电子特气 | 含氟气体中氟气含量分析解决方案

市场背景

氟气(F₂)是化学性质活泼、氧化性尤强的单质，也是半导体制造、电子特气、光刻配套气体、含氟精细化工领域不可或缺的关键原料。在半导体先进制程中，氟氮混合气(F₂/N₂)作为高效刻蚀与腔室清洗气体，正加速替代传统高价温室气体；在DUV光刻环节，ArF(193nm)/ KrF(248nm)准分子激光器的腔体内以氟气为卤素源，其浓度直接决定激光输出功率、波长稳定性与光刻线宽；在特种混合气配制、氟化物合成、含氟精细化学品生产中，氟气同样是核心工艺原料。

在全球电子气体市场中，含氟系列电子气体约占其总量的30% 。伴随半导体、光伏、显示面板产业持续升级，行业对氟气纯度的管控标准日益严苛，对生产全流程氟气浓度实时、连续、准确的监测需求愈发迫切。然而氟气化学性质极其活泼，遇水即生成强腐蚀性氢氟酸(HF)，能与绝大多数金属乃至部分贵金属发生反应，对检测仪表的取样气路与核心敏感元件构成持续侵蚀。选择何种分析方法，直接决定了在线监测系统能否在氟气工况下长期可靠运行。

针对上述行业痛点，云必科技依托多年紫外光谱在线分析技术积淀，推出MUST U2氟气分析仪(紫外分析仪)，采用紫外-可见吸收光谱法实现氟气浓度的非接触、连续、精准监测，为DUV光刻激光气体监控、氟氮混合气配制、特种混合气充装、含氟化学品合成及尾气排放监测等关键工段提供可靠的在线质控支撑。

氟气(F₂)的理化特性与分析难点

氟气是元素周期表中活泼的非金属单质，其极端理化特性对分析方法提出了一系列严苛挑战：

• 氧化性尤强，几乎能与所有物质反应

氟气可与绝大多数金属、非金属单质乃至部分惰性气体直接反应，意味着任何与介质直接接触的敏感元件(电极、催化剂、色谱柱)都存在被消耗、被破坏的风险，依赖化学反应进行检测的方法寿命极短。

• 遇水剧烈反应，生成氢氟酸

氟气与水接触即反应生成强腐蚀性氢氟酸(HF)，对管路、阀门、光学窗口形成持续侵蚀，同时消耗待测氟气、改变样品真实组分，检测全流程必须严格隔绝水汽。

• 强腐蚀、剧毒，安全冗余要求高

氟气及其反应副产物氢氟酸均具备强腐蚀性与高毒性，现场分析必须配套完善的泄漏防护、密闭吹扫与废气回收措施，尽可能减少人工介入。

• 背景组分复杂，交叉干扰严重

氟氮混合气、特种混合气中常夹带载气(N₂、He、Ar、Ne 等)、氟化氢及微量杂质气体，分析方法必须具备从混合背景中识别单一氟气组分的能力。

• 量程跨度尤其大

从DUV准分子激光混合气中千ppm量级的低分压氟气，到氟气发生器出口的高浓度氟气(高至100%)，跨3个数量级以上，要求分析方法同时兼顾低量程灵敏度与高量程线性。

解决方案：紫外吸收光谱分析方法的核心机理

紫外-可见吸收光谱法利用氟气在紫外波段的强烈特征吸收，依据朗伯-比尔定律实现浓度定量，属于"非接触式光学检测"。该方法与氟气工况高度契合：氟气在紫外波段(约200-450nm，处于仪器200-900nm覆盖范围内)具备专属特征吸收，无需任何化学转化即可直接测量；测量过程为纯光学过程，光电器件与腐蚀介质完全物理隔离，仅耐腐蚀流通池窗口与介质接触，从原理上规避了传感器被腐蚀、被消耗的问题；全光谱采集结合差分吸收算法，可从复杂背景中识别并扣除载气、HF等干扰组分；系统无耗材、无中毒风险，零点漂移小、标定周期长，响应速度快；通过选配不同光程的流通池，量程可覆盖千ppm级低分压至高浓度100%。

