半导体行业使用的气体具体用途是什么

半导体行业使用的气体具体用途是什么,第1张

做Si集成电路的fab里,你列举的这些都用的到。

硅烷和笑气,长氧化硅时候用。

HCL:清洗wafer的时候用。

CF4:蚀刻Si和氧化硅的时候用。

SF6:蚀刻Si的时候用。

其他还有BCl3, Cl2, Ar差不多都是蚀刻的使用。

这是在看到《烈火战车2》,给你粘贴来的

What's N2O?!

俗称「笑气」的氧化亚氮(或一氧化二氮)是一种惰性气体,分子结构为N2O,主要用於医疗用途。18世纪末期,英国

科学家Joseph Priestley发现了这种气体,19世纪初期被发现具有麻醉作用,直到1840年开始,才有牙医师用於减轻

拔牙病患的疼痛,在医学临床上至今笑气的使用已超过150年!近代,开始广泛使用高纯度笑气於高精密半导体工业

制造中。

N2O之所以称为「笑气」(laughing gas;学名Nitrous Oxide),因为吸入后会使人产生精神愉快、充满喜悦的感觉;所

以早期欧洲也人称为「天堂的气体」。20世纪中期,由於笑气的取得容易,且对呼吸道无刺激性、易吸入,加上无色、

无味或略带甜味,在Pub、Night Club等狂欢的场合,更有不少人用它助兴。

笑气使用於引擎,是在二次世界大战时的德军,当时德国空军在飞机燃料中加入笑气助燃,让d药用尽的战斗机能迅速

逃离战场、平安归来,因此欧美各国遂将其利用在汽车引擎中藉以提升动力,如今笑气在国外,尤其是Drag直线加速中

,几乎已经成为标准配备了!

笑气助燃的特性

由於笑气为氧气与氮气所结合,属於不易燃烧的惰性气体,在高温下才会分解还原成氧气和氮气,但有助燃效果的仅有

氧气!但为何不直接导入氧气呢?因为氧气为极度活泼的气体,燃点低、燃烧威力强大,如果没有其他物质存在,导入

引擎的纯氧气会使引擎爆炸!

