KR20060131804A - 전기화학적 센서 - Google Patents

전기화학적 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20060131804A
KR20060131804A KR1020067014135A KR20067014135A KR20060131804A KR 20060131804 A KR20060131804 A KR 20060131804A KR 1020067014135 A KR1020067014135 A KR 1020067014135A KR 20067014135 A KR20067014135 A KR 20067014135A KR 20060131804 A KR20060131804 A KR 20060131804A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
oxygen
environment
organic contaminant
controlling
monitoring
Prior art date
Application number
KR1020067014135A
Other languages
English (en)
Inventor
로버트 브루스 그랜트
프레드릭 레온 탭
Original Assignee
더 비오씨 그룹 피엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 더 비오씨 그룹 피엘씨 filed Critical 더 비오씨 그룹 피엘씨
Publication of KR20060131804A publication Critical patent/KR20060131804A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
    • G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

유기 오염물 분자 센서(10)는 고상 산소 음이온 도체(12), 모니터링 환경(18)에 노출시키기 위한 도체의 제 1 표면에 형성된 측정 전극(14), 및 기준 환경(20)에 노출시키기 위한 도체의 제 2 표면에 형성된 기준 전극(16)을 갖는 전기화학적 전지를 포함한다. 전극은 산소의 해리적 흡수를 촉진시키는 물질로부터 형성되거나 또는 상기 물질로 코팅된다. 수단(32)은 전극들 사이의 전위차를 모니터링하기 위해 제공되는 것으로서, 모니터링 환경에서 유기 오염물 분자가 없는 경우 전극들 사이의 전위차를 기본 값(Vb)이라고 하고, 유기 오염물 분자가 모니터링 환경 내로 도입되는 경우 전위차를 모니터링 환경에서 유기 오염물 분자와 산소의 반응에 기인하는 측정 값(Vm)이라고 할 때, 식 Vm - Vb가 모니터링 환경 내로 도입된 유기 오염물 분자의 양을 나타내는 것이다.

Description

전기화학적 센서{ELECTROCHEMICAL SENSOR}
본 발명은 전기화학적 센서에 관한 것이다. 하나의 실시양태에서, 본 발명은 반도체 제조 산업에서 이용되는 것들과 같은 저농도의 산소 공정 환경에서 유기 오염물의 검출을 위한 센서에 관한 것이다.
예를 들어, 반도체 제조 산업에서, 웨이퍼가 제조되는 분위기(공정 환경)를 제어하는 것은 중요하다. 웨이퍼는 통제된 환경에서 제조되는 것이 바람직하다. 바람직하지 않거나 가변 수준의 유기 오염물은 장치 및/또는 장비 고장을 초래할 수 있다.
10-9 내지 10-6밀리바의 분압에 상응하는 ppt(part per trillion) 내지 ppb(part per billion) 범위의 유기 물질의 오염 수준은 일반적으로 장비 또는 장치 고장을 초래하지 않는다. 그러나, 유기 오염물의 수준이 이보다 매우 높아지면, 고장이 초래될 수 있다. 공정 환경을 제어하기 위해, 현재의 유기 오염물 수준을 모니터링하는 것이 필요하다. 특히, 몇몇 공정은 낮은 ppb 범위의 오염물에 민감하므로, 이러한 공정에 있어서 오염물의 수준을 ppt 범위로 모니터링하는 것이 요구된다. 그러나, 이러한 모니터링 공정은 비싸며, 이와 같이 낮은 오염물 수준으로 존재하는 전체 유기 화합물(TOC)에 대한 정확한 값을 측정하기는 어렵다. 게다가, 많은 제조 공정은, 대부분의 표면과 특히 낮은 반응 확률을 가지며 이로 인해 다양한 오염 유발 반응에 참여하지 않는 저급 포화 탄화수소(예: 메테인(CH4) 및 에테인(C2H6))에 대해 내성이 있다.
