三氟化氮

无色、无臭的气态氧化剂

三 化氮(NF3)是一种 无机化合物 , 化学式 为NF3。它是卤化氮中最稳定的化合物,可以通过氨气和 氟气 在钙的 催化 下制备。三氟化氮具有多种应用,例如作为 氧化剂 用于 氟化氢 激光器 ,以及在半导体、 液晶 和 薄膜太阳能电池 的生产过程中用作 蚀刻剂 。此外,它曾被试做火箭燃料。然而,由于三氟化氮是一种 温室气体 ,能够加剧 温室效应 ,因此有人认为应该限制其使用。

在半导体和TFT-LCD制造的薄膜制程中,三氟化氮扮演着清洁剂的角色。这些清洁剂是气态的,而不是液态的。在半导体制造中, 化学气相沉积 (CVD)机台是主要设备,用于在 晶圆 片上生长薄膜。薄膜可以由硅、 二氧化硅 或其他 金属材料 组成。然而,这些材料不仅会附着在 晶片 上,还会附着在反应室内的墙壁上。当内墙上的二氧化硅积累到一定数量时,会形成微尘粒子,影响 晶圆片 的良率。

因此,在处理一定数量的晶圆片后,每台CVD机台都需要使用含氟气体进行清洗,以去除内壁上的 硅化物 。然而,NF3和 四氟化碳 、C2F6等气体都属于多氟碳化物,是 温室效应 的来源之一。为了减少排放对温室效应的影响,半导体厂会在排放含氟废气之前,将气体在高温下( 摄氏度 700、800度)转化为 无机化合物 ,以避免破坏 臭氧层 。

总的来说,三氟化氮是一种无色、无臭、性质稳定的气体,是一种 强氧化剂 。它在 微电子 工业中作为优良的 等离子 蚀刻 气体得到广泛应用。在蚀刻过程中,三氟化氮裂解为活性 氟化物 ,对硅和钨化合物具有优异的蚀刻 速率 和选择性。它还被广泛用作清洗剂,在芯片制造和高能 激光器 等领域发挥重要作用。然而,需要注意的是,三氟化氮也是一种极强且长寿命的 温室气体 ,其大气负荷在2019年超过了每万亿的2个单位,并且自20世纪末以来每五年翻倍一次。

物理特性

熔点 (101.325kPa):-206.79℃

沸点 (101.325kPa):-129.0℃

液体密度(-129℃,101.325kPa):1540kg/ m3

气体密度(20℃,101.325kPa):2.96kg/m3相对密度(气体,空气=1,20℃,101.325kPa):2.46

比容 (21.1℃,101.325kPa):0.3371 m3 /kg

气液容积比(15℃,100kPa):520L/L

临界温度:-39.3℃

临界压力:4530kPa

临界密度:522kg/m3

临界压缩系数:0.317

熔化热(-206.79℃,101.325kPa):5.61kJ/kg

气化热(-129℃,101.325kPa):163.29kJ/kg

比热容 (气体,25℃,101.325kPa):Cp=751.68J/( 千克 K)

蒸气压(-171℃):1.333kPa

(-100℃):470kPa

(-60℃):2200kPa粘度(气体,25℃,101.325kPa):0.0183mPa·S

折射率 (气体,25℃):1.0004416

主要成分:纯品

外观与 性状 :无色、带霉味的气体。

相对密度(水=1):1.89( 沸点 ,液体)

