钢瓶里出来的高纯氢标称纯度5个9，到了半导体工艺设备门口往往还差一截。5N意味着杂质总量是10ppm，水分、氧气和一氧化碳各占几个ppm。但外延生长和CVD工艺要求氢气纯度达到7N甚至9N，也就是杂质总量不到1ppb。从钢瓶出口到工艺入口之间的这段差距，就得靠气体纯化器来补。
钯膜纯化是氢气纯化里精度最高的路线。原理不复杂，钯银合金膜在400℃左右只允许氢原子透过，其他分子和离子都被挡在膜的另一侧。氢气分子在钯膜表面解离成氢原子，扩散穿过晶格后在另一侧重新结合成氢分子。整个过程没有化学反应消耗，钯膜本身不损耗。经过钯膜纯化的氢气纯度可以达到9个9，水分和氧气含量都在1ppb以下。缺点是只对氢气有效，其他气体用不了，而且钯膜价格贵，开机预热要两三个小时。
分子筛吸附走的是另一条路。沸石分子筛有均匀的微孔结构，孔径大小在3到10埃之间，正好把水分子和二氧化碳分子吸附在孔道里。气体从分子筛床层流过，水和二氧化碳被抓住，其他气体分子直接穿过去。工业上用变温吸附流程，也就是TSA。一塔运行吸附杂质，另一塔加热到200℃左右把吸附的水汽和二氧化碳脱附出来，用干燥氮气吹扫再生。两塔切换周期一般在8到24小时，具体看进气湿度和设计处理量。分子筛对氮气、氩气和氧气的脱水效果最好，除二氧化碳也管用。
催化除氧用的是脱氧剂。最常见的是载铜或载锰的氧化铝颗粒，在常温或加热条件下把氧气催化转化成水。铜基脱氧剂在150到200℃工作效率最高，能把氧气从ppm级降到ppb级。锰基脱氧剂可以常温使用，适合不便加热的场合。脱氧剂跟氧气反应后会逐渐失活，需要定期通氢气还原再生。再生周期根据进气氧含量和累计处理量计算，一般3到6个月一次。脱氧剂只除氧，不除水和二氧化碳，所以通常跟分子筛串联使用。
金属吸气剂用在更苛刻的场合。锆铝合金吸气剂在300到400℃下能跟氢气、氧气、氮气、一氧化碳和碳氢化合物发生反应，把这些活性气体从气流中彻底清除。吸气剂不区分气体种类，凡是化学活性气体都能吸附。缺点是对惰性气体如氦、氖、氩完全无效，而且价格贵、再生条件复杂。它一般作为终端精纯化放在最后一级，把前面几级纯化后残留的微量活性气体吃掉。
选型时先看气体品种。氢气选钯膜，精度最高。氮气、氩气和氧气用分子筛加催化脱氧的组合。硅烷和磷烷这类还原性特气不能用钯膜，也不能用含铜脱氧剂，因为会跟工艺气体反应，这类气体的纯化要用专门的固载型吸附剂。再看流量，纯化器的额定流量要留30%以上余量，实际用一半左右时效果最好，满负荷工作会影响出口纯度稳定性。入口纯度和出口要求也要算清楚，入口杂质浓度越高，纯化器的再生频率越密。
维护上最容易忽略的是再生周期管理。分子筛塔超过设计周期不切换，穿透之后杂质会直接冲到后端。脱氧剂不按时还原，除氧效率会在几周内急剧下降。钯膜相对省心，只要不出现气体泄漏和冷却过快，寿命可以到五到八年。建议每台纯化器都装在线水分仪和氧气分析仪，实时监测出口纯度，数据超标自动报警，比靠时间表换耗材靠谱得多。
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