一、半導(dǎo)體制造中氧監(jiān)測的重要性與難點(diǎn)

在半導(dǎo)體制造過程中，氧污染會引發(fā)不必要的氧化反應(yīng)，導(dǎo)致集成電路和硅片產(chǎn)生缺陷，進(jìn)而破壞薄膜結(jié)構(gòu)的完整性，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的均勻性與可靠性。因此，半導(dǎo)體制造商必須對工藝氣體及設(shè)備腔室中的氧含量進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，即便是微量氧氣（低至ppm級）也可能顯著損害元件性能。

目前，半導(dǎo)體工藝氣體中的氧監(jiān)測主要面臨以下技術(shù)難點(diǎn)：

• 需實(shí)現(xiàn)10 ppm以下超低濃度氧的精確檢測；

• 需支持真空環(huán)境下的持續(xù)氧濃度監(jiān)測；

• 需在還原性氣氛中確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在眾多氣體檢測技術(shù)中,微量氧分析技術(shù)因其響應(yīng)速度快、測量精度高、量程范圍廣、穩(wěn)定性強(qiáng)及使用壽命長等優(yōu)勢，成為半導(dǎo)體行業(yè)氧濃度監(jiān)測的理想選擇。

二、國產(chǎn)化方案的創(chuàng)新與實(shí)踐

西安潤萊儀器儀表有限公司，20年專注于微量氧分析儀的研發(fā)與推廣。為滿足半導(dǎo)體及電子行業(yè)對低濃度氧氣檢測日益提升的需求，公司成功開發(fā)出RL-S100L,RL-B100L等系列低濃度氧氣分析儀。該系列產(chǎn)品分辨率達(dá)0.1 ppm，量程覆蓋0–10 ppm/100ppm/1000ppm，具備優(yōu)異的再現(xiàn)性與高速響應(yīng)特性。

1. 微量氧分析儀工作原理

氧傳感器實(shí)質(zhì)上是氧電池，陰極為氧電極,陽極為適當(dāng)?shù)慕饘?因氧需借助金屬放電，通常這種氧電池的陰極為銀，陽極為鉛，內(nèi)充電解質(zhì)，并以覆膜與樣氣分隔氧能通過覆膜進(jìn)入傳感器而電解質(zhì)不外溢。在銀鉛電極處，氧分子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，這個化學(xué)反應(yīng)過程由電荷的收集而產(chǎn)生可 測量的電流。參見圖2。其反應(yīng)式如下：

陰極:O2 + 4H+ + 4e - →2H2O 

陽極:2Pb + 2H2O →2PbO + 4H+ + 4e- 

電池總反應(yīng):O2 + 2Pb →2PbO 

覆膜原電池式氧傳感器是一種電流型測量器件,它可用擴(kuò)散電流模型 

來進(jìn)行描述,其工式如下： 

i= nFAD/l·c………………… (1) 

式中: 

n 為反應(yīng)電子數(shù) 

F 為法拉第常數(shù) 

A 為陰極表面積 

D 為氧擴(kuò)散系數(shù) 

l 為透氣膜外表至陰極表面的距離 

c 為溶氧濃度 

當(dāng)電池的材料、結(jié)構(gòu)確定時(shí),在一定溫度下,式(1) 可簡化為： 

i = k·c………………… (2) 

由式（2）可以看出，傳感器輸出的電流與氧濃度成正比,為線性元件。

2. 潤萊儀器RL-S100L微量氧分析儀

RL-S100L型微量氧分析儀采用電化學(xué)燃料電池式原理，是一種以微處理器為核心的智能分析儀。

產(chǎn)品主要特點(diǎn)：

測量原理：電化學(xué)                                                                       

測量范圍：0～10/100/1000PPm（量程可任意選擇）                                              

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

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

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

分 辨 率：0.1ppm   

l 儀器采用全中文菜單操作，通俗易懂、簡單可靠，具有控制觸點(diǎn)輸出、越限自身報(bào)警（蜂鳴器及屏幕顯示），并可隨意設(shè)置報(bào)警方式；

l 選用進(jìn)口傳感器，精度高、響應(yīng)快等特點(diǎn)；

l 無人值守時(shí)，定時(shí)自動存儲功能，可隨時(shí)查看存儲數(shù)據(jù)；

l 內(nèi)置溫度補(bǔ)償，減小樣氣溫度和環(huán)境的變化對測量精度的影響；

l 采用新型的氣路穩(wěn)流系統(tǒng)；具有技術(shù)先進(jìn)、精度高、響應(yīng)快、性能穩(wěn)定、功能齊全、操作方便、氣體分析過程連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)；

l 內(nèi)置抽氣泵（可選）。

3. 潤萊儀器RL-B100L便攜微量氧分析儀

RL-B100L型便攜式微量氧分析儀采用電化學(xué)燃料電池式原理，是一種以微處理器為核心的智能分析儀。

產(chǎn)品主要特點(diǎn)：

測量原理：進(jìn)口電化學(xué)燃料電池式                                                                   

  測量范圍：0.00～10/100/1000PPm（量程可選，訂貨說明）                                           

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

            ≤±2％FS (10～100PPm)                                                                    

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

  分 辨 率：0.01PPm    

l 儀器采用全中文菜單操作，通俗易懂、簡單可靠，越限自身報(bào)警（蜂鳴器及屏幕顯示），并可隨意設(shè)置報(bào)警方式；

l 無人值守時(shí)，定時(shí)自動存儲功能，可隨時(shí)查看存儲數(shù)據(jù)；

l 內(nèi)置溫度補(bǔ)償，減小樣氣溫度和環(huán)境的變化對測量精度的影響；

l 采用新型的氣路穩(wěn)流系統(tǒng)；具有技術(shù)先進(jìn)、精度高、響應(yīng)快、性能穩(wěn)定、功能齊全、操作方便、氣體分析過程連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)；

l 配有大功率電池，一次充電保證儀器連續(xù)工作40小時(shí)以上；

三、氧分析儀的典型應(yīng)用場景

潤萊微量氧分析儀廣泛用于空分制氮、化工流程、磁性材料等高溫?zé)Y(jié)爐保護(hù)氣體、電子行業(yè)保護(hù)性氣體以及玻璃、槽車、充氮食品包裝袋或氣罐，建材行業(yè)及各種混合氣體中微量氧的便攜快速檢測分析。