笑气助燃的原理

笑气导入引擎其实是增加燃料来提升引擎输出,之所以用笑气,是要藉由笑气内所含的氧气来提升燃烧效率,因为氧气

是极度活泼的气体,所有物质燃烧都需要氧气,燃烧室内的混合气也不例外,由於空气中的含氧量仅为20%,因此当空

气进入引擎与燃料混合后,燃料的比例不可过高,所能提供的爆炸威力有限,不过,当笑气导入引擎后,燃烧室的高温

会让笑气还原成氧气与氮气,此时含氧量提高,再加上多喷的燃料,藉此提升爆炸威力,产生更大的动力。笑气所含的

氮气本属於安定且不可燃烧的惰性气体,导入引擎有降温、稳定燃烧的作用。笑气的点燃并不是以引擎的点火系统来执

行,而是当我们将笑气导入燃烧室时,燃烧室的温度皆达6?700℃以上,笑气就藉由高温而分解成氧气与氮气,此时氧

气与额外加入的燃料(汽油)同样因高温自动点燃,利用二次燃烧的效果来提升引擎的动力输出。

不过,当笑气导入引擎的同时,由於含氧量提高,必须提供相对的燃料,通常安装的笑气系统都是套装的,依照引擎排

气量的多寡选择不同的套件,基本上,1.6升的引擎上限为55ps,而2.0升引擎上限为100ps,这是经过公式计算得来的

,所以排气量与可承受笑气系统的上限成正比。由於燃烧室容积限制,导入过多的笑气会造成温度过低、无法点燃,容

易造成排气管回火、甚自从香菇头炸出来,这都不是安全的现象。

乾式湿式大不同

笑气系统尚可分为乾式与湿式,差别在於喷嘴不同、笑气膨胀的地方不同。乾式系统的喷嘴为单孔式,单纯喷射气体,

套件中仅有一颗电磁阀,同时控制笑气喷嘴与汽油压力调节阀,藉由提高汽油压力来供给笑气喷射时足够的燃料;而湿

式系统的喷嘴为「Y」字型,同时喷射燃料与笑气,所以必须由二颗电磁阀来分别控制油料与笑气的开启。此外,二种

系统在填充时都采用液态N2O,不同的是乾式系统中的液态N2O於钢瓶内就已进行膨胀转为气体,故喷嘴喷出的是气体

;而湿式系统的液态N2O则是在进气歧管内进行膨胀,喷嘴同时喷出液态N2O与燃料,目前国内玩家则以湿式系统居多。

喷嘴控制喷射量

不论是湿式或乾式系统,皆已提升多少匹「马力」为计算单位,如55ps套件、70ps套件等,这与笑气的供给量有关,一

般来说,喷射量由喷嘴的口径来决定,口径越大能提升的动力就越多,这是经过繁复的公式计算而来。

直接、间接不一样

我们常见的笑气系统不论乾式或湿式都是「间接」喷射,也就是仅安装一支喷嘴;还有一种竞技专用的「直接」喷射系统

,其安装方式以引擎的汽缸数而定,也就是说每个汽缸皆有一支相对应的喷嘴,安装这种系统引擎必须经过适度的腹内强

化,国外的Drag直线竞技车几乎都采用这种系统。

笑气的作动方式

湿式笑气套件有二个电磁阀,一个控制外加油料,另一个控制笑气导入,此外,套件中还有一个微动开关,负责控制笑气

系统的导入与否,一般来说,微动开关皆装设於节气门附近(也可安装於油门踏板下方),藉由节气门的开启(或油门动作)

