CN1181716A - 包含高工作量的物理吸附剂的流体贮藏和分送系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于贮藏和分送吸附气体的吸附一解吸装置,其特征在于,物理吸附剂介质上吸附的气体可以通过压力解吸和/或热解吸而被解析,然后分送。吸附剂材料最好由对于砷化氢在40乇和650乇下测定的吸附剂工作量至少为100克砷化氢/升吸附剂材料的材料组成,即具有图1中曲线A的吸附等温线特性的吸附剂材料组成。

Description

包含高工作量的物理吸附剂的流体贮藏和分送系统
本发明总地涉及用于将流体从一个容器或贮藏瓶中选择性地分送出的贮藏和分送系统；在容器中，流体组分和固体吸附剂介质保持一种吸附关系，并且在分送作业中流体组分可解吸地从吸附剂介质上释放出来。
在许多工业生产和应用中，都需要一个可靠的生产流体源。
这类生产和应用领域包括半导体制造、离子注入技术、平面显示器、医学介入及治疗、水处理、应急用呼吸设备、焊接作业、液体和气体的远距离分送等。
1988年5月17日授予Karl.Knollmueller的美国专利No.4,744,221公开了一种贮藏和随后分送砷化氢的方法，它是通过在-30℃至+30℃的温度范围内让砷化氢与孔尺寸大约在5至15埃之间的沸石接触，以便砷化氢吸附在沸石上，然后通过将沸石加热到约175℃的高温，保持足够的时间使砷化氢从沸石材料上释放出来以便分送砷化氢。
在Knollmueller专利中公开的方法缺点在于，它要求给沸石材料提供一种加热装置，该装置必须制成可用来加热沸石到足够的温度以便按所需的量从沸石上解吸先前吸附在其上的砷化氢。
在容装吸附有砷化氢的沸石的容器的外部使用加热套或其它装置的问题在于，因为容器一般有较大的热容，因此给分送作业造成明显的滞后时间。而且，加热砷化氢导致其分解并且产生氢气，这将给生产系统带来爆炸危险。此外，砷化氢在加热中的分解将引起生产系统的气体压力较大的增加，从系统寿命和运行效率以及安全观点来看，这是十分不利的。
在沸石床内部安装一个加热盘管或其它加热元件也有问题，因为这种装置很难均匀地加热沸石床，因而很难使得砷化氢气体按所期望的均匀释放出来。
使用穿过密封容器中的沸石床的加热运载气流可以克服上述缺陷，但是为了实现加热运载气体解吸砷化氢所需的温度可能是不合需要的高或者可能对砷化氢气体的最终使用是不合适的，因此，需要冷却或其它处理以使被分送的气体达到合乎要求的状态以便最终利用。
1996年5月21日授予Glenn M.Tom和James V.McManus的美国专利No.5,518,528描述了一种气体贮藏和分送系统，用于贮藏和分送气体，该专利克服了在Knollmueller专利中公开的气体供应工艺中的上述缺点。Tom等专利的气体贮藏和分送系统由一个吸附—解吸装置组成，用于贮藏和分送气体，例如选自于由氢化物气体、卤化物气体和V族金属有机化合物组成的群组的气体，该装置包括：一个贮藏和分送容器，它制成并安排用于容纳固相物理吸附剂介质并使气体选择性地流入或流出上述容器；在内部气体压力下放置在上述贮藏和分送容器内的固相物理吸附剂介质；物理吸附在固相物理吸附剂介质上的吸附物气体；一个与贮藏和分送容器以气体流动相通方式连接的分送装置，该装置作成用于在贮藏和分送容器的外部提供一低于上述内部压力的压力，以便吸附气体从固相物理吸附剂介质上解吸并使被解吸气体的气体流流过该分送装置；其中固相物理吸附剂介质不含有痕量组分，例如水、金属、以及氧化的过渡金属物质(例如，氧化物、亚硫酸盐和/或硝酸盐)，这些痕量组分会分解贮藏和分送容器中的吸附气体。
通过除去固相物理吸附剂介质中的这些痕量组分，在25℃和内部压力状态下，经过一年时间，吸附物气体的分解维持在十分低的水平，例如，被分解的吸附气体不超过吸附气体重量的1-5％。
相对于现有技术中使用高压力气瓶，Tom等专利的贮藏和分送容器体现了该领域的较大进展。如果气体的内部分解带来气瓶内部气体压力迅速增加和气瓶破裂的危险或者其它的不需要的从气瓶中大量的排放气体，现有高压力气瓶由于调节装置损坏或失灵容易泄漏以及破裂。
通过吸附物气体可逆地吸附在诸如沸石或活性碳材料的载体吸附剂介质上，Tom等专利的气体贮藏和分送容器减小了贮藏的吸附气体的压力，从随后公开实施例和附后的权利要求中，本发明的其它目的和优点将更加明显。
在该技术领域，上述提到的流体贮藏和分送系统经常需要鉴别和使用改进的吸附剂材料，因此本发明的一个目的是提供一种利用高效吸附剂材料的流体贮藏和分送系统，该系统在价格、操作方便、性能特征方面有许多的优点。
从随后公开的实施例和后附的权利要求中可以看出，本发明的的其它目的和优点将是更加明显。
本发明考虑一种系统，该系统用于贮藏和分送可被吸附的流体，例如气体、蒸汽、液体、多相流体等，包括流体混合物以及单一组分的流体。
本发明的流体贮藏和分送系统包括一个贮藏和分送容器，该容器作成用于容纳对可被吸附流体有吸附亲合力的固相物理吸附剂介质，并且选择性地使吸附流体流入或流出该容器。对流体有吸附亲合力的固相物理吸附剂在内部气压条件下放置在贮藏和分送容器中，流体物理吸附在上述固相物理吸附剂介质上。分送装置与贮藏和分送容器气体流动相通连接。分送装置可制作成用于在贮藏和分送容器的外部提供低于其内部压力的压力，以便流体从固相物理吸附剂介质上解吸，并使被解吸的流体流过分送装置。另一种可供选择的方案是，贮藏和分送系统可以包括用于选择性地加热吸附剂材料的装置，该装置和与贮藏和分送容器气体流动相通连接的分送装置一起使得流体从固相物理吸附剂介质上解吸，贮藏和分送容器制作成在流体受热解吸时可使解析的流体流过分送装置。还有另外一种方式是，本发明的贮藏和分送系统作成可用来使流体从固相物理吸附剂介质上加热解析和压力差解吸结合起来。
分送装置包括合适的导管、输送管、管道、流动通道、阀门、仪表、监测装置、流体调节器、泵、增压器、吸气器、或适合于本发明的流体贮藏和分送装置的具体最终用途场合的类似部件。本发明的贮藏和分送容器可以作成任何合适的形状和大小，例如容器的内部体积可以大约为0.01升到20升。
具体地说，本发明涉及以上所述类型的流体贮藏和分送系统，它用碳吸附剂材料作为固相物理吸附剂介质。在本发明的贮藏和分送系统中，多种碳吸附剂可用作高效吸附剂介质。
本发明一方面涉及一种紧凑的、便携的可在较小空间使用的流体贮藏和分送系统，该系统含有在内部压力低于1200乇时，物理吸附在性能优良的吸附剂介质上的流体。
此处所用的术语“紧凑的、便携的、可在较小空间使用的流体源贮藏和分送系统”是指以上概述的一个系统，在该系统中贮藏和分送容器的内部体积可从大约0.01升至20升。
通过提供真正小型的低压流体源，本发明在本领域取得一个较大的进展，即，它完全能取代在多种需要气体的应用场合普遍使用的高压流体瓶，这些应用场合涉及焊接气体、麻醉气体、氧气或富氧的呼吸气体、生产半导体气体、用于抑制燃烧或化学反应的诸如氮气的惰性保护气体等。
尤其是在诸如半导体生产的工业应用场合，其中，用于离子注入或半导体搀杂的反应气体的量是十分的小并且非常昂贵，而且其中半导体生产的设备是十分紧凑，设备占地面积也要考虑，因此，采用低压气体源是对当前使用的有缺点的高压气瓶的一种改进。
本发明的低压贮藏和分送系统的装有吸附剂的容器的内部压力低于大约1200乇。该压力低于800乇更好，低于700乇最好。通过给贮藏和分送容器中的吸附流体提供一个负压，就可以排除吸附流体向外部环境泄漏和大量扩散的危险；与此相对照，在现有技术实践中，流体高压容器带来持续的巨大危险以及相应的安全和运输问题。
在另一具体方面，本发明涉及一种以上概述的流体贮藏和分送系统，它包括一种具有高工作量的吸附剂介质。
适用于本发明贮藏和分送情况的吸附剂工作特性包括吸附剂吸附容量(单位重量的吸附剂介质上贮藏的吸附流体量)和吸附剂的工作量Cw，它被定义为在特定压力和温度条件下，单位体积的吸附剂介质在流体分送作业中从吸附剂介质上释放出来的最初吸附在吸附剂介质上的吸附物重量，即
Cw＝[吸附物重量-解吸后仍保留的吸附物重量]/吸附剂体积
其中，吸附物重量和解吸后仍保留的吸附物重量是以克为单位计量，而吸附剂介质体积是以升为单位计量。在这种定义中使用的吸附剂介质体积是指吸附剂介质床的体积。吸附剂介质通常以球团、粒子、挤压物、颗粒或其它分割形式提供，因此，在工作量定义中的体积要考虑吸附剂材料的填实密度和孔隙(间隙空间)体积。
在本发明的广泛实践中普遍采用的测定吸附剂材料的功效的是吸附剂材料的吸附物解吸率，它定义为在25βC，在760乇时吸附在吸附剂介质上的吸附气体仅通过连续地压力解吸到10乇时被解吸的百分率，即，
吸附物解吸率＝[吸附物重量-解吸后仍保留的吸附物重量]/吸附物重量×100％
理想的吸附物解吸率大约至少为15％，至少为25％更好，当然至少为50％更好，至少为60％最好。
此外，在本发明的实践中采用的吸附剂材料最好有如下特性：在开始就以合适的高速率快速地吸附吸附物，并且在贮藏和分送系统处于流体分送作业状态时随着(1)贮藏和分送容器的内部空间和压力较低的外部空间之间的压力差别，和/或(2)加热吸附剂，而相应地以较快方式释放先前被吸附的流体。
在本发明的流体贮藏和分送系统中优先选用的有用吸附剂材料包括孔体积(累积的孔隙体积)在每克吸附剂材料有大约0.1至大约5.0立方厘米孔体积范围内的材料，最好是每克吸附剂材料的孔体积大约在0.5至2.0立方厘米范围内。
较理想的是吸附剂材料的孔体积的大部分，即50％以上是由直径在大约2埃到大约100埃范围内的孔组成，80％以上更好，最好是吸附剂其大体全部孔体积都在这个范围内。
优先选用的材料包括平均孔直径在大约2到大约20埃范围内的吸附剂，并且孔体积的大部分落在这个范围。80％以上更好，最好是孔体积基本上全部都在这个范围内。
在本发明的广泛实践中有用的高性能吸附剂包括那些用砷化氢气体在40乇和650乇测定的吸附剂工作量，Cw，至少为50，更好至少为100，再更好至少为150，最好至少为200的吸附剂；Cw的单位为克砷化氢/升吸附剂材料，按下述测定：
Cw＝在25℃650乇条件下，每升吸附剂上的砷化氢气体重量(单位以克计)-在25℃40乇条件下，每升吸附剂上的砷化氢气体重量(单位以克计)。
其中，砷化氢是为表示Cw特性的参考流体，吸附剂的升算法，如上所述，是床形态的升体积，包括吸附剂介质床的空隙或间隙空间。应注意的是，把压力值降到1乇时，提高工作量是可能的。
在本发明的流体贮藏和分送系统中有用的吸附剂材料可以具有任何合适的大小、形状、结构包括珠状、粒状、丸状、片状、粉状、颗粒状、压出物、编织或丝网形式材料、蜂窝状的脉石块、和复合材料(吸附剂与其它组分)以及吸附剂材料上述结构的粉碎或碾碎形式。
吸附剂材料可由任何合适的材料构成，包括聚合物(例如多孔的聚四氟乙烯，大网状的聚合物，玻璃质的聚合物等)，磷硅酸铝(ALPOS)，粘土，沸石，多孔硅，蜂窝状的脉石材料，碳材料等。
最优先选用的吸附剂材料包括沸石吸附剂材料和碳吸附剂，在优先选用的碳吸附剂材料中，有高度均匀的球面形状，颗粒尺寸在直径大约为0.1毫米至1厘米之间，更理想的直径从约0.25毫米至2毫米的珠状活性碳材料是最优选选用的。
在另一方面，再次用砷化氢作为参考气体来测定特性，在本发明的流体贮藏和分送系统中有用的吸附剂材料包括在25℃时每升吸附剂吸附的砷化氢克数随以乇为单位的压力而变化的砷化氢气体吸附等温线有如下吸附容量特性的材料：
压力(乇)    最小吸附容量(克砷化氧/升吸附剂)
25                     30
50                     62
100                    105
200                    145
300                    168
400                    177
500                    185
550                    188
650                     ～192。
尽管在本发明的贮藏和分送系统中采用的吸附剂材料对贮藏在其上并且随后从吸附剂上分送的吸附流体尽可能有较高的吸附特性一般是比较理想的，但是就贮藏和分送系统的制造而言，十分高的吸附剂吸附容量从吸附热的观点来看在某些情况下是不利的。吸附流体吸附在吸附剂上是典型的放热过程。对于象砷化氢和磷化氢这样的气体，取决于气体在吸附剂上的填充速率的放热可以引起温度升高大约100βC或更高。因此，采用有高的吸附容量，但该吸附容量在吸附剂介质初始充填将贮藏在吸附剂上用于随后分送的流体的过程中不会引起较大的吸附热作用的范围内的吸附剂介质是合乎需要的。
