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六氟化硫在氧化及還原高周波電漿試驗中的應(yīng)用

文章出處:責(zé)任編輯:人氣:-發(fā)表時間:2014-08-19 09:18:00【

  六氟化硫(化學(xué)式:SF6)是一種無色、無味、無毒的氣體,不可燃,微溶于水,同時它也是溫室氣體中的一員。解決SF6尾氣排放的問題,對于保護(hù)環(huán)境有極大的意義。研究人員利用高周波電漿系統(tǒng),添加氧化劑(O2)或還原劑(H2或H2S),將六氟化硫(SF6)于室溫環(huán)境下進(jìn)行分解。主要操作參數(shù)為輸入功率及反應(yīng)物進(jìn)流比(O2/SF6、H2/SF6與H2S/SF6比例)。研究內(nèi)容包括探討反應(yīng)物分解反應(yīng)及最終產(chǎn)物分布,氧化電漿與還原電漿產(chǎn)物之毒性當(dāng)量分析,并推論電漿系統(tǒng)之反應(yīng)路徑,建構(gòu)SF6/Ar電漿模型進(jìn)行數(shù)值模擬及比較與實驗值差異,最后,提出SF6較佳處理方法之建議。

 

SF6-紐瑞德特氣

 

  結(jié)果顯示,輸入功率與反應(yīng)物進(jìn)流比皆為影響分解率(ηSF6)及產(chǎn)物分布之主要因素。分解率方面,在氧化與還原系統(tǒng)中,ηSF6皆隨著功率提高而增加,然而,當(dāng)輸入功率小于40W時,ηSF6于氧化與還原系統(tǒng)則有不同趨勢。隨著進(jìn)流O2/SF6比提高,抑制電子碰撞形成自由基,使得SF6分解降低。由于 氟自由基容易與氫形成穩(wěn)定HF產(chǎn)物,因此,當(dāng)進(jìn)流H2/SF6或H2S/SF6比提高時,促使ηSF6隨之明顯增加,然而,當(dāng)功率增加至40W時,氧化與還原系統(tǒng)中ηSF6受到反應(yīng)物進(jìn)流比影響較不明顯。

 

  產(chǎn)物分布方面,氧化與還原電漿系統(tǒng)主要共同分解產(chǎn)物為SiF4、SO2、SO2F2、SOF2、SOF4。然而,HF及硫元素沉積只有在還原電漿系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)。氧化電漿系統(tǒng)中,F(xiàn)2為SF6分解時含氟主要產(chǎn)物,且隨著功率提高而明顯增加。還原電漿系統(tǒng)中,HF為SF6分解時含氟之主要產(chǎn)物,同樣隨著功率提高 而增加。SiF4來自氟自由基對SiO2反應(yīng)器蝕刻作用產(chǎn)生,在氧化與還原電漿系統(tǒng)中,SiF4隨著功率提高皆有增加趨勢。然而,還原電漿系統(tǒng)中,HF形成與SiO2蝕刻作用彼此競爭氟自由基,因此,SiF4生成較不明顯。還原電漿系統(tǒng)中,硫元素沉積為含硫主要產(chǎn)物,且隨著功率提高而增加。然而,在氧化電漿系統(tǒng)中,并未發(fā)現(xiàn)硫沉積物。輸入功率是影響系統(tǒng)中SO2生成重要參數(shù),氧化電漿系統(tǒng)中,低功率下,含硫產(chǎn)物以氟氧硫化物及SO2為主,而高功率下,含硫產(chǎn)物則從氟氧硫化物轉(zhuǎn)成以SO2為主。還原電漿系統(tǒng)中,SO2或是氟氧硫化物生成受制于SiO2蝕刻作用。

 

  反應(yīng)物進(jìn)流比也是影響產(chǎn)物分佈重要因子。氧化電漿系統(tǒng)中,SF6分解率隨著加氧比提高而降低,使得F2生成降低,同時,蝕刻生成SiF4也隨之下降。氟氧硫化物隨著O2/SF6比提高而逐漸增加,然而,SO2生成隨著O2/SF6比提高而逐漸降低。當(dāng)氫氣或硫化氫加入還原電漿系統(tǒng)時,HF生成隨著加氫比提 高明顯急速上升,F(xiàn)2也由于氫之競爭反應(yīng)而從系統(tǒng)消失,同時,蝕刻作用受到抑制,使得SiF4生成明顯下降。還原電漿系統(tǒng)中,由于蝕刻作用釋出之氧供應(yīng)量不足,SO2生成則明顯受到抑制,且大部分含硫產(chǎn)物皆以元素硫存在。此外,隨H2/SF6比提高,氟氧硫化物則從還原電漿系統(tǒng)中消失。

 

  氧化電漿與還原電漿產(chǎn)物毒性當(dāng)量(TEQ)方面,SF6/O2/Ar電漿系統(tǒng)皆高于SF6/H2/Ar電漿系統(tǒng)。SF6/O2/Ar電漿系統(tǒng)中,TEQ毒性隨著功率提高急速增加,然而,SF6/H2/Ar電漿系統(tǒng)中,TEQ毒性隨著輸入功率提高,未有明顯增加。進(jìn)流H2/SF6與O2/SF6比對于氧化及還原電漿系統(tǒng)TEQ毒性則無明顯影響。由于回收HF可減少系統(tǒng)毒性,回收元素硫可減少SO2排放,同時避免后續(xù)處理大量排放氣體之困擾,因此,以還原式RF電漿處理含SF6排放氣體,將是較佳的選擇。

 

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