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封面故事
COVER STORY 稀有气体

应用和性质
应用和性质 • 质量 ： 质量本身是稀有气体的重要
属性。将稀有气体的质量与某些物理使
气体 性质 用的应用相匹配，再次伴随其惰性，意
应用 氦气 氩气 氖气 氪气 氙气 惰性 电离电位 热系数 质量 味着选择特定的稀有气体可以优化其产
出。
背部晶片冷却
应用。在整个晶片基板和器件制造
加载互锁冷却
运载气体
工艺链中都要使用稀有气体。 图 2 简要
等离子体
展示稀有气体的常见应用，单个稀有气
硅锭生产
体及其相关属性。
低温清洗 • 背部晶片冷却 ： 氦气通常用于控制
准分子激光 晶片的温度，有时用于制造显示器的玻
溅射 璃基板。随着热敏，低温沉积和刻蚀工
艺的应用，氦气变得越来越重要。
蚀刻
图2. 稀有气体的特殊和极端的性质奠定其在电子应用中重要位置。 • 加载互锁冷却 ： 同样地，氦气还用
改变其能量状态。 由于电子制造中的许多应用都是高 于工艺步骤之间冷却晶片。
能量的，稀有气体被用作为用于质量，热和光的电导的 • 载气 ： 氦气（有时是氩气）被用于将较不易挥发的化
惰性介质。 学物质（环境条件下通常是液体）输送到反应室中。
• 电离电位 ： 电离是将电子电荷去除或添加到原子或分 • 等离子气体 ： 氩气，有时是氦气，由于其高电离电位
子上 ；电离电位是完成负载所需的能量。相对于类似 和惰性而被用于沉积和刻蚀工艺中的等离子体应用。
质量的原子，稀有气体由于其完整的电子壳而具有非 • 硅锭生产 ： 氮气在 1414C 的熔点下可与硅反应，因此可
常高的电离电位。这使得它们能够有效地将电荷负载 以使用氩气来使熔融硅和新形成的铸块的表面惰性化。
到其他原子和分子上。 氦气是任何原子或分子中电离 • 低温清洗 ： 现已发现液态氩气的微观气溶胶可用于清
电位最高的物质。 洁先进的半导体制造中的微细的高纵横比结构。
• 导热系数 ： 原子和分子具有不同的速率，在这些速率 • 准分子激光光刻 ： 深紫外激光光刻在大容量半导体制
下，它们传导热能，这是通过它们的热导率来量化的。 造中已经使用了 20 年，用于模式化器件的关键层。激
氦气和氢气在气体中具有最高的导热系数，这是由于 光气体是 98 +％的氖气与其他稀有气体（氩气，氪气，
其质量较低。 由于许多电子制造反应都是高能量反应， 氙气）和卤素（通常为氟气）的混合物。
高导热率与惰性的组合意味着氦气通常用于快速改变 沸点
物体的温度。

空气的成分

图3. 稀有气体是大气中很小的一部分。 图4. 萃取稀有气体需要将大量的空气进行低温蒸馏。

30 2018年 2/3月 半 导体 芯 科 技 www.cazkreatif.com