半导体行业微量氧分析仪的应用和选择

一、半导体制造中氧监测的重要性与难点

在半导体制造过程中，氧污染会引发不必要的氧化反应，导致集成电路和硅片产生缺陷，进而破坏薄膜结构的完整性，严重影响产品的均匀性与可靠性。因此，半导体制造商必须对工艺气体及设备腔室中的氧含量进行严格监控，即便是微量氧气（低至ppm级）也可能显著损害元件性能。

目前，半导体工艺气体中的氧监测主要面临以下技术难点：

• 需实现10 ppm以下超低浓度氧的精确检测；

• 需支持真空环境下的持续氧浓度监测；

• 需在还原性气氛中确保设备安全稳定运行。

在众多气体检测技术中,微量氧分析技术因其响应速度快、测量精度高、量程范围广、稳定性强及使用寿命长等优势，成为半导体行业氧浓度监测的理想选择。

二、国产化方案的创新与实践

西安润莱仪器仪表有限公司，20年专注于微量氧分析仪的研发与推广。为满足半导体及电子行业对低浓度氧气检测日益提升的需求，公司成功开发出RL-S100L,RL-B100L等系列低浓度氧气分析仪。该系列产品分辨率达0.1 ppm，量程覆盖0–10 ppm/100ppm/1000ppm，具备优异的再现性与高速响应特性。

1. 微量氧分析仪工作原理

氧传感器实质上是氧电池，阴极为氧电极,阳极为适当的金属.因氧需借助金属放电，通常这种氧电池的阴极为银，阳极为铅，内充电解质，并以覆膜与样气分隔氧能通过覆膜进入传感器而电解质不外溢。在银铅电极处，氧分子产生化学反应，这个化学反应过程由电荷的收集而产生可 测量的电流。参见图2。其反应式如下：

阴极:O2 + 4H+ + 4e - →2H2O 

阳极:2Pb + 2H2O →2PbO + 4H+ + 4e- 

电池总反应:O2 + 2Pb →2PbO 

覆膜原电池式氧传感器是一种电流型测量器件,它可用扩散电流模型 

来进行描述,其工式如下： 

i= nFAD/l·c………………… (1) 

式中: 

n 为反应电子数 

F 为法拉第常数 

A 为阴极表面积 

D 为氧扩散系数 

l 为透气膜外表至阴极表面的距离 

c 为溶氧浓度 

当电池的材料、结构确定时,在一定温度下,式(1) 可简化为： 

i = k·c………………… (2) 

由式（2）可以看出，传感器输出的电流与氧浓度成正比,为线性元件。

2. 润莱仪器RL-S100L微量氧分析仪

RL-S100L型微量氧分析仪采用电化学燃料电池式原理，是一种以微处理器为核心的智能分析仪。

产品主要特点：

测量原理：电化学                                                                       

测量范围：0～10/100/1000PPm（量程可任意选择）                                              

精    度：≤±3％F.S（0～10PPm）                                                      

                        ≤±2％F.S (10～100PPm)                                                  

                        ≤±1％F.S (100PPm～1000PPm)                                                             

分 辨 率：0.1ppm   

l 仪器采用全中文菜单操作，通俗易懂、简单可靠，具有控制触点输出、越限自身报警（蜂鸣器及屏幕显示），并可随意设置报警方式；

l 选用进口传感器，精度高、响应快等特点；

l 无人值守时，定时自动存储功能，可随时查看存储数据；

l 内置温度补偿，减小样气温度和环境的变化对测量精度的影响；

l 采用新型的气路稳流系统；具有技术先进、精度高、响应快、性能稳定、功能齐全、操作方便、气体分析过程连续等优点；

l 内置抽气泵（可选）。

3. 润莱仪器RL-B100L便携微量氧分析仪

RL-B100L型便携式微量氧分析仪采用电化学燃料电池式原理，是一种以微处理器为核心的智能分析仪。

产品主要特点：

测量原理：进口电化学燃料电池式                                                                   

  测量范围：0.00～10/100/1000PPm（量程可选，订货说明）                                           

  精    度：≤±3％FS（0.00～10PPm）                                               

            ≤±2％FS (10～100PPm)                                                                    

            ≤±1％FS (100PPm～10000PPm)                                                                   

  分 辨 率：0.01PPm    

l 仪器采用全中文菜单操作，通俗易懂、简单可靠，越限自身报警（蜂鸣器及屏幕显示），并可随意设置报警方式；

l 无人值守时，定时自动存储功能，可随时查看存储数据；

l 内置温度补偿，减小样气温度和环境的变化对测量精度的影响；

l 采用新型的气路稳流系统；具有技术先进、精度高、响应快、性能稳定、功能齐全、操作方便、气体分析过程连续等优点；

l 配有大功率电池，一次充电保证仪器连续工作40小时以上；

三、氧分析仪的典型应用场景

润莱微量氧分析仪广泛用于空分制氮、化工流程、磁性材料等高温烧结炉保护气体、电子行业保护性气体以及玻璃、槽车、充氮食品包装袋或气罐，建材行业及各种混合气体中微量氧的便携快速检测分析。