진공-기반 공정 환경에서, TOC 수준은 종종 질량 분광계를 사용하여 결정된다. 질량 분광계는 ppt 수준으로 존재하는 오염물을 측정할 수 있다. 그러나, 이러한 측정에 대한 해석은 종종 예컨대 질량 스펙트럼 중첩, 분자 단편화 및 배경 효과와 같은 효과에 의해 복잡해진다.
질량 분광계가 주변 압력 또는 그 이상의 압력에서 작동하는 공정 환경에 이용될 수 있을지라도, 추가의 진공 및 샘플 핸들링 시스템이 요구되며, 이는 이러한 기구들을 매우 비싸게 만든다. 이러한 조건들 하에서, 공정 환경에 제공된 TOC 수준을 모니터링하는데 기체 크로마토그래피(GC) 기술을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 오염물을 ppt 범위로 모니터링하기 위해, 기체 농축기를 기체 크로마토그램에 장착하는 것이 필요하다. 따라서, 기체 크로마토그래피 기술은 반도체 제작 플랜트에서 초고순도(Ultra High Purity; UHP) 기체 설치에서 TOC 수준을 ppt 범위로 모니터링하는데 이용될 수 있다.
질량 분광 및 기체 크로마토그래피가 TOC의 ppt 수준을 검출할 수 있지만, 앞서 언급된 공정-내성의(process tolerant) 저급 탄화수소의 존재를 더욱 유해한 유기 화합물로부터 구별하는 이들의 능력이 제한되며, 이는 공정 환경에서 유해한 탄화수소의 전체 수준을 결정하기 어렵게 한다는 것을 주의해야 한다.
게다가, 공정 환경에 존재하는 TOC 수준을 측정하기 위한 각각의 질량 분광 또는 기체 크로마토그래피 기술의 사용에는 전문 장비가 요구되기 때문에, 이들은 오히려 비싼 경향을 가지며, 일반적으로는 더욱 유용한 사용 지점(POU) 모니터가 아닌 단지 전체의 설비를 위한 진입 지점(POE) 모니터로서 사용된다.
그러므로, 비반응성 유기 화합물에 대해 낮은 감도를 갖지만 사용 시점에서 사용되어 공정 환경을 적합하게 할 수 있는 간단한 저비용의 준정량적(semi-quantitative) 센서가 요구된다.
도 1은 전기화학적 센서의 제 1 실시양태에 대한 개략적 단면도이다.
도 2는 전기화학적 센서의 제 2 실시양태에 대한 개략적 단면도이다.
도 3은 전기화학적 센서의 제 3 실시양태에 대한 개략적 단면도이다.
도 4는 모니터링 환경에 부가된 탄화수소의 분압에 대해 센서의 전극을 가로지르는 전위차의 변형을 나타내는 그래프이다.
도 5는 기준 환경에서 분위기 공기를 갖는 모니터링 환경에서 산소 분압에 대해 센서 출력 전압의 변형을 나타내는 그래프이다.
제 1 양태에서, 본 발명은, 고상 산소 음이온 도체, 모니터링 환경에 노출시키기 위한 도체의 제 1 표면에 형성된 측정 전극, 및 기준 환경에 노출시키기 위한 도체의 제 2 표면에 형성된 기준 전극을 가지며, 상기 전극들이 산소의 해리적 흡수를 촉진시키는 물질을 포함하는 전기화학적 전지; 및 상기 전극들 사이의 전위차를 모니터링하기 위한 수단을 포함하여, 모니터링 환경에서 유기 오염물 분자가 없는 경우 전극들 사이의 전위차를 기본 값(Vb)이라고 하고, 유기 오염물 분자가 모니터링 환경 내로 도입되는 경우 전위차를 모니터링 환경에서 유기 오염물 분자와 산소의 반응에 기인하는 측정 값(Vm)이라고 할 때, 식 Vm - Vb가 모니터링 환경 내로 도입된 유기 오염물 분자의 양을 나타내는 유기 오염물 분자 센서를 제공한다.
