CS242031B1 - Způsob určení velmi malých koncentrací kyslíku v plynech a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents
Způsob určení velmi malých koncentrací kyslíku v plynech a zařízení k provádění tohoto způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CS242031B1 CS242031B1 CS849200A CS920084A CS242031B1 CS 242031 B1 CS242031 B1 CS 242031B1 CS 849200 A CS849200 A CS 849200A CS 920084 A CS920084 A CS 920084A CS 242031 B1 CS242031 B1 CS 242031B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- oxygen
- piezoelectric resonator
- gas
- tight chamber
- vacuum
- Prior art date
Links
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 39
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims description 39
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims description 39
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012476 oxidizable substance Substances 0.000 claims description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011197 physicochemical method Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 239000011364 vaporized material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
Vynález se týká způsobu určení velmi malých koncentrací kyslíku v plynech a zařízení k provádění tohoto způsobu.
Při řadě technologických operací je nutno pracovat s velmi čistými látkami a plyny. Zejména u přípravy polovodičů tyto požadavky stoupají a znečištění plynů, kde probíhá technologická operace, nad hodnoty 1 : 107 znehodnocuje vyrobené materiály. I při použití speciálních čisticích zařízení, zejména pro čištění vodíku a inertních plynů, je nutno obsah kyslíku trvale měřit a tak kontrolovat účinnost čištění.
Dosud známá měření obsahu kyslíku se provádějí řadou fyzikálních a fyzikálněchemických metod. Běžně fyzikálněchemické metody, které se užívají, využívají reakce kyslíku, procházejícího spolu s nosným plynem kapalinou, která pak změnou svých fyzikálních vlastností, například vodivostí, indikuje přítomnost kyslíku.
Přes dostatečnou citlivost i přesnost, se tyto měřiče nerozšířily, protože jsou investičně nákladné a složité v provozu i v údržbě a neposkytují informace dostatečně rychle.
Tyto nevýhody odstraňuje způsob měření velmi malých koncentrací kyslíku v plynech a zařízení k provádění tohoto způsobu podle vynálezu. Podstatou tohoto způsobu je, že plyn, obsahující kyslík, se přivádí do kontaktu s oxidovatelným kovem, naneseným na povrchu alespoň jedné elektrody piezoelektrického rezonátoru. Tento kov musí být inertní vůči plynu, v němž je kyslík obsažen. Lze například použít železo, hliník, hořčík nebo měď. Změna hmotnosti, způsobená vznikem oxidu příslušného kovu na povrchu elektrody resp. elektrod, která je úměrná obsahu kyslíku ve znečištěném plynu, se indikuje změnou kmitočtu piezoelektrického rezonátoru.
Podstatou zařízení pro určení velmi malých koncentrací kyslíku je, že sestává z potrubí pro přívod plynu s obsahem kyslíku, k němuž je připevněno hrdlo napojené na trojcestný ventil. Tento ventil je spojen jednak s vakuovým prostorem a jednak přes spojovací hrdlo opatřené napouštěcím ventilem s vakuově těsnou komorou, mající uzávěr. Tento uzávěr je opatřen prvními dvěma izolačními průchodkami, které jsou uvnitř vakuově těsné komory připojeny na elektrody piezoelektrického rezonátoru a vně jsou spojeny s oscilátorem. Na vstup oscilátoru je připojen čítač. Nad piezoelektrickým rezonátorem je umístěn stínící kryt, připojený pevně k vnitřní stěně vakuově těsné komory. Stínící kryt má otvor, nad nímž je umístěn odpařovací element z kovu
4.2 O 3 1 s vysokým bodem tání nebo z nitridu bóru nebo z uhlíku, s odpařovací oxidovatelnou látkou, nanesenou na povrchu tohoto odpařovacího elementu. Kovová složka odpařovací látky je inertní vůči znečištěnému plynu. Odpařovací element je přes druhé dvě průchodky připojen k regulovatelnému střídavému zdroji proudu.
Způsob určení velmi malých koncentrací kyslíku v plynech podle vynálezu poskytuje průběžně informace o obsahu kyslíku v znečištěném plynu. Zařízení k tomuto účelu podle vynálezu je levné a jednoduché v provozu.
