Trifluoreto de nitrogênio

Síntese e reatividade

O trifluoreto de nitrogênio não existia em quantidades significativas na Terra antes de sua síntese pelo homem. É um exemplo raro de um fluoreto binário que pode ser preparado diretamente dos elementos apenas em condições muito incomuns, como uma descarga elétrica. Após a tentativa da síntese em 1903, Otto Ruff preparou o trifluoreto de nitrogênio pela eletrólise de uma mistura fundida de fluoreto de amônio e fluoreto de hidrogênio. Provou ser muito menos reativo do que os outros tricloreto de nitrogênio de nitrogênio de nitrogênio, tribrometo de nitrogênio e triiodeto de nitrogênio, todos explosivos. Sozinho entre os trihaltos de nitrogênio, ele tem uma entalpia negativa de formação. É preparado nos tempos modernos, tanto pela reação direta de amônia quanto de flúor e por uma variação do método de Ruff. É fornecido em cilindros pressurizados.

O NF3 é ligeiramente solúvel em água sem submeter a reação química. É não -básico com um momento dipolar baixo de 0,2340 D. Por outro lado, a amônia é básica e altamente polar (1,47 d). Essa diferença surge dos átomos de flúor que atuam como grupos de retirada de elétrons, atraindo essencialmente todos os elétrons dos pares solitários no átomo de nitrogênio. O NF3 é um oxidante potente, mas lento.

Oxida o cloreto de hidrogênio ao cloro:

É compatível com aço e monel, além de vários plásticos.

O NF3 reage com fluorina e pentafluoreto de antimônio para dar o sal de tetrafluoroamônio:

As misturas de NF3 e B2H6 são explosivas, mesmo em temperaturas criogênicas, reagindo para produzir gás nitrogênio, trifluoreto de boro e ácido hidrofluórico.

Formulários

Gravura

O trifluoreto de nitrogênio é usado principalmente para remover compostos de silício e silício durante a fabricação de dispositivos semicondutores, como telas LCD, algumas células solares de filme fino e outros microeletrônicos. Nessas aplicações, o NF3 é inicialmente dividido em um plasma. Os radicais de fluorina resultantes são os agentes ativos que atacam polissilício, nitreto de silício e óxido de silício. Eles também podem ser usados ​​para remover o silicida de tungstênio, o tungstênio e alguns outros metais. Além de servir como um gravador na fabricação de dispositivos, o NF3 também é amplamente usado para limpar as câmaras de pecvd.

O NF3 se dissocia mais facilmente dentro de uma descarga de baixa pressão em comparação com compostos perfluorados (PFCs) e hexafluoreto de enxofre (SF6). A maior abundância de radicais livres com carga negativa assim gerados pode produzir maiores taxas de remoção de silício e fornecer outros benefícios do processo, como contaminação menos residual e menor tensão de carga líquida no dispositivo que está sendo fabricado. Como um agente de gravura e limpeza um pouco mais consumido, o NF3 também foi promovido como um substituto ambientalmente preferível para SF6 ou PFCs como o hexafluoroetano.

A eficiência da utilização dos produtos químicos aplicados nos processos plasmáticos varia amplamente entre equipamentos e aplicações. Uma fração considerável dos reagentes é desperdiçada no fluxo de escape e pode ser emitida na atmosfera da Terra. Os sistemas modernos de redução podem diminuir substancialmente as emissões atmosféricas. O NF3 não foi sujeito a restrições significativas de uso. O relatório anual da produção de NF3, consumo e emissões de resíduos por grandes fabricantes foi necessário em muitos países industrializados como resposta ao crescimento atmosférico observado e ao Protocolo Internacional de Kyoto.

O gás fluorina altamente tóxico (F2, fluorina diatômica) é uma substituição neutra climática para o trifluoreto de nitrogênio em algumas aplicações de fabricação. Requer mais rigorosamente manuseio e precauções de segurança, especialmente para proteger o pessoal de fabricação.

