Сборник тезисов докладов VIII Международной молодежной научной конференции
ПРОИЗВОДСТВО ТРИФТОРИДА АЗОТА, КАК ПЕРСПЕКТИВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ФТОРИДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Фиськов А.А., Макасеев А.Ю.
Северский государственный технологический институт
Мочалов Ю.С., Кузьминых С.А.
ФГУП «Сибирский химический комбинат»
В настоящее время промышленное производство элементного фтора освоено только в экономически развитых странах, таких как Япония, США, Великобритания, Франция и Россия.
В России производственные мощности по фтору были созданы после второй мировой войны. Фтор в промышленных масштабах в основном применяли для получения гексафторида урана, использующегося в технологии разделения 235-U и 238-U, а также использовали в качестве окислителя ракетных двигателей.
В настоящей работе, на примере создаваемого на ФГУП «Сибирский химический комбинат» производства трифторида азота, рассматриваются новые возможности диверсификации фторидных технологий.
В последние годы на мировом рынке электронных газов (фторсодержащие газообразные вещества, применяемые в электронной промышленности (перфторуглероды, NF3, SF6)) наблюдалось значительное увеличение спроса на достаточно давно известное соединение — трифторид азота NF3. Особенность этого газа в том, что в отличие от других газов для травления электронных плат он способен образовывать летучие соединения, благодаря чему появилась возможность еще более миниатюризировать и усложнить микросхемы. К тому же, в ходе травления образуются безвредные и легко улавливаемые соединения, что позволит исключить загрязнение атмосферы.
Трехфтористый азот (ТФА) — бесцветный газ с температурой кипения — минус 129,1оС и температурой замерзания — минус 206,79оС.
Применяется ТФА в электронной промышленности в следующих направлениях:
· в качестве фторирующего агента при плазмохимическом производстве микропроцессоров и других электронных устройств на основе кремниевых кристаллов;
· для очистки камер плазмохимического травления;
· при производстве жидкокристаллических дисплеев (LCD).
По мере миниатюризации электронных схем и расширения рынка LCD, ТФА все более вытесняет ранее использовавшиеся в указанных целях перфторуглероды.
На долю четырех компаний производителей ТФА приходится около ~85% всего рынка ТФА. Крупнейшие производители:
Air products (США) ~ 1000 тонн; Mitsui (Япония) ~ 500-600; Kanto Denka (Япония) ~ 500; Central Glass (Япония) ~ 300; Daibeck (Корея) ~ 50.
Каждая компания имеет несколько заводов по производству трифторида азота, так Mitsui (Япония) - завод в США и Японии. Air products (США) имеет свою систему каналов сбыта. В настоящее время крупнейшие компании-производители планируют наращивание объемов производства, и ввод новых мощностей. На рынке появляются новые компании-производители, такие как Formosa Plastics.
Китайская компания Formosa Plastics (Тайвань) приступила к строительству завода по производству трифторида азота с проектной мощностью 200 тонн в год. Компания планирует к концу 2006 года увеличить производство до 800 тонн в год.
По оценкам аналитиков, строительство мощностей подобной специализации связано с прогнозами по поводу роста спроса на ТФА в Тайване.
Так, на конец 2004 года спрос на ТФА достиг отметки в 600 тонн, а к 2006 году достигнет уровня в 1300 тонн. В связи с этим следует отметить, что в настоящее время в Тайване компаниями Central Glass и Kyushu Dentsu co, ltd.(kdk) (Japan) также ведется строительство двух заводов по производству трифторида азота.
Крупнейшими компаниями-потребителями являются: AMD, IBM Corporation, Samsung, Hitachi, Intel Corporation, Fujitsu, Acer Inc., Mitsubishi Corporation, Nec Electronics Inc и др.
Трифторид азота применяется при производстве мощных микропроцессоров (чистота продукта 99,999 %); менее чистый
(99,9-99,99 %) применяют для очистки камер парофазного осаждения и при производстве плоско панельных дисплеев. Применение для этих целей достигает 80-85% всего производства ТФА. Одним из основных требований предъявляемых к трифториду азота, применяемому в электронной промышленности, является чистота продукта. Основным компонентом, загрязняющим трифторид азота, является тетрафторэтан (CF4), его количество должно быть минимизировано.
В связи со снижением цен на сотовые телефоны, LCD мониторы, они становятся доступны большему количеству потребителей, поэтому на рынке наблюдается на них постоянный рост спроса. В соответствии с данными компании Displaysearch количество телевизоров с жидкокристаллическим экраном, производимое в мире в прошлом году составило 9,7 миллионов единиц (по сравнению с 2003 выросло более чем в два раза), а в 2005 достигнет почти 15 миллионов.
Рынок трифторида азота на протяжении последних 4 лет непрерывно растет и в настоящее время составляет около 3000 тонн в год, что в денежном выражении составляет около $500 000 000.
Вместе с тем, на рынке наблюдается ценовая борьба конкурентов. Так если на период 1999-2000 гг. цена за 1 кг составляла ~ 210$, то уже к 2003-2004 гг. за счет ценовой политики в основном китайских производителей трифторида азота цена упала до 130$/кг. А Formosa Plastics предлагает ТФА по 70 $/кг.
Исходя из сложившейся на рынке благоприятной ситуации, ФГУП «Сибирский химический комбинат» в 2004году приступил к работам по созданию производства трифторида азота. В основе технологии лежит разработанный ООО «Нью-Кем» (Санкт-Петербург) способ получения NF3 путем фторирования газообразным фтором расплава кислых фторидов аммония при атмосферном давлении и температуре до 150оС.
Основным сырьем для производства ТФА является фтор. ФГУП «Сибирский химический комбинат» располагает собственными мощностями по производству фтора. Так же в производстве трифторида азота используется бифторид аммония (разовая загрузка) и аммиак. На рынке бифторида аммония наблюдается превышение предложения над спросом. Большинство производителей обладают свободными объемами аммиака.
Планируемое качество ТФА — не менее 99,9%. Ввод первой очереди производства в эксплуатацию — начало 2006 года. Выход на проектную мощность 300 тонн — вторая половина 2006 года. Ориентация сбыта готового продукта — страны Юго-Восточной Азии, напрямую непосредственным потребителям или через компании дистрибьюторы.