Způsob určení velmi malých koncentrací kyslíku v plynech podle vynálezu využívá k určení obsahu kyslíku změnu hmotnosti oxidovatelného povrchu. Plyn, který obsahuje kyslík, se přivádí do kontaktu s oxidovatelným kovem. Užije se s výhodou piezoelektrický rezonátor, na jehož aspoň jedné elektrodě je nanesena vrstva snadno oxidovatelného kovu, např. železa, hliníku, mědi, hořčíku apod. Tato látka musí být netečná k plynu, v němž je kyslík jako nečistota obsažen. Po zoxidování vrstvy se zvýší hmotnost elektrody a tím se změní i kmitočet piezoelektrického rezonátoru. Tato změna kmitočtu je daná změnou hmotnosti, úměrnou obsahu kyslíku v znečištěném plynu.
Příklad zařízení k provádění výše uvedeného způsobu je uveden na přiloženém výkrese. Zařízení sestává z potrubí 1 pro průchod plynu 2 s obsahem kyslíku. Toto potrubí 1 je spojeno hrdlem 3 s trojcestným ventilem 4, který umožňuje spojení jednak pomocí spojovacího hrdla 5, opatřeného napouštěcím ventilem 23 s vakuově těsnou komorou 6 a jednak s vakuovým prostorem 7. Vakuově těsná komora 6 je opatřena uzávěrem 8, kterým prochází první dvě izolační průchodky 9a a 9b, spojující elektrody 10 a 11 piezoelektrického rezonátoru 12, umístěného uvnitř vakuově těsné komory 8 s obvody oscilátoru 13, umístěného vně vakuově těsné komory 8. Přesná frekvence oscilátoru 13 je řízena piezoelektrickým rezonátorem 12 a měřena čítačem 14, připojeným k tomuto piezoelektrickému rezonátoru 12. Nad piezoelektrickým rezonátorem 12 je ve vakuově těsné komoře 6 umístěn stínicí kryt 15, který vymezuje plochu, na které se vytváří napařením vrstva 22 na elektrodě 11, připojený pevně k vnitřní stěně vakuově těsné komory 6 a opatřený otvorem 18. Nad tímto otvorem 16 je umístěn odpařovací element 17, zhotovený z kovu s vysokým bodem tání nebo z nitridu bóru nebo uhlíku, kde na povrchu tohoto odpařovacího elementu 17 je vrstva odpařované látky 21, která je snadno oxidovatelná a netečná k plynu, v kterém se kyslík zjišťuje a nereaguje s odpařovacím elementem 17. Odpařovací element 17 je přes druhé dvě průchodky 18a a 18b vyveden přívody 19 vně vakuově těsné komory 6 k regulovatelnému střídavému zdroji 20 proudu.
Při vlastním určování obsahu kyslíku v znečištěném plynu pomocí popsaného zařízení se postupuje tak, že se vakuově těsná komora 6 odčerpá na nejnižší dosažitelný tlak pomocí vakuového prostoru 7, který je trvale dočerpáván na hodnotu vakua menší než 10-4 Pa.
Změří se rezonanční kmitočet piezoelektrického rezonátoru 12 a pak se odpaří z odpaňovacího elementu 17 takové množství látky 21, aby vznikla na elektrodě 11 vrstva o tloušťce 2 až 100 nm. Tloušťka, vzniklé vrstvy se určí z údaje o změně kmitočtu pomocí čítače 14. Napařený materiál 22, v tomto případě na povrchu elektrody 11 piezoelektrického rezonátoru 12 musí být zvolen tak, aby jeho povrch mohl být působením plynného kyslíku zoxidován. Po přípravě citlivého pokrytí elektrody 11 o známé tloušťce i hmotnosti určené ze změřeného kmitočtu se přepne trojcestný kohout 4 tak, že propojí hrdlo 3 se spojovacím hrdlem 5, a tím se spojí prostor vakuově těsné komory 6 s potrubím 1. Prudkou změnou tlaku se změní okamžitě kmitočet o určitou hodnotu, například při změně tlaku o 10° Pa se změní u piezoelektrického rezonátoru 12 kmitočet o 20 Hz. Po této okamžité změně se časovému intervalu, zvoleného podle požadované přesnosti měření, například 10, 50 nebo 100 s, určí změna kmitočtu piezoelektrického rezonátoru 12, která je způsobena změnou hmotnosti vzniklého oxidu na povrchu vrstvy 2'2. Při měření se ponechá průchozí spojení mezi potrubím 1 a vakuově těsnou komorou 6, aby se zjistila průměrná hodnota kyslíku v plynu 2. Po ukončení měření nutno ze změny kmitočtu stanovit obsah kyslíku v plynu tak, že ze změřené změny kmitočtu rezonátoru se určí změna hmotnosti zoxidované vrstvy a pak se stanoví, jaké množství kyslíku této změně hmotnosti odpovídá.
