近年来，我国超大规模集成电路、平板显示器、光伏发电等产业迅速发展，含氟电子气体市场需求量明显增加。电子气体是特种气体的一个重要分支，是超大规模集成电路、平面显示器件、太阳能电池，光纤等电子工业生产不可或缺的原材料，广泛应用于薄膜、蚀刻、掺杂、气相沉积、扩散等半导体工艺。在国家发展改革委《产业结构调整指导目录(2011年本)(修正)》中，电子气体被列入国家重点鼓励发展的产品和产业目录，符合国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年) 。

性质及用途

2017年全国各地兴起了一股全球罕见的“半导体热”，不同的半导体制造过程使用的气体种类不同，对气体纯度的要求也不一样。然而，没有高质量的气体，半导体制造无从谈起。2017年我国气体，尤其是用于IC（集成电路）制造的各类高纯气体、电子混合气体发生了爆发性的增长和惊人的进步，许多有影响力的外资气体公司也开始抢滩中国市场，以各种方式在国内开展本土化生产。

属于高端无机氟精细品的含氟特种气体三氟化氮（NF₃），是半导体与液晶显示器（LCD）产业制造过程中必备的材料，主要分为电子级和半导体级2种，属于电子工业用的特种气体。

NF₃是一种强氧化剂，高温下产生氟原子，可用于火箭推进剂的氧化剂， 也可用作高能化学激光器的氟源。NF₃常温下具有化学惰性，而在高温下可作氧化剂，比氧气更具活性但比氟要稳定得多，且易于处理。

IC方面：由于作为半导体工业中气体清洗剂的全氟烃(PFC)对环境有害,近年来有逐渐被NF₃取代之势。使用NF₃作为化学蒸气沉积(CVD)箱清洗剂,与PFC相比,可减少污染物排放量约90%,且可显著提高清洗速度,从而可提高清洗设备能力约30%。

LCD方面：NF₃还可用作蚀刻剂,也用于液晶显示器(LCD)的加工。为此,近年来NF₃需求量急剧增长，20世纪90年代中期全球年用量不到46吨, 而2013年高达为5100吨。为满足日益增长的需求,世界各生产商均在积极扩大生产能力,预计每年将继续增长约15%。

太阳能电池：NF₃作为蚀刻和清洗气体也在太阳能电池制造行业广泛应用。

生产工艺

NF₃的生产方法主要有 2 种， 氟氨化合法和电化学法。

氟氨化合法

先制取元素氟，氟气与氨或熔融氟化铵在一定的温度和压力下反应制备NF₃， 再经冷凝、蒸发、纯化得到纯度 98%以上的产品。此工艺又可细化为 3 种路线： 氟气与氨气直接化合法，氟化铵熔盐直接氟化法，氟气与氟化铵的气固相氟化法。

电化学法

用碳电极在100-130 ℃的条件下，对氟化氢铵和氢氟酸等的复合电解质进行电解制取NF₃，是工业上较多采用的方法。此方法生产的产品中杂质较多，如氮、氧、一氧化碳、二氧化碳、四氟肼、NF₄、SF₆、HF及水等，需要进行纯化。可以采用高纯原料进行电解，但成本太高；要对电解制取的氟气先进行脱CF₄处理， 这样对产品的后期处理能较容易一点。

工业上的纯化方法有低温精馏法、共沸精馏法、化学转化法和选择吸附法。 将不同的方法组合进行处理效果更好。详见图1。

国内情况

 我国的NF₃的研究是从20世纪世纪80年代开始的，主要单位是中国船舶重工集团718研究所。NF₃产业发展大体上分3个阶段，最早是用于国防工业，主要是少量生产自用；其次是20世纪末随着经济的发展，NF₃产业化的研究迅猛发展，电子工业用NF₃相继问世；第三个阶段是近年在电子工业迅猛发展的推动下，国内NF₃的生产线相继投产，部分制造水平已与国外发达国家水平相当。

然而由于电子工业用气体的特点是市场需求急迫，发展速度很快，技术难度较大，面对国际上NF₃产业的快速发展，与之相比国内NF₃生产企业相对比较弱小。详见表1。

由于产品供不应求， 因此近年来NF₃价格居高不下，利润丰厚，主要依赖于电子行业的清洗剂和蚀刻剂，目前 15%-20% NF₃在LCD市场中用于清洗；65%-70%用于半导体清洗和蚀刻。随着各种电子产品的需求不断上升， 刺激和推动了NF₃产能的不断扩大。

今后10年间，半导体、芯片行业对NF₃的需求量将以每年 25％的速度递增，同时对NF₃纯度的要求也越来越高，这也意味着该产品未来将有更广阔的发展空间。

国外情况

国外NF₃生产比较早， 伴随着上世纪电子工业的发展，NF₃度过了它的黄金时期。 生产厂家主要集中在美国、日本、韩国、南非和中国台湾等国家和地区。 进入新世纪， 随着全球半导体工业的增长，NF₃的需求急剧上升。

国外主要生产商有美国 AP、BOC Edwards、杜邦（收购原 ASG 的业务）。 日本的关东电化公司（KDK）、中央硝子公司、三井化学公司以及韩国索地福公司等。 其中AP 产能最大，达到 2.5千吨/年。 公司还拥有新的连续反应器专有工艺技术，使反应有较高的转化率，且氟化氢和氮气的副产量较低。详见表2。

NF₃的兴衰， 在一定程度上受半导体工业的左右，尤其自 1999 年之后，受互联网、通讯和无线电消费产品的广泛流行和使用的影响， 半导体工业呈现出强劲增长。随着人们对电子产品的需求迅速增加，电子行业获得了空前的发展，高纯、超高纯的含氟电子气体的市场需求量也急剧增长。无疑作为原材料的特种气体存在很大的发展空间。

随着《中国制造 2025》的提出，集成电路被放在发展新一代信息技术产业的首位，考虑到我国集成电路制造材料产业链的完整性，国家相关的产业政策和产业发展计划应重视超净、高纯原材料的发展布局，强化整条产业链的深度融合，摆脱核心环节受控于人的局面，确保集成电路产业未来的自主可控发展。因此，作为集成电路产业关键材料的NF₃气体发展前景广阔，国产化也是大势所趋。

参考文献：

我国含氟电子气体发展现状及技术进展   徐娇，张建君

含氟电子气体纯化方法探讨与展望   齐仲龙，杨会娥

含氟特种气体及电子化学品市场与竞争力分析   陈鸿昌

本期编辑：张凌恺

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