溶解性:不溶于水。

主要用途:用作 高能燃料 。

废弃处置方法:根据国家和地方有关法规的要求处置。或与厂商或制造商联系,确定处置方法

三氟化氮, 分子式 :NF<sub>3</sub>。气体分子量:71.01, 熔点 :–206.8℃(1 atm ),沸点:–129℃(1atm),临界温度:–39.3℃,临界压力:44.02a tm(4.46MPa),液体密度:1554 kg/m<sup>3</sup>(1atm,沸点时),气体密度:2.95 kg/m(1atm,21℃),水中 溶解度 (1atm,22℃):1.43×10-5当量浓度。纯净的NF3气体是一种无色无味的气体,当混入一定量的杂质气体后颜色发黄,同时会有发霉或刺激性气味。NF3气体不可燃,但能助燃。当温度超过350℃时,三氟化 氮气 体会缓慢分解,分解时产生强氧化性氟。因此,在高温下它是一种 强氧化剂 。CAS号:7783-54-2。危险性类别:第2.3类 有毒气体 ,在空气中的最高允许含量为29mg/m

化学性质

稳定性

化学性质稳定, 一般条件 下在水与碱溶液中均不反应(三校合编 无机化学 第四版下册534页),只有当放电时在水中才发生NF3+2H2O==放电==HNO2+3HF。F的 电负性 大于H,因此NF3中的孤对 电子云 由于向F偏移而导致电子云密度比在NH3中低, 配位 能力下降,因此 质子 化时放热小于NH3。偶极矩与上面类似,大概就是由于电负性的增强导致偶极矩的降低。

禁配物: 还原剂 、易燃或 可燃物 。

急性毒性

LD50

LC50:19000mg/ m3 ,1小时( 大鼠 吸入);5600mg/m3,4小时( 小鼠 吸入)

用途

三氟化氮主要用途是用作 氟化氢 氟化气高能 化学 激光器 的氟源,在 过氧化氢 与 F2 之间反应能的有效部分(约25%)可以以激光辐射释放出,所 HF- OF激光器是化学激光器中最有希望的激光器。三氟化氮是 微电子 工业中一种优良的等离子 蚀刻 气体,对硅和氮化硅蚀刻,采用三氟化氮比 四氟化碳 和四氟化碳与 氧气 的混合气体有更高的蚀刻 速率 和选择性,而且对表面无污染,尤其是在厚度小于1.5um的 集成电路 材料的蚀刻中,三氟化氮具有非常优异的蚀刻速率和选择性,在被蚀刻物表面不留任何残留物,同时也是非常良好的清洗剂。随着 纳米技术 的发展和 电子 工业大规模的发展技术,它的需求量将日益增加。

危险概述

三氟化氮是低毒性物质,但是它能强烈刺激眼睛、皮肤和呼吸道粘膜,对人体组织有腐蚀作用。吸入高浓度NF3可引起头痛、呕吐和 腹泻 。长期吸入低浓度NF3能损伤牙齿和骨骼,使牙齿生黄斑,骨骼成畸形。具有强氧化性。与 还原剂 能发生强烈反应,引起燃烧爆炸。与 易燃物 (如苯)和 有机化合物 (如糖、 纤维素 等)接触会发生剧烈反应,甚至引起燃烧。受高热发生剧烈分解,甚至发生爆炸。大鼠吸入1000ppm·l小时末见死亡,但出现高铁血红蛋白血症,当吸入10000ppm·l小时有死亡,在2500ppm时吸毒后4小时死亡。最高容许浓度:10ppm(29mg/m3)。

急救措施

皮肤接触

脱去污染的衣着,用流动清水冲洗。若有灼伤,就医治疗。

眼睛接触

立即翻开上下眼睑,用流动清水冲洗15分钟。就医。

吸入

迅速脱离现场至空气新鲜处。保持 呼吸道 通畅, 呼吸困难 时给输氧。呼吸停止时,立即进行人工呼吸。就医。

泄漏处理应急处理

迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并进行隔离,严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给 正压 式呼吸器,穿 防毒服 。尽可能切断泄漏源。合理通风,加速扩散。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。

消防措施

强氧化剂 。受热或与火焰、电 火化 、 有机化合物 等接触能燃烧,甚至爆炸。与 易燃物 (如苯)和 可燃物 (如糖、 纤维素 等)接触会发生剧烈反应,甚至引起燃烧。与 还原剂 能发生强烈反应,引起燃烧爆炸。

