电子级硝酸铈铵结晶纯化工艺及痕量铁杂质去除机制研究

本研究针对电子级硝酸铈铵(CAN)纯化过程中痕量铁(Fe)杂质检测难题，开发了结合标准加入法与内标法的ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）新方法，并探究冷却速率、晶种负载量与尺寸对Fe去除的影响。通过优化结晶参数（0.2 K·min–1冷却速率、0.5%质量600–680 μm晶种），Fe含量降至0.24 mg·L–1，去除率达92.28%，为电子化学品高精度纯化提供关键技术支撑。

　　

电子级化学品的纯度直接决定集成电路的性能，而硝酸铈铵(CAN)作为铬蚀刻剂的核心成分，其痕量铁(Fe)杂质会显著降低电子元件可靠性。尽管结晶法是CAN纯化的主流技术，但传统检测手段如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)因高浓度铈(Ce)的基质干扰和多原子离子干扰，难以准确检测亚微克级Fe。更棘手的是，结晶参数（如冷却速率、晶种特性）与杂质去除的关联机制长期不明，导致工艺优化缺乏理论指导。

为解决这一难题，中国的研究团队在《Chinese Journal of Chemical Engineering》发表论文，系统研究了CAN的溶解特性与结晶动力学。他们创新性地将标准加入法与内标法结合，并启用动能歧视(KED)模式，显著降低了Ce对Fe检测的干扰，首次实现0.24 mg·L^–1级Fe的精准测定。关键技术包括：1）采用冷却结晶法测定CAN溶解度（室温达154.17 g/100 g水）；2）通过热重-差示扫描量热(TG-DSC)确认CAN无熔点，选用修正Apelblat方程拟合数据；3）设计多因素实验探究晶种质量负载（调控二次成核与晶体生长）与尺寸对Fe吸附-团聚机制的影响。

材料
实验采用国产电子级粗CAN与硝酸，通过ICP-MS分析时使用国家有色金属中心提供的Fe/Mn标准溶液。

溶解度数据
研究发现CAN在水中的溶解度随温度急剧上升，但TG-DSC显示其无熔点特性，排除了熔融结晶法的适用性，为冷却结晶工艺选择提供依据。

结论
最优参数下（0.2 K·min^–1冷却速率、0.5%质量600–680 μm晶种），Fe去除率突破92.28%，证实晶种负载量通过调控晶体平均尺寸影响杂质截留效率。

讨论与意义
该研究不仅建立了电子级化学品超痕量检测新标准，更揭示了结晶参数-杂质去除的定量关系，为半导体材料高纯化工艺奠定理论基础。研究获国家自然科学基金(22308358等)及中科院青年基础研究项目(YSBR-038)支持，作者声明无利益冲突。