具有高纯度气体输送的吸附剂型储运容器及相关方法与流程

以下描述涉及储存和分配系统及相关方法，其用于储存和选择性地分配来自储存容器的高纯度试剂气体，其中所述试剂气体与固体吸附剂介质保持吸附关系。

背景技术：

1、气态原料(有时称为“试剂气体”)用于一系列工业和工业应用。工业应用的一些实例包括用于处理半导体材料或微电子装置的工业应用，诸如离子注入、外延生长、等离子体蚀刻、反应性离子蚀刻、金属化、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积、等离子体沉积、光刻、清洁和掺杂等，其中这些用途包括在用于制造半导体、微电子、光伏和平板显示装置和产品等的方法中。

2、在半导体材料和装置的制造以及各种其它工业过程和应用中，持续需要可靠的高纯度试剂气体来源。试剂气体的实例包括硅烷、锗烷(geh4)、氨、膦(ph3)、胂(ash3)、二硼烷、锑化氢、硫化氢、硒化氢、碲化氢、卤化物(氯、溴、碘和氟)化合物等。由于试剂气体的毒性、由于试剂气体的固有不稳定性或两者，许多这些气体必须高度小心并采取许多安全防护措施进行储存、运输、处理和使用。

3、一种提高试剂气体的安全储存的有用技术是将试剂气体以吸附状态储存于固体吸附剂材料上。一些储存系统(本文中称为“基于吸附剂的”储存系统)包括储存容器，所述储存容器含有吸附在固体吸附剂材料上的试剂气体，所述固体吸附剂材料也在储存容器内。所吸附的试剂气体可容纳于容器中，与容器中也以冷凝或气态形式存在的试剂气体的量平衡。有利地，容器可含有高度浓缩形式的试剂气体，即容器可含有100％试剂气体，而不含有时以其它方式包括在所储存的试剂气体中的任何其它类型的稳定或稀释剂气体。具体而言，不涉及吸附剂的高压储存系统将试剂气体储存在高压容器中，经常或通常将所储存的试剂气体与诸如氢气、氦气、氮气等的惰性气体组合以稀释试剂气体。稀释后的气体更稳定、不易爆炸或起火，且毒性更小。

4、吸附剂型储存系统的不同优点是能够在容器内以低压，例如低于大气压的压力，储存有用的大体积试剂气体，使得在容器破裂的情况下试剂气体不易从容器内部逸出。

5、对于商业用途，气态原材料必须以高纯度形式输送，并且必须以包装形式提供，所述包装形式提供可靠的气体供应，以便在制造系统中高效使用气体。已描述各种方法步骤和技术，用于在准备供使用的系统时通常降低基于吸附剂的储存系统内含有的杂质的量。参见专利公开wo 2017/079550。

6、当前商业吸附剂型储存系统用于储存、运输、处理和输送许多种类的高纯度试剂气体以用于从容器选择性输送。这些储存系统可输送含有相对较低杂质含量的试剂气体，诸如大气杂质(氮气(n2)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)、甲烷(ch4)和水蒸气(h2o))的量低于10,000ppmv(基于体积的百万分之一)，以氮气(n2)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)、甲烷(ch4)和水蒸气(h2o)的总量进行测量。对于一些试剂气体，这些大气杂质的总量可低至5,000ppmv，而对于其它试剂气体，所述量可低至500ppmv。但仍持续需要改进的吸附剂型储存系统，以输送含有越来越低杂质含量的试剂气体。

7、基于当前和先前制备吸附剂型储运系统的商业方法，这些产品的供应商尚未开发出处理和组装市售储存系统的方法和技术，以实现显著降低的大气杂质含量，包括远低于500ppmv的总大气杂质含量(“总大气杂质”以氮气(n2)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)、甲烷(ch4)和水蒸气(h2o)的总(组合)量来测量)。另外，商业产品不包括大体积(例如大于10或20升)吸附剂型储存系统，用于向使用较高量(按体积计)的试剂气体或较高流速的试剂气体的商业过程供应大储存体积的呈浓缩形式(非稀释，并且输送浓度大于90或99体积％)的某些类型试剂气体(例如锗烷、膦、胂)。

技术实现思路

1、许多重要的试剂气体目前在吸附剂型储存系统中市售，所述系统在低于大气压的压力下，但在小体积容器中含有试剂气体。示例性产品涉及含有整体(非粒子)块状吸附剂的低压容器，其中所述容器具有相对较小的总内部体积。“低压”容器并非设计用于容纳加压形式的气体，需要焊接圆筒构造，并且必须仅在获得美国运输部(dot)特殊许可的情况下使用。容器内部具有小于10升，例如小于8升的体积。这些产品，由于其小体积形式，不能很好地适用于需要较大供应量(较大储存体积)的试剂气体的应用，因为输送时需要试剂气体的较高使用率或较高流速。

2、需要具有增大体积的吸附的试剂气体储运系统，其能够以相对较高的流速和以未稀释的高度浓缩形式(例如，不与惰性稀释气体组合)输送较大体积的试剂气体，并且试剂气体还具有高纯度和安全特征，允许试剂气体的商业储存、运输和使用。

3、在一个方面中，本发明涉及一种用于储存吸附的试剂气体的储存系统。所述系统包括：高压储存容器，其包含含有纳米多孔热解碳吸附剂粒子的内部和吸附于所述吸附剂粒子上的试剂气体，其中所述内部的压力低于1500托。

4、在另一方面中，本发明涉及一种用于储存吸附的试剂气体的储存系统。所述系统包括高压储存容器，其包含：具有小于1nm的粗糙度(ra)的抛光侧壁表面、非焊接侧壁和底部、至少10升的体积和容器中含有的纳米多孔热解碳吸附剂粒子。