因此，在本发明的实践中有用的吸附剂材料包括在25℃对砷化氢气体的吸附等温线位于图1中曲线G0和G1确定的吸附等温线范围内的材料，吸附等温线是以每升吸附剂上吸附的砷化氢克数随以乇为单位的压力变化而测定的。这些吸附剂材料有如下吸附剂吸附容量特性：
压力(乇)    吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25                 30-106
50                 62-138
100                105-185
200                145-232
300                168-263
400                177-288
500                185-308
550                188-315
650                192-330。
本发明的流体贮藏和分送系统中使用的吸附剂可以是以由以上描述的不同特性的吸附剂结合或取代的吸附剂。
在本发明的流体贮藏和分送系统中合适的碳吸附剂材料，例如在25℃，可以有如下吸附容量特性：
压力(乇)    吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25            35-60
50            75-100
100           100-115
200                160-175
300                200-220
400                225-245
500                240-260
550                250-275
650                260-300。
在本发明的广泛实践中最优先选用的有用吸附剂材料包括在25℃时，对砷化氢气体有图1中曲线A特征的吸附等温线的材料，吸附等温线是根据每升吸附剂吸附的砷化氢克数随以乇为单位的压力变化而测定得到的。(由于吸附等温线将随着温度范围的变化而在X和Y轴方向变动，但它一般的形状大体是相同的，因此，所谓的吸附等温线特性就是指图1的吸附等温线的大体形状。)
在本发明的气体贮藏和分送装置中采用的碳吸附剂可以是以由以上描述的不同特性的吸附剂混合或取代的吸附剂。
在一方面，本发明考虑一种紧凑的，便携的、在小空间使用的流体贮藏和分送吸附—解吸装置，用于贮藏和分送流体，它包括：
一个贮藏和分送容器，作成用于容纳固相物理吸附剂介质，以及用于选择性地使流体流进或流出容器；
一种在低于1200乇的内部流体压力下放置在贮藏和分送容器中的吸附剂材料；
一种物理吸附在吸附剂材料上的吸附流体；
一个与贮藏和分送容器气体流动相通连接的分送装置，它制作成在通过加热和/或压力差从吸附剂材料上解吸流体后，根据需要选择性地分送被解吸的流体；分送装置被制作成用于：
(I)在上述贮藏和分送容器的外部，提供一低于上述内部压力的压力以使流体从吸附剂材料上解吸，并使来自容器的被解吸流体流过分送装置，以及/或
(II)使热解吸的流体通过这里流出，并且包括用于加热吸附剂材料以使流体从其上解吸的装置，以便于被解吸的流体从容器中流进分送装置。
在另一方面，本发明考虑一种用于贮藏和分送气体的吸附—解吸装置，它包括：
一个贮藏和分送容器，作成用于容纳固相物理吸附剂介质，以及用于选择地使气体流进或流出容器；
一种在内部气体压力下放置在上述贮藏和分送容器中的吸附剂材料；
一种物理吸附在上述吸附剂材料上的吸附流体；
一个与贮藏和分送容器气体流动相通连接的分送装置，它制作成在通过加热和/或压力差从吸附剂材料上解吸流体后，根据需要选择性地分送被解吸的流体；分送装置被制作成用于：
(I)在上述贮藏和分送容器的外部，提供一低于上述内部压力的压力，以使流体从吸附剂材料上解吸，并使来自容器的被解吸流体流过分送装置；以及/或；
(II)使热解吸的流体通过这里流出，并且包括用于加热吸附剂材料以使流体从其上解吸的装置，以便于被解吸的流体从容器中流进分送装置。
理想的吸附剂材料不含有浓度足够分解上述贮藏和分送容器中的吸附流体的痕量组分，诸如选自于由水，金属以及氧化的过渡金属物质(例如氧化物，亚硫酸盐和/或硝酸盐)组成的群组。
在本发明的贮藏和分送系统中，选自于由水和氧化的过渡金属物质组成的群组的痕量组分在吸附剂材料上的浓度最好是在25℃和上述内部压力下，经过1年时间，不足以分解吸附流体重量的5％以上，不足以分解1％以上更好。对吸附剂的这种限制可以保证，避免大量在有水、金属、氧化的过渡金属物质(例如氧化物，亚硫酸盐和/或硝酸盐)存在的情况下易分解的吸附流体，诸如氢化物气体，例如砷化氢、磷化氢等，暴露在这些物质之中，从而可以避免吸附气体的大量分解以及压力升高问题。
最好，选自于由水、金属以及氧化的过渡金属物质组成的群组的痕量组分基于吸附剂材料重量的浓度，在25℃经过1周时间后，在贮藏和分送容器中不足以引起吸附流体分解而导致内部压力上升25％以上，不引起内部压力上升10％以上更好。
在本发明的实践中有效使用的碳吸附剂材料包括碳材料，其包含的选自于由水和氧化的过渡金属物质组成的群组的痕量组分的重量与吸附剂介质的重量相比按要求要小于百万分之350，小于百万分之100较好，小于百万分之10更好，小于百万分之1最好。
在本发明的实践中优先选用的碳吸附剂也要规定灰粉含量。优先选用的碳灰粉含量小于大约7％，小于大约5％更好，小于大约0.1％最好，不同的碳吸附剂灰粉含量可以高达15％，灰粉含量随着具体的碳吸附剂材料来源不同而有较大变化。
灰粉是无机材料，包括诸如二氧化硅的组分，在涉及诸如氟化氢和三氟化硼的吸附流体的应用场合，二氧化硅是有害的，这些吸附流体将不可逆地化学吸附在这类化合物上。这类化学吸附是十分不利的，因为这将导致损失被化学吸附的化合物。因此，低灰粉含量的碳吸附剂在实践中尤其被优先选用。
以上讨论的使用高灰粉含量的碳吸附剂带来的问题在有氟化物的情况下是尤其的严重。由高灰粉含量碳吸附剂引起的氟化物吸收将导致贮藏和分送容器内部压力随着吸附物和高灰粉吸附剂中的杂质之间的反应产生不挥发的产品而下降。
选自于由水、金属以及氧化的过渡金属物质组成的群组的痕量组分基于吸附剂材料重量的浓度，较好的情况是在25℃经过1周时间后，在贮藏和分送容器中不足以引起吸附流体分解而导致内部压力上升25％以上，不引起内部压力上升10％以上更好。
在本发明的实践中有效使用的吸附剂材料包括碳材料，其包含的选自于由水和氧化的过渡金属物质组成的群组的痕量组分的重量与吸附剂介质的重量相比按要求要小于百万分之350，小于百万分之100较好，小于百万分之10更好，小于百万分之1最好。
尽管本发明的流体贮藏和分送系统此后主要就通过压力差从容器中分送流体加以描述，但应认识到，本发明的贮藏和分送系统可以仅仅通过吸附流体压力差解吸也可通过热解吸先前吸附在吸附剂材料上的流体而引起分送。此外，从吸附剂介质上解吸吸附在其上的吸附流体可以采用压力差和中间加热共同来完成实现从吸附剂介质上释放吸附物。
根据吸附剂材料，具体的吸附流体以及解吸的流体特定的最终用途场合的性质，熟练技术人员不需过多的试验，就可选择和确定具体的解吸方式(压力差和/或加热)和合适的工艺条件。
当本发明的流体贮藏和分送系统制作成用于从容器中吸附剂材料上热解吸流体时，加热装置相对于贮藏和分送容器而言必须在工作中布置成用于选择性地加热吸附剂材料，以便实现吸附气体从吸附剂材料上的热解吸。加热装置可以包括电阻加热丝部件，延伸的热传导平面部件、辐射加热部件、或放置在贮藏和分送容器的吸附剂床中的其它热工作部件、或其它的制作成向吸附剂材料传导或就地产生热量的部件，以使得吸附剂温度升高从而使得吸附流体解吸。
在本发明的实践中采用的吸附剂材料可以进行适当加工或处理以保证它不含有诸如以上讨论的痕量组分或杂质，就吸附流体而言，这些组分或杂质将有害地影响气体贮藏和分送系统的性能。例如，可对吸附剂进行清洗，即用氢氟酸使它充分地除去诸如金属或氧化的过渡金属物质的痕量组分。
也可对吸附剂材料进行不同的处理以提高吸附剂的吸附能力和/或其它性能特性。例如，可用化学物品对吸附剂进行处理或反应以加强吸附剂表面功能，这将有助于或提高(1)在吸附剂最初吸附随后将分送的流体时，特定的流体在吸附剂介质上的吸附，和/或(2)在吸附剂处于从贮藏和分送容器中分送流体的工艺条件时，流体的解吸。
此外，通过处理可以改善解吸物纯度。例如，表面氧化物的还原处理可用于减少解吸物中CO，CO2的含量以及碳氢化合物杂质。
再有，在脱气过程中，可以采用不同的温度范围。尽管可采用更高的温度处理，但通常碳材料脱气温度最高到500℃。
在本发明的广泛实践中，可用于改进吸附剂材料的另外办法是将提高吸附性的材料施加在吸附剂的表面包括吸附剂的内部孔表面上。例如，提高吸附性的液体、固体或半固体材料，诸如聚乙二醇，可施加在吸附剂上，以促进流体在吸附剂表面的固体吸附格点上的物理吸附，以及在已经作用在吸附剂表面上的提高吸附性的材料上的吸附或增溶。
另外，本发明的贮藏和分送系统可以在贮藏和分送容器中包括吸附剂材料以及对杂质，例如容器中的吸附气体的分解产物有亲和力的化学吸附剂材料。这类化学吸附剂例如可由对非惰性的大气气体有化学吸附亲和力的固体吸附剂成分组成。可能合适的化学吸附剂材料包括清除剂，该清除剂选自于：
(A)清除剂，它包括一个与其相连但不是共价键连结的载体；一种在有这种杂质的情况下提供一种阴离子以除去这种杂质的化合物，上述化合物选自于：
(i)阴碳离子源化合物，对应的质子化的阴碳离子化合物pKa值从大约22至大约36；和
(ii)由上述阴碳离子源化合物与吸附气体反应形成的阴离子源化合物；以及
(B)清除剂，它包括：
(i)一种表面积在大约50至大约100米2/克范围内，并且加热至少到大约250℃时仍保持热稳定性的惰性载体；和
(ii)一种活性的清除物质，它以每升载体上大约有0.01至大约1摩尔的浓度存在于载体上，并且是由选自于钠、钾、铷和铯的IA族金属和它们的混合物、合金、以及它们在上述载体上的高温分解而沉积在载体上形成的。
作为更进一步的举例，化学吸附剂材料可以包括选自于三苯甲基锂和砷化钾的清除剂组分。
关于使用这种化学吸附剂材料以除去将被分送的吸附流体中的杂质，有许多清除剂或化学吸附剂材料可以使用，包括1988年8月2日授予GlennM.Tom，等的美国专利No.4,761,395以及1994年6月29日以Glenn M.Tom和James V.McManus名义提出的08/084,414号美国专利申请中公开或要求的那些类型的清除剂合成物，专利中的公开内容在这里通过参考而引入本发明。
被使用的化学吸附剂材料可以与吸附剂材料床流体流动相通连接作成一个单独的床，或者将化学吸附剂随机地或选择性地分散在贮藏和分送容器中的吸附剂材料床中。
本发明也考虑提供流体试剂的方法，这种方法包括：
提供一个贮藏和分送容器，它包含有对上述流体试剂有物理吸附亲和力的吸附剂材料；
使流体试剂物理吸附在吸附剂材料上，以形成吸附有吸附流体的吸附剂材料；
通过减压(压力差)解吸和/或加热吸附剂材料，使吸附流体从吸附有吸附流体的吸附剂材料上解吸；以及
将被解吸的流体从贮藏和分送容器中分送出去。
在进一步优先选用方面，吸附剂材料可以有任何特定结构类型(例如珠状、粒状、丸状、粉末状、挤压物等)并且可拥有以上描述的不同的吸附剂特性的任何一种。
被有效的贮藏并随后从本发明的贮藏和分送系统中分送的流体包括任何合适的流体，例如，气体、蒸汽、液体、多相流体和流体混合物，这些流体对吸附剂材料有吸附亲和力。例子包括酸和氢化物气体、卤化物气体、汽相金属有机化合物、氧化性气体等等。
在本发明的实践中可被贮藏和分送的有用的吸附气体物质具体例子包括硅烷、锗烷、砷化氢、磷化氢、碳酰氯、乙硼烷、锗烷、氨、锑化氢、硫化氢、硒化氢、碲化氢、一氧化二氮、氰化氢、环氧乙烷、氘化的氢化物(thedeuterated hydrides)、卤素(氯、溴、氟和碘)化合物，包括诸如F2、SiF4，Cl2，ClF3，GeF4，SiF4，卤化硼等化合物，以及诸如金属铝、钡、锶、镓、铟、钨、锑、银、金、钯、钆等的金属有机化合物。
在另一具体方面，本发明涉及上述通用型的贮藏和分送系统，它用三氟化硼作吸附流体，其中从贮藏和分送系统中分送的三氟化硼与氢化作用试剂接触以使三氟化硼转变成乙硼烷。氢化作用试剂可以包括任何能引起这种转变的有用的合适氢化作用试剂，例如，氢化镁。
在另一方面，本发明涉及一种吸附—解吸装置，用于贮藏和分送吸附在碳吸附剂材料上的流体，这种装置包括：
一个贮藏和分送容器，作成用于容纳碳吸附剂材料，并用于使流体选择性地流进或流出容器；
在内部流体压力下放置在贮藏和分送容器中的碳吸附剂材料；