Pro další měření nutno postup opakovat, to je nutno vakuově těsnou komoru 6 odpojit od potrubí 1 a připojit k vakuovému prostoru 7 a provést po dosažení vysokého vakua opětné napaření vrstvy 22. Měření je tedy cyklické a četnost měření pak plyne ze stupně čistoty měřeného plynu. U více znečištěných plynů postačí k zoxidování dostatečného objemu krátký, například 10 s, interval proto, že je dosažena postačující změna kmitočtu, například 50 Hz. U čistších plynů je interval měření 50, 100 i více sekund, protože změna kmitočtu může být jen 10 nebo méně Hz.
Proces vícenásobného napaření a následné oxidace při menších tloušťkách oxidovatelné vrstvy umožňuje využití piezoelektrických krystalů rezonátoru pro mnohonásobné měření. Po vytvoření tlustých vrstev několik ,«m se sníží činitel kvality krystalu a nutno provést výměnu tak, že se uzávěr ko2 4,2 O 3 1 mory 8 vymění za jiný s novým krystalem. Při výměně se napustí prostor komory 6 suchým dusíkem nebo vzduchem pomocí napouštěcího ventilu 23.
Pra vytváření vrstvy 22 na povrchu elektrody 11, která je nanesena na piezoelektrickém rezonátoru 12, lze použít oxidovatelné materiály, jako je např. železo, hliník, hořčík, měď apod.
Při použití železa pro vrstvu 22 na piezoelektrickém rezonátoru 12,6 MHz (AT řez o 0 10 μη!) a při jeho tloušťce 1 nm se při působení kyslíku, odpovídající hmotnosti 3,5 . 10”’ g, změní kmitočet krystalu o 3 Hz po vytvoření oxidu a tomuto odpovídá vznik 0,26 monomolekulární vrstvy vzniklého oxidu, to je vrstva vzniklá na povrchu a lze pak prodloužit měření tak, aby byla zaznamenána změna kmitočtu o řád nebo o dva řády vyšší, to je prodlouží se doba měření z 1 na 10 až 100 s, a tak lze zjistit přítomnost velmi malých množství oxidu.
Při použití hliníku, pro vrstvu 22 shodný piezoelektrický rezonátor 12 při působení kyslíku o hmotnosti 3,5 . 10”’ g, změní kmitočet krystalu o 2 Hz a tomu odpovídá vznik 0,22 monovrstvy.
Podobně při použití hořčíku se působením kyslíku o hmotnosti 3,5 . 10”’ g změní kmitočet rezonátoru o 2,5 Hz. Použije-li se mědi při stejných podmínkách, změní se kmitočet rezonátoru o 5 Hz.
Je-li objem komory 6 zvolen tak, aby hmotnost plynu, například vodíku, s kyslíkem byla řádu 10 gramů, což odpovídá přibližně objemu 121 dm3 při 25 CC a atmosférickém tlaku, pak lze uvedenou metodu, za užití železa jako oxidovaného materiálu zjistit v tomto plynu přítomnost kyslíku 10”10 gramů, to je znečištění 1:1010.
Pro porovnávací měření je tato metoda dostatečně přesná bez kalibrace, pro absolutní měření je nutno provést kalibraci tak, že se určí pro dané uspořádání konstanta přístroje pomocí známého množství kyslíku v měřeném plynu. Měřený plyn musí však být zbaven vodních par, například vymrazováním kapalným dusíkem.
Claims (2)
1. Způsob určení velmi malých koncentrací kyslíku v plynech, vyznačený tím, že plyn, obsahující kyslík, se přivádí do kontaktu s oxidovatelným kovem, například železem nebo hliníkem nebo hořčíkem nebo mědí, který je inertní vůči plynu, v němž je kyslík obsažen, naneseným na povrchu alespoň jedné elektrody piezoelektrického rezonátoru a změna hmotnosti, způsobená vznikem oxidu příslušného kovu na povrchu této' elektrody resp. elektrod, která je úměrná obsahu kyslíku v znečištěném plynu, se indikuje změnou kmitočtu piezoelektrického rezonátoru.
