75-73-0 / 四氟化碳的應用

【背景及概述】^[1][2][3]

四氟化碳又名四氟甲烷。無色無臭無味氣體。分子量88.01。熔點-150℃。沸點 -128℃。密度1.96克/立方厘米 (-184℃)。微溶于水。對熱非常穩定。用于致冷劑、溶劑、潤滑劑、絕緣材料、紅外檢波管的冷卻劑。四氟化碳具有很高的穩定性，屬于完全不燃性氣體，但與可燃性氣體燃燒時，會分解產生有毒氟化物。常溫下不與酸、堿及氧化劑反應，900℃以下不與Cu、Ni、W、Mo等過渡金屬反應，僅在碳弧溫度下緩慢分解。1 000℃不與碳、氫及甲烷反應。室溫下可與液氨一金屬鈉試劑反應，高溫下可與堿金屬、堿土金屬及SiO 反應，生成相應的氟化物。四氟化碳是目前微電子工業中用量最大的等離子體蝕刻氣體，廣泛用于硅、氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及鎢等薄膜材料的蝕刻，在電子器件表面清洗、太陽能電池的生產、激光技術、低溫制冷、氣體絕緣、泄漏檢測劑、控制宇宙火箭姿態、印刷電路生產中的去污劑、潤滑劑及制動液等方面也有大量應用。由于化學穩定性極強，四氟化碳還可用于金屬冶煉和塑料行業等。當今超大規模集成電路所用電予氣體的特點和發展趨勢是超純、超凈、多品種、多規格，各國為推動本國微電子工業發展，越來越重視發展特種電子氣體的生產技術。就目前而言，四氟化碳以其相對低廉的價格長期占據著蝕刻氣體市場，因此具有廣闊的發展潛力。

【應用】^[2]　

四氟化碳是目前微電子工業中用量最大的等離子體蝕刻氣體，廣泛用于硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及鎢等薄膜材料的蝕刻，在電子器件表面清洗、太陽能電池的生產、激光技術、低溫制冷、氣體絕緣、泄漏檢測劑、控制宇宙火箭姿態、印刷電路生產中的去污劑、潤滑劑及制動液等方面也有大量應用。由于化學穩定性極強，CF4還可用于金屬冶煉和塑料行業等。當今超大規模集成電路所用電子氣體的特點和發展趨勢是超純、超凈、多品種、多規格，各國為推動本國微電子工業發展，越來越重視發展特種電子氣體的生產技術。就目前而言，CF4以其相對低廉的價格長期占據著蝕刻氣體場，因此具有廣闊的發展潛力。

下游產品例舉：硅薄膜材料、二氧化硅薄膜材料、氮化硅薄膜材料、磷硅玻璃薄膜材料、鎢薄膜材料等薄膜材料、電子器件表面清洗劑、太陽能電池、去污劑、潤滑劑、制動液、安全白爆防爆式干粉滅火器。

【制備】^[2][3]

工業上生產CF4的方法有以下幾種：

1）烷烴直接氟化法。該方法的優點是工藝成熟、操作簡單、原料易得。但也存在反應不易控制、產物復雜、收率低等缺點，最終可能被其他工藝所淘汰。

2）氟氯甲烷氟化法。很早就有用氟氯甲烷與HF進行氣相反應制備CF 的報道，但對氟氯甲烷氟化較相應的甲烷更為困難， 反應需在催化劑存在下進行。催化劑通常使用含Cr化合物。此法的優點是工藝簡單、操作安全，多數情況下不需使用昂貴的 ，設備投資低。但隨著CFCs和氫氟氯烴(HCFCs)的逐步禁用，該工藝的原料來源受到限制而影響使用。

3）氫氟甲烷氟化法。氫氟甲烷氟化法是一種適合工業化推廣的生產方法，具有工藝簡單、不需使用催化劑、四氟化碳收率和純度高等優點。但目前作為原料的氫氟甲烷價格相對較高，限制了工業化裝置的規模。

4）氟碳直接合成法。四氟化碳最早就是通過氟碳直接反應制得的，該方法經過不斷的發展與完善，已成為工業上制備全氟烷的最主要方法之一氟碳直接反應法的優點為原料易得、反應可控、產物純度高。據稱該方法已被AP實現工業化生產，產品純度達99.99％以上，可滿足電子工業的需求。

【主要參考資料】^[6]

[1] 唐忠福. 氟碳合成高純四氟化碳的工藝技術[J]. 低溫與特氣, 2013 (1): 32-34.

[2] 陳鴻昌. 四氟化碳生產技術與市場[J]. 化工生產與技術, 2010, 17(5): 21-25.

[3] 于劍昆. 四氟化碳的合成與開發[J]. 化學推進劑與高分子材料, 2004, 2(3): 14-17.