4291.105322.39-183.-183.1.14空气028.951.293122.66-192*-195*-1920.86*空气的冷凝温度*组成相同的液态空气的沸点常用气体中，氢气是最常用的气体之一。在自然界中，主要以化合物状态存在，是一种无色无嗅的气体，在元素周期表中排第一位，比一切元素轻，能被金属吸收，透过炽热的铁、铂等。在240时能透过钯，常温下能透过带孔和橡皮而放出，还能透过过玻璃；在镍、钯和铂内溶解度大，一个体积的钯能溶解几百体积的氢气，具有较大的扩散速度和很高的导热性。氢气能自然，但不助燃，在高温时能燃烧，易爆炸，遇火或700高温时产生爆炸，产生大量的热。二、氢气的制备制取氢气的方法较多，一般用电解水和电解食盐水来制得氢气，用此两种方法所得的氢气其杂质含量各不相同。详见表3、表4。表3 电解水制得的氢中杂质含量杂质种类H2OO2CO2N2Ar2CH4杂质含量ppm过饱和0.5%510170260046711表4 电解食盐水制得的氢中杂质含量杂质种类H2OO2CO2COCl2BPAs杂质含量ppm过饱和0.5%0.6%10200.080.42.240.56从3、4表看出电解水水制得的氢其杂质含量少。三、气瓶的存放及安全使用1、气瓶标记：为了安全的使用和更快的识别气体，对于不同的气体，所用气瓶的类型及瓶的输气管道的标记也不同。其规定如表5。表5 几种气体的气瓶类型及气瓶管道标记气体名称气瓶及输气管道颜色字样字样颜色线条颜色气颜类型氢气深绿氢红/甲氮气黑氮黄棕甲工业氩气黑工业氩天兰白甲高纯氩气灰纯氩灰白甲氧气天兰氧黑省/甲空气黑空气白/甲二氧化碳黑二氧化碳黄/乙2、气瓶的存放及安全使用对于装有相互接触时能够引起燃烧或爆炸的气体（如氢、氧气瓶），必须分别存放在单独房间内；严禁在存放气瓶附近处堆放易燃物及使用明火，在夏季时，不应将气瓶放在日光下曝晒。室内温度不宜太高，应定时的排风。在堆放气瓶时不应有大的振动。使用气瓶之前，必须装好氢气表（或氧气表），使气体通过表而输送到使用地方；气瓶嘴上不应沾染油脂；在开关气瓶时人应站在氢气表的侧面，瓶内气体不应用完，乖余气体的压力应保持在0.55Kg/cm2。氢气与其它气体按一定比例混合将发生爆炸。爆炸极限如表6。表6 氢气的爆炸极限爆炸极限空气氧气一氧化碳一氧化氮氯气下限4.5%4%52%13.5%87%上限75%95%80%4.9%5%* 数据均为氢气体积百分比从表看出，氢气是一易燃爆气体，因此在使用时应注意以下几点：a 、氢气瓶与氧气瓶分开存放，更不能混用。b 、使用设备与氢气之间须安装回火装置。c 、通