云必氟气分析仪MUST U2以紫外-可见吸收光谱法为技术内核，整套测量链路的设计均围绕"让光学测量在强腐蚀工况下长期稳定工作"展开。

• 测量原理：朗伯-比尔定律与特征吸收光谱

当一束平行光穿过含有待测气体的流通池时，气体分子会选择性地吸收特定波长的光能，透射光强因此衰减。其定量关系遵循朗伯-比尔定律：

A = lg(I₀/I)= ε•c•L

式中：

A 为吸光度；

I₀ 为入射光强；I 为透射光强；

ε 为摩尔吸光系数；

c 为待测组分浓度；

L 为光程。

在光程与吸光系数确定的前提下，吸光度与浓度呈严格线性关系，通过测定特定波长处的吸光度即可直接反演氟气浓度。系统分析样品在200-900nm波长区间的吸光度，由光电二极管阵列检测器同步采集全波段光谱信号并转换为电信号，经专用算法处理获得高分辨率吸收光谱图。针对不同浓度区间，系统通过选配不同光程的流通池来匹配测量灵敏度，从而以同一分析平台覆盖从千ppm级低分压到100%高浓度的宽阔量程。

• 氟气的紫外"光学指纹"

每种气体分子都具有独一无二的光学指纹——不同组分在不同波长处吸收不同数量的光。氟气在紫外波段(约200-450nm)具备强烈且具有特征性的连续吸收带，其吸收细节与其他组分存在可辨识的差异，这为区分气体种类、反演浓度提供了物理依据。MUST U2依托200-900nm的宽光谱覆盖能力，针对性选取氟气特征光谱区间进行定量，使测量波长落在氟气吸收尤其灵敏、干扰尤小的位置，从源头保障检测灵敏度与选择性。

• 光学非接触测量：从原理上破解腐蚀难题

紫外法核心的优势在于光学非接触。整套光路中，光源、分光器、检测器等核心器件被完整密封在分析仪内部，与工艺介质完全物理隔离，唯一与氟气接触的部件是流通池的耐腐蚀光学窗口。云必科技采用哈氏合金密封流通池并配套全套防腐预处理系统，使强腐蚀性介质仅作用于可耐受的耐蚀部件，光电器件不受任何侵蚀。这从根本上区别于电化学法中"传感器直接泡在介质里被消耗"的模式，也是系统实现长寿命、低维护的物理基础。

• 差分吸收与全光谱反演：消除交叉干扰

氟氮混合气、特种混合气中夹带的载气、氟化氢及其他杂质组分会带来吸收重叠。系统采用差分吸收光谱技术，依托气体专属光学指纹完成组分识别；光电二极管阵列检测器一次性获取完整吸收谱图，配合软件内置专利保护的回归算法，将样品全波段吸收谱准确解析为各化学组分的浓度，有效扣除背景气体、氟化氢、粉尘与水汽带来的干扰，实现混合气体中氟气单一组分的稳定精准测量。

• 双光束与自补偿设计：保障长期稳定性

MUST U2采用双光束光学系统，通过参比光路实时补偿光源波动、光学窗口污染与电子漂移带来的系统误差。在样品预处理正常、光学窗口无明显污染的工况条件下，仪器长期运行零点漂移可控制在±2% FS/6个月以内。适配生产线全天候不间断监测；配合低功耗、低发热、长寿命的紫外光源设计，进一步减少配件更换频次与运维成本。