物理吸附在碳吸附剂材料上的吸附流体；
一个与贮藏和分送容器流体流动相通连接的分送装置，它作成在贮藏和分送容器的外部提供一低于上述内部压力的压力，以使吸附气体从碳吸附剂材料上解吸并使解吸气体的气流通过分送装置；以及
一个与分送装置相连接的低温抽吸泵，用于对被解吸的气体加压并把被加压的气体排出。
更进一步的方法方面，本发明涉及一种用于贮藏和分送吸附在碳吸附剂材料上的流体的方法，它包括：
提供一个容纳碳吸附剂材料的贮藏和分送容器；
把这种流体吸附在碳吸附剂材料上；
在贮藏和分送容器的外部形成一低于内部压力的压力，以使吸附流体从碳吸附剂材料上解吸，并使被解吸的流体从贮藏和分送容器中流出。
本发明的贮藏和分送系统可用在许多最终用途场合，包括离子注入、硅导体生产、化合物半导体生产、制造平面显示仪、用于有机合成的气体供应、灭菌气体，例如，ethyleneoxide，的分送、熏蒸消毒和害虫控制、麻醉气体运输、水和涉及气—液接触的其它流体的处理、焊接、园艺和庄稼防护药剂的分送、燃气供应，宇宙空间应用场合、大量化学物品和气体的运送、用作呼吸气体的氧气供应场合以及O2试剂的应用场合等。
通过结合附图，详细描述本发明的优选实施例，本发明的特征和其它情况将更加明显，附图中：
图1显示了砷化氢的吸附等温线图，图中显示了对碳吸附剂(曲线A)和5A沸石(曲线B)每升吸附剂吸附的砷化氢克数随着以乇为单位的压力的变化，图中的等温范围G0和G1，它在某一方面限定了本发明实践中的等温范围；
图2显示了在本发明的广泛实践中一些例证性的有用活性碳吸附剂以立方厘米/克为单位的累积孔体积随着孔尺寸的变化；
图3是根据本发明的一个实施例的贮藏和分送系统的示意图；
图4是以乇为单位的气瓶压力随着以小时为单位的时间的变化曲线图，图中显示了根据图3中的实施例，在砷化氢的填充作业结束后，在贮藏和分送系统中的碳吸附剂上的砷化氢气体的压力衰减；
图5显示了根据本发明的砷化氢贮藏和分送系统的以乇/小时为单位的压力衰减速率随着以小时为单位的时间变化曲线图，该系统填充后的压力特征如图4所示；
图6是砷化氢的吸附等温线，图示了在珠状碳吸附剂材料上，以克/升为单位的砷化氢吸附容量随着以乇为单位的贮藏和分送容器的压力的变化；
图7是根据本发明的另外一个实施例的贮藏和分送系统的立体图；
图8是根据本发明的一个实施例的生产系统，它包括用于气体分送的贮藏和分送装置，分送的气体供离子注入使用；
图9是图8的贮藏和分送容器的横截面图，显示了这种容器的内部结构；
图10是根据本发明的另一实施例的低温抽吸贮藏和分送系统的立体图；
图11是根据本发明的用于提高贮藏和分送系统性能的分送测定装置的示意图例；
图12是包含用5A分子筛作吸附剂材料(曲线M，数据点符号Δ)的贮藏和分送系统和包含用珠状活性碳作吸附剂材料(曲线N，数据点符号□)的贮藏和分送系统的性能图，图中显示了在每分钟1标准立方厘米砷化氢的流速的作业下以乇为单位的贮藏和分送容器中的压力随着时间的变化。
1995年10月13日提交的美国为其一个指定国并于1996年4月25日公布的国际专利申请No.PCT/US95/13040；1994年10月13日提交的08/322,224号美国专利申请，并于1996年5月21日授予5,518,528号美国专利；1996年5月20日提交的08/650,634号美国专利申请以及1996年5月20日提交的08/650,633号美国专利申请全部作为本发明的参考文献。
本发明提供了一种新的低压贮藏和分送系统作为一个流体源供应装置，用于象氢化物和卤化物气体以及V族金属有机化合物的离子注入。前述的实例包括砷化氢、磷化氢、锗烷、氯气、NF3、BF3、BCl3、乙硼烷(B2H6和它的重氢类似物，B2D6)，HCl，HBr，HF，HI，六氟化铝，以及(CH3)3Sb。本发明也提供一种新的低压贮藏和分送系统，该系统是一个紧凑的、便携的，能在较小空间使用的流体供应装置。
在这里使用的“低压”这个词，意指不大大地超过1大气压，例如压力≤1.25大气压，更好地是压力≤1.0大气压，最好的是压力处于从大约0.15到大约0.8大气压的范围内。
应该认识到，在本发明的广泛实践中，本发明的贮藏和分送系统可以在比上述低压范围更高的压力下运转，然而这种贮藏和分送系统在流体处于负压下使用的场合，例如在离子注入应用场合，有特定的用途。在这种最终应用中，本发明的系统使流体以较低的压力贮藏和分送。
通过这种低压作业，本发明系统在许多应用场合就可以不需要已在这种场合使用的现有技术的高压流体容器。尤其是在涉及危险气体的地方，相对于本发明的低压系统，使用高压容器将引起泄漏危险增大以及对人和/或财产的危害，而在该低压系统中，流体介质在接近外界压力状态下被贮藏并以一种简便和可控制的方式被分送。
本发明的流体源系统包括一个密封容器，诸如气瓶，它包含将被分送的、吸附在由物理吸附剂材料组成的吸附剂材料上的流体。在有气体吸附物的情况下，诸如砷化氢和磷化氢，吸附剂使吸附气体的蒸汽压减少到≤1大气压。
尽管以后主要就砷化氢和磷化氢气体的贮藏和分送对本发明加以讨论，但应认识到本发明的使用不局限于此，而是可延伸并包括许多其它气体以及液体，液—汽混合物等。实例包括硅烷，乙硼烷，砷化氢，磷化氢、碳酰氯、氯气，BCl3、BF3、B2D6，六氟化钨、氟化氢、氯化氢、碘化氢、溴化氢、锗烷、氨、锑化氢、硫化氢、氰化氢、硒化氢、碲化氢、氘化的氢化物(deuterated hydrides)、卤素(氯、溴、碘和氟)气体化合物诸如NF3、ClF3、GeF4、SiF4，有机化合物以及V族金属有机化合物诸如(CH3)3Sb。
本发明的用于在小于等于0表压(pisg)时贮藏和分送流体的新颖装置和方法将大大减少了由那些流体造成的危险。这项有创造性的技术包括将那些流体吸附到碳质物理吸附剂中。通过把流体吸附到碳质固体物理吸附剂中，流体蒸汽压减少到≤0表压(pisg)。随着压力驱动力的消除，从系统中释放的潜能将大大地减少。
在本发明的广泛实践中采用的吸附剂可以是对本发明的实践中贮藏在吸附剂上并从吸附剂上分送的流体有吸附亲和力的任何合适类型。吸附剂例如可包括多孔硅材料，磷酸铝、粘土、沸石、聚合物(包括多孔聚四氟乙烯、大网状聚合物以及玻璃质聚合物)，磷硅酸铝(aluminumphosphosilicate)，碳材料等。
在本发明的实践中优先选用的吸附剂材料包括沸石和碳吸附剂。
碳吸附剂材料优先选用的形式包括：由诸如聚丙烯腈、SulfonatedPolystryrene-divinylbenzene等合成碳氢化合物树脂的高温分解而形成的碳，纤维素碳；木炭；由诸如CoConut壳、沥青、木材、石油，煤等自然资源材料形成的活性碳等。
尽管已经在本质上了解了碳吸附剂材料，并且已用于诸如处理许多工业生产中的溢出气流，例如在半导体生产中，通过把VOC从溢出气流中吸附到非常大的碳床上以除去VOC，然而还没有一个基于碳吸附材料的贮藏和分送系统最初就用于供应流体试剂和生产气体。因此，通过采用有多种大小、形状、表面积、组成并且可大批获得的碳吸附剂材料，以提供一种可排除供应生产气体和流体试剂的现在技术实践中来自加压气瓶的危险、缺陷和缺点的有效的流体供应系统，本发明代表了在现有技术中的一个相当大的进展。
现有技术广泛采用气瓶用于提供焊接气体、麻醉气体、氧气、化学生产试剂气体等，并使用有很厚的壁的气瓶容器来承载涉及的高压，因为气瓶的供应量(可分送的流体量)是随气瓶内的压力大小而变化，随着压力增大，气瓶分送量也对应增加。
通过采用吸附剂介质，即碳质的吸附剂，本发明避免了操作中的困难(包括高压气瓶破裂的危险；由于气体就地分解的超压危险；监测和控制高压气体的困难；在有危险气体的情况下，所需的与所涉及的危险相对应的具体安全和处理措施)。本发明的吸附剂介质可使流体易于贮藏并且很容易地实现压力差和/或热解吸分送。
此处使用的与本发明的物理吸附剂材料有关的“碳质的”这个词意味着吸附剂材料由单体碳作为吸附剂物质的主要成份。碳吸附剂材料优先选用形式包括：诸如聚丙烯腈，Solfonated polystryrene-divinylbenzene等的合成碳氢化合物树脂的高温分解形成的碳；纤维素碳；木炭；由诸如CoConut壳、沥青、木材、石油、煤等自然资源材料形成的活性炭。
一种优先采用的碳吸附剂材料是活性碳，它是通过加热粒状木炭到合适的高温制得的一种较好的碳吸附剂形式。最优先选用的是所谓的珠状活性碳形式，其中珠粒，即直径十分均匀的球面颗粒，其直径可在从大约0.1到大约1厘米之间的范围内，直径从大约0.25到大约2毫米更好。
在本发明的广泛实践中优先选用的可大量获得的碳吸附剂材料包括：可从在纽约的美国Kureha公司获得的称为BAC-MP，BAC-LP以及BAC-G-70R的珠状碳材料；可从费城Rohm & Hass公司大批获得的Ambersorb碳质吸附剂，PA牌号为Ambersorb563，Ambersorb564，Ambersorb348F，Ambersorb575，Ambersorb572以及Ambersorb1500；可从Calgon碳公司大批获得的Calgon Filtrasorb400以及BPLGAC碳吸附剂材料；以及可从德国BlucherGmbH，Erkrath公司大批获得的珠状活性碳吸附剂材料。在以上提到的碳吸附剂材料中，Ambersorb材料上大于50埃的孔有较大的孔体积，一般说来，与那些孔尺寸不超过40埃的材料相比，很少选用这类孔较大的材料。
在本发明的贮藏和分送系统中使用的吸附剂可以有适合最终应用场合和涉及的具体吸附流体物质的任何合适的大小、形状和结构。吸附剂材料，例如，可以是珠状、粒状、丸状、片状、粉末状、散粒状、压出物、编织或网状形式的材料、蜂窝状脉石块、复合物(吸附剂与其它组分的)等形式或上述结构的粉碎或碾碎形式。
总结起来说，本发明的贮藏和分送系统由一个标准气瓶和一个与气瓶连接的气瓶阀或其它流体分送装置(调节器、监测器、传感器、流体引导装置、压力控制器、质量流控制器、导管、阀门、仪表、自动开关装置等)组成，气瓶中容纳着碳吸附剂材料。在把吸附剂装入贮藏和分送容器后，随后，即压力低于1大气压下，用吸附流体充填气瓶以形成成品贮藏和分送系统。
在使用中，通过利用贮藏和分送系统的内部容积的压力和载有吸附剂的容器的外部低压之间的压力差别，可以很容易地通过压力差解吸，从本发明的贮藏和分送系统中产生流体流。
例如，载有吸附剂的容器可以在负压如600乇下容纳反应气体，诸如磷化氢，用于离子注入工艺，其中用于移植磷组份的离子注入室处于真空状态或低压下，如压力低于100乇，并且该压力低于贮藏和分送容器的内部容积的压力。结果，磷化氢气体将从吸附剂上解吸并流入到离子注入室中，这样，在离子注入室和载有吸附物磷化氢气体的贮藏和分送容器之间就建起了气流流动相通。贮藏和分送系统就产生了穿过连接导管、阀门以及仪表的磷化氢气体流，并且很容易将其控制在一个所需的流速下。通过采用类似质量流控制器的装置，就可获得稳定的气流，此时吸附剂容器压力随着连续分送作业而降低。
此外或另一种方法是，本发明的贮藏和分送系统的流体分送装置可以包括用于加热吸附剂材料的装置，以便从吸附剂上热解吸吸附流体。这种加热装置包括任何合适的热传导或热交换装置或设备，这种装置有效地与吸附剂材料相毗连以产生热量用于从吸附剂介质上热解吸吸附物。因此，本发明考虑从流体贮藏在其上的吸附剂上热和/或压力差分送吸附流体。
参看附图，图1是砷化氢吸附等温线图，显示了对于作为例证的碳吸附剂(曲线A，数据点符号为D)和沸石5A分子筛(曲线B，数据点符号为口)以克砷化氢/升吸附剂为单位的砷化氢吸附容量随着以乇为单位的压力的变化，碳吸附剂材料是BAC-G-70R碳材料，其有着如下表1所列的物理性质。
表1珠状碳吸附剂材料
    真实密度     1.9-2.1g/ml
    体积密度     0.5-0.62g/ml
    表面积     800-1300m2/grams
    CCl4活度     ＞＝55％
    燃点     400℃
  自燃点(在空气中)     400℃
    灰粉含量     ＜＝0.5％
  可利用的颗粒大小     0.4-0.7mm
  BAC-G-70R的颗粒大小     平均0.7mm；＞0.84mm(25％)；＜0.59mm(5％)
    含水量     ＜5％
关于上述的珠状碳材料的水分含量的注解，可以通过对销售者最初提供的碳材料加热和抽真空，使水分含量减少到0.01％的水平或低于这个水平。碳吸附剂的这种预处理就其它不需要的已吸附在所得到的碳材料中的杂质而言也是有益的。