2. Zařízení pro určení velmi malých koncentrací kyslíku, vyznačené tím, že k potrubí (1) pro přívod plynu (2) s obsahem kyslíku, je připojeno hrdlo (3) spojené s trojcestným ventilem (4), který je spojen jednak s vakuovým prostorem (7j a jednak přes spojovací hrdlo (5J opatřené napouštěcím ventilem (23) s vakuově těsnou komorou (6) mající uzávěr (8) s prvními dvěma izolačními průchodkami (9a, 9b), které jsou uvnitř vakuově těsné komory (6) připojeny na elektrody (10 a 11} piezoelektrického rezonátoru (12) a vně vakuově těsné komory (6) jsou spojeny s oscilátorem (13), na jehož vstup je připojen čítač (14), přičemž nad piezoelektrickým rezonátorem (12) je umístěn stinicí kryt (15) připojený pevně k vnitřní stěně vakuově těsné komory (6), opatřený otvorem (16), nad kterým je umístěn odpařovací element (17) z kovu s vysokým bodem tání nebo z nitridu bóru nebo z uhlíku, s odpařovací oxidovatelnou látkou (21) nanesenou na povrchu tohoto odpalovacího elementu (17), jejíž kovová složka je inertní vůči plynu, v němž je kyslík obsažen a odpařovací element je přes druhé dvě průchodky (18a a 18b) připojen přívody (19) k regulovatelnému střídavému zdroji (20) proudu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS849200A CS242031B1 (cs) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | Způsob určení velmi malých koncentrací kyslíku v plynech a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS849200A CS242031B1 (cs) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | Způsob určení velmi malých koncentrací kyslíku v plynech a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS920084A1 CS920084A1 (en) | 1985-08-15 |
| CS242031B1 true CS242031B1 (cs) | 1986-04-17 |
Family
ID=5443210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS849200A CS242031B1 (cs) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | Způsob určení velmi malých koncentrací kyslíku v plynech a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS242031B1 (cs) |
-
1984
- 1984-11-29 CS CS849200A patent/CS242031B1/cs unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS920084A1 (en) | 1985-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6012325A (en) | Method and apparatus for measuring metallic impurities contained within a fluid | |
| Sharma | Reaction of copper and copper oxide with H 2 S | |
| DE69331215T2 (de) | Vorrichtung zur Überwachung von Verunreinigungen in einem Gasstrom | |
| US6964187B2 (en) | Vacuum sensor | |
| Ohta et al. | Static vapor pressure measurement of low volatility precursors for molecular vapor deposition below ambient temperature | |
| US5332555A (en) | Ozone beam generation apparatus and method for generating an ozone beam | |
| US4129167A (en) | Nb3 Ge superconductive films grown with nitrogen | |
| EP0174673B1 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device, in which a semiconductor substrate is subjected to a treatment in a reaction gas | |
| Henderson et al. | A simple sensor for the measurement of atomic oxygen height profiles in the upper atmosphere | |
| US4151329A (en) | Nb3 Ge Superconductive films | |
| Frazier et al. | Phase diagrams of thin films of the palladium hydrogen system using a quartz crystal thickness monitor | |
| CS242031B1 (cs) | Způsob určení velmi malých koncentrací kyslíku v plynech a zařízení k provádění tohoto způsobu | |
| JPS63500030A (ja) | 化学的補給システムおよび化学的補給方法 | |
| Checchetto et al. | Hydrogen permeation apparatus with thermal desorption spectroscopy capabilities | |
| Lindgren et al. | Coverage-dependent frequency for Li-atom vibrations on Cu (111) | |
| Vanderveen et al. | Water permeation through Langmuir-Blodgett monolayers | |
| Torres et al. | A quartz crystal microbalance to determine enthalpies of sublimation at intermediate temperatures by the Knudsen effusion method | |
| Krishnan et al. | Auger electron spectroscopy study of the chemisorption of iodine on zirconium | |
| De Wilde et al. | Vacuum deposition rate measurements on thin polymer films | |
| JPS59185772A (ja) | 高融点金属化合物における蒸発ガスの流量制御装置 | |
| Winterbottom | Vaporization of Solid Silver. I. Kinetic Influence of Surface Orientation, Degree of Vapor Phase Undersaturation, and Gaseous Contaminants | |
| Ukah et al. | In situ work function measurements in evaporated amorphous silicon | |
| Stephen | Low-pressure photochemical vapour deposition of gallium metal from an iodide precursor | |
| Körner et al. | The effect of carburization and oxygen exposure on the reaction of carbon monoxide on iron films at 573 K under a pressure between 5 and 10 mbar | |
| JP2001153778A (ja) | 水分吸着法又は加熱乾燥吸着法による測定試料の水分等測定装置 |