同位素特种气体的应用

四氟化锗同位素

在半导体工业中，高丰度的72Ge越来越受到重视，其以四氟化锗气体形式应用于预非晶化注入工艺，以防止硅晶片注入掺杂剂通道，从而优化器件的性能和速度。此外，在硼注入之前，将四氟化锗气体注入，通过控制72Ge/74Ge的比值，可以在表面附近形成合适厚度的非晶态薄层，从而消除沟道效应，增强p型金属氧化物半导体场效应晶体管(pMOSFET)的器件性能。

当今，世界上生产锗同位素的厂商集中在欧美、俄罗斯等地。如美国的国家同位素发展中心(NIDC)在2006年就能生产超高纯度四氟化锗，并能够人工制备放射性68Ge，且能够将技术转让给企业进行工业生产；欧洲的Urenco公司也进行了锗同位素生产；俄罗斯气体离心法分离同位素方面经验丰富，可以生产多种稳定同位素，其中俄罗斯同位素股份公司(JSC Isotope)可以生产72Ge、74Ge、76Ge等多种锗同位素产品。

在集成电路中，硼作为一种重要的掺杂原子需要被注入硅中以改变其表面电导率或形成pn结。天然硼元素有两种稳定同位素，硼-10和硼-11，丰度分别为19.78％和80.22％。经研究表明，热中子等高能粒子与集成电路中的硼-10同位素能发生反应从而导致集成电路芯片出现故障。集成电路中的硼-10同位素在中子的作用下会裂变为金属锂和一个高能α粒子，这是引发单粒子效应的重要原因之一。

2021年7月，中核天津机械与江苏南大光电材料股份有限公司签订了战略合作框架协议和首批国产化72GeF4订单，成功打通国产化的商业路径。江苏南大光电材料股份有限公司总经理王陆平博士将出席2023年9月15日在云南昆明举办的第八届国际气体产业大会暨特种气体供应链大会并发表专题报告《同位素特气在半导体领域的应用和国产化》。
三氟化硼同位素

将硼-11同位素作为集成电路的半导体掺杂所生产的集成电路芯片具有极强的抗辐射和抗单粒子效应能力；该集成电路芯片发生单电子效应的概率相对采用硼-10和硼-11同位素进行半导体掺杂所制得到的集成电路芯片发生单电子效应的概率降低了71～92％。

三氟化硼11是半导体制造过程中的消耗性材料，在全球半导体产业向东转移背景下，国内半导体国内企业对高纯、高丰度的三氟化硼11需求迅速增长，但三氟化硼11生产技术壁垒高、产能低，我国市场需求主要依赖进口。进口三氟化硼11单价高，在地缘政治背景下，三氟化硼11亟需国产化生产。

山东重山光电材料股份有限公司依托历时10年研发成功的硼同位素分离技术，实现了我国半导体芯片制程所需高丰度硼同位素材料三氟化硼11的国产化供应，为我国高端芯片技术发展起到重要支撑作用。重山光电总经理、技术总监方治文先生将出席2023年9月15日在云南昆明举办的第八届国际气体产业大会暨特种气体供应链大会并做专题报告《硼同位素分离富集技术研究及国产化替代进程》。
氘同位素

近年来OLED面板以其高亮度、超薄、广色域、可弯曲等特性，正迅速取代LCD面板，被越来越多的智能手机采用。据统计，全球智能手机中OLED面板的使用率已达到49%。

研究机构表示，使用氘同位素替代化合物中的氢用作发光材料，可以显著延长OLED面板的使用寿命，同时可以实现更高的亮度。这是由于氘-碳之间的化学键比氢-碳的键能更强，形成的化合物更加稳定，这种现象被称为“动力学同位素效应”（KIE）。最近研究机构已经尝试将氘应用于OLED的研发，主要用于发射蓝光的OLED光源。由于蓝光的频率更高、能量更强，因此以往这种光源衰退的幅度更快。使用氘取代氢，可以使蓝光元件的寿命延长5-20倍，同时发光效率也会得到提升。

研究人员发现，在OLED生产的烧结环节中，用氘取代氢可以显著降低金属氧化物半导体晶体管的“热电子退化效应效应”。在其它半导体加工和制造环节，应用氘同样可以使得晶体管的寿命提升10-50倍。

HPSP是韩国一家生产高压氢退火的半导体设备公司。该公司表示HPSP的设备不仅改善了逻辑半导体的高k介电膜和硅界面特性，而且在NAND和DRAM中的利用率也在提高。”