고상 산소 음이온 도체(고상 전해질)는 일반적으로 가돌리늄-도핑된 세리아 또는 이트리아-안정된 지르코니아(YSZ)와 같은 도핑된 금속 산화물로부터 형성된다. 각각의 전해질을 위한 임계 온도(Tc) 미만의 온도에서, 전해질 물질은 도전성이 아니다. 상기 온도(Tc)에서, 전해질은 점진적으로 더욱 도전성이 된다.
임의의 모니터링 환경에서의 산소의 수준은 측정 및 기준 전극 모두에서 산소 기체의 환원에 의해 발생되는 전기화학적 전위에 의해 결정된다. 각각의 전극에서의 전체적인 환원 반응과 관련된 단계들은, 각각의 전극에서의 반전지(half-cell) 반응이 하기 반응식 1 및 2에 의해 규정되는 것에서 착수된다.
Figure 112006050146051-PCT00001
Figure 112006050146051-PCT00002
각각의 전극에서 발생되는 전기화학적 전위는 하기 넌스트(Nernst) 반응식 3에 의해 결정된다.
Figure 112006050146051-PCT00003
상기 식에서,
E는 각각의 기준 또는 측정 전극에서의 전기화학적 반전지 전위이고,
Eθ는 유닛 O(흡착) 활성에서 전지의 표준 전기화학적 반전지 전위이고,
R은 기체 상수이고,
T는 전지의 온도이고,
F는 패러데이(Faraday) 상수이고,
a(O흡착) 및 a(O2-)는 각각 전극 표면에서의 흡착된 산소의 활성 및 고상 이온 도체에서의 환원된 산소 음이온의 활성이다.
전극 표면에서의 흡착된 산소의 활성은 하기 반응식 4에 의해 정의된 바와 같이 전극에 인접한 환경에서의 산소 기체의 분압에 정비례한다.
Figure 112006050146051-PCT00004
a(O2-)가 1(unity)이고, 전극 표면에서의 흡착된 산소의 활성이 전극 표면에 인접한 환경에서의 산소의 분압에 비례하기 때문에, 반전지 전위는 각각 측정 또는 기준 전극에 인접한 특별한 환경에서의 산소의 분압의 관점에서 기술될 수 있다.
Figure 112006050146051-PCT00005
전지를 가로질러 발생되는 전위차(V)는 하기 반응식 6에 따라 기준 전극과 측정 전극 사이의 반전지 전위에서의 차이의 관점에서 규정된다.
Figure 112006050146051-PCT00006
상기 식에서,
V는 전지를 가로지르는 전위차이고,
E(R) 및 E(M)는 각각 기준 및 측정 전극에서의 전기화학적 전위들이고,
R, T 및 F가 앞서 정의된 바와 같고,
PO2(R) 및 PO2(M)은 각각 기준 및 측정 전극에서의 산소의 분압들이다.
반도체 제품의 제조에서 마주치게 되는 산소 결함 환경과 같은 공정 환경에 서, 측정 전극에 인접한 산소의 분압은 기준 전극에 인접한 것보다 상당히 적다. 각각의 전극에서의 전기화학적 전위가 넌스트 반응식에 의해 통제되기 때문에, 측정 전극에서의 산소의 분압이 감소함에 따라, 측정 전극에서의 전기화학적 전위는 변하며, 이는 임계 온도 초과의 온도에서 전지를 가로지르는 전위차 형성을 초래한다. 전지를 가로지르는 전위차는 상기 반응식 6에 따라 기준 및 측정 전극에서의 산소의 분압의 비율에 의해 결정된다.
유기 오염물이 없는 경우, 기준 및 측정 전극에서의 산소 분압은 안정적이며, 따라서 전극들 사이의 전위차가 일정하다. 그러나, 유기 오염물이 모니터링 환경 내로 도입되는 경우, 이들은 측정 전극 상에 흡착된 산소와 반응하고, 하기 반응식 7에 따라 산소 표면 농도를 감소시킨다.
