[發(fā)明專利]一種LED-MOCVD制程尾氣全溫程變壓吸附全組分回收再利用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810532128.0
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108658042B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘雨明;陳運(yùn);劉開莉;蔡躍明
• 申請（專利權(quán)）人: 四川天采科技有限責(zé)任公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;C01B3/50;C01B3/58;C01C1/02
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 蔣秀清;李春芳

本發(fā)明公開了一種LED?MOCVD制程尾氣全溫程變壓吸附全組分回收再利用方法，通過預(yù)處理、中溫變壓吸附濃縮、變溫吸附凈化、變壓吸附(PSA)提氫、氫氣純化、冷凝及冷凍或氨氣精餾、液氨汽化、變壓吸附提氨及氨氣純化工序，將來自LED?MOCVD制程的含氫及氨的廢氣，提純至符合LED?MOCVD制程所需的電子級氫氣(純度大于等于99.99999％v/v)及電子級氨氣(純度大于等于99.99999％v/v)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)廢氣的資源再利用，其中，氫氣收率大于等于75～86％，氨氣收率大于等于70～85％。本發(fā)明解決了LED?MOCVD制程常壓或低壓廢氣回收無法返回到LED?MOCVD制程中加以使用的技術(shù)難題，為LED產(chǎn)業(yè)綠色與循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展填補(bǔ)了空白。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)制造過程中的制程氫氣(H2)及氨氣(NH3)制備與廢氣中回收H2與NH3再利用的電子環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種LED-MOCVD制程尾氣全溫程變壓吸附全組分回收再利用方法。

背景技術(shù)

MOCVD(金屬氧化物化學(xué)氣相沉積)制程(設(shè)備)作為化合物半導(dǎo)體材料研究與生產(chǎn)的現(xiàn)代化方法與手段，尤其是作為制造新型發(fā)光材料-發(fā)光二極管(LED)工業(yè)化生產(chǎn)的方法與設(shè)備，它的高質(zhì)量、高穩(wěn)定性、高重復(fù)性及大規(guī)模化是其它的半導(dǎo)體材料生長方法及設(shè)備所無法替代的，它是當(dāng)今世界生產(chǎn)光電器件和微波器件材料的主要方法及手段，除了LED外，還包括激光器、探測器、高效太陽能電池、光電陰極等，是光電子產(chǎn)業(yè)不可或缺的一種方法及設(shè)備。比如，市場上廣泛應(yīng)用的藍(lán)光及紫光LED，都是采用氮化鎵(GaN)基材料生產(chǎn)出來的。其中，MOCVD外延過程是以高純金屬氧化物(MO)作為MO源，比如三甲基鎵(TMGa)，在電子級的載氣氫氣(H2，純度99.99999％(7N)以上)及氮?dú)?N2，純度99.99999％(7N)以上)攜帶下，與電子級的氨氣(NH3)進(jìn)入MOCVD反應(yīng)釜中，在一塊加熱至適當(dāng)溫度的藍(lán)寶石(Al2O3)襯底基片上，氣態(tài)的金屬氧化物TMGa，有控制地輸送到藍(lán)寶石襯底表面，生長出具有特定組分、特定厚度、特定電學(xué)和光學(xué)參數(shù)的半導(dǎo)體薄膜外延材料GaN。為保證在MOCVD反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)完全，H2、N2及NH3都過量，進(jìn)而產(chǎn)生含較多的H2、N2與NH3的MOCVD尾氣。典型的LED GaN的MOCVD外延尾氣組成為，N2:60％(v/v，以下類同)，H2:25％，NH3:14％，其余包括金屬離子、顆粒物、甲烷(CH4)、氧氣(O2)及含氧化物，比如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)等，總量小于1％。

由于LED制備的MOCVD工藝尾氣中含有腐蝕性較強(qiáng)的NH3、易燃易爆的H2，金屬離子、砷烷(AsH3)及含氧化物等雜質(zhì)，H2、NH3提純回收再返回到LED制程中變得相當(dāng)困難。目前，大多數(shù)的LED芯片制造廠商都是將腐蝕性的NH3先通過水洗、催化轉(zhuǎn)化、吸附、精餾等各種途徑脫除或轉(zhuǎn)化為氨水、銨肥等回收，LED制程所使用的NH3仍需專門的氣體公司供應(yīng)。脫氨后的尾氣，H2濃度較低，加之其中含有大量的N2，回收H2變得不經(jīng)濟(jì)，即使回收，也因尾氣中引入了MOCVD諸多痕量的其它雜質(zhì)，使得回收的H2達(dá)不到電子級氫氣的要求(7N級以上或SEMI-C)而返回到LED-MOCVD制程中，廠商一般經(jīng)過催化燃料或酸堿洗滌處理掉有害有毒雜質(zhì)組分后進(jìn)入氫排放系統(tǒng)或直接放空，造成H2資源的極大浪費(fèi)。

國內(nèi)外目前有幾種主要的從含氫或含氨廢氣中分別回收H2與NH3的方法，比如，提取及凈化回收H2的主要方法包括變壓吸附(PSA)、變溫吸附(TSA)、透氫膜分離、低溫精餾、深冷法等；而對于含氨廢氣的回收，主要包括冷凍法、水洗滌法(水洗)法、硫酸吸收法、磷酸(銨)吸收與精餾耦合法、有機(jī)溶劑吸收法、吸附法(TSA為主)、吸附與精餾耦合法，以及催化燃燒法、催化氨分解法等。但由于LED-MOCVD制程廢氣組成比較特殊，并且回收的H2及NH3需要返回到LED-MOCVD制程中使用，進(jìn)而電子廢氫氣(EH2)及廢氨回收再利用技術(shù)上存在如下困難：

第一，目前還沒有對LED-MOCVD制程廢氣進(jìn)行同時(shí)回收H2及NH3的相關(guān)技術(shù)出現(xiàn)；