电子特气基础知识

半导体材料（3）-电子特气电子特种气体又称电子特气，是电子气体的一个分支，相较于传统工业气体，纯度更高，其中一些具有特殊用途。

电子特气下游应用广泛，是集成电路、显示面板、太阳能电池等行业不可或缺的支撑性材料。

生产过程特种气体的主要生产工序包括气体合成、气体纯化、气体混配、气瓶处理、气体充装、气体分析检测。

气体合成是将原料在特定压力、温度、催化剂等条件下，通过化学反应得到气体粗产品。

气体纯化是通过精馏、吸附等方式将粗产品精制成更高纯度的产品。

气体混配是将两种或两种以上有效组分气体按照特定比例混合，得到多组分均匀分布的混合气体。

气瓶处理是根据载气性质及需求的不同，对气瓶内部、内壁表面及外观进行处理的过程，以保证气体存储、运输过程中产品的稳定。

气体充装是指通过压力差将气体充入气瓶等压力容器；气体分析检测即为对气体的成分进行分析、检测的过程。

电子特气分类根据制备方法和应用领域的不同，工业气体可以分为大宗气体和特种气体。

大宗气体包括空分气体(由空气分离得到)和合成气体，该类气体产销量大、对纯度要求低，主要用于化工能源、金属冶炼、机械制造等；特种气体可分为高纯气体、标准气体和电子特种气体。

电子特气的下游应用包括集成电路IC、显示面板(LCD、OLED)、光伏、LED等。

图1.工业气体的分类及应用资料来源：华特气体、浙商证券集成电路制造需经过硅片制造、氧化、光刻、气相沉积、蚀刻、离子注入等工艺环节，这个过程中需要的高纯特种气体和混合气体的种类超过50种，且每一种气体应用在特定的工艺步骤中。

此外，在显示面板、LED、光伏电池片等器件的制造中的不同工艺环节均会用到多种特种气体。

表1. 电子特气在不同领域的应用资料来源：CNKI、东兴证券根据应用领域，将电子特气细分为刻蚀用气体、CVD 用气体、稀释气体、掺杂用气体、外延用气体、离子注入用气体、发光二极管用气体等。

表2. 电子特气在不同领域的应用资料来源：CNKI、东兴证券市场结构及规模在全球电子特气市场中，半导体所消费的特种气体占总市场的73%，其次是显示面板占比约20%，化合物半导体与LED、光伏则分别占到4%、3%。

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电子特气制备工艺流程（大纲）一、电子特气概述1.1电子特气定义及分类1.2电子特气的应用领域1.3电子特气制备的意义二、电子特气制备方法2.1物理制备方法2.1.1蒸馏法2.1.2膜分离法2.1.3吸附法2.1.4冷冻法2.2化学制备方法2.2.1化学合成法2.2.2催化转化法2.2.3电化学反应法2.2.4光化学反应法三、电子特气制备工艺流程3.1原料的选择与处理3.1.1原料的选择3.1.2原料的处理方法3.2制备工艺流程设计3.2.1工艺流程概述3.2.2工艺参数优化3.2.3设备选型与布局3.3电子特气提纯工艺3.3.1物理提纯工艺3.3.2化学提纯工艺3.3.3联合提纯工艺3.4电子特气分析与检测3.4.1分析方法与技术3.4.2检测设备与标准3.4.3质量控制与评价四、电子特气制备过程中的关键问题4.1设备材质与性能4.1.1设备材质选择4.1.2设备性能优化4.2安全生产与环境保护4.2.1安全生产措施4.2.2环境保护措施4.3生产成本与经济效益4.3.1成本分析4.3.2经济效益评估五、电子特气制备发展趋势与展望5.1新型制备技术的研究与应用5.2电子特气市场前景分析5.3电子特气在新兴领域的应用探索5.4绿色环保制备工艺的发展趋势5.5智能制造技术在电子特气制备中的应用前景一、电子特气概述电子特气，顾名思义，是在电子产品生产和半导体制造中使用的一种特殊气体。

电子特气-芯片制造的血液电子气体在电子产品制程工艺中广泛应用于离子注入、刻蚀、气相沉积、掺杂等工艺，被称为集成电路、液晶面板、LED 及光伏等三大领域的“血液”。