Figure 112006050146051-PCT00007
이 반응은 측정 전극에서의 평형 산소 표면 농도의 변화를 발생시키며, 따라서 관찰된 전지 전압에서의 변화를 생성시킨다. 적당한 눈금 측정에 의해, 유기 오염물 분자의 존재와 부재에서 전위차들 사이의 차이(Vm-Vb)는 모니터링 환경 내로 도입된 탄화수소의 분압을 직접적으로 나타내는데 이용될 수 있다.
일반적으로, 분위기 공기는 기준 기체로서 이용되고, 전형적인 전지 응답은 도 5에 제시된다. 전지 전압은 10-6 밀리바 초과의 측정 분압에서 상기 반응식 6을 따르지만, 10-7 밀리바 미만의 측정 분압에서 전지 전압은 측정 산소 분압에서의 변화에 대해 더 이상 응답하지 않는다. 이 비-넌스티언(non-Nernstian) 거동은, 부분적으로, 산소 음이온이 전지를 가로질러 연속적으로 운반되고, 측정 환경에 대한 산소의 소오스로서 작용하며, 이로 인해 진정한 기상 산소의 효과가 제거되고 센서가 무반응이 되도록 하는 전기화학적 반투과성(semipermeability)에 기인한다.
반응식 7로부터, 산소의 표면 농도가 반응에서 소비된 탄화수소의 양에 영향을 미치는 것으로 보일 수 있다. 이는 센서 산소 표면 농도를 제어하는 것이 센서의 검출 한계에 충격을 가할 수 있다는 결과를 가져온다. 측정 전극 산소 표면 농도는 산소 전기화학적 반투과성 전류와 기상 산소 분압의 효과의 합산일 것이다. 그러므로, 산소 결함 환경에서, 센서는 유기 오염물 분자의 도입에 대한 센서의 감도를 제어하기 위해 전지의 산소 전기화학적 반투과성을 제어하기 위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다.
산소 전기화학적 반투과성은, 예컨대 추가의 작동 전극을 기준 환경에 제공하고, 작동 전극과 측정 전극 사이를 흐르는 전류를 제어하는 수단을 제공하고/하거나, 기준 환경 내의 산소의 농도를 제어하기 위한 수단을 제공함으로써 제어될 수 있다. 이는 센서가 낮은 산소 농도 환경에서 낮은 수준의 유기 오염물을 측정하도록 허용하기 위해 전극들 사이를 흐르는 산소 음이온의 플럭스(flux)의 비율을 제어할 수 있다.
센서는 이용하기 쉽고, 공정 환경에 대한 정확한 정보를 제공하기 위해 진입 지점이 아닌 사용 시점을 이용할 수 있다. 센서는 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 기술을 사용하여 용이하고 쉽게 제조된다. 전극은 잉크 또는 페인트의 형태로 또는 스퍼터링과 같은 기술을 이용하여 이트리아-안정된 지르코니아와 같은 산소 음이온 도체 고상 전해질의 튜브에 적용될 수 있다. 센서는 가열기 수단과 함께 적당하게 공급되어 전해질의 온도를 제어할 수 있다.
기준 전극은 산소의 분리 효과를 촉진시킬 수 있는 물질, 예컨대 백금으로부터 적당히 형성된다. 기준 환경은 산소의 기상 또는 고상 소오스로부터 유도될 수 있다. 일반적으로, 분위기 공기는 다른 기체 조성이 이용될 수 있을지라도 산소의 기체 기준 소오스로서 이용된다. 산소의 고상 소오스는 일반적으로 Cu/CuO2 및 Pd/PdO와 같은 금속/금속 산화물 커플, 또는 Cu2O/CuO와 같은 금속 산화물/금속 산화물 커플을 포함한다. 선택되는 특정의 고상 기준 물질은 센서의 조작 환경에 따라 다를 것이다.
산소 음이온 도체를 포함하는 고상 전해질은 300℃ 초과의 온도에서 산소 음이온 도체를 나타내는 물질로부터 적당하게 형성된다. 적당한 산소 음이온 도체는 가돌리늄-도핑된 세리아 및 이트리아-안정된 지르코니아를 포함한다. 고상 산소 음이온 도체로서 사용하기 위한 바람직한 물질은 3% 및 8%몰의 이트리아-안정된 지르코니아(YSZ)를 포함하며, 이들 모두는 상업적으로 입수 가능하다.
