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工業氣體的種類和用途
 

工業氣體在國家標準《常用危險化學品的分類及標志》(GB13690-1992)中,通常被劃為第2類壓縮氣體和液化氣體。 這類化學品系指壓縮、液化或加壓溶解的氣體。氣體經加壓或降低溫度,可以使氣體分子間的距離大大縮小而被壓入鋼瓶中,這種氣體稱為壓縮氣體(亦稱為永久氣體, 如氧氣、氮氣、氬氣、氫氣等)。對壓縮氣體繼續加壓, 適當降溫,壓縮氣體就會變成液體的,稱為液化氣體(如液氯、 液氨、液體二氧化碳等)。此外,還有一種性質極為不穩定的氣體,加壓后需溶于溶劑中儲存在鋼瓶內,這種氣體稱為溶解氣體(如溶解乙炔等)。

具體來說工業氣體可分為以下14種:

特種氣體(Specialty gases) :指那些在特定領域中應用的, 對氣體有特殊要求的純氣、高純氣或由高純單質氣體配制的二元或多元混合氣。特種氣體門類繁多, 通常可區分為電子氣體、標準氣、環保氣、醫用氣、焊接氣、殺菌氣等, 廣泛用于電子、電力、石油化工、采礦、鋼鐵、有色金力工程、生化、環境監測、醫學研究及診斷、食品保鮮等領域。

2、標準氣體(Standard gases) :標準氣體屬于標準物質。標準物質是高度均勻的、良好穩定和量值準確的測定標準, 它們具有復現、保存和傳遞量值的基本作用, 在物理、化學、生物與工程測量領域中用于校對( [準測量儀器和測量過程, 評價測量方法的準確度和檢測實驗室的檢測能力, 確定材料或產品的特性量值, 進行量值仲裁等。大型乙烯廠、合成氨廠及其它石化企業, 在裝置開車、停車和正常生產過程中需要幾十種純氣和幾+百種多組分標準混合氣, 用來校準、定標生產過程中使用的在線分析儀器和分析原料及產品質量的儀器。標準氣還可用于環境監測, 有毒的有機物測量, 汽車排放氣測試, 天然氣BTU 測量, 液化石油氣校正標準, 超臨界流體工藝等。標準氣視氣體組分數區分為二元、三元和多元標準氣體; 配氣準度要求以配氣允差和分析允差來表征;比較通用的有SE2M I 配氣允差標準, 但各公司均有企業標準。組分的最低濃度為10- 6級, 組分數可多達20余種配制方法可采用重量法, 然后用色譜分析校核, 也可按標準傳遞程序進行傳遞。

3、 電子氣體(Electronic gases) :半導體工業用的氣體統稱電子氣體。按其門類可分為純氣、高純氣和半導體特殊材料氣體三大類。特殊材料氣體主要用于外延、摻雜和蝕刻工藝;高純氣體主要用作稀釋氣和運載氣。電子氣體是特種氣體的一個重要分支。電子氣體按純度等級和使用場合,可分為電子級、LSI(大規模集成電路) 級、VLSI (超大規模集成電路) 級和ULSI (特大規模集成電路)級。

4. 外延氣體(Cpitaxial gases) :在仔細選擇的襯底上采用化學氣相淀積(CVD) 的方法生長一層或多層材料所用氣體稱為外延氣體。硅外延氣體有4 種, 即硅烷、二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅, 主要用于外延硅淀積, 多晶硅淀積, 淀積氧化硅膜, 淀積氮化硅膜, 太陽電池和其他光感受器的非晶硅膜淀積。外延生長是一種單晶材料淀積并生長在襯底表面上的過程。此外延層的電阻率往往與襯底不同。

5. 蝕刻氣體(Etching gases) :蝕刻就是把基片上無光刻膠掩蔽的加工表面如氧化硅膜、金屬膜等蝕刻掉, 而使有光刻膠掩蔽的區域保存下來, 這樣便在基片表面得到所需要的成像圖形。蝕刻的基本要求是, 圖形邊緣整齊, 線條清晰, 圖形變換差小, 且對光刻膠膜及其掩蔽保護的表面無損傷和鉆蝕。蝕刻方式有濕法化學蝕刻和干法化學蝕刻。干法蝕刻所用氣體稱蝕刻氣體, 通常多為氟化物氣體, 例如四氟化碳、三氟化氮、六氟乙烷、全氟丙烷、三氟甲烷等。干法蝕刻由于蝕刻方向性強、工藝控制精確、方便、無脫膠現象、無基片損傷和沾污, 所以其應用范圍日益廣泛。

6. 摻雜氣體(Dopant Gases):在半導體器件和集成電路制造中, 將某種或某些雜質摻入半導體材料內, 以使材料具有所需要的導電類型和一定的電阻率, 用來制造PN結、電阻、埋層等。摻雜工藝所用的氣體摻雜源被稱為摻雜氣體。主要包括砷烷、磷烷、三氟化磷、五氟化磷、三氟化砷、五氟化砷、三氯化硼和乙硼烷等。通常將摻雜源與運載氣體(如氬氣和氮氣) 在源柜中混合, 混合后氣流連續流入擴散爐內環繞晶片四周, 在晶片表面沉積上化合物摻雜劑, 進而與硅反應生成摻雜金屬而徙動進入硅。

