用于储存和运输路易斯酸性气体的含路易斯碱性反应性化合物的液体介质制造技术

本发明专利技术涉及一种改进的路易斯酸性气体低压储存和输送系统，特别是用于危险的特定气体例如ＢＦ３和乙硼烷，其可应用于电子工业中。改进在于在含有能够与路易斯酸性气体有效进行可逆反应的路易斯碱性反应性化合物的液体中储存气体。该反应性化合物包括溶解的、悬浮的、分散的或与不挥发液体混和的其它形式的反应性物质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改进的路易斯酸性气体低压储存和输送系统，特别是用于危险的特定气体例如BF3和乙硼烷的低压储存和输送系统。
技术介绍
在半导体工业的许多工艺中需要可靠的气体生成源以用于各种广泛地应用。通常这些气体储存在钢瓶或容器中并且在可控制的条件下从钢瓶输送到该工艺中。半导体制造工业，例如使用多种危险的特定气体例如膦、胂和三氟化硼用于掺杂、蚀刻以及薄膜沉积。这些气体由于它们的高毒性和自燃性(在空气中自发燃烧)引起严重的安全和环境挑战。除毒性因素之外，为了在钢瓶中储存，这些气体中许多是在高压下压缩的和液化的。由于钢瓶可能产生泄漏或灾难性的破裂，通常不能接受在高压下在金属钢瓶中储存有毒气体。为了减轻与高压钢瓶相关的这些危险性，使用就地电化学生产这种气体。由于就地合成这些气体的困难性，更近的低压储存和输送系统技术在固体载体上吸附这些气体。这些储存和输送系统并不是没有问题。它们有容量小和运输受限、低热传导性等问题。用以下的专利和文章来说明低压、低流速气体储存和输送系统。U.S.4,744,221公开了用沸石吸附AsH3。当需要时，通过加热沸石到不高于大约175℃的温度从输送系统中释放出至少部分AsH3。由于在容器中大量AsH3与沸石结合，相对于加压的容器由于破裂或故障导致的非故意释放的影响降低到了最小。U.S.5,518,528公开了在亚大气压下基于物理吸附剂的用于储存和输送氢化物、卤化物和V族有机金属气态化合物的储存和输送系统。通过在低压下往工艺或操作的装置中分配气体来解吸气体。U.S.5,704,965公开了在储存和运输系统中使用的吸附剂，其中吸附剂可以被处理、反应或用化学部分功能化以利于或增加流体的吸附或解吸。实例包括胂等氢化物在碳吸附剂上的储存。U.S.5,993,766公开了例如沸石和碳等物理吸附剂，用于亚大气压的储存和分配流体，其中吸附剂可以进行化学改性以实现其与选择性流体之间的相互作用。例如，吸附剂材料可以用路易斯碱性胺基来功能化以增加对B2H6(作为BH3被吸附)的吸附亲合力。
技术实现思路
本专利技术通常涉及改进用于选择性储存路易斯酸性气体，和随后，一般地在5psig及其以下，典型地是在亚大气压下，例如通常低于760Torr，通过压差、加热或两者的结合分配所述气体的低压储存和分配系统。所述改进在于在可逆反应状态下在含有路易斯碱性反应性化合物的液体中储存路易斯酸性气体。获得路易斯酸性气体的安全储存、运输和输送的几个优点包括能够在液体介质中维持可靠的气体源，其中在运输和储存期间气体保持在接近或低于大气压能够以基本上纯的形式储存和输送气体；在气体装载和分配期间能够控制与热传输相关的问题；能够允许机械搅动和泵吸，因此使得操作例如化合物输送更有效；通过选择反应性化合物成分能够使给定气体的结合亲合力最优化；和与和固体吸附剂相关的表面吸附和化学吸附方法相比能够获得高的气体(或工作)容量。具体实施例方式使用非挥发性液体与能和路易斯酸性气体发生化学反应的路易斯碱性反应性化合物相结合来制备溶液或混合物。这样，可以安全的储存和运输例如BF3、B2H6或BH3和SiF4等危险路易斯酸性气体，优选在大气压或大气压以下。化学配位是充分可逆的以使得能在低压下以有效的速度输送至少部分危险气体。本专利技术涉及改进的气体低压储存和输送系统，特别是危险的特定气体例如三氟化硼、乙硼烷、硼烷和四氟化硅，它们可应用于电子工业中。所述改进在于在含有能与路易斯酸性气体有效进行可逆反应的路易斯碱性反应性化合物的液体中储存路易斯酸性气体。该反应性化合物包括溶解的、悬浮的、分散的或与不挥发液体混合的反应性物质。气体储存和分配系统包括储存和分配容器，其构造和布置成可容纳含有对要储存的气体具有亲合性的反应性化合物的液体，并且所述气体可选择性流动进出该容器。