一种高纯三氟化氮的制备方法及高纯三氟化氮的应用技术

本发明专利技术提供了一种高纯三氟化氮的制备方法，该方法为：在保护性气体中先后独立地通入氟气和氨气，混合后得到混合气体，所述混合气体反应后得到含有氟化氢、三氟化氮与保护性气体的混合气；使用氟化氢吸附剂吸附含有氟化氢、三氟化氮与保护性气体的混合气中的氟化氢，得到纯化后的混合气，冷凝分离后得到高纯三氟化氮。还提供上述制备方法制备的高纯三氟化氮的应用，高纯三氟化氮用于微电子工业。本发明专利技术提供的高纯三氟化氮的制备方法制备出的三氟化氮气体的纯度较高、制备工艺简单、制备效率较高，不会产生大量污染环境的废水且易于大规模应用于工业生产中。大规模应用于工业生产中。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯三氟化氮的制备方法及高纯三氟化氮的应用


[0001]本专利技术属于三氟化氮制备
，具体涉及一种高纯三氟化氮的制备方法及高纯三氟化氮的应用。

技术介绍

[0002]三氟化氮主要应用于微电子工业中，是一种优良的等离子刻蚀剂和清洗剂，尤其是对于硅、氮化硅等半导体材料，其具有相当优秀的刻蚀速度和选择性；而作为一种气体清洁剂时，三氟化氮的清洗效率高且不留痕迹。近年来随着全球半导体工业、液晶显示产业及光伏产业的增长，三氟化氮的需求急剧上升，高质量、高产能的三氟化氮的制备倍受关注。
[0003]用于提纯制备高纯三氟化氮气体的原料气，一般是采用化学合成法或电解法生产的。比较经典的化学合成法是用NH3与F2反应制得三氟化氮气体，但是采用化学合成法所制备的粗品NF3气体中各种杂质的含量较高。
[0004]有关精制提纯三氟化氮气体工艺方法在各国的专利文献中报道得较多，其具体实现的工艺方法也不尽相同、各有长短，但大部分高纯三氟化氮气体的精制工艺方法是一种在试验室实现的工艺方法，不适合较大规模的工业化生产。
[0005]CN106222688A公开了一种氟化氢铵电解制取三氟化氮的方法，首先制备了导电型石墨烯修饰碳电极，作为电解反应阳极使用。将氟化氢和氟化铵按摩尔比(熔盐比)1～3:1配成电解液连续注入电解槽中，电解温度80～150℃，压力
‑
0.01～0.01MPa，电压5～10V，阳极生成气体含有NF3、CF4和N2O，以及一些微量杂质，该混合气体经过业内公知的系列精制工艺，包括脱除杂质氟，除酸性杂质，再经过分子筛吸附NF3，使NF3与CF4分离，NF3再经水洗、碱洗工序精制得到产品。但是，该氟化氢铵电解制取三氟化氮的方法的工艺复杂且NF3的制备效率低，不利于大规模推广使用。
[0006]CN113247870B公开了一种制备高纯三氟化氮气体的方法及装置，属于三氟化氮气体制备
所述方法是采用电解法制备的NF3电解气依次进行二级裂解、冷却、水洗、还原、碱洗、除水以及二级精馏。另外，所述装置包括电解槽、一级裂解塔、二级裂解塔、第一缓冲罐、冷却器、第二缓冲罐、水洗塔、还原塔、碱洗塔、水环压缩机、除水塔、隔膜压缩机、一级精馏塔、二级精馏塔以及充装系统。但是，该高纯三氟化氮气体的方法的流程复杂，且会产生大量难以处理的废水，不满足环保的要求，同时，该装置的结构复杂，制造成本较高，不利于大规模推广使用。
[0007]目前公开的三氟化氮的制备与纯化方法都有一定的缺陷，存在着制备的三氟化氮气体中的杂质含量较高、制备工艺复杂、制备效率较低、不适合大规模工业化生产且纯化过程中产生大量难以处理的废水的问题。因此，开发设计一种新型的高纯三氟化氮的制备方法及高纯三氟化氮的应用至关重要。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高纯三氟化
氮的制备方法及高纯三氟化氮的应用，该方法制备出的三氟化氮气体的纯度较高、制备工艺简单、制备效率较高，不会产生大量污染环境的废水且易于大规模应用于工业生产中。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：高纯三氟化氮的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0010]S1、在保护性气体中先后独立地通入氟气和氨气，混合后得到混合气体；所述混合气体在温度为
‑
20～30℃的条件下反应3～24h，得到含有氟化氢、三氟化氮和保护性气体的混合气；
[0011]反应温度可以是
‑
20℃、
‑
15℃、
‑
10℃、
‑
5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃或30℃，反应时间可以是3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h或24h；
[0012]S2、将S1中得到的含有氟化氢、三氟化氮和保护性气体的混合气使用氟化氢吸附剂进行吸附，得到纯化后的混合气；
[0013]S3、将S2中得到的纯化后的混合气进行冷凝分离，得到高纯三氟化氮。