7. 熏蒸氣體(Sterilizing Gases) :具有殺菌作用的氣體稱熏蒸氣體。常用的氣體品種有環氧乙烷、磷烷、溴甲烷、溴甲醛、環氧丙烷等。其滅菌原理是利用烷化作用, 使微生物組織內維持生命不可缺少的物質惰化。最經常使用的是以不同比例配制的環氧乙烷和二氧化碳的混合氣, 根據用途不同, 環氧乙烷的含量可以是10%、20%和30%等。也可采用環氧乙烷和氟利昂12的混合氣,環氧乙烷與氟利昂11和氟利昂12的混合氣等。殺菌效果與各組分濃度、溫度、濕度、時間和壓力等因素有關。熏蒸氣體可以用于衛生材料、醫療器具、化妝品原料、動物飼料、糧食、紙鈔、香辣

8. 焊接保護氣體(Welding Gases):氣體保護焊由于具有焊接質量好, 效率高, 易實現自動化等優點而得以迅速發展。焊接保護氣體可以是單元氣體, 也有二元、三元混合氣。采用焊接保護氣的目的在于提高焊縫質量, 減少焊縫加熱作用帶寬度, 避免材質氧化。單元氣體有氬氣、二氧化碳, 二元混合氣有氬和氧, 氬和二氧化碳, 氬和氦, 氬和氫混合氣。三元混合氣有氦、氬、二氧化碳混合氣。應用中視焊材不同選擇不同配比的焊接混合氣。

9. 離子注入氣( Gases for IonImplantation):離子注入是把離子化的雜質, 例如P + 、B + 、As+加速到高能量狀態,然后注入到預定的襯底上。離子注入技術在控制Vth(閾值電壓) 方面應用得最為廣泛。注入的雜質量可通過測量離子束電流而求得。離子注入工藝所用氣體稱離子注入氣, 有磷系、硼系和砷系氣體。

10. 非液化氣體(Nonliquefied Gases):壓縮氣體依據于一定壓力和溫度下在氣瓶中的物理狀態和沸點范圍可以區分為兩大類, 即液化氣體和非液化氣體。非液化氣體系指除溶解在溶液中的氣體之外, 在2111℃和罐裝壓力下完全是氣態的氣體。也可定義為在正常地面溫度和13789~17237kPa 壓力下不液化的氣體。

11. 液化氣體( Liquefied Gases ):在2111℃和罐裝壓力下部分液化的氣體。或定義為在正常溫度和172142~17237kPa壓力下在氣瓶中液化的氣體。壓縮氣體(Compressed Gases)壓縮氣體是指在2111℃下, 在氣瓶中絕對壓力超過27518kPa的任何氣體或混合物; 或與2111℃下的壓力無關, 于5414℃下絕對壓力超過717kPa 的任何氣體或混合物; 或于3718℃下氣體絕對壓力超27518kPa的任何液體。

12. 稀有氣體(Rare Gases):元素周期表最后一族的六種惰性氣體中的任何一種氣體, 即氦、氖、氬、氪、氙、氡。前五種氣體均可以空氣分離方法從空氣中提取。

13. 低壓液化氣體(Low Pressure Liquefied Gases) :臨界溫度大于70℃的氣體。區分為不燃無毒和不燃有毒、酸性腐蝕性氣體; 可燃無毒和可燃有毒、酸性腐蝕性氣體; 易分解或聚合的可燃氣體。此類氣體在充裝時以及在允許的工作溫度下貯運和使用過程中均為液態。包括的氣體品種有一氟二氯甲烷、二氟氯甲烷、二氟二氯甲烷、二氟溴氯甲烷、三氟氯乙烷、四氟二氯乙烷、五氟氯乙烷、八氟環丁烷、六氟丙烯、氯、三氯化硼、光氣、氟化氫、溴化氫、二氧化硫、硫酰氟、二氧化氮、液壓石油氣、丙烷、環丙烷、丙烯、正丁烷、異丁烷、1- 丁烯、異丁烯、順- 2-丁烯、反- 2- 丁烯、R142b、R 143a、R152a、氯乙烷、二甲醚、氨、乙胺、一甲胺、二甲胺、三甲胺、甲硫醇、硫化氫、氯甲烷、溴甲烷、砷烷、1, 3—丁二烯、氯乙烯、環氧乙烷、乙烯基甲醚、溴乙烯。

14. 高壓液化氣體(High Pressure Liquefied Gases) :臨界溫度大于或等于-10℃且小于或等于70℃的氣體。區分為不燃無毒和不燃有毒氣體; 可燃無毒和自燃有毒氣體; 易分解或聚合的可燃氣體。此類氣體充裝時為液態,但在允許的工作溫度下貯運和使用過程中其蒸汽壓隨溫度的升高而升高, 超過臨界溫度時蒸發為氣體。所包括的氣體品種有一氧化二氮、二氧化碳、三氟甲烷、三氟氯甲烷、三氟溴甲烷、六氟乙烷、六氟化硫、氙、氯化氫、乙烷、乙烯、1, 1- 二氟乙烯、硅烷、磷烷、氟乙烯、乙硼烷。

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