浅谈我国三氟化氮的现状和对策

    1 前言

    在常温常压下，三氟化氮为无色、无臭、性质稳定的液化气体。沸点：-129℃，熔点：-206.8℃，高纯三氟化氮几乎没有气味，它是一种热力学稳定的氧化剂，大约在350℃左右可分解成为二氟化氮和氟气，故其反应性质类似于氟。三氟化氮用作氧化剂时，在发生反应的同时，可作为二氟化氮游离基的供给源。三氟化氮可用作高能化学激光器的氟源。三氟化氮也是微电子工业中一种优良的等离子蚀刻气体，对硅和氮化硅蚀刻，采用三氟化氮比四氟化碳和四氟化碳与氧气的混合气体有更高的蚀刻速率和选择性，而且对表面无污染，尤其是在厚度小于1.5μm的集成电路材料的蚀刻中，三氟化氮具有非常优良的蚀刻速率和选择性，在被蚀刻物表面不留任何残留物质，同时也是非常良好的清洗剂。三氟化氮是半导体与LCD产业制造过程中必备的材料，主要分为电子级和半导体级两种，属于电子工业用的特种气体。目前三氟化氮工业化生产主要有两条路线，一是合成法：将氟化氢铵在镍制反应器中加热，氟气、氮气和氨通过分布器进入反应器直接氟化反应。二是电解法：在一定温度下，电解熔融的氟化氢铵，电解过程中阳极产生三氟化氮，阴极产生氢气。我国三氟化氮生产厂家的生产方法为上述两种方法。

    2 国外三氟化氮生产状况

    国外三氟化氮研究生产比较早，伴随着上世纪电子工业的发展，三氟化氮渡过了它的黄金时期。生产厂家主要集中在美国、日本、韩国、南非、中国台湾等国家和地区。进入新世纪，随着全球半导体工业的增长，三氟化氮的需求急剧上升，据报道，2005年全球三氟化氮生产能力达到4000t/a。主要生产商有美国的空气产品和化学品公司、BOC、Pelchem公司，日本旭硝子公司、三井化学、关东电化，韩国索地福等，其中美国空气产品和化学品公司产能最大，达到1600t/a。三氟化氮因其处理容易、价格合理等优点，远远优越于其他洁净气体，随着国际市场上产品走俏，主要生产企业纷纷扩大生产装置规模，如美国空气产品和化学品公司在2006年扩大到1800t/a；日本三井化学公司计划到2007将现有400t/a生产能力增加到900t/a(含美国的子公司ADC拥有的150t/a的产能)，并且正在探讨在韩国建设300-600t/a三氟化氮生产线的计划；关东电化公司计划通过解除瓶颈等限制使产量由现在的850t/a增加到1200t/a；旭硝子公司在2006年10月将产能由300t/a提升到600t/a；台湾的台塑集团在2004年建成200t/a生产装置，在2006年扩产到800t/a；另据报道，美国杜邦公司2005年宣布在江苏常熟氟化学工业园建设450t/a三氟化氮生产装置，预计2007年投产。

    3 国内三氟化氮的现状

    我国三氟化氮的研究是从上世纪80年代开始的，主要单位是中国船舶重工集团718研究所。三氟化氮产业发展大体上分三个阶段：最早是用于国防工业，主要是少量生产自用；其次是上世纪末随着经济的发展，三氟化氮产业化的研究迅猛发展，电子工业用三氟化氮相继问世；第三个阶段是近年在电子工业迅猛发展的推动下，国内三氟化氮的生产线相继投产，其制造水平已与国外发达国家水平相当。电子工业用气体的特点是市场需求紧迫，发展速度很快，技术难度较大，面对国际上三氟化氮产业的快速发展，与之相比国内三氟化氮生产企业相对比较弱小。可喜的是，近来我国企业也有了长足的进步。据统计，2005年我国三氟化氮生产能力已突破200t/a以上，主要生产企业是中国船舶重工集团718研究所，该所有近20年的研究生产历史，是我国三氟化氮产业的领军单位，具有三氟化氮生产的完全自主知识产权，拥有电解设备和纯化工艺的国家专利，经过2005年的扩产，2006年中国船舶重工集团718研究所三氟化氮产能已达到300t/a。该所拥有4条生产线，产品纯度达到4N以上且生产稳定，其中5N产品达20t以上，产品经国家标准物质研究中心检测，各项指标完全等同于国外产品。就目前三氟化氮产业而言，该所的生产能力和水平已经达到国际规模生产水平(5N三氟化氮气体中CF₄控制在5×10^-6以下)。另有湖北沙隆达天门农化有限公司、中核红华特种气体股份有限公司、天津理化设计研究院等生产企业。黎明化工研究院也成功开发了三氟化氮合成工艺，并通过了有关部门的验收。

