淺談我國三氟化氮的現(xiàn)狀和對策

    1 前言

    在常溫常壓下，三氟化氮為無色、無臭、性質穩(wěn)定的液化氣體。沸點：-129℃，熔點：-206.8℃，高純三氟化氮幾乎沒有氣味，它是一種熱力學穩(wěn)定的氧化劑，大約在350℃左右可分解成為二氟化氮和氟氣，故其反應性質類似于氟。三氟化氮用作氧化劑時，在發(fā)生反應的同時，可作為二氟化氮游離基的供給源。三氟化氮可用作高能化學激光器的氟源。三氟化氮也是微電子工業(yè)中一種優(yōu)良的等離子蝕刻氣體，對硅和氮化硅蝕刻，采用三氟化氮比四氟化碳和四氟化碳與氧氣的混合氣體有更高的蝕刻速率和選擇性，而且對表面無污染，尤其是在厚度小于1.5μm的集成電路材料的蝕刻中，三氟化氮具有非常優(yōu)良的蝕刻速率和選擇性，在被蝕刻物表面不留任何殘留物質，同時也是非常良好的清洗劑。三氟化氮是半導體與LCD產業(yè)制造過程中必備的材料，主要分為電子級和半導體級兩種，屬于電子工業(yè)用的特種氣體。目前三氟化氮工業(yè)化生產主要有兩條路線，一是合成法：將氟化氫銨在鎳制反應器中加熱，氟氣、氮氣和氨通過分布器進入反應器直接氟化反應。二是電解法：在一定溫度下，電解熔融的氟化氫銨，電解過程中陽極產生三氟化氮，陰極產生氫氣。我國三氟化氮生產廠家的生產方法為上述兩種方法。

    2 國外三氟化氮生產狀況

    國外三氟化氮研究生產比較早，伴隨著上世紀電子工業(yè)的發(fā)展，三氟化氮渡過了它的黃金時期。生產廠家主要集中在美國、日本、韓國、南非、中國臺灣等國家和地區(qū)。進入新世紀，隨著全球半導體工業(yè)的增長，三氟化氮的需求急劇上升，據(jù)報道，2005年全球三氟化氮生產能力達到4000t/a。主要生產商有美國的空氣產品和化學品公司、BOC、Pelchem公司，日本旭硝子公司、三井化學、關東電化，韓國索地福等，其中美國空氣產品和化學品公司產能最大，達到1600t/a。三氟化氮因其處理容易、價格合理等優(yōu)點，遠遠優(yōu)越于其他潔凈氣體，隨著國際市場上產品走俏，主要生產企業(yè)紛紛擴大生產裝置規(guī)模，如美國空氣產品和化學品公司在2006年擴大到1800t/a；日本三井化學公司計劃到2007將現(xiàn)有400t/a生產能力增加到900t/a(含美國的子公司ADC擁有的150t/a的產能)，并且正在探討在韓國建設300-600t/a三氟化氮生產線的計劃；關東電化公司計劃通過解除瓶頸等限制使產量由現(xiàn)在的850t/a增加到1200t/a；旭硝子公司在2006年10月將產能由300t/a提升到600t/a；臺灣的臺塑集團在2004年建成200t/a生產裝置，在2006年擴產到800t/a；另據(jù)報道，美國杜邦公司2005年宣布在江蘇常熟氟化學工業(yè)園建設450t/a三氟化氮生產裝置，預計2007年投產。

    3 國內三氟化氮的現(xiàn)狀

    我國三氟化氮的研究是從上世紀80年代開始的，主要單位是中國船舶重工集團718研究所。三氟化氮產業(yè)發(fā)展大體上分三個階段：最早是用于國防工業(yè)，主要是少量生產自用；其次是上世紀末隨著經(jīng)濟的發(fā)展，三氟化氮產業(yè)化的研究迅猛發(fā)展，電子工業(yè)用三氟化氮相繼問世；第三個階段是近年在電子工業(yè)迅猛發(fā)展的推動下，國內三氟化氮的生產線相繼投產，其制造水平已與國外發(fā)達國家水平相當。電子工業(yè)用氣體的特點是市場需求緊迫，發(fā)展速度很快，技術難度較大，面對國際上三氟化氮產業(yè)的快速發(fā)展，與之相比國內三氟化氮生產企業(yè)相對比較弱小。可喜的是，近來我國企業(yè)也有了長足的進步。據(jù)統(tǒng)計，2005年我國三氟化氮生產能力已突破200t/a以上，主要生產企業(yè)是中國船舶重工集團718研究所，該所有近20年的研究生產歷史，是我國三氟化氮產業(yè)的領軍單位，具有三氟化氮生產的完全自主知識產權，擁有電解設備和純化工藝的國家專利，經(jīng)過2005年的擴產，2006年中國船舶重工集團718研究所三氟化氮產能已達到300t/a。該所擁有4條生產線，產品純度達到4N以上且生產穩(wěn)定，其中5N產品達20t以上，產品經(jīng)國家標準物質研究中心檢測，各項指標完全等同于國外產品。就目前三氟化氮產業(yè)而言，該所的生產能力和水平已經(jīng)達到國際規(guī)模生產水平(5N三氟化氮氣體中CF₄控制在5×10^-6以下)。另有湖北沙隆達天門農化有限公司、中核紅華特種氣體股份有限公司、天津理化設計研究院等生產企業(yè)。黎明化工研究院也成功開發(fā)了三氟化氮合成工藝，并通過了有關部門的驗收。