图2是表1中的珠状碳吸附剂材料(曲线C)和本发明的广泛实践中使用的可大批获得的其它例证性的活性碳吸附剂(曲线D、E和F)的累积孔体积(单位：cm3/克)随着孔尺寸(单位：埃)的变化曲线图。如图所示，曲线C的珠状碳材料在孔尺寸从10到10000埃的范围内，累积孔体积为大约0.3到0.7。曲线D、E、F的其它碳吸附剂材料有一个更宽的累积孔体积范围。
一般地，使用具有一基本部分，最好是至少50％的孔尺寸在大约10至1000埃范围内的吸附剂材料是比较理想的。更理想的是，吸附剂材料的孔体积的大部分，即50％以上是由直径从大约2埃到100埃的孔组成的，更好地是80％，最好地是吸附剂材料的孔体积的大体全部都处在这个范围。
优先选用的吸附剂材料包括平均孔直径在大约10至20埃范围内并且孔体积的大部分孔处于这个范围内的吸附剂，更好地是80％以上，最好是孔体积的大体全部孔都处在这个范围。
理想的吸附剂包括孔体积(累积空隙体积)在大约0.2到2.0cm3孔体积/克吸附剂材料的范围内的材料。
本发明的低压贮藏和分送系统中的装有吸附剂的容器内的压力低于大约1200乇。该压力低于800乇更好，低于700乇最好。通过给贮藏和分送容中的吸附流体提供一个负压，就可排除吸附流体向外界环境泄漏和大量扩散的危险，在现有技术实践中与此相对应的是，流体高压容器将带来一个持续的巨大危险以及相应的安全和处理问题。
在另一具体方面，本发明涉及一种以上概括描述的流体贮藏和分送系统，它有一个高的吸附剂吸附容量，高的吸附物解吸率和高的吸附剂工作量。
理想的是吸附物解吸率至少为大约15％，至少为25％较好，至少为50％更好，至少为60％最好。
理想的吸附剂材料应有这种特性：在一开始就以较高的速率快速地吸附吸附流体，并在贮藏和分送系统处于流体分送作业状态时，在(I)当贮藏和分送容器的内部容积和处于较低压力的外部场所之间有一个压力差，和/或(2)加热吸附剂的情况下，以一种较快的方式相应地释放先前吸附着的流体。
在本发明的流体贮藏和分送系统中优先选用的有用的吸附剂材料包括孔体积(累积空隙体积)在大约0.1至5.0立方厘米孔体积/克吸附剂材料的范围内的材料，在大约0.5至2.0立方厘米孔体积/克吸附剂材料的范围内更好。
最优先选用的材料包括平均孔直径在大约2至20埃范围内并且孔体积的大部分处于这个范围内的吸附剂，更好地是孔体积的80％以上处于这个范围，最好是孔体积的几乎全部都处在这个范围内。
在本发明的广泛实践中有用的高性能碳吸附剂包括用砷化氢气体(作为参考流体)在40乇和650乇下测定的以克砷化氢/升吸附剂材料为单位的吸附剂工作量，Cw，至少为50，较好地至少为100，更好地至少为150，以及最好地至少为200的吸附剂。理想的吸附物解吸率为大约至少15％，较好地至少为25％，更好地至少为50％，最好地至少为60％。
有着十分均匀的球面形状并且颗粒尺寸在直径大约0.1毫米至1厘米范围内，更好地是在直径为大约0.25至2毫米范围内的珠状活性碳材料在本发明的实践中有很多优点。应该认识到，为了调整吸附剂颗粒的堆放和吸附剂材料床的装填密度，吸附剂颗粒尺寸、形状、以及孔体积分布在本发明的实践中可以作任意地较大改变。
在本发明的流体贮藏和分送系统中有用的吸附剂材料一般可有任何合适的尺寸、形状、以及结构，包括珠状、粒状、丸状、片状、粉末状、散粒状，压出物，编织或网状形式材料、蜂窝状脉石块，和复合物(吸附剂与其它组份)以及吸附剂材料的上述结构的粉碎或碾碎形式。
吸附剂材料可包括任何合适的材料，包括聚合物(例如多孔聚四氟乙烯、大网状聚合物、以及玻璃质聚合物等)、亚磷酸铝、粘土、沸石、多孔硅、蜂窝状脉石材料、碳材料等。
最优先选用的吸附剂材料包括沸石吸附剂材料以及碳吸附剂。在优先选用的碳吸附剂材料中，有着十分均匀的球面形状并且颗粒尺寸在直径为大约0.1毫米至1厘米范围内，更好地是直径在大约0.25至2毫米范围内的珠状活性碳材料是最优先选用的。
再次用砷化氢作特性参考气体，在本发明的流体贮藏和分送系统中尤其有用的吸附剂材料包括在25℃时有如下吸附容量特性的砷化氢气体吸附等温线的材料，该等温线是通过每升吸附剂吸附的砷化氢克数随以乇为单位的压力而变化测得的：
压力(乇)    最少吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25             30
50             62
100            105
200            145
300            168
400            177
500            185
550            188
650            192。
尽管在本发明的贮藏和分送系统中采用的吸附剂材料一般要求它对贮藏在吸附剂上并随后从吸附剂上分送的吸附流体有尽可能高的吸附容量特性，但是就贮藏和分送系统的制造而言，从吸附热观点来看，十分高的吸附剂吸附容量在某些情况下是不利的。吸附流体在吸附剂上的吸附是典型的放热过程，对于诸如砷化氢和磷化氢的气体，取决于气体在吸附剂上的填充速率的放热可引起温度升高大约100βC或更高。因此，采用有高吸附容量但该吸附容量在将被贮藏在吸附剂上用于随后分送的流体初始充填吸附剂介质过程中不会带来大量的吸附热作用的范围内的吸附剂介质是必要的。
因此，在本发明的实践中有用的吸附剂材料包括对于砷化氢气体在25℃时测定的每升吸附剂上吸附的砷化氢克数随着以乇为单位的压力变化的吸附等温线处于图1中由曲线G1和G0限定的吸附等温线范围内的材料。这些吸附剂材料有如下吸附剂容量特性。
压力(乇)    吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25             30-106
50             62-138
100            105-185
200            145-232
300            168-263
400            177-288
500            185-308
550            188-315
650            192-330。
在本发明的流体贮藏和分送系统中优先采用的碳吸附剂材料包括在25℃时，测定的每升吸附剂上吸附的砷化氢克数随着以乇为单位的压力变化的砷化氢气体吸附等温线具有如下吸附容量特性的碳材料：
压力(乇)    最少吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25            35
50            75
100            100
200            160
300            200
400            225
500            240
550            250
650            ～300。
合适的碳吸附剂材料例如在25℃时可以有如下吸附容量特性：
压力(乇)    吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25             30-60
50             75-100
100            100-115
200            160-175
300            200-220
400            225-245
500            240-260
550            250-275
650            260-300。
在本发明的广泛实践中最优先选用的有用的碳吸附剂材料包括在25℃对于砷化氢气体测定的每升吸附剂上被吸附的砷化氢克数随着以乇为单位的压力变化的吸附等温线具有图1中曲线A的吸附等温特性的材料。
应该认识到，吸附剂的孔尺寸、孔体积、和表面积特性在本发明的广泛实践中可以很大地变化，在不需要用表面积和孔隙度测定的过多实验，例如用汞孔隙测定技术，以及对将贮藏在具体的被选择的吸附剂材料上并从其上分送的具体流体的亲合力研究的情况下，熟练技术人员对于本发明的贮藏和分送系统给定的最终用途场合可以很容易地确定合适的吸附剂特性。
再参看图1，对于吸附剂材料和具体吸附气体的等温线一般在预测给定压力下可解吸的吸附物量时是有用的。这是由于物理吸附的流体物质的吸附/解吸过程具有可逆性。例如，对于曲线A的珠状碳吸附剂材料，如果砷化氢流体吸附在其上的吸附剂从650乇的压力解吸到100乇的压力，那么从等温线可预测每升吸附剂材料有140克(275克-135克＝140克)砷化氢将被解吸。对应地，沸石5A分子筛在相同的压力差下解吸，只有87.5克(215克-127.5克＝87.5克)吸附流体解吸。
因此，通过从650乇到100乇的具体压力范围的压力差解吸，在本发明的贮藏和分送系统中从碳吸附剂上解吸的吸附物量要比现有技术的贮藏和分送系统的沸石5A材料上解吸的吸附物量要高60％。因而，图1中的曲线A的碳吸附剂材料的性能，作为本发明的广泛实践中的碳吸附剂介质的性能的代表，它显示了在从吸附剂材料上解吸用于分送的吸附流体的能力方面有令人吃惊的和意想不到的改进。
图3是根据本发明的一个实施例的贮藏和分送系统的示意图。
在图3所示的贮藏和分送系统中，提供了一个气体贮藏瓶10，它可用于填充合适的物理吸附剂材料床17，例如以上较全面描述的珠状活性碳物理吸附剂介质。气瓶10容纳着吸附剂材料床17，而吸附剂材料有吸附在其表面(包括吸附剂介质的孔和外部的表面)上的物理吸附的气体组份，诸如砷化氢和磷化氢。
气瓶10与总管12连接，在总管上安置有一个用于从气瓶10中可控制地释放气体的气瓶阀14，再向上是气瓶隔离阀16，它可以有选择地动作以切断气瓶10与总管12的连接。
总管上有一个三通接头18，通过该接头，总管12与有一惰性气体清洗隔离阀22在其上的分支清洗管20气体流动相通连接，因此在从气瓶10中分送气体之前，可用惰性气体对总管进行清洗。
在接头18的下游，总管有两个连接的气体过滤器28和30，在它们之间有一个压力转换器32，例如它有从大约0到25(psia)的压力工作范围。
在气体过滤器30的下游，总管12与三通接头34相连接，该接头又与有一旁路隔离阀38在其上的支路导管36相连接。总管12的接头34的下游有一气流开关阀40，其下游又装有一个质量流控制器42，用于可控制地调节通过总管12的分送气体的流速。在流速控制器42的末端，总管12通过连接头44与有流体控制阀48在其上的分送管46相连接，并且还通过连接头50与支路管36气体流动相通连接。如图所示，分送管46又与离子源产生装置如图中所示部件52相连接。分送管46的另一端54根据图3的贮藏和分送系统装置的特定最终用途场合的需要与另一气体分送装置合适地气体流动相通连接。
在图3的实施例中的贮藏和分送容器的选用特征在于热交换通道11，它穿过吸附剂材料床17垂直向上延伸。热交换通道分别在下端和上端与热交换流体输入管13和热交换流体排出管15相连。在需要从气瓶10中分送气体时，热交换流体输入管13依次与合适的热交换流体(未显示)源相连接，热交换流体可与用作选择性地加热吸附剂材料床17的炉子、电阻加热器或其它加热装置相连接。因此，合适的热交换流体通过穿过输入管13，热交换通道11、和流体排出管15以形成通过热交换回路的循环(例如通过泵和贮存装置，未显示)从而实现热解吸。通过这些加热装置加热床17的吸附剂介质使其升高到足够高的温度以便发生热辅助解吸。
根据图3所示的结构，吸附流体的热辅助解吸和分送可以替代吸附流体的压力差分送或者和吸附流体的压力差分送一起作用，本领域的熟练技术人员在不需过多的试验情况下就可以很容易地选择和/或确定选用的具体的解吸方式。
在本发明的贮藏和分送系统的制造中，如果必要的话，应对贮藏和分送容器进行清洗以保证容器中没有杂质，包括容器壁上的除气物质，这些杂质会对贮藏和随后发生的容器分送作业产生不利影响。为了以上目的，必须采取烘烤、溶剂除油或其它的使容器和它的内表面被清洗、清除或处理的措施，以便给随后充填的吸附剂材料提供一个相当干净的容器。
将吸附剂材料充填到贮藏和分送容器的内部容积中，并对容器进行最终的装配和密封。在吸附剂装入容器以前，吸附剂材料可以被清洗或加工，以便吸附剂介质的吸附容量达到最大。此外或另一种方法，例如通过烘烤装有吸附剂的容器到足够高的温度和足够长的时间以解吸和清洗含有外来吸附物的吸附剂材料，吸附剂介质可以在容器内进行清洗或处理以保证最大吸附容量。例如，在一个合适的高温，如200-400℃，采用合适的真空泵或其它抽真空装置，对容器进行一段较长时间抽真空(排气)，如48小时。抽真空后，经过一段适合的时间，如6-12小时，容器被冷却到室温。
