Введение
Химическое соединение трифторид азота - неорганический, бесцветный, не воспламеняющийся, токсичный газ с легким мутным запахом. Он все чаще используется в производстве плоских дисплеев, фотоэлектрических элементов, светодиодов и другой микроэлектроники. Трифторид азота также является чрезвычайно сильным и долгоживущим парниковым газом. Его атмосферное нагрузка превысила 2 части на триллион в течение 2019 года и удваивается каждые пять лет с конца 20-го века. После первой попытки синтеза в 1903 году Отто Рафф подготовил трифторид азота путем электролиза расплавленной смеси фторида аммония и фторида водорода. Он оказался гораздо менее реактивным, чем другие трихалиды азота трихлорид азота, трибромид азота и трийодид азота, все из которых являются взрывоопасными. Единственный среди трихалидов азота, он имеет отрицательную энтальпию образования. В наше время он получается как путем прямой реакции аммиака и фтора, так и вариацией метода Руффа. Он поставляется в цилиндрах под давлением. Легко растворяется в воде без химической реакции. Он небазисный с низким дипольным моментом 0,2340 D. Напротив, аммиак является базовым и высокополярным (1,47 D). Это различие возникает из-за того, что атомы фтора действуют как группы, отбирающие электроны, привлекая по существу все одиночные пары электронов на атоме азота. Подобно диоксигену, NF3 является мощным, но медленным окислителем.
Nitrogen trifluoride is an inorganic, colorless, non flammable, toxic gas with a slightly musty odor. It finds increasing use within the manufacturing of flat panel displays, photovoltaics, LEDs and other microelectronics. Nitrogen trifluoride is also an extremely strong and long lived greenhouse gas. Its atmospheric burden exceeded 2 parts per trillion during 2019 and has doubled every five years since the late 20th century. After first attempting the synthesis in 1903, Otto Ruff prepared nitrogen trifluoride by the electrolysis of a molten mixture of ammonium fluoride and hydrogen fluoride. It proved to be far less reactive than the other nitrogen trihalides nitrogen trichloride, nitrogen tribromide and nitrogen triiodide, all of which are explosive. Alone among the nitrogen trihalides it has a negative enthalpy of formation. It is prepared in modern times both by direct reaction of ammonia and fluorine and by a variation of Ruff's method. It is supplied in pressurized cylinders. is slightly soluble in water without undergoing chemical reaction. It is nonbasic with a low dipole moment of 0.2340 D. By contrast, ammonia is basic and highly polar (1.47 D). This difference arises from the fluorine atoms acting as electron withdrawing groups, attracting essentially all of the lone pair electrons on the nitrogen atom. Similar to dioxygen, NF3 is a potent yet sluggish oxidizer.
Гравировка
Трифторид азота в основном используется для удаления кремния и соединений кремния при производстве полупроводниковых устройств, таких как ЖК-дисплеи, некоторые тонкопленочные солнечные элементы и другая микроэлектроника. В этих случаях сначала она расщепляется в плазме. Полученные фтористые радикалы являются активными агентами, которые атакуют поликремний, нитрид кремния и оксид кремния. Они могут также использоваться для удаления силицида вольфрама, вольфрама и некоторых других металлов. Помимо использования в качестве красителя при изготовлении устройств, он также широко используется для очистки камер PECVD. более легко диссоциирует при разряде под низким давлением по сравнению с перфторированными соединениями (ПФК) и гексафторидом серы. Большее количество отрицательно заряженных свободных радикалов, полученных таким образом, может привести к более высоким показателям удаления кремния и обеспечить другие преимущества процесса, такие как меньшее остаточное загрязнение и меньшее напряжение заряда на изготавливаемом устройстве. В качестве более тщательно потребляемого средства для гравировки и очистки NF3 также рекламируется как экологически предпочтительная замена для PFC, таких как гексафторэтан. Эффективность использования химических веществ, применяемых в процессах плазмы, сильно варьируется в зависимости от оборудования и применения. Значительная часть реактивов отходит в отработанный поток и в конечном итоге может быть выброшена в атмосферу Земли. Современные системы снижения выбросов могут существенно снизить выбросы в атмосферу. не подвергалось существенным ограничениям в использовании. Во многих промышленно развитых странах ежегодные отчеты о производстве, потреблении и выбросах отходов крупными производителями были обязательными в ответ на наблюдаемый рост атмосферного загрязнения и международный Киотский протокол. Высокотоксичный фтор газа (F2, двуатомный фтор) является климатически нейтральной заменой трифторида азота в некоторых производственных приложениях. Это требует более строгих мер предосторожности и безопасности, особенно для защиты производственного персонала. Трифторид азота также используется в фторидводороде и фториддеутерия лазеров, которые являются типами химических лазеров. Там его также предпочитают фторированному газу из-за его более удобных свойств обработки.
