Способ глубокой очистки газов

01 19/28 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ(57) Способ глубокой очистки газов, включающий подачу газа в устройство очистки, содержащее хемосорбент в виде эвтектического расплава галлий-индий-алюминий, отличающийся тем, что устройство очистки периодически поворачивают вокруг горизонтальной оси на 180 с периодом поворота, определяемым временем истечения хемосорбента из верхней части устройства в нижнюю, и одновременно с поворотом меняют местами вход и выход газа, при этом истекающий навстречу потоку газа хемосорбент диспергируют. Изобретение относится к области технологии высокочистых веществ и может быть использовано для 3349 1 глубокой очистки технологических газов микроэлектроники, в том числе гидридных, от кислорода, паров воды и кислых газов. Известен способ очистки технологических газов в процессе эпитаксиального наращивания полупроводниковых структур, при котором очищаемый газ контактирует с расплавом галлия (барботирует через расплав металлического галлия или проходит над поверхностью расплава и насыщается парами галлия). Температуру расплава устанавливают такой, чтобы парциальная концентрация пара галлия, поступившего в газ, была достаточной для связывания примесей кислорода и влаги. Затем газ выдерживают над поверхностью расплава до полного взаимодействия паров галлия с кислородом и влагой и направляют на охлаждение путем контакта с расплавом галлия, находящимся при температуре, близкой к температуре его кристаллизации. При этом непрореагировавший пар галлия частично конденсируется, а продукты взаимодействия галлия с кислородом и влагой поглощаются расплавом очищенный газ содержит незначительную примесь галлия 1. Недостатками способа являются его малая производительность, необходимость вести процесс очистки при нагревании, а также наличие в очищенном газе примеси паров галлия. Наиболее близким техническим решением (прототип) является способ очистки технологических газов(водорода, азота, арсина, фосфина) от кислорода и паров воды, включающий барботирование очищаемого газа через хемосорбент-эвтектический расплав галлий-индий, насыщенный алюминием (100 г галлия, 10 г индия и 1,8 г алюминия), при комнатной температуре 2. При барботировании очищаемого газа через расплав алюминий, являющийся в данном случае основным поглощающим элементом, связывает кислород и влагу, а образующийся при этом оксид алюминия флотирует к поверхности расплава. Низкое давление паров индия, галлия, алюминия и оксида алюминия при комнатной температуре исключает их попадание в очищаемый газ. При помощи данного способа водород, содержащий 1000 паров воды, может быть очищен до содержания паров воды 1 , что, однако, не удовлетворяет современным требованиям к технологическим газам, применяемым в микроэлектронике. Данные о содержании паров воды в очищенном газе в зависимости от времени очистки приведены в таблице 1. Снижение эффективности очистки с течением времени обусловлено снижением содержания алюминия в расплаве по мере его расходования. Таблица 1 Содержание паров воды в очищенном газе в зависимости от времени Содержание паров воды в Время с начала очистки, ч очищенном водороде,1,0 1 1,0 10 2,5 25 10,1 40 71,3 70 Недостатками способа являются недостаточная глубина очистки, не соответствующая современным требованиям к технологическим газам микроэлектроники, и снижение эффективности очистки по мере расходования содержащегося в расплаве алюминия. Кроме того, образующийся в ходе очистки оксид алюминия накапливается на поверхности расплава, образуя плотную корку. В результате этого резко возрастает гидравлическое сопротивление расплава и очистка становится неэффективной задолго до полного расходования алюминия в расплаве. Кроме того, уже при объемной скорости подачи газа свыше 150 ч-1 эффективность очистки заметно снижается вследствие уменьшения поверхности контакта и времени контакта очищаемого газа с активной поверхностью алюминия. Задачей настоящего изобретения является повышение производительности процесса очистки газов от примесей. Очистку газов от кислорода и паров воды осуществляют хемосорбентом в виде диспергированного эвтектического расплава галлий-индий-алюминий с добавками металлического кальция. Для реализации способа в реактор из нержавеющей стали 1, верхняя и нижняя части которого симметричны относительно горизонтальной оси вращения и имеют каждая устройство для диспергирования хемосорбента 7 в виде металлической пластины с отверстиями, трубопровод подачи газа 2 и трубопровод отвода газа 4, заливают хемосорбент 3, заполняя объем, ограниченный устройством для диспергирования и дном реактора. Реактор герметизируют и вакуумируют до остаточного давления 0,1 Па. Затем реактор поворачивают на 180 вокруг горизонтальной оси. При этом хемосорбент начинает поступать через отверстия в устройстве для диспергирования в нижнюю часть реактора, а очищаемый газ подают по трубопроводу 2 через вентиль 4 навстречу дисперсным частицам хемосорбента снизу вверх. По трубопроводу отвода газа 4 через вентиль 6 очищенный газ поступает потребителю. После полного перетекания хемосорбента вниз реактор опять поворачивают на 180 вокруг горизонтальной оси, и подают очищаемый газ снизу. Сущность способа заключается в следующем 2 3349 1 1. За счет диспергирования хемосорбента существенно увеличивается поверхность контакта хемосорбента с очищаемым газом, а за счет движения потока очищаемого газа навстречу дисперсным частицам хемосорбента по всей высоте реактора - время контакта, вследствие чего возрастает производительность процесса очистки. 2. Хемосорбент все время перетекает из верхней части реактора в нижнюю, поэтому образующийся в процессе очистки оксид алюминия не образует плотной корки и не мешает очистке. Образованию корки оксида алюминия препятствует также наличие в расплаве добавки кальция. Пример осуществления способа. В реактор заливают хемосорбент (300 г галлия, 30 г индия, 8,1 г алюминия и 3,4 г кальция), заполняя объем между дном реактора и устройством для диспергирования. Реактор герметизируют, вакуумируют до остаточного давления 0,1 Па, поворачивают на 180 и на вход реактора снизу подают газовую смесь, состоящую из 10 А 3 Н 3 и 90 Н 2, с содержанием паров воды 1000 и содержанием кислорода 10 . Остаточное содержание примесей в очищенном газе контролируют приборами с чувствительностью по влаге до 0,05 и по кислороду до 0,01 . После перетекания хемосорбента в нижнюю часть реактор опять поворачивают на 180 вокруг горизонтальной оси, и подают очищаемый газ снизу. Параметры очищенной газовой смеси в зависимости от объемной скорости подачи газа приведены в таблице 2. Таблица 2 Параметры очищенной газовой смеси в зависимости от объемной скорости подачи газа Объемная скорость подачи газа, ч-1 Содержание примесей в очищенном газе,пары воды кислород 1500 0,05 0,01 3000 0,05 0,01 4500 0,05 0,01 6000 0,05 0,01 7500 0,05 0,01 8000 0,08 0,05 Как видно из приведенных данных, заявляемый способ позволяет увеличить объемную скорость подачи газа от 150 до 7500 ч-1, а значит и повысить производительность процесса очистки в 50 раз по сравнению с прототипом без ухудшения параметров очищенного газа. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.