El trifluoruro de nitrógeno es el compuesto inorgánico con la fórmula ( NF
3). Es un gas incoloro, no inflamable y tóxico con un olor ligeramente mohoso. A diferencia del amoníaco, no es básico. Se utiliza cada vez más en la fabricación de pantallas planas , sistemas fotovoltaicos , LED y otros microelectrónicos . [6] NF
3es un gas de efecto invernadero , con un potencial de calentamiento global (GWP) 17.200 veces mayor que el del CO2cuando se compara durante un período de 100 años. [7] [8] [9]
El trifluoruro de nitrógeno se puede preparar a partir de los elementos en presencia de una descarga eléctrica. [10] En 1903, Otto Ruff preparó trifluoruro de nitrógeno mediante la electrólisis de una mezcla fundida de fluoruro de amonio y fluoruro de hidrógeno . [11] Es mucho menos reactivo que los otros trihaluros de nitrógeno tricloruro de nitrógeno , tribromuro de nitrógeno y triyoduro de nitrógeno , todos los cuales son explosivos. Solo entre los trihaluros de nitrógeno tiene una entalpía de formación negativa . Se prepara en los tiempos modernos tanto por reacción directa de amoníaco y flúor como por una variación del método de Ruff. [6] Se suministra en cilindros presurizados.
NF
3es ligeramente soluble en agua sin sufrir reacción química. No es básico con un momento dipolar bajo de 0,2340 D. Por el contrario, el amoníaco es básico y altamente polar (1,47 D). [12] Este contraste refleja las diferentes electronegatividades de H frente a F.
Al igual que el dioxígeno , el NF3 es un oxidante potente pero lento. [6] Oxida el cloruro de hidrógeno a cloro: [ cita requerida ]
Sin embargo, sólo ataca (de forma explosiva) a compuestos orgánicos a altas temperaturas, por lo que es compatible en condiciones estándar con varios plásticos, así como con el acero y el Monel . [6]
Por encima de 200-300 °C, el NF 3 reacciona con metales, carbono y otros reactivos para dar tetrafluorohidrazina : [13]
El NF 3 reacciona con flúor y pentafluoruro de antimonio para dar la sal de tetrafluoroamonio : [6]
NF 3 y B 2 H 6 reaccionan vigorosamente incluso a temperaturas criogénicas para producir gas nitrógeno , trifluoruro de boro y ácido fluorhídrico . [14]
Las aplicaciones de gran volumen, como la producción de memorias informáticas DRAM , la fabricación de pantallas planas y la producción a gran escala de células solares de película fina, utilizan NF.
3. [15] [16]
El trifluoruro de nitrógeno se utiliza principalmente para eliminar silicio y compuestos de silicio durante la fabricación de dispositivos semiconductores como pantallas LCD , algunas células solares de película fina y otros dispositivos microelectrónicos. En estas aplicaciones, el NF
3El flúor se descompone inicialmente en un plasma . Los radicales de flúor resultantes son los agentes activos que atacan al polisilicio , al nitruro de silicio y al óxido de silicio . También se pueden utilizar para eliminar el siliciuro de tungsteno , el tungsteno y otros metales. Además de servir como agente de grabado en la fabricación de dispositivos, el NF
3También se utiliza ampliamente para limpiar cámaras PECVD .
NF
3 Se disocia más fácilmente dentro de una descarga de baja presión en comparación con los compuestos perfluorados (PFC) y el hexafluoruro de azufre ( SF
6). La mayor abundancia de radicales libres cargados negativamente así generados puede producir mayores tasas de eliminación de silicio y proporcionar otros beneficios de proceso, como una menor contaminación residual y una menor tensión de carga neta en el dispositivo que se está fabricando. Como agente de grabado y limpieza que se consume un poco más a fondo, el NF3 también se ha promocionado como un sustituto ambientalmente preferible del SF.