    4 面临的形势

    近年来，由于电子工业的飞速发展，使得三氟化氮产品供不应求，造成三氟化氮的价格居高不下，产品利润丰厚；然而因各三氟化氮生产厂家对其应用前景持乐观态度，造成产能远大于实际用量，因而近来三氟化氮的价格急速下降。由于三氟化氮主要用于电子行业的清洗剂和蚀刻剂，因此其市场状况和发展趋势依赖于电子行业的发展。据有关方面统计，目前15%-20%的三氟化氮在液晶显示器市场中用于清洗剂；65%-70%的三氟化氮用于半导体清洗和蚀刻。近年来随着电子技术的突破，使得市场上各种电子产品的需求不断上升，从而刺激和推动了三氟化氮产能的不断扩大，预计2007年全球三氟化氮的市场需求量将达到5500t以上。中国台湾地区是目前世界上晶片和液晶面板的主要生产地区，仅中国台湾地区2006年对三氟化氮的需求量就达到1300t左右。

    据美国半导体行业协会报道，2004年全球硅片的销售额同比增长26%；2005年计算机同比增长率为12%左右；2005年手机和数码同比增长17%和15%。同时液晶显示器的强劲需求促进了三氟化氮市场持续增长，目前液晶显示器正以年均30%的速度增长，中国已经成为全球最大的液晶显示器生产及出口国，2004年我国液晶显示器数量已经达到4460万台，同比增长42%，预计未来几年仍将保持较高增长速度，液晶显示器的快速发展将成为三氟化氮需求的主要推动力，因此预计2007年我国三氟化氮的市场需求量将会大幅增加，根据下游领域的发展规划来看，预测2007-2010年我国三氟化氮需求的年均增长率将保持在20%以上。目前，国内电子工业用气体市场大部分被外国公司占领和垄断，究其原因，与我们工艺落后不无关系。制造高规格的电子工业用气体，是市场的需要，是保护和发展民族气体工业的需要，也是目前我们气体界同仁们紧迫、艰巨而光荣的任务。

    和国际生产巨头相比，我国三氟化氮产业在体现竞争力强弱的新产品开发方面竞争非常激烈，各个生产厂都费尽心血投入开发。国内718研究所生产的三氟化氮产品，纯度完全达到国外同类产品水平，唯一的区别是我们没有一个在行业内叫得响的品牌，因此在产品销售方面几乎是全部出口到国外公司，部分产品再被一些国外公司贴牌返销到中国市场上来。面对现在的局面我们认为，为了我们今后的生存和发展，国内生产企业应该改变这种不尽人意的处境，做好技术改进、提高产品质量、降低生产成本是我们的必由之路。今后重点通过自主开发和引进技术相结合，提高产品质量，提高品牌的知名度和可靠度。在重视产品提纯工艺研究的同时要应对变化的市场需求，扩大规模的同时不断提升产品知名度。创建自有的市场体系，争取更大的市场主动性。

    5 我们的对策

    十几年来，国内三氟化氮行业除了引进一些分析仪器外，主要依靠国内科研人员自己的力量，艰苦奋斗，克服困难，攻克了三氟化氮气体制造过程中的一个个技术难关，同时自筹资金，建成了完整的三氟化氮生产工程体系，这是非常难能可贵的，这不但稳固了国内的技术基础，而且大大抑制了外商的要价。虽然我们取得了很大的成绩，但是面对市场起步晚、在产品开发能力、生产技术、生产规模、应用技术等领域均与国外有一定差距的产业形势，我国三氟化氮行业应该怎么应对和掌握主动，我们认为应该从以下几个方面作好我们的工作：

    1.继续搞好技术创新，加强科研与生产的结合。国内引进的电子生产线生产批量大，对电子气体质量的稳定性要求高，习惯使用国外进口气体，基于这种情况，国内三氟化氮生产厂家就要密切结合电子厂家的发展状况，积极真诚地合作，相互创造条件，实现电子气体的国产化，这是我们的立足之本。

    2.建议国家在政策制订和资金的投入上，应集中进行重点扶植，培育和支持民族品牌，实现由研究到产业化全程支持。

    3.由于电子气体是电子工业的原料，在国内生产企业质量和产量满足国内厂家需求的情况下，国家应从战略安全高度给予支持，在电子气体的使用上给予必要的保护。

    4.在电子气体及其配套器件生产单位要建立严格的质量保证体系，配套攻关，确保产品质量可靠。

    5.基于以上分析，针对目前三氟化氮国际化的竞争局势，国内厂家应该团结起来，形成合力，共同迎接挑战，只有这样，我们的民族产业才能闯出一条光明大路来。