복사(radiative) 가열기는 전지의 온도를 제어하기 위해 바람직하게 이용된다. 열전대(thermocouple)는 전지의 온도를 모니터링하기 위해 바람직하게 이용된 다. 센서의 범위는 센서를 추출(extractive) 모드로 사용하고 산소 트랩을 부가함으로써 주변에서 산소와의 환경을 포함하도록 확장될 수 있다.
제 2 양태에서, 본 발명은, 고상 산소 음이온 도체, 모니터링 환경에 노출시키기 위한 도체의 제 1 표면에 형성된 측정 전극, 및 기준 환경에 노출시키기 위한 도체의 제 2 표면에 형성된 기준 전극을 가지며, 상기 전극들이 산소의 해리적 흡수를 촉진시키는 물질을 포함하는 전기화학적 전지를 제공하는 단계; 및 상기 전극들 사이의 전위차를 모니터링하는 단계를 포함하여, 모니터링 환경에서 유기 오염물 분자가 없는 경우 전극들 사이의 전위차를 기본 값(Vb)이라고 하고, 유기 오염물 분자가 모니터링 환경 내로 도입되는 경우 전위차를 모니터링 환경에서 유기 오염물 분자와 산소의 반응에 기인하는 측정 값(Vm)이라고 할 때, 식 Vm - Vb가 모니터링 환경 내로 도입된 유기 오염물 분자의 양을 나타내는, 모니터링 환경 내로 도입된 유기 오염물의 양을 모니터링하기 위한 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 특징은 첨부된 도면을 참조하여 단지 실시예에 의해 기술될 것이다.
도 1의 전기화학적 센서(10)는 내부 및 외부 표면이 다공성 촉매 필름으로 코팅된 8% 이트리아-안정된 지르코니아 산소 음이온 도전성 튜브의 형태로 고상 전해질(12)를 포함한다. 내부 및 외부 필름은 측정 전극(14) 및 기준 전극(16)을 형성하기 위해 전기적으로 단리된다. 전극(14,16)은 예컨대 진공 스퍼터링과 같은 기술을 이용하거나 또는 적당한 상업적으로 입수 가능한 "잉크"를 표면에 적용함으 로써 전해질(12)에 침적된 백금으로부터 형성될 수 있다. 전극이 잉크를 이용하여 센서의 표면에 형성되는 경우, 전체 조립체는 잉크의 속성에 의해 결정된 적당한 분위기 중에서 연소되어야 한다.
측정 전극(14)은 모니터링 환경(18)에 접하게 위치되고, 기준 전극(16)은 기준 환경(20)에 접하게 위치된다. 기준 환경(20)은 일정 압력에서의 산소의 기상 소오스(예컨대, 분위기 공기) 또는 산소의 고상 소오스, 일반적으로 Cu/CuO2 및 Pd/PdO와 같은 금속/금속 산화물 커플, 또는 Cu2O/CuO와 같은 금속 산화물/금속 산화물 커플일 수 있다. 센서는 모니터링되는 환경에서 세라믹을 경유하여 스테인레스 스틸 진공 플랜지(30)를 이용함으로써 금속 밀봉부(28)에 탑재되며, 이는 기준 환경으로부터 모니터링 환경을 단리시킨다.
고상 전해질(12)은 내부에서 가열기(22)에 의해 가열된다. 센서 온도는 열전대 배열(24)과 같은 적당한 측정 장치를 이용함으로써 측정된다. 센서의 온도는 적당한 제어 장치(26)에 의해 제어된다. 전압 측정 장치(32)는 전지를 가로지르는 전위차를 측정하기 위해 제공된다.