在抽真空/排气作业后，抽真空后的吸附剂容器与吸附流体充填管相连。应该认识到的是，由于吸附热作用，流体物质的吸附将引起大量放热，因此使容器和吸附剂材料维持在合适的温度是十分必要的，以便吸附流体在被吸附剂材料初始吸附后不会被这种热作用解吸。
为了维持一个近似的等温状态，例如可将气瓶浸在一种热平衡液体中，如处于25℃稳定温度下的含水乙二醇混合物中。
在吸附流体分送之前，吸附流体填充管可以被抽真空到一个低压，例如小于10-3乇，以除去可能出现在填充管液体通道中的不可凝气体。在抽真空后，装有碳吸附剂材料的容器可以被以合适的速率填充吸附流体直到达到所需的压力水平。为了提高效率，在充填作业过程中采用合适的压力监测器或其它(例如转换器)传感装置监测容器的压力是必要的。
在充填作业中，为了工艺控制的目的，容器和热平衡箱的温度以及吸附流体温度可以单独地监测。监测压力是为了确定填充作业的终点。
吸附流体分阶段地填充容器并使系统达到平衡是十分必要的，以便温度效应最小地散失到外界环境或热传递介质中，诸如上述的热平衡液体。
此外，使容器填充到一个特定的压力，然后使容器冷却到吸附剂床和相关的容器的最终温度和压力状态下是合适的。
因此，为了在容器中填充用于吸附在吸附剂材料上的吸附流体，吸附流体可以分阶段填充或连续地填充。填充作业之后，在容器脱离充填导管后，容器可以被运送、贮存或在分送作业位置通过与导管、接头和分送线路的连接以供其随后的分送用途。
图4是以乇为单位的气瓶压力随着以小时为单位的时间的变化曲线图，图中显示了砷化氢填充作业结束后，在本发明的贮藏和分送系统中的碳吸附剂上的砷化氢气体的压力衰减。如图所示，在装有吸附剂的容器中的压力经过10个小时从最初的压力水平750乇(时间为零时)衰减到688乇。
图4中的曲线显示了在填充作业结束时容器中存在一个非平衡状态。在这时，吸附作用的热量产生了一个相当高的压力(与冷却后最终平衡压力水平相比)。随后的压力衰减是由于在填充作业结束后吸附剂床和容器的冷却的原因。因此，在吸附效应的热已经散失后，紧随着充填作业对贮藏和分送容器中的压力水平进行测定是合适的。
图5是对于本发明的砷化氢贮藏和分送系统中以乇/小时为单位的压力衰减速率随着以小时为单位的时间的变化图，其填充后的压力特性如图4所示。图5显示的衰减速率曲线是根据图4中的曲线推导而来的。图5中的速率曲线显示了在经过2小时后衰减速率接近于零时，贮藏和分送容器中的压力波动趋于一个稳定水平。
另外，图4和图5的曲线显示了在吸附气体填充后贮藏和分送容器的压力是在减小而不是增加，从中可以推断出砷化氢吸附物在容器中没有分解。这是十分重要的，因为吸附剂材料可能含有杂质或痕量组分，它们能作为引起或促使吸附气体如砷化氢的分解的媒介。
为了保证砷化氢或其它吸附气体物质不出现不适当的分解，在本发明的实践中碳吸附剂介质必须不含有选自水、金属以及氧化的过渡金属物质(例如，氧化物、亚硫酸盐和/或硝酸盐)的痕量组分。这些痕量组分在浓度较高时可以分解上述贮藏和分送容器中的吸附流体。
在本发明的贮藏和分送系统中，选自水和氧化的过渡金属物质的痕量组分在碳吸附剂材料上的浓度(以碳吸附剂材料的重量计)，在25℃和上述内部压力下经过1年时间，必须不足以分解吸附流体的重量的5％以上，最好是不足以分解1％以上。
以上标准可以确保在有水、金属、氧化的过渡金属物质(例如氧化物、亚硫酸盐和/或硝酸盐)存在的情况下较易分解的诸如氢化物气体，如砷化氢、磷化氢等的吸附流体不至于大量暴露在那些组分中，因此就可避免吸附气体的大量分解以及相应的压力增加问题。
选自水、金属、氧化的过渡金属物质的痕量组分以碳吸附剂材料重量计的浓度，在25℃经过1周时间，不足以引起吸附流体分解而导致贮藏和分送容器的内部压力升高25％以上，最好是不足以导致内部压力升高10％以上。
在本发明的实践中选用的碳吸附剂材料包括选自水和氧化的过渡金属物质的痕量组分的重量以碳吸附剂介质的重量计必须小于百万分之350，较好地是小于百万分之100，更好地是小于百万分之10，最好是小于百万分之1的材料。
图6是砷化氢吸附等温线图，图中显示了在珠状碳吸附剂材料上的以克/升为单位的砷化氢吸附容量随着以乇为单位的贮藏和分送容器的压力的变化。从这个与图1中砷化氢吸附等温线(曲线A)有大致相同形状的吸附等温线中，根据
Cw＝(在25℃650乇下，每升吸附剂上的砷化氢气体克数)-
(在25℃40乇下，每升吸附剂材料上的砷化氢气体克数)可以测定在40乇和650乇时对于砷化氢气体，吸附剂的工作量Cw为(278-70)＝208克砷化氢/升吸附剂。
如以上所讨论的，在本发明的实践中优先选用的碳吸附剂介质包括具有与图1中曲线A的吸附等温线特性相同形状的砷化氢(作为测定用的气体吸附物参考物)吸附等温线的吸附剂，这个形状也是图6所示的吸附等温线形状。
图7是根据本发明的另一实施例的贮藏和分送系统200的立体图。
如图所示，贮藏和分送系统200包括一个贮藏和分送容器204，该容器上端与阀端206相连，阀端206由包括用于调节气瓶上的阀端的手动调节器208的分送装置部件组成。阀端通过接头210与分送导管212连接。分送导管212上有一个压力转换器214；一个采用惰性气体清洗分送装置的惰性气体清洗装置216；一个用于维持分送导管212在分送作业中具有稳定流速的质量流控制器220；以及在分送气体从分送装置排出前用于除去分送气体中的颗粒的过滤器222。
分送装置还包括一个接头224，用于将分送装置与下游的管道、阀门或者解吸流体使用场合有关的其它部件进行配合连接。
图8是根据本发明的一个实施例的流程系统300，它包括一个用于气体分送的贮藏和分送装置，分送的气体供离子注入使用。
如图所示，该装置包括一个贮藏和分送容器302，在容器302的上部有一个阀端304，阀端与一个手动阀调节轮306连接。阀端与VCR过滤器密封垫308相连，VCR过滤器密封垫又与气流管312相连。气流管312与压力转换器310，以及止回阀314和氮气清洗管连接。氮气清洗管用于引入氮气或其它清洗气体对分送装置的气流通道进行清洗以便随后从容器302中分送气体。
气流管312上还装有一个气流控制阀307、一个测量表320、一个气流控制器322以及气流控制阀309。气流管312与支路管325连接形成一个气流回路，支路管325上有一旁路阀324。如图所示，气流管312的右端连接到气流多用途管326上。导管326上装有一个阀311，并且在其与气流多用途管相连接的相对一端有一个接头330，该接头用于将贮藏和分送系统与离子注入室相连。
在作业过程中，通过调节气流控制器322，来自贮藏和分送容器302中的吸附剂床(未显示)的气体以可被控制的速度在气流管312和气流多用途管326中流动并到达离子注入室。压力转换器310可以与气流控制器322以及气流流程中的其它部件，如阀门，形成连接关系，以便以合适的方式完成用于离子注入的气体的分送。
图9是图8中的贮藏和分送容器302的剖视图，显示了这种容器的内部结构。
如图所示，容器302由围成容器内部容积352并且包含着粒状吸附剂材料350的壁346组成。在容器的上端，与阀盖304相连接的出口处，出口可以作成多孔的中心管360，或其它有孔的或其它形状的可透气的结构以用于防止分送的气体中夹杂来自吸附剂材料床的固体颗粒。
图10是根据本发明的另外一个实施例的低温抽吸贮藏和分送系统装置的立体图。
尽管以上参照低压分送应用场合，例如离子注入，对本发明的流体贮藏和分送系统进行了描述，其中解吸的吸附气体的应用场合处于真空或非常低的压力水平下，但应认识到本发明的应用不局限于此，本发明也可应用到这些场合，即贮藏和分送容器必须在高于大气压力的情况下才能把吸附气体供应到下游的应用场合。
对于那些需要从贮藏和分送系统中载有吸附剂的容器中提供气体供在高于排出压力条件下使用的应用场合，可以采用不同的压力增加回路、增压装置或其它装置或方法。
例如，在气瓶盖上(包含有吸附着将被分送的气体的吸附剂的气瓶的)安装一个文杜里泵以增加被供应的气体的压力到一个选定的压力水平。尽管这种文杜里泵装置可使被分送的气体处于一个选定的较高压力水平，但是这种装置会引起带有运载气体的分送气体的稀释，因为运载气体和来自气瓶的分送气体夹杂在一起。
这种运载气体的稀释效应在某些应用场合可能是令人满意的，但是在有些应用中，例如在需要从贮藏和分送系统中供应高纯度的纯净气体的情况下，这种稀释效应可能对整个生产系统带来巨大的制约。可采用机械泵代替文杜里泵装置，但是机械泵也带来了有许多运动部件的缺点，它可能导致与在泵中形成颗粒和/或在气流中夹杂着润滑剂相关的问题。因此，在某些应用场合，其附带结果是可以接受的，但在另一些应用中，被供应的气体必须保持高纯度并且没有颗粒或其它外来物质。
在由贮藏和分送系统供应的气体必须保证处于较高压力和高纯度，洁净状态的情况下，在贮藏和分送系统中提供一个低温抽吸装置是有益的。
图10是根据本发明的另一个实施例的这种低温抽吸贮藏和分送系统装置400的立体图。
在这个低温抽吸系统中，主气瓶402装有合适的碳吸附剂材料(未显示)，在吸附剂上吸附着随后将被分送的合适的吸附气体物质，气瓶402上装有一个包括主气瓶阀406的阀端装置404，在分送作业的开始，气瓶阀处于关闭位置。
阀端404与导管408连接，导管408上装有隔离阀410、质量流控制器412、隔离阀414和低温抽吸泵416。导管408再与导管409连接，导管409上装有隔离阀418和422以及成品分送调节器装置430，成品分送调节器装置上有一个可连接到下游生产系统的排气口434。导管409上还连接着一个中间压力贮存容器420。
与导管408相连的低温抽吸泵416装有一个液氮(或其它合适的低温液体或流体)入口428和一个液氮出口426以及一个安装在入口428和出口426之间的液体致冷剂流动通道，该通道被限定在如图所示的加热部件424的范围内。低温抽吸泵的液体致冷剂的入口和出口可以连接到合适的液体致冷剂源上，例如低温空气分离装置或液氮或其它致冷剂的致冷气瓶源。因此低温抽吸泵形成了一个低温冷阱装置。低温抽吸泵的出口装有一个隔离阀422，中间压力气瓶420通过隔离阀422被隔离。
压力转换器411安装在导管408上并与气瓶402连接形成压力监测关系以监测气瓶中的压力和灵敏地调节隔离阀418。
以下以硅烷作为吸附到气瓶402中的碳吸附剂上并将在适当的高温上分送的气体，氮气作为致冷剂用作低温抽吸泵的工作流体，对图10所示的贮藏和分送系统的运转进行说明。硅烷的沸点为-111.5℃，熔点为-185℃，氮气的沸点为-195.8℃。
由于在合适的高压下分送硅烷是十分困难的，因此选择硅烷用于举例说明的目的。(相对于其它的有着更高的沸点和凝固点的氢化物气体例如砷化氢，硅烷在需要较少的低温冷却情况下就可以较容易地低温抽吸)。
如果开端的阀410，414和406是打开的，而阀418和422是关闭的，在真空状态下，低温泵的温度降低到液氮温度，即使在供应气瓶402中内部压力相当低，硅烷将在低温抽吸泵中冷凝和凝固。
质量流控制器412用于精确测定被输送到低温抽吸泵416的气体量。因为必须避免低温抽吸泵的过量加压，这种精确测定是十分重要的。在这种作业条件下，硅烷温度将高于其临界温度，结果低温抽吸泵的最终压力可能变得十分高。
在适当量的气体被输送到低温抽吸泵416后，关闭阀门410和414。冷凝的硅烷随后被升温到接近外界温度。加热过程是由加热装置424完成的，在实施例中显示的加热装置是由带式加热器组成的，但它可以是任何适合于这种用途的加热装置。由于加热会导致硅烷气体在纯度和稳定性方面降低的不利影响，因此，硅烷气体不能加热到高温，因而将被分送的成品气体的稳定性和纯度得以提高。
在低温抽吸泵中加热后，硅烷气体的压力可能变得十分高，因此气体被有效的压缩而处于高纯度状态，并且不会暴露到带有许多转动部件的机械泵，使用机械泵可能导致成品气体中有杂质。
在整个系统中的气体总量在此时可能是十分的少，大部分硅烷在低压下存在于吸附剂容器气瓶402中。
打开阀418使气体流入到中间压力气瓶420中，如果阀422是打开的，通过与调节器装置430相连的监测装置进行监测(例如流动压力)，成品硅烷气体将通过排出口434流到下游作业中，调节器装置430与压力转换器432相连，压力转换器可以在整个系统中与其它的阀或低温抽吸泵部件相连接，以便以选的压力和容积流速分送成品气体。
对应地，各种阀门、质量流控制器、低温抽吸泵、转换器和调节器可以以任何合适的方式，例如与周期计时器和生产安全系统相互连接，以便根据需要以易于控制的和可重复的方式完成硅烷或其它吸附物气流的分送。
相应地，图10所示的系统的运转必须按时间协调以避免破坏或干扰下游的生产流程。来自质量流控制器和在低温抽吸泵及中间压力容器中的压力转换器的信号可用于自动操作的生产系统中。低温抽吸泵可以被循环从而使气体从贮藏和分送系统流动到中间压力气瓶420以便在调节器的出口维持一个稳定的压力。