有害燃烧产物: 氟化氢 。

灭火方法:消防员必须穿全身防火防毒服,在上风向灭火。切断气源。喷水冷却容器,可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂:雾状水、泡沫。

迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并隔离直至气体散尽,应急处理人员戴 正压 自给式呼吸器,穿 化学 防护服。切断火源。在确保安全情况下堵漏。喷水雾减慢挥发(或扩散),但不要对泄漏物或泄漏点直接喷水。抽排(室内)或强力通风(室外)。漏气容器不能再用,且要经过技术处理以清除可能剩下的气体。法规信息:化学危险品安全管理条例(1987年2月17日国务院发布),化学危险品安全管理条例实施细则(化劳发[1992]677号),工作场所安全使用化学危险品规定[1996]劳部发423号)法规,针对化学危险品的安全使用、生产、储存、运输、装卸等方面均作了相应规定;常用危险化学品的分类及标志(GB13690-92)将该物质划为第2.3类 有毒气体 。

注意事项

操作注意事项

严加 密闭,提供充分的局部排风和全面通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸 过滤式防毒面具 ( 半面罩 ),戴 化学 安全防护眼镜 ,穿防毒物渗透工作服,戴橡胶手套。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。远离易燃、 可燃物 。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与 还原剂 接触。搬运时戴好钢瓶安全帽和防震橡皮圈,防止钢瓶碰撞、损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。

储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房。远离 火种 、热源。库温不宜超过30℃。应与易(可)燃物、 还原剂 、食用化学品分开存放,切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备。

职业接触限值

中国 麦金塔 (mg/ m3 ): 1

苏联 MAC(mg/ m3 ):未制定标准

TLVTN: ACGIH 10ppm,29mg【F】/m3

TLVWN:未制定标准

工程控制: 严加 密闭,提供充分的局部排风和全面通风。

呼吸系统 防护:空气中浓度较高时,应该佩戴自吸 过滤式防毒面具 ( 半面罩 )。

眼睛防护:戴 化学 安全防护 眼镜 。

身体防护:穿防毒物渗透工作服。

手防护:戴橡胶手套。

其他防护:工作现场严禁吸烟。保持良好的卫生习惯。

工作时必须要保护皮肤。 气瓶 要远离火种、热源、应与 有机化合物 、 可燃物 、油脂、 还原剂 及氢分开存放。

NF3为腐蚀性气体,在<200℃时可用 耐酸钢 、铜、蒙乃尔。在更高的温度可用 和蒙乃尔。可以用 F4 、 三氟氯乙烯 没药树 和 聚三氟氯乙烯 聚合体。灭火可用雾状水和泡沫。泄漏的气体可用 排风机 排送至通风橱内。废气或废液要用还原剂(酸式 亚硫酸钠 、 亚铁盐 等)溶液处理后,用 碳酸钠 或 稀盐酸 中和,再用大量水稀释后排入下水道。

运输信息

危险货物编号: 23016 UN编号: 2451

包装类别: Z01

运输注意事项: 铁路运输 时须报铁路局进行试运,试运期为两年。试运结束后,写出试运报告,报铁道部正式公布运输条件。采用刚瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放,并应将瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超过车辆的防护栏板,并用三角木垫卡牢,防止滚动。严禁与 易燃物 或 可燃物 、 还原剂 、食用化学品等混装混运。夏季应早晚运输,防止 日光 曝晒。公路运输时要按规定路线行驶,禁止在居民区和人口稠密区停留。铁路运输时要禁止溜放。

环境危害

2008年 联合国环境大会 上,三氟化氮被列为 温室气体 ,其制造温室的能力极强,能在大气中维持550年. 主要在生产 液晶 电视时排放,目前排放量为每年4000吨。

三氟化氮拥有导致全球变暖的强大潜力,其存储热量的能力是 二氧化碳 12000—20000倍,在大气中的寿命可长达740年之久。

参考资料

  1. Nitrogen trifluoride pubchem 2024-11-16