[发明专利]一种高纯气体制备装置及制备方法

说明书

本发明公开了一种高纯气体制备装置，包括质子交换膜，还包括扩散层、阳极催化层、阴极双极板和阳极双极板，所述阴极双极板的一面设置有阴极流道，所述阴极双极板上设置有与阴极进流口和阴极回流口，所述阴极进流口与所述阴极流道的首端连通，所述阴极回流口与所述阴极流道的尾端连通；所述阳极双极板的一面设置有阳极流道，所述阳极双极板上设置有与阳极流道连通的阳极进流口和阳极回流口，氢气和纯水作为阳极流道内的阳极电解液，单质As的纳米颗粒和KOH水溶液作为阴极流道内的阴极电解液，电解液通过流道进入到装置的内部，通过质子交换膜电解反应，本申请采用膜电极电解法，占地面积小，方便组装维护，气体制备纯度高，稳定，不受干扰。

技术领域

本发明涉及气体制备的技术领域，尤其是涉及一种高纯气体制备装置及制备方法。

背景技术

工业上经常会用到高纯气体，比如晶圆级半导体在蚀刻工艺中就会经常用到砷烷气体（AsH3），传统的砷烷制备方法通常是采用二砷化三锌与稀硫酸反应，用化学电解法获得到。

相关技术中，在公告号CN209243193U的一篇专利文件中，记载了一种砷烷电解装置。装置包括电解槽、具有通过离子半透膜隔离的阴极室和阳极室，阴极室电解产生砷烷和氢气，阳极室电解产生氧气，阴极气体输送管路，与阴极室相连；阳极气体输送管路，与阳极室相连；阴极气体输送管路和阳极气体输送管路之间设置有第一压差传感器以监测阳极室和阴极室的压差，以避免压差过大对离子半透膜的损坏。

针对上述技术，发明人认为采用电解槽来实施电解制备气体，占地面积比较大，搬运和维修、更换比较困难。

发明内容

为了减少制备装置占地空间，容易搬运组装和维护，本申请提供一种高纯气体制备装置及制备方法。

本申请第一发明目的在于提供的一种高纯气体制备装置，采用如下的技术方案：

一种高纯气体制备装置，包括质子交换膜、扩散层、阳极催化层、阴极双极板和阳极双极板，所述扩散层设置于质子交换膜的相对两侧，所述阳极催化层和阳极双极板位于质子交换膜的一侧，所述阴极双极板位于质子交换膜的另一侧，所述质子交换膜、扩散层、阳极催化层、阴极双极板和阳极双极板依次相紧密贴合；

所述阴极双极板的一面设置有蛇形迂回的阴极流道，所述阴极双极板上设置有与阴极进流口和阴极回流口，所述阴极进流口与所述阴极流道的首端连通，所述阴极回流口与所述阴极流道的尾端连通；

所述阳极双极板的一面设置有蛇形迂回的阳极流道，所述阳极双极板上设置有与阳极流道连通的阳极进流口和阳极回流口，氢气和纯水作为阳极流道内的阳极电解液，单质As的纳米颗粒和KOH水溶液作为阴极流道内的阴极电解液。

通过采用上述技术方案，相比于传统的电解槽设备，本申请通过阴极双极板和阳极双极板取代电解槽，并在双极板上蚀刻流道，电解液通过流道流入，单质As的纳米颗粒和KOH水溶液作为阴极电解液，氢气加纯水作为阳极电解液，阳极的质子通过质子交换膜进入到阴极，与单质As反应，制备生成AsH₃气体。

优先的，所述阳极双极板和所述阴极双极板由石墨材料制成，所述阴极双极板和阳极双极板均设有引线端子，所述引线端子上施加有电压源。

通过采用上述技术方案，石墨材料具有较好的导电性和耐腐蚀性，在阳极双极板上施加电压，作为阳电极，在阴极双极板上施加电压，作为阴电极，不需要采用电极棒，阴极双极板和阳极双极板可以作为电解所需要的电极棒，与现有的电化学电解方式原理不同，电解过程发生在阳极双极板和阴极双极板之间，也减少了外界的干扰。

优先的，所述阳极回流口连通有阳极循环泵，所述阳极循环泵的出气端与所述阳极进流口连通，所述阳极进流口还连通有补充纯水的补液装置。

通过采用上述技术方案，补液装置可以向阳极流道内补充纯水，完成及时补液。