云必氟气分析仪(紫外分析仪)MUST U2的核心优势

• 耐腐蚀、长寿命

哈氏合金密封流通池+全套防腐预处理，介质仅接触耐蚀部件，光学器件零侵蚀。

• 测得准、抗干扰

专属光学指纹+差分吸收算法，规避载气、HF等干扰，误差≤±2%FS，重复性≤1%。

• 响应快、免维护

响应快、低维护：响应1-5秒(高速规格1-2秒)，无消耗型传感器，不存在传感器中毒问题，标定周期长；取样预处理过滤器、光源等部件需按工况定期检查更换。

• 量程宽、覆盖全

0-100%可定制，通过选配不同光程的流通池，覆盖从ppm级到99%高浓度氟气的全区间。

• 智能化、可联锁

触摸屏人机终端，标准化通讯协议对接DCS，支持报警与阀门联锁。

注：分析范围0-100%均可依据现场工况(正压/负压、浓度区间、介质组成)定制化选配，实际量程与光程规格随工况确定；针对氟气发生器等高浓度负压工况，设备可实施定制化改造。

拓展适配性与典型应用

• 应用场景一

DUV 光刻准分子激光气体

• 监测需求与方案价值

ArF(193nm)/KrF(248nm)准分子激光以F₂为卤素源，激光腔内F₂分压通常在约0.1%-0.3%，放电过程中持续消耗。MUST U2部署于激光气体配制与供气单元，对F₂浓度进行在线连续监测，实时反馈浓度衰减趋势，为自动补气与气体配比闭环控制提供数据依据，助力稳定激光输出功率与波长、保障光刻线宽与产能。

• 应用场景二

氟氮混合气(F₂/N₂)配制与充装

• 监测需求与方案价值

在线监测混合气中F₂浓度，确保配比精度与钢瓶一致性，替代滞后的人工取样化验。

• 应用场景三

含氟电子特气合成与提纯

• 监测需求与方案价值

在合成、精馏、提纯工艺管线连续监测F₂浓度，及时识别工况波动，稳定产品纯度与良率。

• 应用场景四

刻蚀与腔室清洗尾气监测

• 监测需求与方案价值

监测尾气中残余F₂浓度，为废气处理与安全排放提供数据支撑，满足环保与安全规范。

• 应用场景五

氟气发生器出口(高浓度负压工况)

• 监测需求与方案价值

针对高浓度、负压工况定制化取样与预处理，实现F₂浓度的连续监测。

MUST U2除氟气外还可测量氯气(Cl₂)、氯化氢(HCl)、二氧化硫(SO₂)、硫化氢(H₂S)、氨气(NH₃)、二氧化氮(NO₂)、臭氧(O₃)等40余种化合物，广泛适用于电子特气、石油化工、精细化工、环境保护、制药与新能源领域。由于F₂、Cl₂、Br₂、I₂、O₂等分子在红外波段无活性，紫外吸收光谱法在这些组分的在线分析中具有不可替代的优势。

目前MUST U2已成功应用于国内多家含氟电子特气生产与半导体应用企业，长期稳定运行于氟氮混合气配制、DUV准分子激光气体配制与供气监测、含氟特气合成及尾气排放等工段，有效规避离线检测数据失真与人工取样安全隐患，助力企业稳定良率、落实安全生产规范。其中DUV光刻准分子激光气体在线监测已完成项目落地，为激光气体的连续质控提供了可靠的国产化方案。

联系云必

随着半导体先进制程与含氟电子特气产业持续升级，行业对氟气浓度的实时管控要求不断提高，选择一套原理适配、长期可靠的在线监测系统，是企业稳定良率、保障安全生产的关键配套。

云必科技深耕紫外光谱在线分析技术，针对氟气强氧化、强腐蚀、剧毒、量程跨度大的专属特性，提供以氟气分析仪(紫外分析仪)MUST U2为核心的全套解决方案，并可配套氯气、二氧化硫、氨气等多介质在线检测设备，一站式满足企业多组分监测需求。

如需工况定制方案、样机演示及全套落地运维服务，欢迎致电：021-34686537。诚邀各电子特气、半导体、含氟精细化工企业合作共建高标准特气质控体系！