O trifluoreto de nitrogênio também é usado em lasers de fluoreto de hidrogênio e fluoreto de deutério, que são tipos de lasers químicos. Lá também é preferido ao gás flúor devido às suas propriedades de manuseio mais convenientes

Gases de efeito estufa

O crescimento da concentração atmosférica de NF3 desde os anos 90 é mostrada no gráfico direito, juntamente com um subconjunto de gases semelhantes causados ​​pelo homem. Observe a escala de log.

O NF3 é um gás de efeito estufa, com um potencial de aquecimento global (GWP) 17.200 vezes maior que o de CO2 quando comparado ao longo de um período de 100 anos. Seu GWP é o ponto apenas apenas para o SF6 no grupo de gases de efeito estufa reconhecidos por Kyoto, e o NF3 foi incluído nesse agrupamento com efeito a partir de 2013 e o início do segundo período de compromisso do Protocolo de Kyoto. Possui uma vida útil atmosférica estimada de 740 anos, embora outro trabalho sugira uma vida útil um pouco mais curta de 550 anos (e um GWP correspondente de 16.800).

Embora o NF3 tenha um GWP alto, por muito tempo sua força radiativa na atmosfera da Terra foi assumida como pequena, presumindo -se de que apenas pequenas quantidades são liberadas na atmosfera. As aplicações industriais do NF3 rotineiramente o quebram, enquanto no passado usavam compostos regulados anteriormente usados, como SF6 e PFCs, eram frequentemente liberados. A pesquisa questionou as suposições anteriores. Aplicações de alto volume, como a produção de memória de computador DRAM, a fabricação de telas de painel plano e a produção em larga escala de células solares de filmão fino usam NF3.

Concentração de trifluoreto de nitrogênio em várias latitudes desde 2015.

Desde 1992, quando menos de 100 toneladas foram produzidas, a produção aumentou para cerca de 4000 toneladas em 2007 e se projeta aumentar significativamente. A produção mundial de NF3 deve atingir 8000 toneladas por ano até 2010. De longe, o maior produtor mundial de NF3 é o Air Industrial Gas and Chemical Company Products & Chemicals Products & Chemicals. Estima -se que 2% do NF3 produzido é liberado na atmosfera. Robson projetou que a concentração atmosférica máxima é inferior a 0,16 partes por trilhão (PPT) em volume, o que fornecerá menos de 0,001 Wm -2 de força de IR. A concentração troposférica global média de NF3 aumentou de cerca de 0,02 ppt (peças por trilhão, fração de toupeira de ar seca) em 1980, para 0,86 ppt em 2011, com uma taxa de aumento de 0,095 ppt yr -1, ou cerca de 11% ao ano e um gradiente inter -hemisférico que é consistente com as emissões que ocorrem esmagadoramente no hemisfério norte, como esperado. Essa taxa de aumento em 2011 corresponde a cerca de 1200 emissões métricas de toneladas/Y NF3 em todo o mundo, ou cerca de 10% das estimativas de produção global NF3. Essa é uma porcentagem significativamente maior do que a estimada pela indústria e, portanto, fortalece o caso da produção de NF3 e para regular suas emissões. Um estudo co-autor de representantes da indústria sugere que a contribuição das emissões de NF3 para o orçamento geral de gases de efeito estufa da fabricação de células Si-solar de filme fino é claro.

O UNFCCC, dentro do contexto do protocolo de Kyoto, decidiu incluir o trifluoreto de nitrogênio no segundo período de conformidade do protocolo de Kyoto, que começa em 2012 e termina em 2017 ou 2020. Após o exemplo, o protocolo WBCSD/WRI GHG está alterando todos os seus Padrões (corporativo, produto e escopo 3) para cobrir também o NF3.

Segurança

O contato com a pele com NF3 não é perigoso e é um irritante relativamente pequeno para as membranas e olhos mucosas. É um irritante pulmonar com uma toxicidade consideravelmente menor que os óxidos de nitrogênio, e a superexposição por inalação causa a conversão da hemoglobina no sangue em metaglobina, o que pode levar à condição de metaglobinemia. O Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH) especifica que a concentração que é imediatamente perigosa para a vida ou a saúde (valor da IDLH) é de 1.000 ppm.

Veja também