사용 중, 측정 전극은 모니터링되는 환경, 예컨대 진공 하의 챔버에 노출되고, 센서는 가열기(22)를 사용하여 650℃ 초과의 온도로 가열된다. 개방 회로 조건 하에서, 기준 환경 및 모니터링 환경 사이의 산소 분압에서의 차이는 전극(14,16) 사이의 전위차를 초래한다. 유기 오염물이 없는 경우, 기준 및 측정 전극에서의 산소 분압은 안정적이며, 따라서 평형 전지 전압(Vb)이 달성 및 측정된다. 탄화수소가 측정 챔버에 부가되는 경우, 하기 반응식 7에 따라 반응이 발생되며, 이는 측정 전극에서의 평형 산소 표면 농도를 변환시킨다.
반응식 7
Figure 112006050146051-PCT00008
이 반응은 관찰된 전지 전압(Vm)에서의 변화를 발생시킨다. 도 4에 표시된 바와 같이, 전압 편차(Vm-Vb)는 측정 챔버에 부가된 탄화수소의 분압을 직접적으로 나타낸다.
반응식 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 산소의 표면 농도는 반응에서 소비되는 탄화수소의 양에 영향을 미친다. 이는 센서 산소 표면 농도를 제어하는 것이 센서의 검출 한계에 영향을 미칠 수 있다는 결과를 가져온다.
측정 전극 산소 표면 농도는 산소 전기화학적 반투과성 전류와 기상 산소 분압의 효과의 합산일 것이다. 산소 전기화학적 반투과성이 하기 여러 수단들에 의해 제어될 수 있다.
1) 기준 환경에서 산소 농도의 제어.
2) 역 전류 바이어스의 적용.
산소 전기화학적 반투과성을 제어하도록 작동되는 센서의 제 2 실시양태의 개략도가 도 2에 제시된다. 상기 개략도는 도 1과 유사한 센서를 제시하며, 측정 전극(14)에 부착되어 있는 제어된 전류 장치(34), 및 기준 환경 내의 추가의 작업 전극(36)이 부가된다. 산소 전기화학적 반투과성은 가변 전류 수준의 부가에 의해 제어되며, 이는 탄화수소 부가에 대한 센서의 감도를 최적화하기 위해 이용된다. 그러므로, 산소에 대한 전기화학적 반투과성의 제어는 센서에 대한 개선된 더욱 낮은 검출 한계를 초래한다.
지금까지의 토론은 반도체 제조 공정을 위한 진공 챔버와 같은 산소 고갈된 환경 내의 탄화수소를 모니터링하기 위해 센서의 사용을 고려하였다. 센서 용도의 범위는 센서를 추출 모드로 사용하고 산소 트랩을 부가함으로써 주변에서 산소와의 환경을 포함하도록 확장될 수 있다. 이러한 구성의 블럭도는 도 3에서 제시된다. 센서(10)는 적당한 밀봉부(42)를 이용하여 샘플 블럭(40)에 탑재된다. 모니터링을 위한 기체 샘플은 샘플링 펌프(48)에 의해 샘플 블럭(40)을 통하여 추출된다. 적당한 흐름 제어 장치(44)는 샘플 흐름을 제한하고 샘플 블럭(40) 내의 압력을 제어한다. 산소는 적당한 산소 트랩(46) 정제기, 게터(getter) 또는 고상 산소 펌프에 의해 추출된 샘플로부터 제거된다. 이 모드에서의 센서의 작동은 산소 교차-감도 오류들을 제거한다. 또한, 이 구조에서, 센서(10)는 1기압 이하의 압력에서 기체 스트림을 샘플링하는데 이용될 수 있다.
요약하면, 유기 오염물 분자 센서는 고상 산소 음이온 도체, 모니터링 환경에 노출시키기 위한 도체의 제 1 표면에 형성된 측정 전극, 및 기준 환경에 노출시키기 위한 도체의 제 2 표면에 형성된 기준 전극을 갖는 전기화학적 전지를 포함한다. 전극은 산소의 해리적 흡수를 촉진시키는 물질로부터 형성되거나 또는 상기 물질로 코팅된다. 수단은 전극들 사이의 전위차를 모니터링하기 위해 제공되는 것으로서, 모니터링 환경에서 유기 오염물 분자가 없는 경우 전극들 사이의 전위차를 기본 값(Vb)이라고 하고, 유기 오염물 분자가 모니터링 환경 내로 도입되는 경우 전위차를 모니터링 환경에서 유기 오염물 분자와 산소의 반응에 기인하는 측정 값(Vm)이라고 할 때, 식 Vm - Vb가 모니터링 환경 내로 도입된 유기 오염물 분자의 양을 나타내는 것이다.