来触动微动开关同步开启笑气系统,通常笑气系统皆为全油门时才会作动,不过,一般会建议让笑气系统在4000rpm后再

启动,因为此时引擎燃烧效率最佳,燃烧室温度足以让笑气完全分解成氧气与氮气,不会有无法点著而回火的危险,让笑

气助燃拥有最佳效率。

不过笑气并不是万灵丹,虽然基本套件不需强化引擎即可安装,不过有些进阶套件则须搭配特殊的加工与强化,当然若引

擎磨损过度也不可安装;而压缩比过高的引擎,必须搭配可程式电脑进行点火角度修改(退点火),同时配合冷值较高的火

星塞,才能拥有最好的改装效率与耐用度。

驱动方式有分别

笑气导入系统的驱动方式有很多种,最简单的为加装「微动开关」在节气门附近,这种驱动方式通常在全油门的状态下因

为节气门全开,TPS改变时会触动微动开关,让控制油料与笑气的电磁阀作动来让笑气喷射;另一种以套件内的控制盒来

感应TPS电压,藉由TPS电压的变化来控制电磁阀是否作动。还有一种是透过车上加装的可程式电脑,藉由外加喷油嘴控

制功能,将笑气喷嘴的讯号连接,可由使用者藉由电脑内部程式给予电磁阀开启与关闭的条件,不需安装微动开关,即可

控制笑气的喷射。

确保油料供给充足

引擎动力来源为空气中的氧与汽油混合后点火产生热能,笑气属於二次燃烧,因此导入笑气时必须供给充足的油料,才能

提升爆炸的威力,不论乾式、湿式皆须供给较多的油料,如果安装70ps以上的套件,就需要外加一颗汽油泵浦以确保油料

供给量充足。此外,由於笑气必须吸收热量才能将氧气与氮气分离,加上氮气为不燃的惰性气体,在导入的瞬间引擎温度

会稍稍下降。

气瓶方向有影响

湿式系统的气瓶放置方向、角度对於输出效率有很大的影响,湿式系统的气瓶最好与车头方向平行且气瓶出口必须朝著车

头方向,因为湿式系统为确保笑气在歧管内膨胀,气瓶内部有一根特制的弧形「吸管」,吸管的末端与开关上的出口在一

直线上,因此出口必须朝下,且当车辆加速时G力向后,如此放置才能确保吸管位於气瓶的最底端!乾式系统则因气瓶内

无吸管,且笑气於气瓶内即已膨胀为气态,故仅需将气瓶出口朝下即可。此外,不论乾式或湿式系统皆填充液态笑气,由

於国内缺乏供又用笑气,因此多以医疗用笑气作为填充物,且填充时应以4.5?5kg为上限,否则气瓶会因内部压力过大而

破裂。

结语

人类对於速度的追求永无止境,近代拜科技进步与资讯流通所赐,动力怪兽层出不穷,各种改装也不断出炉,笑气便是其一

,虽然这种改装方式在国内与欧美皆遭到监理单位的禁止,却仍拥有广大的爱好者,原因无他,因为笑气开启后所带来的加

速快感,瞬间暴增数十匹以上的动力,加上和蔼可亲的价格,无怪国外对笑气如此狂热!不过,基於合法性考量,笔者在此

必须强调:笑气系统是「纯竞技专用」的改装部品,不适合一般道路使用!尤其瞬间涌现的狂暴动力,不是一般驾驶人所能

控制的!再者,若施工者专业度不足,随时有炸引擎的风险喔!

随着工业生产和科学技术的发展,稀有气体越来越广泛地应用在工业、医学、尖端科学技术以至日常生活里。

利用稀有气体极不活动的化学性质,有的生产部门常用它们来作保护气。例如,在焊接精密零件或镁、铝等活泼金属,以及制造半导体晶体管的过程中, 常用氩作保护气。原子能反应堆的核燃料钚,在空气里也会迅速氧化,也需要在氩气保护下进行机械加工。电灯泡里充氩气可以减少钨丝的气化和防止钨丝氧化,以 延长灯泡的使用寿命。

稀有气体通电时会发光。世界上第一盏霓虹灯是填充氖气制成的(霓虹灯的英文原意是“氖灯”)。氖灯射出的红光,在空气里透射力很强,可以穿过浓雾。因此,氖灯常用在机场、港口、水陆交通线的灯标上。灯管里充入氩气或氦气,通电时分别发出浅蓝色或淡红色光。有的灯管里充入了氖、氩、氦、水银蒸气等四种气体(也有三种或两种的)的混合物。由于各种气体的相对含量不伺,便制得五光十色的各种霓虹灯。人们常用的荧光灯,是在灯管里充入少量水银和氩气,并 在内壁涂荧光物质(如卤磷酸钙)而制成的。通电时,管内因水银蒸气放电而产生紫外线,激发荧光物质,使它发出近似日光的可见光,所以又叫做日光灯。

利用稀有气体可以制成多种混合气体激光器。氦-氖激光器就是其中之一。氦氖混合气体被密封在一个特制的石英管中,在外界高频振荡器的激励下,混合气体的原子间发生非d性碰撞,被激发的原子之间发生能量传递,进而产生电子跃迁,并发出与跃迁相对应的受激辐射波,近红外光。氦-氖激光器可应用于测量和通讯。

氦气是除了氢气以外最轻的气体,可以代替氢气装在飞艇里,不会着火和发生爆炸。

液态氦的沸点为-269℃,是所有气体中最难液化的,利用液态氦可获得接近绝对零度(-273.15℃)的超低温。氦气还用来代替氮气作人造空气,供探海潜水员呼吸,因为在压强较大的深海里,用普通空气呼吸,会有较多的氮气溶解在血液里。当潜水员从深海处上升,体内逐渐恢复常压时,溶解在血液里的氮气要放出来形成气泡, 对微血管起阻塞作用,引起“气塞症”。氦气在血液里的溶解度比氮气小得多,用氦跟氧的混合气体(人造空气)代替普通空气,就不会发生上述现象。温度在2.2K以上的液氦是一种正常液态,具有一般液体的通性。温度在2.2K以下的液氦则是一种超流体,具有许多反常的性质。例如具有超导性、低粘滞性等。它的粘度变得为氢气粘度的百分之一,并且这种液氦能沿着容器的内壁向上流动,再沿着容器的外壁往下慢慢流下来。这种现象对于研究和验证量子理论很有意义。