5、在又一方面中，本发明涉及一种在高压容器内制备碳吸附粒子的方法。所述方法包括：形成合成聚合物碳前体树脂粒子；在惰性气氛中热解前体树脂粒子以产生纳米多孔热解碳吸附剂粒子；将所述热解碳吸附剂粒子放置于高压储存容器中，同时使所述粒子和所述容器包含在惰性气体气氛中；将所述容器中的所述热解碳吸附剂粒子暴露于高温和减压；并用试剂气体填充所述容器。

技术特征：

1.一种用于储存吸附的试剂气体的储存系统，所述系统包含：

2.根据权利要求1所述的储存系统，其中吸附介质包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有1至10毫米范围内的平均粒度。

3.根据权利要求1或2所述的储存系统，其中吸附介质包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有低于20埃的平均孔径。

4.根据任一前述权利要求所述的储存系统，其中所述吸附剂包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有0.55至0.95克/立方厘米范围内的体积密度。

5.根据任一前述权利要求所述的储存系统，其中所述吸附剂包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有0.85至1.15克/立方厘米范围内的粒子密度。

6.根据任一前述权利要求所述的储存系统，其中所述储存系统能够从所述容器分配所述试剂气体，其中分配的试剂气体含有总量小于百万分之150分(按体积计，ppmv)的杂质，所述杂质选自h2、co、co2、n2、ch4和h2o及其组合。

7.根据任一前述权利要求所述的储存系统，其中所述储存系统具有至少2升的内部体积。

8.根据权利要求7所述的储存系统，所述吸附的试剂气体包含：甲烷(ch4)、乙炔(c2h2)、氨(nh3)、硅烷(sih4)、锗烷(geh4)、二磷烯(p2h4)、膦(ph3)、胂(ash3)、二硼烷(b2h6)、锑化氢(sbh3)、硫化氢(h2s)、硒化氢(h2se)、碲化氢(h2te)、二锗烷(ge2h6)、丁二炔(c4h2)、四氟化锗(gef4)、五氟化磷(pf5)、五氟化砷(asf5)、四氟化硅(sif4)、五氟化锑(sbf5)、三氟化硼(bf3)、四氟化硼(b2f4)和这些试剂气体的所有同位素。

9.根据权利要求7所述的储存系统，其中所述吸附的试剂气体是锗烷。

10.根据任一前述权利要求所述的储存系统，其中所述容器含有浓度为至少90％的所述试剂气体。

11.根据任一前述权利要求所述的储存系统，其中所述储存容器具有不超过760托的内部压力。

12.根据任一前述权利要求所述的储存系统，其中

13.根据任一前述权利要求所述的储存系统，其中所述储存容器包含：

14.一种从根据任一前述权利要求所述的储存系统分配吸附的试剂气体的方法，其中所述吸附的试剂气体包含：甲烷(ch4)、乙炔(c2h2)、氨(nh3)、硅烷(sih4)、锗烷(geh4)、二磷烯(p2h4)、膦(ph3)、胂(ash3)、二硼烷(b2h6)、锑化氢(sbh3)、硫化氢(h2s)、硒化氢(h2se)、碲化氢(h2te)、二锗烷(ge2h6)、丁二炔(c4h2)、四氟化锗(gef4)、五氟化磷(pf5)、五氟化砷(asf5)、四氟化硅(sif4)、五氟化锑(sbf5)、三氟化硼(bf3)、四氟化硼(b2f4)和这些试剂气体的所有同位素。

15.一种从根据权利要求1至13中任一项所述的储存系统分配吸附的试剂气体的方法，其中所述吸附的试剂气体是锗烷。

16.根据权利要求15所述的方法，所述方法包含从所述容器分配浓度为至少90％的锗烷。

17.一种从根据权利要求1至13中任一项所述的储存系统分配吸附的试剂气体的方法，所述方法包含从所述容器分配所述试剂气体，其中分配的试剂气体含有总量小于百万分之150分(按体积计，ppmv)的杂质，所述杂质选自h2、co、co2、n2、ch4和h2o及其组合。

18.一种用于储存吸附的试剂气体的储存系统，所述系统包含：

19.根据权利要求18所述的储存系统，其中吸附介质包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有1至10毫米范围内的平均粒度。

20.根据权利要求18或19所述的储存系统，其中吸附介质包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有低于20埃的孔径。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的储存系统，其中所述吸附剂包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有0.55至0.95克/立方厘米范围内的体积密度。

22.根据权利要求18至21中任一项所述的储存系统，其中所述吸附剂包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有0.85至1.15克/立方厘米范围内的粒子密度。

23.一种制备碳吸附剂粒子的方法，所述方法包含：

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述容器是高压储存容器，其包含：

25.根据权利要求24所述的方法，其中吸附介质包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有1至10毫米范围内的平均粒度。

26.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述吸附介质包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有低于20埃的孔径。

27.根据权利要求24至26中任一项所述的方法，其中所述吸附剂包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有0.55至0.95克/立方厘米范围内的体积密度。

28.根据权利要求24至27中任一项所述的方法，其中所述吸附剂包含热解聚偏二氯乙烯粒子，其具有0.85至1.15克/立方厘米范围内的粒子密度。

技术总结描述了储存和分配系统及相关方法，其用于储存和选择性地分配来自储存容器的高纯度试剂气体，其中所述试剂气体与热解碳吸附粒子保持吸附关系。技术研发人员：O·比尔,J·R·德斯普雷斯,E·A·斯特姆受保护的技术使用者：恩特格里斯公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30