Claims (20)

  1. 고상 산소 음이온 도체, 모니터링 환경에 노출시키기 위한 도체의 제 1 표면에 형성된 측정 전극, 및 기준 환경에 노출시키기 위한 도체의 제 2 표면에 형성된 기준 전극을 가지며, 상기 전극들이 산소의 해리적 흡수를 촉진시키는 물질을 포함하는 전기화학적 전지; 및 상기 전극들 사이의 전위차를 모니터링하기 위한 수단을 포함하여,
    모니터링 환경에서 유기 오염물 분자가 없는 경우 전극들 사이의 전위차를 기본 값(Vb)이라고 하고, 유기 오염물 분자가 모니터링 환경 내로 도입되는 경우 전위차를 모니터링 환경에서 유기 오염물 분자와 산소의 반응에 기인하는 측정 값(Vm)이라고 할 때, 식 Vm - Vb가 모니터링 환경 내로 도입된 유기 오염물 분자의 양을 나타내는 유기 오염물 분자 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전지의 온도를 제어하기 위한 수단을 포함하는 유기 오염물 분자 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 수단이 가열기 및 열전대(thermocouple) 배열을 포함하는 유기 오염물 분자 센서.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소의 해리적 흡수를 촉진시키는 물질이 백금인 유기 오염물 분자 센서.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고상 산소 음이온 도체가 가돌리늄-도핑된 세리아 및 이트리아-안정된 지르코니아로부터 선택되는 유기 오염물 분자 센서.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 산소 환경이 Cu/CuO2 및 Pd/PdO와 같은 금속/금속 산화물 커플, 또는 Cu2O/CuO와 같은 금속 산화물/금속 산화물 커플로부터의 산소의 고상 소오스인 유기 오염물 분자 센서.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유기 오염물 분자의 도입에 대한 센서의 감도를 제어하기 위해 전지의 산소 전기화학적 반투과성(semipermeability)을 제어하기 위한 수단을 포함하는 유기 오염물 분자 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 산소 전기화학적 반투과성 제어 수단이 기준 환경 내의 추가 전극, 및 상기 추가 전극과 측정 전극의 사이를 흐르는 산소 음이온의 플럭스의 비율을 제어하기 위한 수단을 포함하는 유기 오염물 분자 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 산소 전기화학적 반투과성 제어 수단이 추가 전극과 측정 전극의 사이를 흐르는 전류를 제어하기 위한 수단을 포함하는 유기 오염물 분자 센서.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소 전기화학적 반투과성 제어 수단이 기준 환경 내의 산소 농도를 제어하기 위한 수단을 포함하는 유기 오염물 분자 센서.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모니터링 환경 내의 산소의 양을 제어하기 위한 수단을 포함하는 유기 오염물 분자 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    모니터링 환경 내의 압력을 제어하기 위한 수단을 포함하는 유기 오염물 분자 센서.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    기체의 흐름을 모니터링 환경 내로 도입하는 수단, 및 모니터링 환경 내로 도입되는 기체로부터 산소를 추출하는 수단을 포함하는 유기 오염물 분자 센서.