氩气经高能的宇宙射线照射后会发生电离。利用这个原理,可以在人造地球卫星里设置充有氩气的计数器。当人造卫星在宇宙空间飞行时,氩气受到宇宙射线的照射。照射得越厉害,氩气发生电离也越强烈。卫星上的无线电机把这些电离信号自动地送回地球,人们就可根据信号的大小来判定空间宇宙辐射带的位置和 强度。

氪能吸收X射线,可用作X射线工作时的遮光材料。

氙灯还具有高度的紫外光辐射,可用于医疗技术方面。氙能溶于细胞质的油脂里,引起细胞的麻醉和膨胀,从而使神经末梢作用暂时停止。人们曾试用80%氙和20%氧组成的混合气体,作为无副作用的麻醉剂。在原子能工业上,氙可以用来检验高速粒子、粒子、介子等的存在。

氪、氙的同位素还被用来测量脑血流量等。

氡是自然界唯一的天然放射性气体,氡在作用于人体的同时会很快衰变成人体能吸收的氡子体,进入人体的呼吸系统造成辐射损伤,诱发肺癌。一般在劣质装修材料中的钍杂质会衰变释放氡气体,从而对人体造成伤害。体外辐射主要是指天然石材中的辐射体直接照射人体后产生一种生物效果,会对人体内的造血器官、神经系统、生殖系统和消化系统造成损伤。

然而,氡也有着它的用途,将铍粉和氡密封在管子内,氡衰变时放出的α粒子与铍原子核进行核反应,产生的中子可用作实验室的中子源。氡还可用作气体示踪剂,用于检测管道泄漏和研究气体运动。

稀有气体在许多场合中用于提供惰性气氛。氩在化学合成时常用于保护对氮气敏感的化合物。固态氩也用于研究反应中间体等非常不稳定的化合物,方法是在超低温下将其隔离在固态氩构成的基质中。氦是气相色谱法中的载色剂、温度计的填充气,并用于盖革计数器和气泡室等辐射测量设备中。氦和氩都用作焊接电弧的保护气和贱金属的焊接及切割的惰性保护气。它们在其他冶金过程和半导体工业中硅的生产中同样有着广泛应用。

由于化学活性很低,稀有气体广泛的应用于照明领域。氩和氮的混合气体是白炽灯中填充的保护气。氪可降低灯丝的蒸发率而常用于色温和效率更高性能白炽灯,特别在卤素灯中可将氪与少量碘或溴的化合物混合充入。此外,在放电灯中填充不同的稀有气体,可以产生不同颜色的光,如霓虹灯中常见的氖灯。尽管称为氖灯,其中通常含有其他气体和磷,它们在氖发出的橙红色光的基础上加入了其他颜色。氙通常用于氙弧灯,因为它们的近连续光谱与日光相似。这种灯可用于电影放映机和汽车前灯等 。

稀有气体可用于准分子激光器,这是因为它们可形成短暂存在的电子激发态受激子(英语:excimer)。这些用于激光器的受激子可能是稀有气体二聚体,例如Ar2、Kr2或Xe2,更有可能是与卤素结合的受激子,例如ArF、KrF、XeF或XeCl。 这些激光器产生波长较短的紫外线,其中ArF产生的紫外线波长为193纳米,而KrF为248纳米。这种高频率的激光使高精密成像成为现实。准分子激光有诸多工业、医药和科学用途。集成电路制造过程中的显微光刻法和微制造必须用到准分子激光。激光手术,例如血管再成形术和眼部手术也需用到准分子激光。

一些稀有气体有直接的医学用途,如:氦有时用于改善哮喘患者的呼吸;氙则因为在脂质中的高溶解度成为一种麻醉剂,比常用的一氧化二氮(俗称笑气)更为有效,且容易从体内排出而麻醉后苏醒也较快。氙在超极化核磁共振成像中用于拍摄肺的医学影像。具有强辐射性的氡只能微量制取,可用于放射线疗法。


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