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Purificadores de gas — Sistemas de ultra alta pureza de grado semiconductor

Gas Purifiers

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Los purificadores de gas elevan los gases de calidad industrial hasta la ultra alta pureza que exigen los procesos de semiconductores. Incluso un nitrógeno, hidrógeno, argón u oxígeno de calidad 5N (99,999%) sigue arrastrando H₂O, O₂, CO, CO₂, CH₄ y NMHC a nivel de ppm, que provocan defectos de capa, oxidación interfacial y pérdida de rendimiento en las etapas de epitaxia, grabado y deposición. Instalados en el punto de uso o en el colector general de suministro, los purificadores reducen estas impurezas a niveles de ppb e incluso ppt mediante tecnologías de adsorción, conversión catalítica y getter.

La gama cubre tres tipos: purificadores en línea de punto de uso a temperatura ambiente (5–4000 SLPM, sin necesidad de calentamiento ni gas de purga, con variantes de alta presión de 18 y 24 MPa); purificadores getter calentados de bajo caudal (0,2–150 LPM), que además eliminan CH₄ y N₂ y permiten sustituir el getter in situ; y unidades totalmente automáticas de gran caudal (10–50000 Nm³/h), con lechos de adsorción en paralelo que alternan purificación a temperatura ambiente y regeneración a alta temperatura bajo control PLC para un suministro ininterrumpido las 24 horas.

Existen modelos específicos para nitrógeno (incluida una versión catalítica para eliminar CH₄), hidrógeno (configuraciones de adsorción, getter y combinada, además de una versión criogénica con nitrógeno líquido para la eliminación profunda de CH₄, N₂ y Ar), oxígeno, gases raros (Ar, He, Kr, Ne, Xe), amoníaco, dióxido de carbono (incluida una versión específica para CO₂ supercrítico) y aire limpio y seco XCDA, junto con unidades de alta presión de 240 bar y unidades de gran caudal a temperatura ambiente, idóneas para suministro temporal o de reserva. La gama de punto de uso trata además más de treinta gases especiales, entre ellos HCl, Cl₂, BF₃, SiHCl₃, GeH₄, H₂S, AsH₃ y PH₃.

Aplicaciones habituales: suministro de gases de proceso en fábricas de obleas de 300 mm, epitaxia de displays y LED, gas inerte para salas secas de baterías de litio, fabricación de preformas de fibra óptica y gas portador para instrumentos analíticos de laboratorio. Para dimensionar un equipo hay que confirmar el tipo de gas, los caudales máximo y nominal, la calidad del gas de origen, la calidad de salida requerida y el entorno y el régimen de uso.

Preguntas frecuentes

Si mi gas ya es 5N, ¿por qué sigo necesitando un purificador?
5N (99,999%) significa impurezas totales por debajo de 10 ppm, pero los procesos avanzados de semiconductores exigen niveles de ppb o incluso ppt, entre tres y seis órdenes de magnitud inferiores. La humedad residual, el oxígeno, el monóxido de carbono, el dióxido de carbono y los hidrocarburos forman capas de óxido en las interfaces epitaxiales y crean defectos en las capas finas. Además, a medida que el gas viaja desde la botella o el tanque a través de la tubería hasta el punto de uso, la desgasificación de las paredes de la tubería y las microfugas en los racores reintroducen impurezas, razón por la cual los purificadores se instalan normalmente en el punto de uso y no en la fuente del gas.
¿Cómo elijo entre el tipo POU a temperatura ambiente, el calentado y el totalmente automático?
Se reduce al caudal y a si es necesario eliminar CH₄ o N₂. Caudal de 5 a 4000 SLPM sin necesidad de regeneración automática ni de eliminar CH₄ → POU a temperatura ambiente (BSP): compacto, sin calentamiento ni gas de purga, el menor coste de instalación. Caudal de 0,2 a 150 LPM pero con necesidad de eliminar CH₄ o N₂ → tipo calentado (BSH), que emplea una aleación getter a temperatura elevada para una mayor eficiencia de eliminación. Caudal de 10 a 50000 Nm³/h con necesidad de suministro ininterrumpido las 24 horas → tipo totalmente automático (serie BSS), con varios lechos de adsorción en paralelo alternando la regeneración.
¿Cuál es la diferencia entre adsorción (ADS), getter (GET) y catalítico (CAT)?
La adsorción retiene las impurezas en el adsorbente mediante adsorción física o química; puede regenerarse a alta temperatura, dura más de 20 años y es adecuada para caudales altos. Un getter elimina las impurezas a alta temperatura mediante una reacción química irreversible: la eliminación más profunda disponible, capaz de tratar N₂ y CH₄, pero no puede regenerarse, por lo que la columna getter se sustituye una vez saturada (vida de 3 a 5 años). Un lecho catalítico convierte el CH₄, el CO y especies similares a alta temperatura en formas fácilmente adsorbibles; no necesita regeneración ni sustitución y normalmente se sitúa en serie por delante de los lechos de adsorción. En la práctica son habituales las configuraciones combinadas como CAT+ADS o ADS+GET.
¿Qué ocurre cuando el adsorbente se satura, y con qué frecuencia sucede?
Depende del tipo. Las unidades POU a temperatura ambiente se devuelven a fábrica para su regeneración aproximadamente cada 1–2 años, con una vida del cuerpo superior a 20 años. Las unidades calentadas no necesitan devolución a fábrica: la columna getter se sustituye in situ al final de su vida, con una duración de 3 a 5 años o más con un gas de origen de calidad 5N o superior. Las unidades totalmente automáticas (serie BSS) se regeneran en el propio equipo a alta temperatura mediante lechos en paralelo —uno suministra mientras otro se regenera—, por lo que en funcionamiento normal el adsorbente nunca se sustituye y la vida del equipo supera los 20 años. El tipo ambiental de gran caudal (BSS14) puede devolverse a fábrica o regenerarse in situ por el personal de servicio.
¿Por qué es el N₂ la impureza más difícil de eliminar de los gases inertes?
La molécula de nitrógeno no tiene momento dipolar y presenta una polarizabilidad baja, por lo que su interacción con los adsorbentes ordinarios es muy débil y no se adsorbe de forma estable a temperatura ambiente. Su tamaño molecular también es próximo al del argón, por lo que la separación por tamaño de poro de un tamiz molecular no basta por sí sola para distinguirlos. Los diseños de adsorción pura como el BSS5-A son, por tanto, en gran medida ineficaces frente al N₂. Solo existen dos vías viables: emplear un getter a alta temperatura para que el nitrógeno participe en una reacción química irreversible (BSS5-G / BSS5-H), o enfriar el lecho de adsorción al rango del nitrógeno líquido para elevar drásticamente la capacidad (tipos criogénicos como el BSS7-C).
¿Qué información necesitan para especificar un purificador?
Seis elementos: el tipo de gas (incluida la composición de cualquier mezcla); el caudal (máximo y nominal indicados por separado); la calidad del gas de origen (límite superior de cada impureza a la entrada); la calidad de salida requerida (valor objetivo de cada impureza); el entorno de servicio y el patrón de uso (continuo o intermitente, presión de trabajo, temperatura ambiente, si se requiere construcción antideflagrante); y cualquier otro requisito especial, como límites de espacio, integración con la monitorización de la instalación o necesidades de certificación. Cuanto más completa sea la información, más precisas serán la selección y la cotización.

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