1. 定義
高純氨氣是指純度≥99.999%（5N 級）的氨氣，化學式為 NH?，是一種以氮氫化合物為主體的高純度工業氣體，廣泛應用于半導體、光電等高端制造領域。
2. 物理化學特性
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物理性質：
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無色、具有強烈刺激性氣味，密度 0.771kg/m3（標準狀況），比空氣輕。
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極易溶于水（20℃時 1 體積水可溶 700 體積氨），易液化（沸點 - 33.35℃），液態氨汽化時吸收大量熱，常用作制冷劑。
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化學性質：
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堿性氣體：與水反應生成一水合氨（NH??H?O），呈弱堿性；與酸反應生成銨鹽（如 NH?+HCl=NH?Cl）。
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還原性：在高溫或催化劑（如鉑）作用下可被氧氣氧化為一氧化氮（4NH?+5O?=4NO+6H?O），是工業制硝酸的關鍵反應。
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配位性：氨分子中的氮原子有孤對電子，可與金屬離子形成配合物（如 [Cu (NH?)?]2?）。
高純氨的制備需結合合成氨技術與多級提純，核心流程如下：
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合成氨原料制備
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原料氣：氮氣（來自空氣分離）與氫氣（來自天然氣重整或水煤氣變換）按 1:3 比例混合。
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合成反應：在高溫（400-500℃）、高壓（15-30MPa）及鐵基催化劑作用下合成粗氨（NH?轉化率約 15%）。
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粗氨提純工藝
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精餾脫雜：通過低溫精餾去除粗氨中的氫氣、氮氣、一氧化碳等揮發性雜質。
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吸附凈化：利用分子篩、活性氧化鋁吸附水分（H?O）、二氧化碳（CO?）等極性分子，雜質含量降至 ppm 級。
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催化除氧：通過鈀催化劑使殘留氧氣與氫氣反應生成水，再經干燥除去。
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終端過濾：使用 0.01μm 級金屬燒結濾芯或 PTFE 膜過濾，確保顆粒物（≥0.1μm）含量＜1 個 / L。
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純度驗證
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采用氣相色譜（GC）、紅外光譜（IR）等檢測雜質，半導體級高純氨要求：
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O?+N?≤1ppm，H?O≤0.5ppm，CO+CO?≤0.1ppm，顆粒物≤0.1 個 / L。
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應用領域
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作用原理
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具體實例
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半導體制造
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作為氮源用于沉積氮化硅（Si?N?）、氮化鋁（AlN）等薄膜，起鈍化、絕緣作用。
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- 芯片制造中 PECVD（等離子體增強化學氣相沉積）制備柵極絕緣層
- 功率器件（如 GaN）外延層生長
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光電與 LED
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氨分解為氮氫混合氣，用于氮化鎵（GaN）襯底生長，是藍光 LED 的核心材料。
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- 藍寶石襯底上通過 MOCVD（金屬有機化學氣相沉積）生長 GaN 外延層
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化工與制藥
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高純氨作為無金屬離子的堿性試劑，用于高純度銨鹽合成或催化劑制備。
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- 制備高純氯化銨（NH?Cl）用于電子級清洗劑
- 醫藥中間體合成（如氨基酸）
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制冷與能源
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液氨汽化吸熱效率高，且無臭氧層破壞潛能（ODP=0），是環保型制冷劑。
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- 大型冷庫、食品加工冷鏈系統
- 氨 - 氫混合燃料實驗（如氨分解制氫用于燃料電池）
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環保領域
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氨選擇性催化還原（SCR）去除工業尾氣中的氮氧化物（NOx）。
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- 電廠、汽車尾氣處理（如柴油車 SCR 系統）
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全球產能分布
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高純氨生產高度集中于歐美日企業，如美國空氣產品（Air Products）、德國林德（Linde）、日本昭和電工（Showa Denko），占據全球 80% 以上市場份額。
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中國近年產能快速提升，代表企業包括金宏氣體、綠菱氣體、中船重工 718 所，純度已達 6N 級（99.9999%），主要供應本土半導體產線。
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價格與供需
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半導體級高純氨價格約 500-1000 元 / 公斤（隨純度和需求量波動），2023 年全球市場規模超 15 億美元，年增長率約 7%（受 5G、AI 芯片需求驅動）。
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危險性
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毒性：吸入濃度＞500ppm 時，會刺激呼吸道、眼睛，導致肺水腫；＞1500ppm 可致死，需配備氨氣檢測儀。
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燃爆風險：氨氣在空氣中爆炸極限為 15.7%-27.4%，遇明火或靜電可能引燃，需遠離火源。
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儲存運輸
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壓縮氣體用無縫高壓鋼瓶（耐壓 20MPa）儲存，瓶身標注 “有毒氣體”；液態氨用真空絕熱杜瓦罐運輸，溫度維持在 - 33℃以下。
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儲存環境需通風、陰涼（≤30℃），避免與鹵素、強酸、氧化劑混放。
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應急處理
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泄漏時，需佩戴正壓式呼吸器，用霧狀水吸收氨氣，或用稀硫酸中和泄漏氣體，防止形成有毒煙霧。
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純度升級：隨著 3nm 以下芯片制程發展，高純氨需求向 6N 級（99.9999%）邁進，需攻克痕量金屬離子（如 Na?、K?）＜1ppb 的提純技術。
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綠色制備：電催化氮還原合成氨（替代傳統哈伯法）、可再生能源制氫 + 氮氣合成氨等技術，降低碳排放。
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循環利用：半導體尾氣中氨的回收技術（如膜分離 + 催化分解）逐步商業化，降低生產成本。
高純氨氣作為半導體制造的 “血液”，其純度直接影響芯片良率，隨著全球半導體產能向中國轉移，本土高純氨產業正從 “依賴進口” 向 “自主可控” 加速轉型。
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