电子半导体器件的性能优劣与电子气体的质量息息相关。

根据techcet，2020年全球电子气体市场规模约为58.5亿美元，其中电子特气的市场规模为41.9亿美元，占比71.6%。

以海外龙头林德集团（含普莱克斯）、空气化工、液化空气和日本酸素为首的气体公司占有全球90%以上的电子特种气体市场份额。

因半导体产业对气体质量、供应的特殊要求，中国半导体企业生产工艺中所使用的电子气体亦被海外龙头所垄断。

随着未来疫情的缓解、能源革命与计算革命带动的半导体行业景气持续，预计2025年全球电子气体市场规模将超过80亿美元，年复合增速预计达到6.5%。

01.电子气体，电子工业的血液工业中，把常温常压下呈气态的产品统称为工业气体产品。

工业气体是现代工业的基础原料，其广泛应用于集成电路、液晶面板、LED、光纤通信、光伏、医疗健康、节能环保、新材料、新能源、高端装备制造、食品、冶金、化工、机械制造等新兴行业及国民经济的基础行业，对国民经济的发展有着战略性的支持作用，因此被喻为“工业的血液”。

▲工业气体产业链根据制备方式和应用领域的不同，工业气体可分为大宗气体和特种气体两类，大宗气体主要包括氧、氮、氩等空分气体及乙炔、二氧化碳等合成气体，特种气体品种较多，主要包括电子特种气体、高纯气体和标准气体等。

全球工业气体市场近年来呈现稳步增长的态势，2020年全球工业气体市场规模约为920亿美元。

未来随着高新技术产业的兴起，新兴分散用气市场将逐渐崛起，为中国国内气体零售商的发展开拓出更大的空间，从而促进工业气体行业发展。

2019年中国工业气体行业市场规模为1477亿元，同比增长9.5%。

▲2014-2019年中国工业气体市场规模特种气体按其应用可分为电子特种气体、医疗气体、标准气体、激光气体、食品气体、电光源气体等，广泛应用于电子半导体、化工、医疗、环保、高端装备制造等领域，2018年中国特种气体下游各细分领域占比情况如下：电子半导体使用占比约为41%，化工气体使用占比约为39%。

电子特气乘风起，高端突破正当时——国产替代新材料系列之一主要观点电子特气是电子工业的“粮食”，是产业链国产化的核心一环电子特气是指运用在特定领域中，对产品种类、纯度、配方、性质等有特殊要求的气体（纯度一般大于5N），广泛应用于半导体、平板显示及其它电子产品的生产过程，是电子工业生产中不可或缺的关键性原材料。

电子特气核心技术指标为超纯化和混配工艺，其中大规模集成电路对气体纯度的要求高达6N 及以上，同时，气体的杂质含量也要低于1×10-7，技术壁垒极高。

电子特气凭借多品类和多纯度的特性，几乎贯穿于微电子加工从前端晶圆生长到后端封装测试环节的全流程，被誉为电子工业的“粮食”。

从全球电子特气市场的角度来看，目前行业呈现出高技术壁垒和高附加值的特征，未来随着下游应用的不断升级与迭代，高端电子特气需求的将呈现出爆发式的增长。

从国内电子特气市场的角度来看，我国电子特气行业呈现高端产能不足，进口依赖严重的状态，下游晶圆制造的产业升级迅速与国产高端电子特气市场分散、产能不足的矛盾日益加剧，因此高端电子特气是整个半导体产业链国产化的核心一环。

换而言之，产业链的松散和稀缺也带来了较大的国产替代新机遇，率先布局高端产能，拥有丰厚技术储备的企业有望在未来产业链的爆发中占据先机，迎来更大的发展空间。

需求端：集成电路/面板/光伏三轮驱动，高端产能需求日益迫切电子特气市场空间广阔，2025年全球规模超60亿美元。

电子特气下游应用广泛，其中半导体、平板显示和光伏为三大主要需求来源。

其中，半导体产业对电子特气的拉动主要表现为集成电路高端化带来的电子特气量价齐升；平板显示对电子特气的拉动主要表现为产业升级与迭代带来的电子特气品类需求提升；光伏对电子特气的拉动主要表现为装机量快速增长带动电子特气量的增长。

市场空间方面，根据TECHCET发布的数据，2022年全球电子特气市场规模为50.01亿美元，同比增长8.43%，创下历史新高。

特气相关知识磷化氢（PH3）磷化氢气体检测仪磷化氢是一种无色、高毒、易燃的储存于钢瓶内的液化压缩气体。

其存储压力为其蒸汽压522psig (70 F ) 该气体比空气重并有类似臭鱼的味道。

如果遇到痕量其它磷的氢化物如乙磷化氢，会引起自燃。

磷化氢应该按照高毒性且自燃的气体处理。

吸入磷化氢会对心脏、呼吸系统、肾、肠胃、神经系统和肝脏造成影响。

物品名称：磷化氢（Phosphine）同义名称：Hydrogen Phosphide、Phosphorus Hydride、Phosphuretted Hydrogen、Phosphorus Trihydride 化学性质：是一种无色、高毒、易燃的储存于钢瓶内的液化压缩气体。

