氣體“刻刀”不溫柔

王殿華

如今，手機正在變得越來越小，電視也變得越來越薄。在此過程中，被譽為氣體“刻刀”的特種氣體——高純度三氟化氮立下了汗馬功勞。不過，凡事都有兩面性，電子行業(yè)的功臣三氟化氮就被環(huán)?？茖W家認為是一種新的公害?？茖W家表示，三氟化氮可能是溫室氣體家族中的一條漏網之魚，應列入《京都議定書》或者后續(xù)氣候協(xié)議所規(guī)定的溫室氣體中，并嚴加監(jiān)管。

誰是三氧化氮

大多數人也許對三氟化氮并不熟悉，但一定知道半導體和液晶電視。目前，三氟化氮主要用于電子行業(yè)的清洗和蝕刻。其中，濃度為15％～20％的三氟化氮被用于清洗液晶顯示器：濃度為65％～70％的三氟化氮用于半導體的清洗和蝕刻。

1960年，三氟化氮作為一種實驗火箭燃料首次得到應用。隨后，它被用于美國星球大戰(zhàn)導彈防御系統(tǒng)的化學激光。目前，三氟化氮在平板電視機和筆記本電腦的液晶顯示器、半導體和人造鉆石的生產過程中被大量使用。

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；沸點為129℃，熔點為206.8度。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。

三氟化氮也是一種有毒氣體，人吸入該氣體后會出現呼吸困難或呼吸停止。

作為一種強氧化劑，該氣體受熱或與火焰、電火花、有機物等接觸能燃燒，甚至爆炸。它與易燃物(如苯)和可燃物(如糖、纖維素等)接觸會發(fā)生劇烈反應，甚至引起燃燒。三氟化氮與還原劑能發(fā)生強烈的反應，引起燃燒爆炸。因此。生產、儲存、運輸、使用三氟化氮，必須格外小心。

三氟化氮是這樣產生的

前面已經提過，高純度三氟化氮是一種微電子工業(yè)中使用的特種氣體，被稱為高純電子氣體，這個家族還有六氟化硫、四氟化碳、三氟化氮、硅烷等。

作為微電子工業(yè)中一種優(yōu)良的等離子蝕刻氣體，三氟化氮可以在集成電路板上“蝕刻”出只有幾十納米的線槽，使電子產品的核心部件越做越小。這意味著，手機、電腦、MP3等各種數碼產品將可能變得更加小巧玲瓏。

不僅如此，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，而且對電路板表面無污染。

同時，三氟化氮還可以作為清洗劑。在生產液晶顯示器的時候，由于周圍環(huán)境中會有一些雜質，這些雜質用常規(guī)的辦法很難清理干凈，這時候三氟化氮就可以大顯身手了，它能為液晶顯示器的生產創(chuàng)造出近乎零污染的環(huán)境。

國外對三氟化氮的研究和生產應用比較早，伴隨著20世紀電子工業(yè)的發(fā)展，三氟化氮本來已經度過了它的黃金時期。

但進入新世紀，隨著全球半導體工業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對三氟化氮的需求量急劇上升，世界主要生產商，如美國的空氣產品和化學品公司、日本三井化學公司等又紛紛擴大了產能。

我國對三氟化氮的研究生產是從20世紀80年代開始的，最早僅僅應用于國防工業(yè)，產量很小，主要是自用。20世紀末，隨著經濟的發(fā)展，三氟化氮產業(yè)化的研究迅猛發(fā)展，以及電子工業(yè)用三氟化氮問世，生產線相繼投產。其制造水平已與國外發(fā)達國家相當。

目前，三氟化氨這種人造化學物質在工業(yè)化生產中主要依靠兩種辦法產生：一是合成法，即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發(fā)生氟化反應生成三氟化氮：二是電解法，即在一定溫度下，電解熔融氟化氫銨，在陽極產生三氟化氮。陰極產生氫氣。

可怕的溫室氣體

雖然三氟化氮在當今的電子工業(yè)中不可或缺；但美國加利福尼亞大學環(huán)境學院主任邁克爾·普拉瑟發(fā)現，三氟化氮是一種相當可怕的溫室氣體。該氣體在現階段的年排放量雖然僅為4000噸，它對大氣造成的污染卻相當于6700萬噸二氧化碳。

美國加州大學斯克里普斯海洋研究所的地球化學教授瑞爾·韋斯領導的研究團隊發(fā)現，三氟化氮的溫室效應是二氧化碳的1.7萬倍。最近30年，三氟化氮在大氣中的濃度增加了20倍。雖然在人類活動所產生的溫室氣體中，三氟化氮只占0.04％：但這種氣體所占比例以每年11％的速度遞增，至2010年，三氟化氮的排放量可能會達到8000噸，主要在生產液晶電視時排放。預計，隨著平板電視機和液晶筆記本電腦需求量的增加，廠商會使用更多的三氟化氮。統(tǒng)計顯示，僅我國臺灣地區(qū)2006年對三氟化氮的需求量就達到1300噸左右。美國商業(yè)情報機構(GIA)的分析數據表明，到2012年，三氟化氮在亞太地區(qū)的需求量將達到1.95萬噸，其中大部分用于半導體制造和液晶顯示器行業(yè)。

最近幾年。液晶電視機由于耗電量少于等離子和背投電視機，一直被宣傳成最環(huán)保的產品，深受消費者歡迎，需求量一路攀升。與此同時，人們對三氟化氨等在液晶產品生產過程中的污染物監(jiān)測工作卻遠遠不夠。

雖然使用、運輸和配制三氟化氮過程中，只有大約2％的三氟化氮會排入大氣：但問題的可怕性在于，三氟化氮擁有導致全球變暖的強大潛力。更糟糕的是，三氟化氮能夠在大氣中穩(wěn)定存在580～740年，基本不能依靠生態(tài)循環(huán)來消除，因此它在大氣中的總量會不斷積累，由此造成的危害也會相應累積。這意味著，三氟化氮排放在不遠的將來極有可能會變成非常嚴重的環(huán)境威脅。

在目前，人們還找不到成本低廉、對環(huán)境友好的化學物質來替代三氟化氮。東芝松下顯示器、三星和LG選擇使用氟來代替三氟化氮，理由是氟不會成為溫室氣體，而且，在大氣中也無法存在。然而，氟的成本比較高，而且毒性很大。太陽能電池生產商則試圖使用硅來代替三氟化氮，但是硅的成本也很高。

鑒于三氟化氮潛在的溫室效應，2008年，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》(UNFCC)將其添加到了需要進行監(jiān)管的氣體之列。但目前，《京都議定書》還沒有對三氟化氮進行限制，部分原因是因為制定該條約時，三氟化氮在大氣中的排放量非常有限。其不利影響還沒有為人們充分認識。

以往，人們只把二氧化碳(CO2)當作溫室效應的元兇，其實，除二氧化碳外，人們經常提到的溫室氣體還包括水汽(H2O)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFO、全氟化碳(PFC)、六氟化硫(SF6)等。對這幾種氣體的排放，《京都議定書》中都做了嚴格規(guī)定。

如今，溫室氣體家族恐怕要不得不加入三氟化氮了。

當我們還在談論如何降低二氧化碳排放的時候，新的惡魔又出現了，看來任何發(fā)展都是要付出代價的。我們在享受信息時代帶給我們的便利和喜悅的同時，還必須隨時準備好同新生的公害作戰(zhàn)。現在，到了該關注電子產品對環(huán)境和氣候造成負面影響的時候了。(文章代碼：2307)