超純水系統(tǒng)中硼離子去除技術(shù)探討
發(fā)布時(shí)間：2023-06-27 訪問量：721 來源：本站
硼在元素周期表里面是五號元素，是IIIA族中唯一 一個(gè)非金屬元素。它是制造P型半導(dǎo)體的主要摻雜劑，基材中硼的含量直接影響半導(dǎo)體的極限電壓，因此要嚴(yán)格控制基材中硼的含量。在半導(dǎo)體制造的過程中，水、氣、化直接跟產(chǎn)品接觸，且絕大部分的工藝都跟超純水有關(guān)系，因此超純水的品質(zhì)尤為重要。如果超純水中硼含量得不到有效控制，基材里的硼含量就沒辦法控制。 硼在濃度比較低的時(shí)候，在水里主要是以硼酸或者是硼酸根的形式存在，兩者的比例隨pH值變化而變化，當(dāng)PH值超過11的時(shí)候，主要是以硼酸根形式存在；如果PH值小于7，主要以硼酸形式存在。硼酸的電離常數(shù)只有5.8 x 10-10，極不容易電離。因此，硼酸是弱酸，酸性非常弱。在常規(guī)的水處理流程中，硼酸比較難去除。
下圖是隨著產(chǎn)水量的不斷增加，混床的穿透曲線圖，其中藍(lán)色曲線代表產(chǎn)水電阻率，品紅色曲線代表產(chǎn)水中硼離子含量，黑色曲線代表產(chǎn)水中二氧化硅含量。從曲線中可以看出，累計(jì)產(chǎn)水約3.1百萬加侖時(shí)，產(chǎn)水中硼離子含量開始上升；累計(jì)產(chǎn)水約5.1百萬加侖時(shí)，產(chǎn)水中二氧化硅含量開始上升；累計(jì)產(chǎn)水約5.3百萬加侖時(shí)，產(chǎn)水電阻率開始下降。因此表明混床運(yùn)行過程中，硼離子是最早穿透的陰離子。從曲線還可以看出，一旦硼離子開始泄露，產(chǎn)水中硼離子的含量會(huì)急劇升高，甚至超過混床進(jìn)水中的硼離子含量，這是因?yàn)樵疚皆跇渲厦娴呐穑瑫?huì)被其他的陰離子置換出來。如果我們僅用產(chǎn)水電阻率來判斷混床是否失效需要再生，在混床運(yùn)行后期，產(chǎn)水中硼離子含量遠(yuǎn)超過我們的指標(biāo)，可能造成產(chǎn)線上的缺失。（硼的化學(xué)特性）
因此如果最終對硼離子要求高，不能只用產(chǎn)水電阻率來判斷混床是否失效，最好在混床產(chǎn)水安裝一臺(tái)在線的Sievers硼表。它的測量范圍是15ppt~20ppb，要求取樣水的電阻率在15兆以上。
美國F63-0213標(biāo)準(zhǔn)建議硼離子的含量小于50ppb，通常超純水系統(tǒng)的原水中硼離子含量大約在0.1ppm左右，如果不加以重視，要求終端產(chǎn)水中硼離子含量小于50 ppb非常困難。 因?yàn)榕鹚岜旧硎顷庪x子，所以常規(guī)的超純水處理流程中的反滲透、離子交換技術(shù)對硼都有一定的去除作用。但是因?yàn)榕鹚崽酰陔x子交換的時(shí)候，它是最早穿透的陰離子；在反滲透運(yùn)行過程中，如果反滲透進(jìn)水是中性或酸性，一級反滲透對硼酸的去除效率只有30%~50%。但研究發(fā)現(xiàn)，如果提高反滲透進(jìn)水的PH值，可以迅速提高反滲透對硼的去除率，從下圖可以看出，當(dāng)反滲透進(jìn)水PH值調(diào)到10以上時(shí)，反滲透對硼的去除率可達(dá)90%以上。
但是需要注意的是如果反滲透進(jìn)水中含有硬度，再將進(jìn)水的pH值調(diào)高，反滲透濃水側(cè)容易結(jié)垢。因此有人開發(fā)了HERO高效反滲透工藝，先用陽樹脂對反滲透進(jìn)水進(jìn)行處理，把水中的硬度全部去掉之后，再提高反滲透進(jìn)水的pH值運(yùn)行，HERO工藝可以提高反滲透對硼、硅以及、TOC的去除率。 EDI同樣是除鹽技術(shù)，它主要的技術(shù)是離子交換。陽膜和陰膜都是用離子交換樹脂或者跟離子交換樹脂一樣的材料做的。陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過。兩側(cè)的極板通上直流電之后，淡水室中的陽離子在負(fù)極的吸引下，穿過陽膜進(jìn)入濃水室，因不能繼續(xù)通過陰膜，所以被留在濃水室里；同樣陰離子在正極的吸引下，穿過陰膜進(jìn)入濃水室，因不能繼續(xù)通過陽膜，所以也被留在濃水室，淡水室中的離子被去除，水質(zhì)得以提高。在EDI運(yùn)行過程中，電場可以直接把水電離成氫根和氫氧根，對樹脂進(jìn)行再生，因此EDI不用和混床一樣停機(jī)再生。◆ EDI運(yùn)行操作非常簡單，且可以通過調(diào)節(jié)其運(yùn)行電流來調(diào)節(jié)除硼、除鹽的能力。IONPURE公司VNX-EP型號的 EDI的除硼效率是95%以上。
◆ 混床中的強(qiáng)陰離子交換樹脂同樣可以除硼。如果終端產(chǎn)水水質(zhì)對硼離子含量要求嚴(yán)格，可以設(shè)計(jì)兩級混床串聯(lián)運(yùn)行，從而保證產(chǎn)水中硼離子的含量比較低。旋轉(zhuǎn)木馬式混床的運(yùn)行模式是在普通的一用一備兩臺(tái)混床基礎(chǔ)上再加一臺(tái)混床，始終保持有兩臺(tái)混床串聯(lián)運(yùn)行。
◆ 還可以采用專用的除硼樹脂，Dupont公司的Amberlite UP7530是均粒樹脂，可以裝填在拋光床中，確保產(chǎn)水中硼離子的含量穩(wěn)定合格。
因此根據(jù)進(jìn)水的硼含量，以及終端產(chǎn)水水質(zhì)對硼離子的要求，可以選擇不同的處理流程進(jìn)行組合，確保終端產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
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