危害物质成分中英文名称：磷化氢Phosphine 化学式：PH3 含量％：100% 化学文摘社登记号码（CAS No.）：007803-51-2 危害物质分类及图式：2.3 有毒气体；2.1 易燃性气体危害辨识资料紧急情况综述: 磷化氢是一种无色、高毒、易燃的储存于钢瓶内的液化压缩气体。

其存储压力为其蒸汽压522psig (70 F ) 该气体比空气重并有类似臭鱼的味道。

如果遇到痕量其它磷的氢化物如乙磷化氢，会引起自燃。

磷化氢应该按照高毒性且自燃的气体处理。

吸入磷化氢会对心脏、呼吸系统、肾、肠胃、神经系统和肝脏造成影响。

进入磷化氢浓度超标的区域要配戴自给式呼吸器（SCBA）和全身防火服。

进入含有可燃气体区域的人员要意识到极严重的火灾和爆炸危险。

最重要危害与效应：急性：眼接触：暴露在低浓度的磷化氢中会造成刺激。

接触其液体会造成冻伤。

摄入：不可能。

接触液体会造成冻伤。

吸入：磷化氢不仅有刺激性而且是系统毒剂。

症状包括流泪、刺激肺、气短、咳嗽、肺积水、头痛、青紫、头晕、疲劳、恶心、呕吐、严重的上腹疼痛、麻木、颤抖、痉挛、黄疸、肝脏及心脏功能紊乱、肾发炎及死亡。

皮肤接触：接触液体会造成刺激和冻伤。

慢性：侵入途径：吸入症状：重复暴露在低浓度磷化氢中的症状包括支气管炎、厌食、神经系统问题，以及类似于急性中毒的症状如：黄疸、肝脏及心脏功能紊乱、肾发炎。

电子特种气体的概述与应用领域分析概述：电子特种气体也被称为电子气体，是一类在电子器件制造和工业应用中广泛使用的气体。

这些气体具有优异的电气特性，可用于各种电子设备、半导体制造、光学与激光器件等行业。

本文将对电子特种气体的概述和应用领域进行分析。

应用领域分析：1. 半导体领域：电子特种气体在半导体行业中扮演着重要的角色。

其中，氩气是一种常用的半导体制造气体，用于填充晶圆制造过程中的工艺室，实现半导体材料的生长和制备。

氩气作为惰性气体，稳定性高且不易与材料发生反应，能够提供最佳生长条件，确保晶体质量。

此外，氮气也是半导体制造中常见的特种气体，用于氮化物半导体材料的生长，并能控制半导体中的杂质浓度，提高材料的电气性能。

2. 光学与激光器件领域：电子特种气体在光学与激光器件领域有着广泛的应用。

例如，氦气常用于激光器件中的氦氖激光器，其具有高能量密度和较长的寿命。

氦气能够通过放电激发氖原子，产生激光输出，被广泛应用于医疗、科研、通讯等领域。

此外，氩气也常用于激光激发器和氩离子激光器。

这些激光器可以产生高功率、高光束质量和狭窄的光谱线宽，广泛应用于医疗、材料加工、测量、科研等领域。

3. 光伏领域：光伏技术是利用太阳能将光转化为电能的技术。

电子特种气体在光伏领域中起到重要的作用。

硒气常用于薄膜太阳能电池的生产过程中，用于薄膜材料的沉积过程。

硒化镉薄膜太阳能电池具有高转换效率和较低的成本，被广泛用于屋顶光伏系统等应用中。

4. 电子器件领域：除了半导体行业外，电子特种气体还在其他电子器件的制造过程中发挥关键作用。

例如，氩气和氮气被广泛应用于液晶显示器的制造过程中，用于制造压电材料、填充显示器背光等。

这些特种气体能够提供特定的环境和稳定的化学性质，帮助生产出高质量的液晶显示器产品。

5. 医疗领域：电子特种气体在医疗领域中也有重要的应用。

例如，氧气是医院中最为常见的特种气体之一。

氧气被用于供给氧疗，帮助患者维持生命功能，治疗呼吸系统疾病。