    4 面臨的形勢

    近年來，由于電子工業(yè)的飛速發(fā)展，使得三氟化氮產品供不應求，造成三氟化氮的價格居高不下，產品利潤豐厚；然而因各三氟化氮生產廠家對其應用前景持樂觀態(tài)度，造成產能遠大于實際用量，因而近來三氟化氮的價格急速下降。由于三氟化氮主要用于電子行業(yè)的清洗劑和蝕刻劑，因此其市場狀況和發(fā)展趨勢依賴于電子行業(yè)的發(fā)展。據(jù)有關方面統(tǒng)計，目前15%-20%的三氟化氮在液晶顯示器市場中用于清洗劑；65%-70%的三氟化氮用于半導體清洗和蝕刻。近年來隨著電子技術的突破，使得市場上各種電子產品的需求不斷上升，從而刺激和推動了三氟化氮產能的不斷擴大，預計2007年全球三氟化氮的市場需求量將達到5500t以上。中國臺灣地區(qū)是目前世界上晶片和液晶面板的主要生產地區(qū)，僅中國臺灣地區(qū)2006年對三氟化氮的需求量就達到1300t左右。

    據(jù)美國半導體行業(yè)協(xié)會報道，2004年全球硅片的銷售額同比增長26%；2005年計算機同比增長率為12%左右；2005年手機和數(shù)碼同比增長17%和15%。同時液晶顯示器的強勁需求促進了三氟化氮市場持續(xù)增長，目前液晶顯示器正以年均30%的速度增長，中國已經(jīng)成為全球最大的液晶顯示器生產及出口國，2004年我國液晶顯示器數(shù)量已經(jīng)達到4460萬臺，同比增長42%，預計未來幾年仍將保持較高增長速度，液晶顯示器的快速發(fā)展將成為三氟化氮需求的主要推動力，因此預計2007年我國三氟化氮的市場需求量將會大幅增加，根據(jù)下游領域的發(fā)展規(guī)劃來看，預測2007-2010年我國三氟化氮需求的年均增長率將保持在20%以上。目前，國內電子工業(yè)用氣體市場大部分被外國公司占領和壟斷，究其原因，與我們工藝落后不無關系。制造高規(guī)格的電子工業(yè)用氣體，是市場的需要，是保護和發(fā)展民族氣體工業(yè)的需要，也是目前我們氣體界同仁們緊迫、艱巨而光榮的任務。

    和國際生產巨頭相比，我國三氟化氮產業(yè)在體現(xiàn)競爭力強弱的新產品開發(fā)方面競爭非常激烈，各個生產廠都費盡心血投入開發(fā)。國內718研究所生產的三氟化氮產品，純度完全達到國外同類產品水平，唯一的區(qū)別是我們沒有一個在行業(yè)內叫得響的品牌，因此在產品銷售方面幾乎是全部出口到國外公司，部分產品再被一些國外公司貼牌返銷到中國市場上來。面對現(xiàn)在的局面我們認為，為了我們今后的生存和發(fā)展，國內生產企業(yè)應該改變這種不盡人意的處境，做好技術改進、提高產品質量、降低生產成本是我們的必由之路。今后重點通過自主開發(fā)和引進技術相結合，提高產品質量，提高品牌的知名度和可靠度。在重視產品提純工藝研究的同時要應對變化的市場需求，擴大規(guī)模的同時不斷提升產品知名度。創(chuàng)建自有的市場體系，爭取更大的市場主動性。

    5 我們的對策

    十幾年來，國內三氟化氮行業(yè)除了引進一些分析儀器外，主要依靠國內科研人員自己的力量，艱苦奮斗，克服困難，攻克了三氟化氮氣體制造過程中的一個個技術難關，同時自籌資金，建成了完整的三氟化氮生產工程體系，這是非常難能可貴的，這不但穩(wěn)固了國內的技術基礎，而且大大抑制了外商的要價。雖然我們取得了很大的成績，但是面對市場起步晚、在產品開發(fā)能力、生產技術、生產規(guī)模、應用技術等領域均與國外有一定差距的產業(yè)形勢，我國三氟化氮行業(yè)應該怎么應對和掌握主動，我們認為應該從以下幾個方面作好我們的工作：

    1.繼續(xù)搞好技術創(chuàng)新，加強科研與生產的結合。國內引進的電子生產線生產批量大，對電子氣體質量的穩(wěn)定性要求高，習慣使用國外進口氣體，基于這種情況，國內三氟化氮生產廠家就要密切結合電子廠家的發(fā)展狀況，積極真誠地合作，相互創(chuàng)造條件，實現(xiàn)電子氣體的國產化，這是我們的立足之本。

    2.建議國家在政策制訂和資金的投入上，應集中進行重點扶植，培育和支持民族品牌，實現(xiàn)由研究到產業(yè)化全程支持。

    3.由于電子氣體是電子工業(yè)的原料，在國內生產企業(yè)質量和產量滿足國內廠家需求的情況下，國家應從戰(zhàn)略安全高度給予支持，在電子氣體的使用上給予必要的保護。

    4.在電子氣體及其配套器件生產單位要建立嚴格的質量保證體系，配套攻關，確保產品質量可靠。

    5.基于以上分析，針對目前三氟化氮國際化的競爭局勢，國內廠家應該團結起來，形成合力，共同迎接挑戰(zhàn)，只有這樣，我們的民族產業(yè)才能闖出一條光明大路來。