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.

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.

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.