Общие экологические проблемы производства полупроводниковых приборов и микроэлектроники

Экологическое воздействие производства изделий микроэлектроники, радиоэлектроники и т.п. опред-ся природой хим в-в; технологическими операциями, используемыми для созд-я приборов и устройств; воздействием изделий на окр среду при их эксплуатации и при взаимод-ии с внешней средой после окончания срока годности. Сюда же следует отнести бракованные детали, не подлежащие ремонту, которые вывозятся на пром свалки. В производстве микроэлектронных схем и ПП приборов исп-ся широкий комплекс материалов. К ним относятся: металлы и сплавы; различные р-ры, в состав кот-х входят органич-е и неорг-е в-ва; полимерные материалы, керамика, фарфор, стекло и ПП материалы. ПП материалы могут исп-ся в виде поликристаллов, амфотерных спеченных порошков, монокристаллов, эпитаксиальных пленок (структура решетки полученного слоя – точная копия стр-ры кристалла подложки). ПП материалы делятся на: 1) элементарные – кремний, германий; некот-е модификации бора, углерода, фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута, серы, селена, теллура, йода; 2) сложные (хим соед-я) – оксиды (Cu2O, Mn3O4, Al2O3, ZnO, CdO), сульфиды (PbS, CdS, ZnS, Bi2S3), селениды и теллуриды (CdSe, PbSe, HgSe, CdTe, PbTe, Bi2Te3), арсениды (GaAs, InAs), фосфиды (GaP, InP), стеклообразные сплавы (As2S3, As2Se3), сложные тв. р-ры (CdTe-HgTe, PbTe-SnTe) и др. В связи с тем, что многие из этих в-в яв-ся вредными, это следует учитывать как при синтезе ПП материалов, так и при выращивании монокристаллов и эпитаксиальных пленок, при травлении пов-сти, при проведении различных операций, при изготовлении ПП устройств. Многие в-ва обладают токсичными св-вами (соед-я германия; мышьяк, кадмий, свинец и их соед-я; арсениды, теллуриды, селениды и др.). В операциях травления часто исп-ся вредные травители (цианистые эл-литы; р-ры на основе плавиковой к-ты, фторидов, бифторидов и т.д.).

65. Способы отделения твердой фазы: седиментация, фильтрация (различные фильтры), центрифугирование.

Седиментация – оседание под действием гравитационного поля. Для увеличения скорости осаждения взвесей применяют флокулянты – водо-растворимые полимеры с полярными концевыми функциональными группами. Они связывают взвеси в рыхлые сетчатые агрегаты.

Отстойник периодического действия (при малом количестве воды) металлический или железобетонный резервуар с коническим днищем (вода отбирается через сифон или специальные желоба). Осадок убирают вручную.

Отстойник непрерывного действия (при больших количествах воды, расход не более 50000м(3)/сутки).

Вертикальные отстойники - во время движения воды из нее выпадают взвеси, удельный вес которых больше удельного веса воды.

Горизонтальные отстойники – прямоугольный резервуар из нескольких отделений (высота 3–5 метров, отношение длины к высоте не меньше 10). Дно – под уклоном в сторону, противоположную движению воды.

Радиальный отстойник – первичный отстойник, илоулавливатель - круглый резервуар, вода в котором движется радиально от центра к периферии. Скорость движения воды изменяется от мах значения у центра, до мin значения у периферии.

Тонкослойные отстойники (для тонкодисперсных примесей) – малая глубина обеспечивает осветление воды в течение 4- 10 мин, что позволяет уменьшить их габариты. Резервуар глубиной 0.2 – 0.3 м с полочными или трубчатыми вставками, расположенными под углом  сползание осадка к шламосборнику (угол 30–40 гр.)

Фильтрация. Фильтры – устройства, в которых очистка жидкости от частиц твердой фазы происходит в процессе протекания через перегородку, имеющую поры (разность значения давления по обе стороны перегородки.

Сетчатые фильтры – для задерживания сравнительно грубых частиц. Изготовляют из одного или нескольких слоев ткани или металлической сетки. Действие основано на механической задержке больших частиц и инерционном осаждении частиц. Эффективность увеличивается по мере убирания отфильтрованного слоя.

