[發(fā)明專利]LED-MOCVD制程尾氣膜與吸附耦合提氨再利用的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811206221.9
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109260902B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘婭玲;鐘雨明;汪蘭海;陳運;唐金財;陳勇;蔡躍明
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江天采云集科技股份有限公司
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;B01D53/047;B01D50/00;C01C1/02
• 代理公司: 嘉興海創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33251
• 代理人: 鄭文濤

本發(fā)明公開了一種LED?MOCVD制程尾氣膜與吸附耦合提氨再利用的方法，原料氣通過預(yù)處理后進(jìn)入滲透汽化膜工序，產(chǎn)生的非滲透氣進(jìn)入變壓吸附工序，得到的非吸附相氣體為氮氫混合中間氣，或直接輸出焚燒排放，或進(jìn)入精脫氨及變壓吸附分離單元，進(jìn)一步回收氫氣和/或氮氣，而得到的吸附相氣體為含氨的濃縮氣，經(jīng)鼓風(fēng)或壓縮，與原料氣混合直接進(jìn)入滲透汽化膜工序進(jìn)一步回收氨、氫氣及/或氮氣。本發(fā)明解決了LED?MOCVD制程常壓或低壓含氨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制造過程中的制程氨氣NH3制備與廢氣中回收NH3再利用的電子環(huán)保領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種LED-MOCVD金屬氧化物化學(xué)氣相沉積尾氣膜分離與變壓吸附提取氨氣的回收再利用的方法。

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)以上及氮氣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。

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)，使得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、銨肥等加以回收，LED-MOCVD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N2，一般經(jīng)進(jìn)一步處理，比如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。

現(xiàn)有幾種主要的從含氨廢氣中分別回收NH3的方法，比如，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。

國內(nèi)外最常用的回收氨氣的方法是水洗滌法(水洗)，適合于組分相對簡單的含氨廢氣處理，比如LED-MOCVD制程中的含氨廢氣。在一定的溫度(通常低溫)及壓力下，水作為洗滌劑(吸收劑)吸收LED-MOCVD制程廢氣中的氨，形成25％濃度的氨水。雖然吸收可以分級進(jìn)行，吸收效率比較高，但由于廢氨氣經(jīng)吸收后形成了工業(yè)氨水，無法實現(xiàn)將廢氣中的氨氣回收并提純后返回到LED-MOCVD制程中去，LED制造廠商仍然需要外購價錢昂貴的白氨或超高純氨氣，水吸收回收氨僅僅作為LED制程廢氣排放達(dá)標(biāo)的一種處理方法，同時副產(chǎn)工業(yè)氨水作為回收氨的綜合利用。