图11是根据本发明用于提高贮藏和分送系统502的性能的分送测定装置500的示意。贮藏和分送系统502由一个装有吸附剂材料(未显示)的贮藏和分送容器504和一个流体分送装置组成。流体分送装置由排流管512组成，如图所示，在排流管512上装有气瓶阀506、气瓶隔离阀508、和(0-100乇)压力转换阀510。
管512通过合适的接头装置与带有T型接头516的连接管522相连接，T型接头516与包含惰性气体清洗隔离阀520的惰性气体清洗管518相连，隔离阀520又连接到惰性清洗气体源514。管512上也装有质量流控制器524用于维持连接管522中稳定的压力和流速。管512上的气体开关阀526用于有选择地使气体穿过管522流到管530，管530通过接头装置与管522连接。管530的一端与真空系统538相连，另一端与液氮冷凝接受容器534相连。在管530两端之间，如图所示装有阀536和阀532。
图11所示的分送测量装置使得来自贮藏和分送容器504的吸附流体借助于质量流控制器524以可控的速率流动。通过适当关闭/打开整个系统的各个管上适当的阀，被解吸和分送的气体穿过管512、522和530到达容器534后，就被收集在液氮冷凝接受容器534中。
在液氮温度时，吸附气体的蒸汽压力基本上是0乇，这使得即使在低的贮藏和分送容器压力下也可从碳吸附剂介质上解吸吸附物。这个试验一般进行到试验容器504的压力在大约50乇时。此时，压力差别一般不足以维持通过质量流控制器的合适流速(～5sccm)。
从容器504流到冷凝接收容器534的吸附流体量可以通过单独地合计质量流(用质量流控制器)和通过称贮藏和分送容器504解吸前和解吸后的重量来测定。
在一个采用图11的分送测定系统的说明性的试验中，砷化氢气体从贮藏和分送容器中被分送，该容器装有具有表I的特性的碳材料作为吸附剂。试验结果如下表2所示。
表2
砷化氢从珠状活性碳上的解吸量
通过质量流控制器测定的解吸量    132克砷化氢/升吸附剂
通过重量差别测定的解吸量        166克砷化氢/升吸附剂
解吸后的吸附容量                167克砷化氢/升吸附剂
上述的吸附/解吸量数据反映了对于采用典型的分子筛吸附剂材料例如5A分子筛的相同的贮藏和分送系统。吸附能力提高了两倍，并且还显示了本发明相对于现有技术的显著的和意想不到的特性。
图12是包含用5A分子筛作吸附剂材料(曲线M，数据点符号Δ)的贮藏和分送系统以及包含用珠状活性碳作吸附剂材料(曲线N，数据点符号口)的贮藏和分送系统的性能图，图中显示了以乇为单位的贮藏和分送容器的压力，在流速为1标准立方厘米砷化氢/分钟时，随着作业的小时的变化。这些曲线显示了在1sccm稳定的砷化氢分送速率时，包含珠状活性碳(曲线N)的贮藏和分送系统在分送工作寿命方面有一个改进，它接近于2000小时，而曲线M的贮藏和分送系统的分送工作寿命接近1000小时。
本发明提供的贮藏和分送系统装置与方法是对用于贮藏和分送吸附气体的当前使用的高压气瓶的一种更安全的替代。本发明具有在0磅/英寸2时运输，贮藏和从气瓶或其它容器中分送吸附流体的能力。
在本发明的实践中，对吸附剂材料仅仅进行稍微的加热，即通过所谓的热辅助解吸，那么，就很容易获得大约500sccm或者更高的流速。然而，在本发明的实践中，气体分送的高速率也可采用热绝缘作业实现(没有热量或热能源补充输入到吸附着吸附物的吸附剂介质)，即仅仅通过在吸附剂容器和压力降低的外部分送场所例如在半导体或其它工业制造的生产设备中，诸如离子注入室、分子束外延生长装置或化学物质蒸汽沉积反应器之间存在的压力差。
本发明的装置可以很容易地做成一体设备形式，例如把本发明的一个或多个贮藏和分送系统安装在一个气体箱中。在这种包含多个吸附剂容器的气体箱装置中，每个容器通过安装支管连在一起以便从一个或多个这种容器中选择性地分送吸附流体。在气体箱中还可以包含单独的热电偶或者其它温度传感/监测装置和部件，以防止容器和/或气体箱的其它内部部件在使用过程中过分加热。
这种气源箱还可包括用于选择性地加热容器和容器中的吸附剂的熔丝加热器部件；一个洒水灭火系统；一个废气回热传感器；一个毒气传感器，在检测到有毒气时，该传感器可使装置停止运转；一个涤气器或容积吸附装置；以及备用的压力和温度控制装置。采用这种贮藏和分送系统装置，在15磅/英寸2时，500sccm的气体分送速率是很容易达到的。
在本发明的优选实施例中，固相碳物理吸附剂介质含有的选自水、金属，氧化的过渡金属物质的痕量组分的浓度不足以分解贮藏和分送容器中的吸附流体。在这点上应该注意的是，任何水、金属、过渡金属的氧化物在吸附剂材料中的大量存在会促进不希望有的吸附气体的大量分解。
在本发明的优选实施例中，固相碳物理吸附剂介质包含的选自水、氧化的过渡金属物质的痕量组分的重量以物理吸附剂介质的重量计少于百万分之350，较好地是少于百万分之100，更好地是小于百万分之10，最好地是不超过百万分之1。
对应地，固相碳物理吸附剂介质选自水、氧化的过渡金属物质(例如氧化物，亚硫酸盐和硝酸盐)的痕量组分以物理吸附剂介质的重量计的浓度，在25℃和内部压力条件下经过1年时间，最好不足以分解吸附流体重量的5％以上。
通过如下非限定性的实例，可以更充分地显示本发明的特点和优点。
例I
将74.7克(130ml)Kureha碳装入干净的150ml Hook不锈钢样品气瓶中。气瓶上装有一个NuproDS系列隔膜阀。阀的输入口进行调整以便安装一个30微米的Mott冶金烧结金属聚合物过滤器。聚合物过滤器用作抑制样品气瓶中的碳颗粒。
然后气瓶在300℃的温度被抽真空(脱气)48小时。用作脱气的真空泵(Alcatel Molecular Drag Pump)最终压强为1×10-6乇。脱气过程后，气瓶在室温下冷却约6小时。
采用的Kureha碳的一般特性如以上表1所示。
脱气作业的结果如下表3所示：
表3
碳吸附剂脱气特性
气瓶皮重                 1195.4克
气瓶+碳的重量            1270.1克
脱气后气瓶+碳的重量      1268.1克
通过脱气除去的挥发物质量 2.0克
碳的湿重                 74.7克
碳的干重                 72.7克
碳的湿体积               130毫升
例II
经过例I的脱气作业后，将抽真空后的碳样品气瓶连接到砷化氢填充管的砷化氢填充部分上。为维持一个近似的等温状态，把气瓶浸入装有温度恒定在25℃的乙二醇混合物的杜瓦瓶中。采用Neslab RTE-100循环恒定温度池使流体在杜瓦瓶中循环。
整个管道被抽真空到压力小于10-3乇以除去不可凝气体。抽真空后，碳样品上以25sccm的速率填充砷化氢直到达到760乇的压力。用MKS0-1000乇的Baratron压力转换器对压力进行监测。在填充作业中，对杜瓦瓶的温度、含碳的气瓶压力和外部通风橱的温度(填充进行的通风橱环境的温度)采用Fluke电子数据记录仪进行监测和记录。
填充速率选为25sccm是为了缩短用于测定吸附量所需的时间。然而，由于吸附效应的热量，不可能实现真正的等温。即使将气瓶浸入在恒定温度的流体中，在流体和吸附剂之间的热量交换的速率不是足够的快，也会导致充填作业中人为的高压。图4中显示了这种情况，它表明紧随着充填作业的是一个非平衡状态。
在结束充填砷化氢后，压力衰减有助于吸附床的冷却。在充填作业中，吸附剂床上包含的热量是由于吸附热引起的。一般地，通过在达到一个压力数据点以前使吸附作业达到平衡，可实现真正的等温。图5显示的是从图4推导出的曲经，它给出了压力衰减速率。速率曲线表明：当2小时后衰减速率接近于0时，压力变动趋于一个稳定的水平。重要的是压力没有增加，这表明砷化氢没有分解。
由此形成了一个近似的等温状态并如图4所示。
通过把试验期间砷化氢的质量流速率合计起来就可确定吸附量。吸附测量的结束点是在压力为760乇或1大气压时。吸附量也可通过质量来验证，即在未填充的气瓶的皮重和760乇的砷化氢吸附量时的整个气瓶的重量之间的差别。吸附量测定的结果如表4所示。
表4
吸附量结果
空吸附气瓶皮重                                1268.1克
充填砷化氢到760乇时气瓶重量                   1307.3克
每升碳吸附剂吸附的砷化氢克数                  301.5克通过总计质量流得到的每升碳吸附剂吸附的砷化氢克数  290.63克
基于现有技术中的砷化氢在沸石分子筛吸附剂上的吸附的砷化氢贮藏和分送系统技术已经被证实具有每天5乇的氢气生成速率。本发明采用在组成和性能上与沸石分子筛材料有区别的碳吸附剂材料，并且本发明已经被证实：其吸附物有着较高的稳定性和不会发生分解。
对应地，和本发明的贮藏和分送系统中的碳吸附剂的提高的工作量、解吸和其它功能特性相一致，很显然，相对于基于沸石的贮藏和分送系统以及从高压气瓶中分送气体物质的现有技术，本发明在本领域取得了一个显著的进展。
本发明的贮藏和分送系统可操作地连接到任何合适的下游工序以便利用分送气体。例如，贮藏和分送系统可以以流体供应关系与离子注入室、硅半导体生产设备、化合物半导体生产设备、平板显示仪生产设备、有机合成装备、药品生产设备、麻醉气体分送罩和空气处理或水污染处理设备、燃气炉或燃烧器、或者任何其它合适的下游装置或生产设备相连接，以便最终利用从本发明的贮藏和分送系统中分送的气体。
本发明的贮藏和分送系统可采用许多吸附剂材料进行实践，吸附剂材料可以有不同的孔尺寸、疏松度、形状和化学组成。
本发明的贮藏和分送系统可用于液体以及气体、蒸汽、多组分和多相流体流等的分送。贮藏和分送系统也可用于分送可升华的固体，贮藏和分送系统还可与用作与被分送流体起反应以形成中间或最终产品以便最终利用的反应容器连接。例如，贮藏和分送系统可把三氟硼烷气体分送到下游的氢化作用室；在氢化作用室中，三氟硼烷与氢化试剂例如氢化镁接触，在合适的反应条件下产生乙硼烷供随后的应用，如离子注入、半导体中搀杂或其它用途。
离子注入是尤其优先采用本发明的贮藏和分送系统的场合，并用于分送乙硼烷、锗烷、四氟化硅以及含锑的气体。
对于吸附流体从本发明的贮藏和分送容器中的吸附剂床上的热辅助解吸，任何合适的能源都可用于完成这种加热，包括RF(射频)、IR(红外线)和UV(紫外线)辐射、超音波和微波辐射以及通过其它的直接和间接的装置和方法的加热，诸如电阻加热或在吸附剂床中采用延伸的热传导平面或热交换通道等。
本发明可用于半导体材料和装置的制造以及其它的消耗气体的生产作业中；在这些作业中，本发明提供了一个可靠的“—经要求就可供气的”气体源，这些气体如氢化物气体、卤化物气体、气态的V族金属有机化合物等，例如包括：硅烷、乙硅烷、锗烷、氟、氨、磷化氢、砷化氢、锑化氢、硫化氢、硒化氢、锑化氢、三氟化硼、六氟化钨、氯气、氯化氢、溴化氢、碘化氢以及氟化氢。
通过提供一个经济的和可靠的气源，其中气体以相对低的压力安全地吸附在碳吸附剂介质上并随后很容易地分送到气体应用地点，本发明避免了使用传统高压气瓶带来的危险和气体运输问题。

Claims (70)

1.一种吸附一解吸装置，用于贮藏和分送吸附流体，所述装置包括：
一个贮藏和分送容器，制作成用于容纳固相碳物理吸附剂介质，并选择性地使流体流入或流出所述容器；
一种在内部压力下放置于所述贮藏和分送容器内的固相碳物理吸附剂介质；
一种物理吸附在所述固相碳物理吸附剂介质上的吸附流体；以及
一个与贮藏和分送容器气体流动相通连接的分送装置，它制作成用于：
(I)在所述贮藏和分送容器的外部提供一低于所述内部压力的压力，以使吸附流体从固相碳物理吸附剂介质上解吸并使被解吸的流体流过分送装置；和/或
(II)使热解吸的流体流过，并且包括用于加热碳吸附剂材料以使流体从其上解吸的装置，结果被解吸的流体从容器流入分送装置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料有一在25℃时随压力而变化的砷化氢气体吸附等温线，该等温线具有图1中曲线A的等温吸附特性。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料有一在25℃时随压力而变化的砷化氢气体吸附等温线，它具有下述的吸附容量特性：
压力(乇)    最少吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25            35
50            75
100           100
200           160
300           200
400           225
500           240
