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六氟化硫在氧化及还原高周波电浆试验中的应用

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-08-19 09:18:00【

  六氟化硫(化学式:SF6)是一种无色、无味、无毒的气体,不可燃,微溶于水,同时它也是温室气体中的一员。解决SF6尾气排放的问题,对于保护环境有极大的意义。研究人员利用高周波电浆系统,添加氧化剂(O2)或还原剂(H2或H2S),将六氟化硫(SF6)于室温环境下进行分解。主要操作参数为输入功率及反应物进流比(O2/SF6、H2/SF6与H2S/SF6比例)。研究内容包括探讨反应物分解反应及最终产物分布,氧化电浆与还原电浆产物之毒性当量分析,并推论电浆系统之反应路径,建构SF6/Ar电浆模型进行数值模拟及比较与实验值差异,最后,提出SF6较佳处理方法之建议。

 

SF6-纽瑞德特气

 

  结果显示,输入功率与反应物进流比皆为影响分解率(ηSF6)及产物分布之主要因素。分解率方面,在氧化与还原系统中,ηSF6皆随著功率提高而增加,然而,当输入功率小于40W时,ηSF6于氧化与还原系统则有不同趋势。随著进流O2/SF6比提高,抑制电子碰撞形成自由基,使得SF6分解降低。由于 氟自由基容易与氢形成稳定HF产物,因此,当进流H2/SF6或H2S/SF6比提高时,促使ηSF6随之明显增加,然而,当功率增加至40W时,氧化与还原系统中ηSF6受到反应物进流比影响较不明显。

 

  产物分布方面,氧化与还原电浆系统主要共同分解产物为SiF4、SO2、SO2F2、SOF2、SOF4。然而,HF及硫元素沉积只有在还原电浆系统中发现。氧化电浆系统中,F2为SF6分解时含氟主要产物,且随著功率提高而明显增加。还原电浆系统中,HF为SF6分解时含氟之主要产物,同样随著功率提高 而增加。SiF4来自氟自由基对SiO2反应器蚀刻作用产生,在氧化与还原电浆系统中,SiF4随著功率提高皆有增加趋势。然而,还原电浆系统中,HF形成与SiO2蚀刻作用彼此竞争氟自由基,因此,SiF4生成较不明显。还原电浆系统中,硫元素沉积为含硫主要产物,且随著功率提高而增加。然而,在氧化电浆系统中,并未发现硫沉积物。输入功率是影响系统中SO2生成重要参数,氧化电浆系统中,低功率下,含硫产物以氟氧硫化物及SO2为主,而高功率下,含硫产物则从氟氧硫化物转成以SO2为主。还原电浆系统中,SO2或是氟氧硫化物生成受制于SiO2蚀刻作用。

 

  反应物进流比也是影响产物分佈重要因子。氧化电浆系统中,SF6分解率随著加氧比提高而降低,使得F2生成降低,同时,蚀刻生成SiF4也随之下降。氟氧硫化物随著O2/SF6比提高而逐渐增加,然而,SO2生成随著O2/SF6比提高而逐渐降低。当氢气或硫化氢加入还原电浆系统时,HF生成随著加氢比提 高明显急速上升,F2也由于氢之竞争反应而从系统消失,同时,蚀刻作用受到抑制,使得SiF4生成明显下降。还原电浆系统中,由于蚀刻作用释出之氧供应量不足,SO2生成则明显受到抑制,且大部分含硫产物皆以元素硫存在。此外,随H2/SF6比提高,氟氧硫化物则从还原电浆系统中消失。

 

  氧化电浆与还原电浆产物毒性当量(TEQ)方面,SF6/O2/Ar电浆系统皆高于SF6/H2/Ar电浆系统。SF6/O2/Ar电浆系统中,TEQ毒性随著功率提高急速增加,然而,SF6/H2/Ar电浆系统中,TEQ毒性随著输入功率提高,未有明显增加。进流H2/SF6与O2/SF6比对于氧化及还原电浆系统TEQ毒性则无明显影响。由于回收HF可减少系统毒性,回收元素硫可减少SO2排放,同时避免后续处理大量排放气体之困扰,因此,以还原式RF电浆处理含SF6排放气体,将是较佳的选择。

 

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