Парниковые газы
является парниковым газом, потенциал глобального потепления (GWP) которого в 17200 раз превышает потенциал глобального потепления, если сравнивать его с периодом в 100 лет. Его GWP занимает второе место в группе признанных парниковых газов Киото, и он был включен в эту группу с 2013 года и с начала второго периода обязательств Киотского протокола. С 1992 года, когда было произведено менее 100 тонн, производство выросло до 4000 тонн в 2007 году и, по прогнозам, значительно увеличится. Ожидается, что к 2010 году мировое производство NF3 достигнет 8000 тонн в год. Крупнейшим производителем в мире является американская промышленная газовая и химическая компания Air Products & Chemicals. По оценкам, 2% производимого выделяется в атмосферу. Робсон прогнозировал, что максимальная концентрация в атмосфере составляет менее 0,16 части на триллион (ppt) по объему, что обеспечит менее 0,001 Wm-2 ИК-принуждения. Средняя глобальная тропосферная концентрация NF3 выросла примерно с 0,02 ppt (части на триллион, молевая доля сухого воздуха) в 1980 году до 0,86 ppt в 2011 году, с темпом увеличения 0,095 ppt в год, или около 11% в год, и интергемисферным градиентом, который соответствует выбросам, происходящим в подавляющем большинстве в Северном полушарии, как и ожидалось. Этот темп роста в 2011 году соответствует примерно 1200 тонн/год выбросов NF3 в мире, или примерно 10% от глобальных оценок производства NF3. Это значительно выше, чем предполагалось в отрасли, и, таким образом, подтверждает необходимость учета производства NF3 и регулирования его выбросов. Одно исследование, в соавторстве с представителями отрасли, предполагает, что вклад выбросов NF3 в общий бюджет парниковых газов производства тонкопленочных Si-солнечных элементов очевиден. В рамках Киотского протокола РКИК ООН приняла решение включить трифторид азота во второй период соблюдения Киотского протокола, который начинается в 2012 году и заканчивается либо в 2017 году, либо в 2020 году. Вслед за этим протокол WBCSD/WRI GHG изменяет все свои стандарты (корпоративные, продуктовые и Scope 3), чтобы также охватить NF3.
Since 1992, when less than 100 tons were produced, production has grown to an estimated 4000 tons in 2007 and is projected to increase significantly. World production of NF3 is expected to reach 8000 tons a year by 2010. By far the world's largest producer of is the US industrial gas and chemical company Air Products & Chemicals. An estimated 2% of produced is released into the atmosphere. Robson projected that the maximum atmospheric concentration is less than 0.16 parts per trillion (ppt) by volume, which will provide less than 0.001 Wm−2 of IR forcing. The mean global tropospheric concentration of NF3 has risen from about 0.02 ppt (parts per trillion, dry air mole fraction) in 1980, to 0.86 ppt in 2011, with a rate of increase of 0.095 ppt yr−1, or about 11% per year, and an interhemispheric gradient that is consistent with emissions occurring overwhelmingly in the Northern Hemisphere, as expected. This rise rate in 2011 corresponds to about 1200 metric tons/y NF3 emissions globally, or about 10% of the NF3 global production estimates. This is a significantly higher percentage than has been estimated by industry, and thus strengthens the case for inventorying NF3 production and for regulating its emissions. One study co authored by industry representatives suggests that the contribution of the NF3 emissions to the overall greenhouse gas budget of thin film Si solar cell manufacturing is clear. The UNFCCC, within the context of the Kyoto Protocol, decided to include nitrogen trifluoride in the second Kyoto Protocol compliance period, which begins in 2012 and ends in either 2017 or 2020. Following suit, the WBCSD/WRI GHG Protocol is amending all of its standards (corporate, product and Scope 3) to also cover NF3.
Безопасность
Контакт с кожей не опасен, и это относительно незначительное раздражение слизистых оболочек и глаз. Это раздражитель легких с токсичностью значительно ниже, чем оксиды азота, и чрезмерное воздействие через вдыхание вызывает преобразование гемоглобина в крови в метгемоглобин, что может привести к состоянию метгемоглобинемии. Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) указывает, что концентрация, которая немедленно представляет опасность для жизни или здоровья (значение IDLH), составляет 1000 ppm.