Волокнистые фильтры – изготавливают из фильтровальной бумаги, специального картона. Применяют только при небольших течениях раствора (вследствие большого гидравлического сопротивления). Действие сводится к инерциальному осаждению, прилипанию частиц к выступам, седиментации. Инерциальное осаждение и седиментация повышаются при увеличении размера и плотности частиц.

Зернистые фильтры – используют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит. Бывают однослойные и многослойные. Очистку фильтра производят чистой водой или сжатым воздухом.

Фильтрование под вакуумом – для очистки маловязких жидкостей. Степень очистки не более 80%. Тонкость очистки определяется фильтрующим элементом (барабанные, дисковые, ленточные). Остаток высушивают до min влажности.

Центрифугирование – разделение твердых и жидких фаз в поле центробежных сил осуществляется в аппаратах 2 типов: центрифугах и гидроциклонах.

Центрифуги – ускорение оседающей части по сравнению с гравитационным ускорением увеличивается на величину Kp = w(2)r/g w – угловая скорость вращения жидкости. R – радиус вращения. Уравнение движения - V = (gLdr(2)(pф – pс))/18м.. L – центробежная сила, dr – диаметр частицы, рф и рс – плотность дисперсной фазы и среды, м – вязкость среды. Улучшение в результате агрегации и фильтрации (укрупнение частиц).

Циклоны:

Напорные – цилиндрическая и коническая части. Вращение жидкости вызывается ее выпуском в тангенциальный патрубок, расположенный в верхней части цилиндра. Коническая часть кончается насадкой через которую выводится осадок. Низкий КПД из-за избыточной интенсивности турбулентности. Применяют для выделения частиц со скоростью осаждения менее 0.02 м/с.

Многоярусные: по принципу выделения аналогичны напорным. Устройство в камере нескольких секций, через которое проходит очищаемый поток, позволяет более полно использовать объем гидроциклона и уменьшить время пребывания жидкости в циклоне.

Открытые – для очистки от частиц со скоростью оседания более 0.02 м/с. большая производительность и малые потери напора. Эффективность зависит от характера загрязнений.

66. Методы отделения твердых отходов из сточных вод: флотация и электрофлотация.

Флотация - относится к физико-химическим методам очистки, процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычного газа и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания. Процесс очистки сточных вод, содержащих нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы заключается в образовании комплексов “частици-пузырьки“, всплывание этих комплексов, удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности жидкости. Необходимо не смачивание или плохое смачивание частиц жидкостью. Способность жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения ее по границе. Метод пенной флотации применяют для извлечения нерастворенных и частичного снижения концентрации некоторых растворенных веществ. Способы флотационной обработки – флотация с выделением воздуха раствора – с механическим диспергированием воздуха – с подачей воздуха через пористые материалы – электрофлотация – биохимическая и химическая флотация.

Электрофлотация - удаление твердых частиц дисперсной фазы осуществляется путем флотации их пузырьками водорода и кислорода, образующихся в результате электролиза водной части осветляемой жидкости. Катод 2H2O + 2e  H2 + 2OH-. OH- ионы движутся к аноду, где отдают свой заряд с выделением O2. 4OH- – 4e  2H2O + O2.

По сравнению с обычной флотацией пузырьки по размерам на 1 – 2 порядка меньше. Пузырьки – однородны и выделяются в больших количествах.

67. Методы отделения твердых отходов из сточных вод: электрофорез и электроосмос, диализ.

Электрофорез – процесс переноса частиц в электрическом поле. Причина – наличие разноименных зарядов у разных фаз. В результате возникновения электрического поля м/у электродами, благодаря малым размерам частиц дисперсной фазы происходит перенос отрицательно заряженной дисперсной фазы к положительному электроду. Заряд на частицах обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя из ионов, возникающего либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, либо за счет ионизации поверхностных молекул вещества.

Электроосмос – процесс переноса жидкости при приложении разности потенциалов ч/з пористую перегородку. Под влиянием электростатического поля по капиллярам перегородки к отрицательно заряженному электроду передвигается положительно заряженная жидкость.