高純物質

物質中雜質總含量很低時，其純度一般分為純、高純和超高純三個級別。高純物質通常指雜質含量<10ppm（1ppm為百萬分之一）。高純金屬和半導體常用幾個“9”（N）來表示其純度。例如99．9999%稱作6個“9”或6N。隨著提純技術的發展，純度標準也在提高。

基本介紹

• 中文名：高純物質
• 外文名：high-purity substance
• 學科：精細化工
• 標準：雜質含量<10ppm
• 特點：雜質總含量很低
• 套用：核工業、半導體工業

介紹

將工業原料用一般提純方法進行提純後，所得到純度較高的物質稱為“純物質”。用特殊提純方法或綜合採用一般提純方法將“純物質”進一步提純一次或多次，從而獲得純度高於“純物質”一個數量級（即雜質總含量低於“純物質”一個數量級）的物質稱為“高純物質”；再提純，使純度比“高純物質”又高出一個數量級以上的物質稱為“超純物質”。有的國家把超純物質稱作“特純物質”，也有的國家把超純物質統稱為“高純物質”，不另劃分出來，而現代科技領域中出現的“高純物質”實際上多數系指超純物質。因此，從現實出發，超純物質或特純物質均可統稱“高純物質”。

“高純物質”這一名稱，早在30年代即已出現，螢光粉是最早使用的高純物質。在化學試劑中，個別產品根據特殊訂貨要求而把純度提高到試劑最高規格I級品（優級純或保證試劑）以上的高純度產品，已進入高純物質的範疇，但畢竟為數甚少。高純物質的發展一直是非常緩慢的。

第二次世界大戰爆發以後，由於戰爭的迫切需要，把高純物質的研究提到重要日程。首先是原子能的研究需要一系列的高純物質。在半導體器件的研究過程中，又發現製造半導體器件的主要材料鍺、矽中如含有極其微量的Ⅲ、V族元素、重金屬、鹼金屬等有害雜質即可便半導體器件的電性能受到嚴重影響。因此，必須採取措施儘可能提高其純度。這些情況隨即成為推動高純物廈迅猛向前發展的原始動力，美國和前蘇聯等國家都投入相當多的人力物力從事高純物質製備、分析測試以及套用方面的研究工作，使高純物質的研究有了較大的進展。

1952年高純物質的研究進入了發展過程中的一個重要轉折點，即現代高純物質真正產生和得以高速發展的起點。不僅有了對高純物質的迫切需要，同時也具備了研究和生產高純物質的客觀條件。主要包括兩方面。一是有了“區域熔融”和“氣相色譜”兩種嶄新的提純力法，另一是有了“高效微粒空氣過濾器”（high effieiencyparticulate air filter unit——簡稱HEPA）。前者可把許霧物質提高到前所未有的超高純度，而後者可確保提純過程中極少受到空氣中塵埃等微粒的沾污。這些關鍵性技術獲得解決，使高純物質的研究和生產飛速向前發展，紐度不斷提高，套用範圍日趨廣泛，美國、前蘇聯、日本都先後投入很強的力量從事此項研究工作，研究內容已不只局限於鍺、矽等半導體材料，而是逐步擴展到許參高純金屬、非金屬、難熔金屬、稀土、耐熱合金、有棚化合物、有機金屬化合物、高分子材料、品種繁多的各種高純試劑等。隨著純度不斷提高，進一步揭示出物質的潛在性能，從而開闢出新的套用領域．如光纖通訊、精密陶瓷等都是首先獲得超高純度的原料才得以起步和深入發展的。同時，高純物質的發展也推動了分析測試技術的發展。需要樣品少、高靈敏度、高解析度、快速的大型精密測試儀器已越來越多地取代了經典的化學分析。

現在，高純物質的研究和生產經過近40年的努力已取得很大進展，但是，要實現人們長久以來渴望達到的100%的超高純度，仍然是任重而道遠的。

中國高純物質的研究起始於1958年。同國際上情況一樣，也是在半導體研究工作的推動下，開始研究並逐步推向其它科學領域和工業生產中，從而發展起來的，現在正進一步向更高純度和更廣泛的套用領域發展。

純度級別的劃分及使用範圍

不同的使用目的對高純物質的純度要求也不盡相同，同樣是高純物質，由於各種起始原料性質不同，提純後可能達到的純度高低也不一樣。例如：一般無機物質雜質含量低於0．01%，可稱高純物質，雜質含量低於0．001%稱超純物質，而Al₂O₃由於很難達到高純度，故雜質含量低於0．1%即稱高純物質，低於0．01%即稱超純物質。一般有機物也與此相同，雜質含量達到0．1%即為高純物質，達到0．01%即為超純物質。但是，同樣是一種高純物質，純度上仍有高低之分，在化學試劑這類“純物質”中，一般可分為優級純（1級）、分析純（玎級）和化學純（Ⅲ級）、而對於高純物質（包括超純物質）如何進一步劃分純度高低的級別，至今在國際上也沒有一個公認的統一標準。目前採用的純度級別劃分方法大致有如表1所示的幾種。

液體高純物質的潔淨度級別劃分

液體高純物質的潔淨度系指在單位體積的液體高純物質或固體高純物質的溶液中含有塵埃等固體微粒的數量多少，含微粒多的潔淨度低，反之則潔淨度高。多數液體高純物質除必須控制純度外，還須嚴格控制液體中塵埃等固體微粒的數量。由於微粒有大有小，在劃分潔淨度級別時，就必須根據不同的使用目的，規定某一粒徑或某一粒徑範圍的微粒或分別幾種不同粒徑或幾種不同粒徑範圍的微粒的數量最多不得超過多少，有的還規定不同粒徑的微粒總和數目的最高允許含量。現在多數高純物質均要求嚴格控制液體中的微粒含量，其中最具有代表性的是用於微電子工業的各種高純試劑，例如，用於大規模積體電路的MOS試劑[MOS即metal—oxide—semiconductor（金屬一氧化物一半導體）類型的大規模積體電路]，共有二十幾個品種，其微粒分級標準（即潔淨度級別）大體有以下幾種。

（1）美國材料和試驗學會制訂的ASTM微粒分級標準（表2） （ASTMF一25、F一50、F一321）。美國、英國、德國（原德意志聯邦共和國）等國家多採用以上潔淨標準，中國從1980年起亦採用這一標準。

（2）日本關東化學株式會社制訂的微粒分級標準。