550           250
650         ～300。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料有一在25℃时随压力而变化的砷化氢气体吸附等温线，它具有下述的吸附容量特性：
压力(乇)    最少吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25             35-60
50             75-100
100            100-115
200            160-175
300            200-220
400            225-245
500            240-260
550            250-275
650            260～300。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料的孔体积在每克吸附剂材料有从大约0.2至大约2.0立方厘米的孔体积的范围内。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料的大部分孔体积，即50％以上的孔体积是由直径在大约2埃至大约100埃的范围内的孔组成的。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料的孔体积的80％以上是由直径在大约2埃至大约100埃的范围内的孔组成的。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料的孔体积大体全部是由直径在大约2埃至大约100埃的范围内的孔组成的。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料的平均孔直径在从大约2埃至大约20埃的范围内。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料的孔体积的大部分位于所述从2埃至20埃的范围内。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于碳吸附剂材料至少80％的孔体积位于所述从大约2埃至大约20埃的范围内。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料的孔体积大体全部位于所述从大约2埃至大约20埃的范围内。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料有至少为100的吸附剂工作量Cw，它是用砷化氢气体在40乇和650乇下测定的。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料有至少为180的吸附剂工作量Cw，它是用砷化氢气体在40乇和650乇下测定的。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料有至少为200的吸附剂工作量Cw，它是用砷化氢气体在40乇和650乇下测定的。
16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料的形态选自于由珠状、粒状、丸状、片状、粉末状、颗粒状、压出物、编织物、网状形式材料、蜂窝状脉石块、碳吸附剂与其它组分的复合物、以及碳吸附剂材料的所述形态的粉碎和碾碎形式组成的群组。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料是由珠状活性碳材料组成的。
18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料是由颗粒尺寸在直径从大约0.1毫米到1厘米的范围内的珠状活性碳材料组成的。
19.如权利要求1所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料是由颗粒尺寸在直径从大约0.25至大约2毫米的范围内的珠状活性碳材料组成。
20.一种用于贮藏和分送气体的吸附—解吸装置，它包括：
一个贮藏和分送容器，制作成用于容纳固相物理吸附剂介质，以及选择性地使气体流入或流出所述容器；
在内部压力下放置于所述贮藏和分送容器内的碳吸附剂材料；
物理吸附在所述碳吸附剂材料上的吸附物流体；
一个与贮藏和分送容器气体流动相通连接的分送装置，它制作成，用于经过热解析和/或压力差解析从碳吸附剂材料上解吸流体后，选择性地按需分送被解吸的流体，分送装置被制作成：
(I)在所述贮藏和分送容器的外部提供低于所述内部压力的压力，以使流体从碳吸附剂材料上解吸并使被解吸的流体流过分送装置；和/或
(II)使热解吸的流体通过这里流出，并且包含用于加热碳吸附剂材料以使流体从其上解吸的装置，以便于解吸的流体从所述容器流入到所述分送装置。
其特征在于，碳吸附剂材料不含有浓度足以分解所述贮藏和分送容器中的吸附物流体的痕量组分，所述痕量组分选自于由水、金属和氧化的过渡金属物质组成的群组。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，选自于水和氧化的过渡金属物质的痕量组分在碳吸附剂材料上的浓度在25℃和所述内部压力下经过1年时间不足以分解按重量计的吸附物流体的5％以上。
22.如权利要求20所述的装置，其特征在于，选自于水和氧化的过渡金属物质的痕量组分在碳吸附剂材料上的浓度在25℃和所述内部压力下经过1年时间不足以分解按重量计的吸附物流体的1％以上。
23.如权利要求20所述的装置，其特征在于，选自于水、金属和氧化的过渡金属物质的痕量组分在碳吸附剂材料上基于碳吸附剂材料的重量的浓度在25℃经过1周的时间不足以引起吸附物流体的分解而导致在贮藏和分送容器中的内部压力上升25％以上。
24.如权利要求20所述的装置，其特征在于，选自于水、金属和氧化的过渡金属物质的痕量组分在碳吸附材料上基于碳吸附剂材料的重量的浓度在25℃经过1周的时间不足以引起吸附物流体的分解而导致在贮藏和分送容器中的内部压力上升10％以上。
25.如权利要求20所述的装置，其特征在于碳吸附剂材料中含有的选自于水和氧化的过渡金属物质的痕量组分的重量与碳吸附剂材料的重量相比，其比例小于百万分之350。
26.如权利要求20所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料中含有的选自于水和氧化的过渡金属物质的痕量组分的重量与碳吸附剂材料的重量相比，其比例小于百万分之100。
27.如权利要求20所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料中含有的选自于水和氧化的过渡金属物质的痕量组分的重量与碳吸附剂材料的重量相比，其比例小于百万分之10。
28.如权利要求20所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料中含有的选自于水和氧化的过渡金属物质的痕量组分的重量与碳吸附剂材料的重量相比，其比例小于百万分之1。
29.如权利要求20所述的装置，其特征在于，吸附物气体选自于由硅烷、乙硼烷、砷化氢、磷化氢、氯气、BCl3、BF3、B2D6、六氟化钨、(CH3)3Sb、氟化氢、氯化氢、GeF4、SiF4、氘化氢化物(deuterated hydrides)、碘化氢、溴化氢、锗烷、氨、锑化氢、硫化氢、硒化氢、锑化氢和NF3组成的群组。
30.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述碳吸附剂材料经过处理以提高其吸附特性。
31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，用化学物品对碳吸附剂材料进行处理以加强吸附剂表面的功能，从而能(1)在吸附剂初始吸附随后将被分送的流体时，促进特定的流体在吸附剂介质上的吸附，和/或(2)在吸附剂处于从贮藏和分送容器中分送流体的工艺条件下，增强流体的解吸。
32.如权利要求20所述的装置，其特征在于，碳吸附剂材料通过在其表面涂覆增强吸附性能的材料而对碳吸附剂材料进行处理。
33.如权利要求20所述的装置，其特征在于，在贮藏和分送容器中还包含对杂质有亲合力的化学吸附剂材料，所述杂质对吸附剂材料的吸附功效不利。
34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述化学吸附剂选自于：
(A)清除剂，包括一种与其相连但不是共价健连结的载体；一种在有这种杂质存在的情况下提供一种阴离子以除去这种杂质的化合物，所述化合物选自于：
(i)阴碳离子源化合物，它对应的质子化的阴碳离子化合物pKa值从大约22至大约36；和
(ii)由所述阴碳离子源化合物与吸附气体反应形成的阴离子源化合物；以及
(B)清除剂，包括：
(i)一种表面积在大约50至大约100平方米/克范围内并且加热到至少250℃时保持热稳定性的惰性载体；和
(ii)一种活性的清除物质，它以每升载体上大约0.01至大约1摩尔的浓度存在于载体上，并且是选自于钠、钾、铷和铯的IA族金属和它们的混合物、合金以及它们在所述载体上的高温分解而沉积在载体上形成的。
35.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述化学吸附剂选自于由三苯甲基锂和砷化钾组成的群组。
36.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述化学吸附剂作为一个与碳吸附剂材料流体流动相通的化学吸附剂材料的独立床存在于所述贮藏和分送容器内。
37.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述化学吸附剂分散在贮藏和分送容器内的碳吸附剂材料上。
38.一种吸附一解吸装置，用于贮藏和分送吸附流体，所述装置包括：
一个贮藏和分送容器，制作成用于容纳固相物理吸附剂介质并选择性地使流体流入或流出所述容器；
在内部气体压力下放置于所述贮藏和分送容器内的固相物理吸附剂介质；
物理吸附在所述固相物理吸附剂介质上的吸附流体；以及
一个与贮藏和分送容器气体流动相通连接的分送装置，它制作成：
(I)在所述贮藏和分送容器的外部提供低于所述内部压力的压力，以使吸附流体从固相物理吸附剂介质上解吸并使被解吸的流体流过分送装置；和/或
(II)使热解吸的流体通过这里流出，并且包括用于加热吸附剂材料以使流体从其上解吸的装置，以便于被解吸的流体从所述容器流入到所述分送装置；
其特征在于，该装置至少具有如下的(i)-(iii)特性中的一个特性：
(i)吸附剂材料对砷化氢气体的吸附物解吸率至少是15％；
(ii)在40乇和650乇下对于砷化氢气体测定的吸附剂的吸附剂工作量至少为50；和
(iii)该装置由紧凑的、便携的、能在较小空间使用的流体源贮藏和分送系统组成，以及所述内部气体压力小于1200乇。
39.如权利要求38所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附流体选自于由气体、蒸汽、液体、多相流体和流体混合物组成的群组。
40.如权利要求38所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料的形式选自于由珠状、粒状、丸状、片状、粉末状、颗粒状、压出物、编织或网状形式材料、蜂窝状脉石块、吸附剂与其它组份的复合物、所述形式的粉碎和碾碎的形式组成的群组。
41.如权利要求38所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料选自于由聚合物、磷硅酸铝(duminumphosphosilicate)、粘土、沸石、多孔硅、蜂窝状脉石材料和碳材料组成的群组。
42.如权利要求38所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附流体选自于由硅烷、乙硼烷、砷化氢、磷化氢、碳酰氯、氯气、BCl3、BF3、B2D6、六氟化钨、氟化氢、氯化氢、碘化氢、溴化氢、锗烷、氨、锑化氢、硫化氢、氰化氢、硒化氢、碲化氢、氘化的氢化物(deuteratedhydrides)、卤素气态化合物、有机化合物和金属有机化合物组成的群组。
43.如权利要求38所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料选自于由沸石和碳吸附剂组成的群组。
