電子級(jí)高純度化學(xué)品的制備與提純技術(shù)研究

摘要：隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，全球?qū)﹄娮蛹?jí)高純度化學(xué)品的需求不斷增加。美國(guó)、日本和歐洲在提純技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，運(yùn)用升華、區(qū)域熔融、重結(jié)晶、超離心等技術(shù)有效提高了產(chǎn)品純度和生產(chǎn)效率。中國(guó)雖然技術(shù)進(jìn)步迅速，但與國(guó)際水平仍存在差距，目前仍依賴傳統(tǒng)制備方法。高純度化學(xué)品在電子工業(yè)中扮演著關(guān)鍵角色，技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，環(huán)保法規(guī)促進(jìn)著低污染產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。物理和化學(xué)提純技術(shù)不斷進(jìn)步，為滿足行業(yè)高純度需求提供了支持，預(yù)計(jì)市場(chǎng)將持續(xù)擴(kuò)展。

關(guān)鍵詞：電子級(jí)化學(xué)品；高純度提純技術(shù)；技術(shù)比較；市場(chǎng)需求

隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)電子級(jí)高純度化學(xué)品的需求也日益增加。制備與提純這些化學(xué)品的技術(shù)在不斷進(jìn)步，尤其是精確度和效率方面的創(chuàng)新。這些技術(shù)的改進(jìn)和新方法的應(yīng)用對(duì)于提升產(chǎn)品質(zhì)量、滿足工業(yè)需求具有重要的實(shí)際意義。研究和開(kāi)發(fā)更高效的提純技術(shù)，不僅能夠優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，還能推動(dòng)整個(gè)電子工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)擴(kuò)展。本文將探討這些關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展及其在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用情況。

1全球高純度化學(xué)品的技術(shù)現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

在全球范圍內(nèi)，高純度化學(xué)品技術(shù)對(duì)電子工業(yè)至關(guān)重要。美國(guó)和日本在此領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。美國(guó)利用區(qū)域熔融和升華技術(shù)，有效精制半導(dǎo)體和電子級(jí)溶劑；而日本通過(guò)重結(jié)晶和超離心技術(shù)，顯著提高了產(chǎn)品純度和產(chǎn)量，降低成本。歐洲，尤其是德國(guó)和英國(guó)，也在高效精餾和離子交換技術(shù)上取得進(jìn)展，增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。這些國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的合作，推動(dòng)了技術(shù)革新，滿足了市場(chǎng)對(duì)高規(guī)格化學(xué)品的需求。歐洲在環(huán)保和可持續(xù)生產(chǎn)方面的創(chuàng)新，也為技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了新方向［1］。

在高純度化學(xué)品的技術(shù)發(fā)展中，提升純度及優(yōu)化成本與效率是主要挑戰(zhàn)。區(qū)域熔融、升華、離子交換等技術(shù)雖提高了化學(xué)品的純度，但雜質(zhì)控制和純度檢測(cè)精確度仍是問(wèn)題，尤其是半導(dǎo)體制造中，納米級(jí)雜質(zhì)粒子的存在可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品失?。?］。此外，高純度生產(chǎn)通常能耗高、步驟繁復(fù)，如何在不犧牲純度的情況下降低成本和提高效率是行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。技術(shù)革新提升了效率并降低了成本，如自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)流程。研究人員也在探索更經(jīng)濟(jì)的提純方法和替代技術(shù)，以提高成本效益比，保障持續(xù)發(fā)展和具備競(jìng)爭(zhēng)力。

2中國(guó)在高純度化學(xué)品領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展

2.1國(guó)內(nèi)技術(shù)與生產(chǎn)的現(xiàn)狀

中國(guó)在高純度化學(xué)品領(lǐng)域的技術(shù)與生產(chǎn)呈現(xiàn)出迅速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，但與國(guó)際水平相比仍存在差距。目前，國(guó)內(nèi)主要運(yùn)用結(jié)晶、沉淀和蒸餾等傳統(tǒng)技術(shù)，而這些方法尚不能完全滿足高端電子工業(yè)的需求。尤其在半導(dǎo)體和集成電路制造中，對(duì)極高純度的需求推動(dòng)了精細(xì)和高效提純技術(shù)的探索。隨著電子和信息技術(shù)行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)高純度化學(xué)品的需求顯著增長(zhǎng)，但高端產(chǎn)品大部分目前還依賴進(jìn)口。由于市場(chǎng)對(duì)環(huán)保和可持續(xù)生產(chǎn)方式的要求日益增加，為應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，中國(guó)正推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，引進(jìn)了膜分離、離子交換和高效液相色譜等先進(jìn)技術(shù)，不僅提高了產(chǎn)品純度和生產(chǎn)效率，還降低了能耗和環(huán)境負(fù)擔(dān)［3］。

