砷化鎵芯片生產(chǎn)項(xiàng)目污染源分析及治理措施研究

1、第 3 卷 第 1 期 2011年 3 月工程研究——跨學(xué)科視野 中的工 程 J 0URNAL 0FE NGI NEERI NG S TUDI ES3( 1 ) ： 2 6 — 3 1M a r ． ， 2 0 1 1DoI ： 1 0 ． 3 7 2 4 ／ S P ． J ． 1 2 2 4 ． 2 0 1 1 ． 0 0 0 2 6砷化鎵芯片生產(chǎn)項(xiàng) 目污染源分析及治理措施研究 李 卓( 中國(guó) 電子 _ [ 程設(shè) 計(jì)院，北京 1

2、 0 0 8 4 0 )摘 要 ：砷 化鎵化合 物半 導(dǎo)體是 目前研 究最深入 、 應(yīng) 用最 廣泛的化合 物半 導(dǎo)體材料 ?；?于 自身材 料 和生產(chǎn) 工 藝的不 同，砷化鎵 芯片生產(chǎn) 項(xiàng) 目 在 污染 源及 防 治措 施 方面與硅 半導(dǎo)體 有很 大 區(qū)別 。為有 效 控 制砷化 鎵 芯片生產(chǎn) 項(xiàng) 目的環(huán)境影 響 ，有 必要對(duì) 砷化鎵 芯 片生產(chǎn)項(xiàng) 目的 污染源及 防治措 施進(jìn) 行研 究。本 文首先 對(duì) 污染 因子及相 關(guān)環(huán)境標(biāo) 準(zhǔn)進(jìn)行

3、 篩選 ，其次根 據(jù)生 產(chǎn)工 藝分析 了污染 源的分布 情 況，進(jìn) 而闡述 了污染物 的治理措施 ，并進(jìn) 行 了技 術(shù)可行 性分析 。關(guān)鍵 詞 ：砷化鎵 ；芯 片：污染 源：污染防治 中圖分 類號(hào) ：X7 6文獻(xiàn)標(biāo) 識(shí)碼 ：A文 章編號(hào) ： 1 6 7 4 — 4 9 6 9 ( 2 0 1 1 ) 0 1 — 0 0 2 6 — 0 6半導(dǎo)體材料可分 為由單一元素構(gòu)成 的元素半 導(dǎo)體與兩種 以上元素化合 物所構(gòu)成 的化合物半導(dǎo) 體兩類

4、， 前者如硅 、 鍺等所形 成的半 導(dǎo)體， 后者如 砷 化鎵 、磷化 銦等化合物形 成的半 導(dǎo)體 I 】 J 。以砷 化鎵( 化學(xué)式 G a A s ) 為代表的化合物半導(dǎo)體材料 、器件及集成 電路是實(shí)現(xiàn)高速率光纖通信及高頻移 動(dòng)通信 必不可少 的關(guān)鍵部件，成為繼硅之后研究 最深入 的半導(dǎo)體材料 J 。砷化鎵( 化學(xué)式 G a A s ) 具有 高頻率 、高 電子遷移率 、低噪音 、輸 出功率高 、耗電量小 、 效益高及線性度好 、

5、不易失真等特性，已成為 目前最重要 、最成熟 的化合物半導(dǎo)體材料l 3J ，廣泛應(yīng)用于光電子和微 電子領(lǐng)域 。砷化鎵 芯片生產(chǎn)與硅 片相 比， 基 于 自身材料 和生產(chǎn)工藝的不 同， 在 污染 源及其 防治措施方面 有很大不 同， 尤 其是 含砷廢水的處理是砷化鎵芯 片生產(chǎn)項(xiàng) 目需要解決 的重點(diǎn)之 。對(duì)于砷化鎵 晶片 的生產(chǎn)廢水， 有報(bào)道 采用聚合硅酸鐵進(jìn)行混凝 處理 的方法L 4 J ，而砷化鎵 芯片生產(chǎn)項(xiàng) 目的相關(guān)污 染防治措施則鮮

6、見(jiàn)報(bào)道 。隨著 2 0 0 6年 國(guó)內(nèi)首條砷化鎵芯片工業(yè)生產(chǎn) 線竣工 _ 5 ] ， 砷 化鎵成為最重要 的化合物半 導(dǎo)體材 料， 具有廣闊的發(fā)展前景L 6 j 。 為有效控制該類項(xiàng) 目的環(huán)境影響， 對(duì)砷 化鎵芯片生產(chǎn)項(xiàng) 目的污染源分 析及 防治措施進(jìn)行研究是十分必要 的。1污 染因子篩選 及環(huán)境 標(biāo)準(zhǔn) 生產(chǎn)廢水特征污染 因子： p H、氟化物 、氨氮 、磷酸鹽 、C O D c r 、B O D s 、S S 、砷 。工藝廢氣特征污染

7、 因子：氯化氫 、揮發(fā)性有 機(jī)物 、異丙醇 、氨 、砷化物 。與傳統(tǒng)硅片相 比，砷化鎵芯 片生產(chǎn)項(xiàng) 目的廢 氣 、廢水排放中都增加了砷化物( 或砷) 。砷及其化 合物對(duì)人體及其他生物體有毒害作用， 屬于砷化鎵 芯片生產(chǎn)項(xiàng) 目中需要重點(diǎn)控制的污染物。砷對(duì)人體 的中毒劑量為 0 ． 0 1 - 0 ． 0 5 2g ， 致死量為 O ． 0 6 - 0 ． 2g 。各 同對(duì)地 表水 的最 高 允許 含砷 質(zhì)量 濃度一 般 為 5 0~ t