分配装置以气流连通方式与储存和分配容器相连，并且其构造和布置成选择性地、路易斯酸性气体随选分配地、通过热和/或压力差调解从液体混合物中放出的装置。该分配装置构造和布置成(i) 对所述储存和分配容器的外部提供低于所述内部压力的压力，以从液体所含的反应性化合物中有效释放气体，并且气体从容器中通过分配装置流动；和/或(ii) 提供用含有反应性化合物的液体介质去除气体反应热和加热液体混合物以有效从其中放出气体的方法，以使气体从容器通过分配装置来流动。因此，本专利技术涉及一种路易斯酸性气体的储存和输送系统，包括储存和分配容器，所述容器含有混有路易斯碱性反应性化合物的液体并且其对路易斯酸性气体具有易发生可逆反应的亲合力。本专利技术的特征在于通过压力调节和/或热调节方法易于从在液体介质中所含的反应性化合物中去除该气体。由压力调节去除意味着通过改变压力条件可以进行的去除，典型地是在25℃下在10-1到10-7Torr的压力范围，以使气体从反应性化合物中释放并且从承载反应性化合物的液体中放出。例如，此压力条件可包括在容器中混有反应性化合物的液体与容器外部环境之间建立压力差，该压力差使得流体从容器流向外部环境(例如通过集管、管道、导管或其它的流动区域或通道)。实现移动的压力条件包括真空下容器内组分的容量或实现气体从反应混合物和容器中抽出的吸取条件。通过热调节去除意味着去除气体可通过下列方式实现通过充分地加热容器中的物质来释放与反应性化合物结合的气体，以使气体可以从液体介质从而从容器中抽取或释放。典型地是，用于热调节去除或释放的温度范围在30℃到150℃。与现有技术工艺采用的多孔固体介质相反，由于反应性化合物是承载于液体介质中的化合物，如果需要，其可以使用热调节释放。因为效率原因，优选压力调节去除。用于反应性化合物的适当的液体载体具有低挥发性，优选在25℃下具有低于大约1-2Torr的蒸汽压，更优选的在25℃低于10-4Torr。因此，可以以基本上纯的形式输送从液体介质释放的气体，没有来自液体溶剂或载体的大量污染。如果能容忍污染，可以使用蒸汽压高于10-2Torr的液体。如果不能容忍，需要在液体载体和反应性化合物的混合物与处理设备之间安装洗气装置。因此，可以清扫液体以防止其污染输送的气体。离子液体具有低熔点(即一般低于室温)和高沸点(即一般在大气压下高于250℃)使得它们很适合作为反应性化合物的溶剂或载体。适合使用的离子液体可以是中性的或充当反应液体，即作为路易斯碱，用于完成与要储存气体的可逆反应。这些反应的离子液体具有阳离子成分和阴离子成分。通过阳离子浓度、阴离子浓度或阳离子和阴离子的结合浓度来控制离子反应液体的酸性或碱性。最普通的离子液体包括四烷基磷鎓、四烷基铵、N-烷基吡啶鎓或N，N’-二烷基咪唑鎓阳离子。普通的阳离子包含C1-18烷基以及包括N-烷基-N’-甲基咪唑鎓和N-烷基吡啶鎓的乙基、丁基和已基衍生物。其它的阳离子包括吡咯烷鎓、哒嗪鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、吡唑鎓、三唑鎓、噻唑鎓和唑鎓。已知的是“特定目的(task-specific)”的离子液体(TSIL)在阳离子或阴离子上带有反应官能团，在此可以使用这些离子液体。特定目的的离子液体通常是上述阳离子的氨烷基例如氨丙基，脲丙基和硫脲基衍生物。含有功能性阳离子的特定目的的离子液体的具体例子包括1-烷基-3-(3-氨基丙基)咪唑鎓、1-烷基-3-(3-氰基丙基)咪唑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体储存和输送系统，所述的储存和输送系统包括含有能够储存气体的介质的容器，并且允许从所述容器中输送储存在所述介质中的所述气体，其改进包括：在含有液体载体和路易斯碱性反应性化合物的液体介质内储存可逆反应状态的路易斯酸性气体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DJ坦佩，PB亨德森，JR布佐佐维斯基，RM皮尔斯泰恩，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]