6o PFC como el hexafluoroetano . [17]
La eficiencia de utilización de los productos químicos aplicados en los procesos de plasma varía ampliamente entre los equipos y las aplicaciones. Una fracción considerable de los reactivos se desperdicia en la corriente de escape y, en última instancia, puede emitirse a la atmósfera terrestre. Los sistemas de reducción modernos pueden reducir sustancialmente las emisiones atmosféricas. [18] NF
3No ha sido objeto de restricciones de uso significativas. El informe anual de NF
3La producción, el consumo y las emisiones de desechos por parte de los grandes fabricantes se han convertido en una necesidad en muchos países industrializados como respuesta al crecimiento atmosférico observado y al Protocolo internacional de Kyoto . [19]
El gas de flúor altamente tóxico (F 2 , flúor diatómico ) es un sustituto neutro para el clima del trifluoruro de nitrógeno en algunas aplicaciones de fabricación. Requiere precauciones de seguridad y manipulación más estrictas, especialmente para proteger al personal de fabricación. [20]
El trifluoruro de nitrógeno también se utiliza en los láseres de fluoruro de hidrógeno y fluoruro de deuterio , que son tipos de láseres químicos . Allí también se prefiere al gas flúor debido a sus propiedades de manipulación más cómodas.
El potencial de calentamiento global de las NF
3es superado solamente por SF6en el grupo de gases de efecto invernadero reconocidos por Kioto , y NF
3Se incluyó en esa agrupación a partir de 2013 y el inicio del segundo período de compromiso del Protocolo de Kioto. Tiene una vida atmosférica estimada de 740 años, [7] aunque otros trabajos sugieren una vida ligeramente más corta de 550 años (y un PCA correspondiente de 16.800). [15]
Desde 1992, cuando se producían menos de 100 toneladas, la producción aumentó a unas 4000 toneladas en 2007 y se prevé que aumente significativamente. [15] Se espera que la producción mundial de NF3 alcance las 8000 toneladas al año en 2010. Es, con diferencia, el mayor productor mundial de NF3.
3es la empresa estadounidense de productos químicos y gases industriales Air Products & Chemicals . Se estima que el 2 % del NF producido
3se libera a la atmósfera. [23] [24] Robson proyectó que la concentración atmosférica máxima es inferior a 0,16 partes por billón (ppt) en volumen, lo que proporcionará menos de 0,001 Wm −2 de forzamiento IR. [25]
La concentración troposférica global media de NF 3 ha aumentado de aproximadamente 0,02 ppt (partes por billón, fracción molar de aire seco) en 1980, a 0,86 ppt en 2011, con una tasa de aumento de 0,095 ppt año −1 , o aproximadamente el 11% por año, y un gradiente interhemisférico que es consistente con las emisiones que ocurren abrumadoramente en el hemisferio norte, como se esperaba. Esta tasa de aumento en 2011 corresponde a aproximadamente 1200 toneladas métricas/año de emisiones de NF 3 a nivel mundial, o aproximadamente el 10% de las estimaciones de producción global de NF 3 . Este es un porcentaje significativamente más alto que el estimado por la industria, y por lo tanto refuerza el argumento a favor de inventariar la producción de NF3 y regular sus emisiones. [26]
Un estudio coescrito por representantes de la industria sugiere que la contribución de las emisiones de NF3 al presupuesto general de gases de efecto invernadero de la fabricación de células solares de Si de película delgada es clara. [27]
La CMNUCC , en el contexto del Protocolo de Kyoto, decidió incluir el trifluoruro de nitrógeno en el segundo período de cumplimiento del Protocolo de Kyoto , que comienza en 2012 y termina en 2017 o 2020. Siguiendo su ejemplo, el Protocolo de GEI del WBCSD/WRI está modificando todas sus normas (corporativas, de producto y de Alcance 3) para cubrir también el NF 3. [28]
Contacto de la piel con NF
3No es peligroso y es un irritante relativamente menor para las membranas mucosas y los ojos. Es un irritante pulmonar con una toxicidad considerablemente menor que los óxidos de nitrógeno , y la sobreexposición por inhalación provoca la conversión de hemoglobina en sangre a metahemoglobina , lo que puede provocar la afección denominada metahemoglobinemia . [29] El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) especifica que la concentración que es inmediatamente peligrosa para la vida o la salud (valor IDLH) es de 1000 ppm. [30]
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