8、g ／ L ， 而 日 本 等發(fā)達(dá) 國(guó)家則 為 1 0~ t g ／ LJ 。企業(yè)執(zhí)行的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)首選是 國(guó)家或地方 的排 放標(biāo)準(zhǔn) ，如無(wú) 國(guó)家及地方標(biāo) 準(zhǔn)， 則需參 照技術(shù)引 進(jìn) 圍的排放標(biāo) 準(zhǔn)或其他發(fā) 達(dá) 國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)， 特殊 污 染物的排放標(biāo)準(zhǔn)需 向當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)行政主管部 門(mén)申請(qǐng)，經(jīng)批準(zhǔn)后才生效 。廢氣 中的砷化物建議執(zhí) 收稿 日期： 2 0 1 0 — 1 2 — 0 1 ：修 回 日期 ： 2 0 1 l — O 1 一 O 5作

9、者簡(jiǎn) 介： 李卓( 1 9 7 9 一 ) ， 女， 遼寧錦州人， 工程師， 研究方 向?yàn)榄h(huán)境科學(xué)。E - m a i l ： l i z h u o r @1 2 6 ． c o m2 8工程研究——跨學(xué)科視野『 f 1 的工程， 3 ( 1 ) ： 2 63 1 ( 2 0 1 1 )箋運(yùn) 轉(zhuǎn)蓋輦 理 生 產(chǎn) 規(guī) 程 中 設(shè) 備熱 廢 氣放 不 需 處 理 ’ 經(jīng) 通 風(fēng) 系 統(tǒng) 抽 出 后 直 接 排廢 氣運(yùn) 轉(zhuǎn) 期 間 產(chǎn) 生?

10、 一放有機(jī) 涂 膠 、娃影工 序 和各工 序使用 根據(jù) 生產(chǎn)T 豈的不 同差別較 大， 主 經(jīng) 沸石 轉(zhuǎn)輪處 理系統(tǒng) 進(jìn)行處 理達(dá) 標(biāo)后 廢氣 有 機(jī)溶 劑清洗過(guò) 程 要為異丙醇和其他有機(jī)溶劑 的揮發(fā)物等 經(jīng)排氣 筒排放 。4 ． 1 ． 1 含砷廢水處理 標(biāo)排放 。含砷廢水 中的污染物主要為無(wú)機(jī)態(tài)的砷化鎵 。采用物理化學(xué) 法處理：含砷廢水任車 間收集 后。 首先用離心分離機(jī)將大于 l0I ． t m 的顆粒從水 中分離 出

11、去 ， 分離 出來(lái) 的含大顆粒物 的泥漿 自動(dòng) 從離心機(jī) 中流人桶 中， 作為危 險(xiǎn)廢物處理 。濾 液 將通過(guò)二次離心分離 ， 三級(jí)過(guò)濾 、酸化之后進(jìn) 入 樹(shù)脂塔化學(xué) 吸附處理 。處理設(shè) 施排放 口達(dá)標(biāo)之后 的廢水進(jìn)入廠區(qū)廢水處理站的最終調(diào)節(jié)池 。飽和 樹(shù)脂作為危險(xiǎn)廢物處理 。含砷廢水處理 方法較多，常見(jiàn)的有石灰法 和 石灰一 鐵鹽法 、 硫化法 、 軟錳礦法等。其 中以石灰 法使用最為普遍l 】 ? 。此類項(xiàng) 目含砷廢水 中的污染 物

12、 主要 為無(wú)機(jī)態(tài) 的砷化鎵 ， 采用上述 的物理化學(xué) 法更為有效 。如某砷化鎵芯片生產(chǎn)企業(yè)采取 了上 述含砷廢水處理工藝， 各單元工藝對(duì)污染物的去除 效果分析見(jiàn)表 3 。 經(jīng)過(guò)以上含砷廢水處理系統(tǒng)后， 該 砷化鎵芯片生產(chǎn)企業(yè) 的廢水 中砷 的設(shè)計(jì)去除率可 達(dá)到 9 9 ． 8 ％， 砷的設(shè)計(jì)排放濃度可達(dá) 0 ． 0 5mg ／ L ， 達(dá) 4 ． 1 ． 2 含 磷 廢 水 處 理 含磷廢水 中的污染物 主要為無(wú)機(jī)磷酸鹽 。采用化學(xué)沉淀

13、法處理 ： 廢水經(jīng) 收集池進(jìn)入反 應(yīng)池， p H值在 l 2 左右，向廢水 中投放過(guò)量氯化鈣 ( C a C 1 2 ) 與廢 水 中 p 0 3 4 - 生 成磷 酸鈣 ( C a 3 ( P O 4 ) 2 ) 沉 淀 。加入適量 絮凝劑加快形成沉淀，當(dāng)絮凝反應(yīng) 完成后， 進(jìn)行泥水分離， 池底污泥由污泥泵抽到污 泥 濃縮池 。濃縮 后 的污泥 經(jīng)壓 濾機(jī) 壓成含 固量 4 5 ％ 的泥餅， 作為危險(xiǎn)廢物處理。上部清液檢測(cè)合格后 排放