一、工作原理與分類
化學(xué)反應(yīng)型氣體純化器是通過雜質(zhì)與純化介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)（氧化還原、酸堿中和等），將有害雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)（如固體殘渣或易分離氣體）。根據(jù)反應(yīng)原理和介質(zhì)類型，化學(xué)反應(yīng)型氣體純化器主要分為以下幾類：
脫氧型：利用銅基、鎳基或鈀基催化劑與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，將氧氣轉(zhuǎn)化為水或金屬氧化物。例如，在氫氣純化中，氫氣與氧氣在鈀催化劑作用下生成水。脫碳型：使用特定催化劑（如貴金屬催化劑）將一氧化碳和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷或其他無害物質(zhì)。脫硫型：采用金屬氧化物（如氧化鋅、氧化錳等）與硫化氫等含硫化合物反應(yīng)，生成金屬硫化物而被去除。金屬有機純化型：利用金屬有機化合物（如鋁酰胺）作為純化介質(zhì)，與特定雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化合物而被去除。研究表明，鋁酰胺作為金屬有機純化劑在半導(dǎo)體氣體純化中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。
二、結(jié)構(gòu)特點
化學(xué)反應(yīng)型氣體純化器的核心結(jié)構(gòu)包括反應(yīng)床、活化裝置和捕集床，其典型結(jié)構(gòu)特點如下：
反應(yīng)床設(shè)計：核心為反應(yīng)床，填充化學(xué)活性介質(zhì)（如脫氧劑、脫碳劑、除硫劑），反應(yīng)床通常采用管式或塔式結(jié)構(gòu)，確保氣體與介質(zhì)充分接觸，反應(yīng)床材質(zhì)需耐反應(yīng)腐蝕，常用 316L 不銹鋼、哈氏合金等耐腐蝕材料。
活化系統(tǒng)：部分介質(zhì)需活化/加熱裝置，如銅基脫氧劑、鎳基脫氧劑，配備溫度控制系統(tǒng)，確保反應(yīng)在最佳溫度下進(jìn)行，部分設(shè)計采用電加熱或?qū)嵊图訜岱绞?，精確控制反應(yīng)溫度。
捕集床：出口設(shè)捕集床，吸附反應(yīng)副產(chǎn)物（如水分），避免二次污染，捕集床通常填充吸附劑或分子篩材料，進(jìn)一步提高純化效果。
安全裝置：配備溫度監(jiān)控和報警系統(tǒng)，防止過熱或反應(yīng)失控，設(shè)有壓力釋放裝置，確保系統(tǒng)安全運行，部分高風(fēng)險氣體純化器（如氫氣純化器）配備防爆裝置。
控制系統(tǒng)：自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度、壓力和流量的精確控制，可配備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，實時監(jiān)測運行狀態(tài)，
三、應(yīng)用范圍
化學(xué)反應(yīng)型氣體純化器在半導(dǎo)體制造中有著廣泛的應(yīng)用，主要包括：
氫氣純化：氫氣脫氧，去除氫氣中的氧氣和水分，滿足半導(dǎo)體工藝對高純氫氣的需求，能提供比吸氣劑型純化器更純凈的氫氣。
特種氣體純化：氨氣（NH3）脫水分及氧雜質(zhì)，滿足氮化硅沉積等工藝需求，三氟化氮（NF3）純化，去除其中的酸性雜質(zhì)和水分，特種氣體（如 WF6）除微量水，防止設(shè)備腐蝕和反應(yīng)異常
惰性氣體深度純化：氮氣、氬氣等惰性氣體的深度脫氧，適用于對氧含量要求極高的工藝，電子級一氧化二氮（N2O）的深度脫除各種雜質(zhì)，用于半導(dǎo)體光電器件的介質(zhì)膜工藝。
四、核心優(yōu)勢
化學(xué)反應(yīng)型氣體純化器具有以下核心優(yōu)勢：
深度除雜：能有效去除氣體中極微量的特定雜質(zhì)，滿足先進(jìn)半導(dǎo)體工藝對氣體純度的苛刻要求。
穩(wěn)定性高：反應(yīng)產(chǎn)物為固體時，可長期保持純化效果（直至介質(zhì)耗盡）。這一特點使其特別適用于對穩(wěn)定性要求高的關(guān)鍵工藝。
適配寬濃度范圍：從ppm級到ppb級雜質(zhì)均可處理，適應(yīng)性強。在半導(dǎo)體制造中，不同工藝環(huán)節(jié)對氣體純度要求差異很大，化學(xué)反應(yīng)型純化器能夠滿足這種多樣性需求。
無顆粒釋放：化學(xué)反應(yīng)型純化器通常不會產(chǎn)生顆粒污染物，減少了對下游過濾器的負(fù)擔(dān)。
5、局限性
化學(xué)反應(yīng)型氣體純化器也存在一些局限性：
介質(zhì)消耗型：純化介質(zhì)是消耗品，需定期更換，增加了運行成本和維護(hù)工作量。例如，鈀基純化器的鈀催化劑成本較高，且使用壽命有限。
需活化處理：部分純化介質(zhì)需要活化處理，增加了操作復(fù)雜性和能耗。例如，銅基脫氧劑需要在 200-300℃下活化。
選擇性高：一種純化器通常只能針對特定類型的雜質(zhì)，對其他雜質(zhì)的去除效果有限。因此，在處理含有多種雜質(zhì)的氣體時，可能需要組合使用多種純化器。
反應(yīng)副產(chǎn)物：某些反應(yīng)可能產(chǎn)生副產(chǎn)物，需要額外的處理步驟。例如，催化氧化法將CO轉(zhuǎn)化為 CO?，可能需要后續(xù)的脫碳處理。安全風(fēng)險：某些化學(xué)反應(yīng)（如氫氣與氧氣的反應(yīng)）可能產(chǎn)生熱量，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，以防止過熱或爆炸風(fēng)險。
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