2.2提高自主技術(shù)水平的戰(zhàn)略措施

提升自主技術(shù)水平是中國(guó)高純度化學(xué)品產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵戰(zhàn)略之一［4］。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需加大技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)投入。國(guó)內(nèi)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)已加強(qiáng)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)，特別是在純化技術(shù)和環(huán)境友好型生產(chǎn)過(guò)程方面的創(chuàng)新。引入先進(jìn)的分離技術(shù)，并探索新的催化劑和反應(yīng)器設(shè)計(jì)，以提升純度和效率。與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)接和技術(shù)引進(jìn)也至關(guān)重要，通過(guò)國(guó)際合作引入先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，快速提高產(chǎn)品質(zhì)量以符合國(guó)際市場(chǎng)需求。此外，政府通過(guò)設(shè)立專項(xiàng)基金、稅收優(yōu)惠和財(cái)政補(bǔ)貼等措施，支持研發(fā)活動(dòng)和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，增強(qiáng)自主技術(shù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

3提純技術(shù)的核心方法與應(yīng)用

3.1當(dāng)前主流的提純技術(shù)

在高純度化學(xué)品的提純技術(shù)中，物理和化學(xué)方法各展所長(zhǎng)，提供了有效的途徑以滿足工業(yè)對(duì)極高純度材料的需求。物理提純技術(shù)如升華和區(qū)域熔融是高純度材料制備中的常用技術(shù)，特別是在半導(dǎo)體和光伏產(chǎn)業(yè)中。升華技術(shù)利用化學(xué)品從固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，再凝結(jié)為純凈固態(tài)的特性，常用于凈化金屬和非金屬材料，如硅。區(qū)域熔融則是通過(guò)逐漸移動(dòng)加熱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)固體中雜質(zhì)的局部熔化，從而使雜質(zhì)集中在特定區(qū)域，實(shí)現(xiàn)高純度目標(biāo)［5］。化學(xué)方法是通過(guò)電解和離子交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)化學(xué)品純化。電解技術(shù)是在施加電場(chǎng)下使化合物分解，在特定的電極上重新沉積純凈物質(zhì)，可用于金屬鋁和銅的提純。離子交換技術(shù)則利用樹(shù)脂對(duì)特定離子的選擇性吸附，去除溶液中雜質(zhì)，廣泛用于水處理和有機(jī)化合物純化。表1展示了一些常見(jiàn)化學(xué)品使用這些物理和化學(xué)提純方法后的純度提升數(shù)據(jù)，以及所用方法的優(yōu)勢(shì)比較。

3.2提純技術(shù)在特定化學(xué)品中的應(yīng)用案例

在高純度化學(xué)品的應(yīng)用領(lǐng)域，高純度溶劑的生產(chǎn)與半導(dǎo)體及光電材料的純度需求代表了技術(shù)應(yīng)用的前沿。高純度溶劑，例如異丙醇和丙酮，是電子制造過(guò)程中清洗和微刻蝕的關(guān)鍵材料。這些溶劑的制備通常采用多級(jí)蒸餾技術(shù)，結(jié)合精確的溫度和壓力控制，以確保去除微量雜質(zhì)。例如，一家領(lǐng)先的化學(xué)品制造商通過(guò)改進(jìn)蒸餾塔設(shè)計(jì)和優(yōu)化操作參數(shù)，成功將異丙醇的純度從99.8%提升到99.99%，顯著提高了其在光刻工藝中的性能和可靠性。對(duì)于半導(dǎo)體和光電材料如硅和砷化鎵，其純度要求極高，達(dá)到“9個(gè)9”（99.999 999 9%），即使是微小雜質(zhì)都可能大幅影響性能。高純硅通常由改良的區(qū)域熔融技術(shù)生產(chǎn)，此技術(shù)在控制環(huán)境下緩慢移動(dòng)熔化區(qū)域以提純硅錠。砷化鎵則采用高級(jí)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)，精確控制化學(xué)反應(yīng)以確保高純度和結(jié)構(gòu)完整性。

