[发明专利]用于高效节能地电化学生产氢化物气体的方法和设备

权利要求书

1.一种用于产生氢化物气体的电化学设备，其包括：

电化学反应器，所述电化学反应器具有压力容器，所述压力容器的内部含有阴极、阳极和电解质，其中所述阴极包括第一量的能够还原以形成氢化物气体的导电前体材料；

第一阴极材料补充室，所述第一阴极材料补充室的内部含有第二量的导电前体材料，并具有与所述压力容器的内部连通的第一开口以用于将所述第二量的导电前体材料的一些或全部转移至所述压力容器的内部；

阀，所述阀能够选择性地定位到打开位置和关闭位置，所述打开位置允许将所述第二量的导电前体材料的一些或全部通过所述第一开口转移到所述压力容器的内部中，所述关闭位置提供在所述压力容器的内部与阴极材料补充室的内部之间的气密性密封。

2.一种用于产生氢化物气体的电化学设备，其包括：

电化学反应器，所述电化学反应器具有压力容器，所述压力容器的内部含有阴极、阳极和电解质，其中所述阴极包括第一量的能够还原以形成氢化物气体的导电前体材料；

其中，导电前体材料为颗粒形式，并且所述阴极包括导电前体材料的颗粒的填充床；并且

其中，(i)所述填充床的底部与所述阳极的顶表面间隔开并面向所述顶表面和/或(ii)所述填充床和所述阳极被布置为使得在由所述设备产生氢化物气体的过程中，能够消耗所述填充床的至少80重量％(优选至少90重量％，更优选至少95重量％)的颗粒，而且不改变反应器的电化学反应横截面积。

3.根据权利要求1所述的设备，其还包括控制器，所述控制器能够运行为使得将所述阀选择性地定位到所述打开位置和所述关闭位置。

4.根据权利要求1、2或3所述的设备，其还包括控制器，所述控制器能够运行为使得控制氢化物气体的产生并保持所产生的氢化物气体的流量和压力。

5.根据任一前述权利要求所述的设备，其还包括连接至所述压力容器的气体歧管和导管以用于将氢化物气体输送至半导体制造反应器。

6.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，导电前体材料为颗粒形式，并且所述阴极包括导电前体材料的颗粒的填充床。

7.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，导电前体材料为金属前体材料。

8.根据权利要求6或7所述的设备，其还包括浸入所述填充床中的阴极集电器，所述集电器被配置为允许导电前体材料在被消耗时在所述填充床中移动。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述阴极集电器位于所述填充床中电解质的水平面上方。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述阴极集电器被配置为三维多孔金属板栅。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述板栅具有的板栅尺寸大于所述填充床的颗粒的尺寸。

12.根据权利要求6至11中任一项所述的设备，其中，所述填充床的底部面向所述阳极的顶表面和/或所述填充床和所述阳极被布置为使得在由所述设备产生氢化物气体的过程中，能够消耗所述填充床的至少80重量％(优选至少90重量％，更优选至少95重量％)的颗粒，而且不改变反应器的电化学反应横截面积。

13.根据权利要求2或12所述的设备，其中，在产生氢化物气体的过程中消耗导电前体材料时，所述填充床的底部的横截面积保持恒定。

14.根据权利要求12或13所述的设备，其中，所述填充床的底部与所述阳极的顶表面间隔开第一距离，并且所述第一距离除以所述填充床的横截面积的值在约0.0004至约0.002的范围内。

15.根据权利要求2或权利要求6至14中任一项所述的设备，其还包括支撑所述填充床的非导电多孔板。