44.如权利要求38所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料由活性碳组成。
45.如权利要求38所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料由珠状活性碳组成。
46.如权利要求45所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述珠状活性碳的直径在从大约0.1厘米至大约1厘米的范围内。
47.如权利要求38所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料的孔体积的大部分是由直径在2埃至100埃范围内的孔组成的。
48.如权利要求38所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料有一在25℃下测量的每升吸附剂吸附的砷化氢克数随压力(单位：乇)而变化的砷化氢气体吸附等温线，它具有如下的吸附容量特性：
压力(乇)    最少吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25               30
50               62
100              105
200              145
300              168
400              177
500              185
550              188
650              192。
49.如权利要求38所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料有一在25℃时测量的每升吸附剂吸附的砷化氢克数随压力(单位：乇)而变化的砷化氢气体吸附等温线，它具有如下的吸附容量特性：
压力(乇)    吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25               30-106
50               62-138
100              105-185
200              145-232
300              168-263
400              177-288
500              185-308
550              188-315
650              192-330。
50.一种吸附—解吸装置，用于贮藏和分送吸附流体，所述装置包括：
一个贮藏和分送容器，制作成用于容纳固相物理吸附剂介质，并选择性地使流体流入和流出所述容器；
在内部气体压力下放置在所述贮藏和分送容器内的固相物理吸附剂介质；
物理吸附在所述固相物理吸附剂介质上的吸附流体；以及
一个与贮藏和分送容器气体流动相通连接的分送装置，它制作成：
(I)在所述贮藏和分送容器的外部提供一低于所述内部压力的压力，以使吸附流体从固相物理吸附剂介质上解吸并使被解吸的流体流过分送装置；和/或
(II)使热解吸的流体通过这里流出，并且包括用于加热吸附剂材料以使流体从其上解吸的装置，以便于被解吸的流体从所述容器流入到所述分送装置；
其特征在于，对于砷化氢气体吸附剂材料的吸附物解吸率至少为15％。
51.一种吸附—解吸装置，用于贮藏和分送吸附流体，所述装置包括：
一个贮藏和分送容器，制作成用于容纳固相物理吸附剂介质并选择性地使流体流入和流出所述容器；
在内部气体压力下放置在所述贮藏和分送容器内的固相物理吸附剂介质；
物理吸附在所述固相物理吸附剂介质上的吸附流体；以及
一个与贮藏和分送容器气体流动相通连接的分送装置，它制作成：
(I)在所述贮藏和分送容器的外部，提供一低于所述内部压力的压力，以使吸附流体从固相物理吸附剂介质上解吸并使被解吸的流体流过分送装置；和/或
(II)使热解吸的流体通过这里流出，并包括用于加热吸附剂材料以使流体从其上解吸的装置，以便于被解吸的流体从所述容器流入到所述分送装置；
其特征在于，用砷化氢气体在40乇和650乇下测定的吸附剂工作量至少为50。
52.一种紧凑的，便携的、可在较小空间使用的吸附—解吸装置，用于贮藏和分送吸附流体，所述装置包括：
一个贮藏和分送容器，制作成用于容纳固相物理吸附剂介质并选择性地使流体流入或流出所述容器；
在不超过1200乇的内部气体压力下放置在所述贮藏和分送容器内的固相物理吸附剂介质；
物理吸附在所述固相物理吸附剂介质上的吸附流体；以及
一个与贮藏和分送容器气体流动相通连接的分送装置，它制作成：
(I)在所述贮藏和分送容器的外部，提供一低于所述内部压力的压力，以使吸附流体从固相物理吸附剂介质上解吸并使被解吸的流体流过分送装置；和/或
(II)使热解吸的流体通过这里流出，并且包括用于加热吸附剂材料以使流体从其上解析并使得被解吸的流体从容器流入到分送装置的装置。
53.如权利要求52所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附流体选自于气体、蒸汽、液体、多相流体和流体混合物组成的物组。
54.如权利要求52所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料的形式选自于由珠状、粒状、丸状、片状、粉末状、颗粒状、压出物、编织或网状形式材料、蜂窝状脉石块、吸附剂和其它组份的复合物、所述形态的粉碎或碾碎的形态组成的群组。
55.如权利要求52所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料选自于由聚合物、磷硅酸铝(aluminumphosphosilicate)、粘土、沸石、多孔硅、蜂窝状脉石材料和碳材料组成的物组。
56.如权利要求52所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附流体选自于由硅烷、乙硼烷、砷化氢、磷化氢、碳酰氯、氯气、BCl3、BF3、B2D6、六氟化钨、氟化氢、氯化氢、碘化氢、溴化氢、锗烷、氨、锑化氢、硫化氢、氰化氢、硒化氢、碲化氢、氘化的氢化物(deuteratedhydrides)、卤素气态化合物、有机化合物和金属有机化合物组成的群组。
57.如权利要求52所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料选自于由沸石和碳吸附剂组成的群组。
58.如权利要求52所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料由活性碳组成。
59.如权利要求52所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料由珠状活性碳组成。
60.如权利要求59所述的吸附—解吸装置，其特征在于所述珠状活性碳的直径在从大约0.1厘米至大约1厘米的范围内。
61.如权利要求52所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料的孔体积的大部分是由直径在大约2埃至100埃的范围内的孔组成的。
62.如权利要求52所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料有一在25℃时测定的每升吸附剂吸附的砷化氢克数随压力(单位：乇)变化的吸附等温线，它具有下述吸附容量特性：
压力(乇)    最少吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25                     30
50                     62
100                    105
200                    145
300                    168
400                    177
500                    185
550                    188
650                    192。
63.如权利要求52所述的吸附—解吸装置，其特征在于，所述吸附剂材料有一在25℃时测定的每升吸附剂吸附的砷化氢克数随压力(单位：乇)变化的吸附等温线，它具有下述吸附容量特性：
压力(乇)    吸附容量(克砷化氢/升吸附剂)
25                 30-106
50                 62-138
100                105-185
200                145-232
300                168-263
400                177-288
500                185-308
550                188-315
650                192-330。
65.一种用于供应流体试剂的方法，这种方法包括：
提供一个装有碳吸附剂材料的贮藏和分送容器，所述碳吸附剂材料对所述流体试剂有物理吸附亲合力；
使流体试剂物理吸附在碳吸附剂材料上以形成吸附有吸附流体的碳吸附剂材料；
通过减压(压力差)解吸和/或加热吸附剂材料，使吸附流体从吸附有吸附流体的碳吸附剂材料上解吸；以及
分送来自贮藏和分送容器中的被解吸的流体。
66.如权利要求65所述的方法，其特征在于，所述流体试剂选自于由硅烷、乙硼烷、砷化氢、磷化氢、氯气、BCl3、BF3、B2D6、六氟化钨、(CH3)3Sb、氟化氢、氯化氢、氘化的氢化物(deuteratedhydrides)、GeF4、SiF4、碘化氢、溴化氢、锗烷、氨、锑化氢、硫化氢、硒化氢、碲化氢、NF3以及它们的混合物组成的群组。
67.如权利要求66所述的方法，其特征在于，金属有机化合物包含的金属部分选自于由铝、钡、锶、镓、铟、钨、锑、银、金、钯、钆、钙、锂、钾、铯、钛、钇、锆、铅、钛、铌、钒、铂、铊、铋、锡、碲、硒、镍、锌、钨、锰、铁、钴、钼、镁、钪、铬、铜、镉、镧、铈组成的群组。
68.一种吸附—解吸装置，用于贮藏和分送可吸附在碳吸附剂材料上的流体，它包括：
一个贮藏和分送容器，它制作成用于容纳碳吸附剂材料并选择性地使流体流入或流出所述容器；
在内部流体压力下放置在贮藏和分送容器内的碳吸附剂材料；
物理吸附在碳吸附剂材料上的吸附流体；
一个与贮藏和分送容器流体流动相通连接的分送装置，它制作成用于在贮藏和分送容器的外部，提供一低于所述内部压力的压力，以使吸附气体从碳吸附剂材料上解吸并使被解吸的气体流过分送装置；以及
一个与分送装置连接的低温抽吸泵，用于给被解吸的气体加压并排出相应被加压的气体。
69.一种用于贮藏和分送可吸附在碳吸附剂材料上的流体的方法，它包括下述步骤：
提供一个用于容纳碳吸附剂材料的贮藏和分送容器；
使这种流体吸附在碳吸附剂材料上；
在贮藏和分送容器的外部建立一低于内部压力的压力，以使吸附流体从碳吸附剂材料上解吸并使被解吸的流体流出贮藏和分送容器；以及
将来自贮藏和分送容器的解吸流体低温抽吸到一个预定的压力，其特征在于这个预定压力要高于从贮藏和分送容器中流出的解吸流体的压力。
70.一种离子注入系统，它包括一个试剂源和一个与所述试剂源气体流动相通连接的离子注入装置，其特征在于，所述试剂源包括：
一吸附—解吸装置，用于贮藏和分送气体，所述装置包括：
一个贮藏和分送容器，它制作成用于容纳固相物理吸附剂介质并选择性地使气体流入或流出所述容器；
在内部气体压力下放置在所述贮藏和分送容器内的固相碳物理吸附剂介质；
物理吸附在所述固相碳物理吸附剂介质上的吸附气体；以及
一个把贮藏和分送容器与所述离子注入装置相互气体流动相通连接的分送装置，它制作成用于在所述贮藏和分送容器的外部提供一低于所述内部压力的压力，以使吸附气体从固相物理吸附剂介质上解吸并使被解吸的气体流过分送装置到达离子注入装置。
71.一种用于向离子注入区供应气体试剂的方法，它包括：
提供一个装有固相碳物理吸附剂介质的贮藏和分进容器，该固相碳物理吸附剂介质对所述气体试剂具有物理吸附亲合力；
使吸附气体物理吸附在所述固相碳物理吸附剂介质上以形成吸附有吸附气体的碳物理吸附剂介质；
可选择性地通过减压解吸从吸附有吸附气体的碳物理吸附剂介质上解吸吸附气体，以便于将其分送；以及
使被解吸的吸附气体从贮藏和分送容器流到离子注入区。
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