4電子工業(yè)對(duì)高純度化學(xué)品的需求動(dòng)態(tài)

4.1高純度化學(xué)品的市場(chǎng)需求分析

高純度化學(xué)品在電子工業(yè)中的應(yīng)用廣泛且至關(guān)重要，涵蓋了從半導(dǎo)體制造到光電設(shè)備的各個(gè)方面。特別是集成電路、太陽(yáng)能板、LED顯示器和高級(jí)傳感器等產(chǎn)品的生產(chǎn)，對(duì)高純度溶劑、氣體和金屬化合物等化學(xué)品的需求日益增長(zhǎng)。這些化學(xué)品用于清洗、蝕刻、光刻以及材料沉積過(guò)程，其純度和質(zhì)量要求極高，因?yàn)槿魏挝⒘侩s質(zhì)都可能嚴(yán)重影響最終產(chǎn)品的性能。市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素主要包括技術(shù)進(jìn)步、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的提升及全球電子產(chǎn)品需求的增加。隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)更小尺寸和更高性能的電子元件的需求不斷增加，這直接推動(dòng)了更高純度化學(xué)品的發(fā)展。環(huán)保法規(guī)的加強(qiáng)要求減少有害物質(zhì)使用，進(jìn)而促使供應(yīng)商開(kāi)發(fā)高純度、低污染化學(xué)品。

4.2應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化的策略與方法

高純度化學(xué)品在電子工業(yè)中扮演著關(guān)鍵角色，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造和光電設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程中。這些化學(xué)品，如高純度溶劑、氣體和金屬化合物，主要用于清洗、蝕刻、光刻及材料沉積，其純度和質(zhì)量要求極高，微量雜質(zhì)都可能影響產(chǎn)品性能。市場(chǎng)需求由技術(shù)進(jìn)步、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提升和全球電子產(chǎn)品需求增加驅(qū)動(dòng)。技術(shù)發(fā)展促使對(duì)更小尺寸、更高性能電子元件的需求增長(zhǎng)，推動(dòng)對(duì)高純度化學(xué)品的革新。同時(shí)，環(huán)保法規(guī)要求減少有害物質(zhì)使用，促進(jìn)低污染化學(xué)品的開(kāi)發(fā)。特別是在亞洲，消費(fèi)電子市場(chǎng)的擴(kuò)展為高純度化學(xué)品提供了新的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)，預(yù)計(jì)這一趨勢(shì)將持續(xù)［6］。

5結(jié)語(yǔ)

在高純度化學(xué)品的制備與提純領(lǐng)域，技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)需求相輔相成，共同推動(dòng)了全球及中國(guó)市場(chǎng)的快速發(fā)展。隨著電子工業(yè)對(duì)純度和性能要求的提升，高純度化學(xué)品在各類應(yīng)用中變得日益重要。物理和化學(xué)的提純技術(shù)不斷進(jìn)步，為滿足這些需求提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。未來(lái)，技術(shù)突破與市場(chǎng)需求的變化將進(jìn)一步推動(dòng)高純度化學(xué)品行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也帶來(lái)新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。行業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新和對(duì)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)的敏感反應(yīng)將是實(shí)現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱偉，林勝奇，吳希，等.國(guó)產(chǎn)高密度聚乙烯在電子級(jí)化學(xué)品包裝桶上的應(yīng)用研究［J］.廣東化工，2024，51（12）：1-3，56.

［2］單毅.京津共建南港工業(yè)區(qū)電子化學(xué)品基地［N］.濱城時(shí)報(bào)，2024-03-10（1）.

［3］羊?qū)W友.電子化學(xué)品的應(yīng)用現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)［J］.當(dāng)代化工研究，2024（5）：22-24.

［4］深汕高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)高端電子化學(xué)品產(chǎn)業(yè)園［N］.深圳特區(qū)報(bào)，2023-11-13（A4）.

［5］陳鴻應(yīng).項(xiàng)目投資主體多元外資與本土并重上海電子化學(xué)品專區(qū)集聚效應(yīng)初顯［J］.上?；ぃ?023，48（4）：85-86.

［6］張凱，張念椿，魏永明，等.電子化學(xué)品分離純化材料制備及其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展［J］.山東化工，2022，51（22）：73-77，80.

作者簡(jiǎn)介：黃磊，男，浙江衢州人，工程師，本科，研究方向：超純電子化學(xué)品。