[0014]优选地，S1中所述混合气体中氟气与氨气的摩尔比为(2～5):1，可以是2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1；所述混合气体中氟气的摩尔浓度为2～15mol％，可以是2mol％、3mol％、4mol％、5mol％、6mol％、7mol％、8mol％、9mol％、10mol％、11mol％、12mol％、13mol％、14mol％或15mol％；所述混合气体中氨气的摩尔浓度1～3mol％，可以是1mol％、1.2mol％、1.5mol％、1.7mol％、2mol％、2.2mol％、2.5mol％、2.7mol％或3mol％。
[0015]优选地，S2中所述吸附的温度为
‑
5～30℃；所述吸附在吸附装置中进行，所述含有氟化氢、三氟化氮和保护性气体的混合气通入吸附装置的气体流速为5～30ml/s，可以是5ml/s、7ml/s、9ml/s、10ml/s、12ml/s、14ml/s、1ml/s、18ml/s、20ml/s、22ml/s、24ml/s、26ml/s、28ml/s或30ml/s。吸附的温度可以是
‑
5℃、
‑
2℃、
‑
1℃、0℃、2℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃或30℃。
[0016]优选地，S2中所述氟化氢吸附剂由聚丙烯腈和化合物制成，所述化合物与聚丙烯腈的质量比为1:(0.2～5)，可以是1:0.2、1:0.5、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5或1:5；所述化合物为碱金属氟化物、碱土金属氟化物或碱金属氟氢化合物。
[0017]优选地，所述碱金属氟化物为氟化锂、氟化钾或氟化钠；所述碱土金属氟化物为氟化钡、氟化钙或氟化镁；所述碱金属氟氢化合物为氟氢化锂、氟氢化钾或氟氢化钠。
[0018]优选地，所述氟化氢吸附剂的制备方法为：将所述化合物与聚丙烯腈进行固固混合，然后依次进行粉碎和成型，得到成型混合物；将所述成型混合物在空气中进行第一热处理后，再在保护性气体中进行第二热处理，得到氟化氢吸附剂；所述保护性气体为氮气、氩气或氨气。
[0019]优选地，所述粉碎的粒径为130～200目，可以是130目、140目、150目、160目、170目、180目、190目或200目；所述成型混合物的形状为球状、圆柱状或片状；所述第一热处理包括依次进行的第一升温与第一保温，所述第一升温的升温速率为2～12℃/min，可以是2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min、11℃/min或12℃/min，终点温度为260～320℃，可以是260℃、270℃、280℃、290℃或300℃，所述第一保温的时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯三氟化氮的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、在保护性气体中先后独立地通入氟气和氨气，混合后得到混合气体；所述混合气体在温度为
‑
20～30℃的条件下反应3～24h，得到含有氟化氢、三氟化氮和保护性气体的混合气；S2、将S1中得到的含有氟化氢、三氟化氮和保护性气体的混合气使用氟化氢吸附剂进行吸附，得到纯化后的混合气；S3、将S2中得到的纯化后的混合气进行冷凝分离，得到高纯三氟化氮。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中所述混合气体中氟气与氨气的摩尔比为(2～5):1；所述混合气体中氟气的摩尔浓度为2～15mol％，氨气的摩尔浓度1～3mol％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中所述吸附的温度为
‑
5～30℃；所述吸附在吸附装置中进行，所述含有氟化氢、三氟化氮和保护性气体的混合气通入吸附装置的气体流速为5～30ml/s。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，S2中所述氟化氢吸附剂由聚丙烯腈和化合物制成，所述化合物与聚丙烯腈的质量比为1:(0.2～5)；所述化合物为碱金属氟化物、碱土金属氟化物或碱金属氟氢化合物。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属氟化物为氟化锂、氟化钾或氟化钠；所述碱土金属氟化物为氟化钡、氟化钙或氟化镁；所述碱金属氟氢化合物为氟氢化锂、氟氢化钾或氟氢化钠。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱姜涛，范娜，姚刚，李茹霞，张雷，郭君，张旭，
申请(专利权)人：中船邯郸派瑞特种气体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：