  14. 고상 산소 음이온 도체, 모니터링 환경에 노출시키기 위한 도체의 제 1 표면에 형성된 측정 전극, 및 기준 환경에 노출시키기 위한 도체의 제 2 표면에 형성된 기준 전극을 가지며, 상기 전극들이 산소의 해리적 흡수를 촉진시키는 물질을 포함하는 전기화학적 전지를 제공하는 단계; 및 상기 전극들 사이의 전위차를 모니터링하는 단계를 포함하여,
    모니터링 환경에서 유기 오염물 분자가 없는 경우 전극들 사이의 전위차를 기본 값(Vb)이라고 하고, 유기 오염물 분자가 모니터링 환경 내로 도입되는 경우 전위차를 모니터링 환경에서 유기 오염물 분자와 산소의 반응에 기인하는 측정 값(Vm)이라고 할 때, 식 Vm - Vb가 모니터링 환경 내로 도입된 유기 오염물 분자의 양을 나타내는, 모니터링 환경 내로 도입된 유기 오염물의 양을 모니터링하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    전지의 온도를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    유기 오염물 분자의 도입에 대한 센서의 감도를 제어하기 위해 전지의 산소 전기화학적 반투과성을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 산소 전기화학적 반투과성 제어 수단이 기준 환경 내의 추가 전극과 측정 전극의 사이를 흐르는 산소 음이온의 플럭스의 비율을 제어함으로써 제어되는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    전극들 사이를 흐르는 산소 음이온의 플럭스의 비율이 측정 전극과 추가 전극의 사이를 흐르는 전류를 제어함으로써 제어되는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    전극들 사이를 흐르는 산소 음이온의 플럭스의 비율이 기준 환경 내의 산소 농도를 제어함으로써 제어되는 방법.
  20. 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모니터링 환경 내의 산소의 양을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
KR1020067014135A 2004-01-15 2004-12-08 전기화학적 센서 KR20060131804A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/757,954 US20050155871A1 (en) 2004-01-15 2004-01-15 Electrochemical sensor
US10/757,954 2004-01-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20060131804A true KR20060131804A (ko) 2006-12-20

Family

ID=32298552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067014135A KR20060131804A (ko) 2004-01-15 2004-12-08 전기화학적 센서

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20050155871A1 (ko)
EP (1) EP1704410A1 (ko)
JP (1) JP2007519900A (ko)
KR (1) KR20060131804A (ko)
CN (1) CN1906482A (ko)
GB (1) GB0407080D0 (ko)
TW (1) TW200530579A (ko)
WO (1) WO2005068991A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10306062B3 (de) * 2003-02-13 2004-08-19 Infineon Technologies Ag Speichermodul mit einer Mehrzahl von integrierten Speicherbauelementen und einer Refresh-Steuerschaltung
JP4841917B2 (ja) * 2005-09-27 2011-12-21 東レエンジニアリング株式会社 酸素濃度測定装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5354086A (en) * 1976-10-26 1978-05-17 Toyota Motor Co Ltd Oxygen sensor
JPS6151555A (ja) * 1984-08-21 1986-03-14 Ngk Insulators Ltd 電気化学的装置
JPH0814570B2 (ja) * 1986-02-07 1996-02-14 日本特殊陶業株式会社 空燃比センサ
US5389225A (en) * 1989-01-24 1995-02-14 Gas Research Institute Solid-state oxygen microsensor and thin structure therefor
US5173166A (en) * 1990-04-16 1992-12-22 Minitech Co. Electrochemical gas sensor cells
DE4243733C2 (de) * 1992-12-23 2003-03-27 Bosch Gmbh Robert Sensor zur Bestimmung von Gaskomponenten und/oder Gaskonzentrationen von Gasgemischen
US5498487A (en) * 1994-08-11 1996-03-12 Westinghouse Electric Corporation Oxygen sensor for monitoring gas mixtures containing hydrocarbons
US5827415A (en) * 1994-09-26 1998-10-27 The Board Of Trustees Of Leland Stanford Jun. Univ. Oxygen sensor
JP3450084B2 (ja) * 1995-03-09 2003-09-22 日本碍子株式会社 可燃ガス成分の測定方法及び測定装置
US6051123A (en) * 1995-06-15 2000-04-18 Gas Research Institute Multi-functional and NOx sensor for combustion systems
US5841021A (en) * 1995-09-05 1998-11-24 De Castro; Emory S. Solid state gas sensor and filter assembly
JP3333678B2 (ja) * 1996-01-05 2002-10-15 株式会社日立製作所 ガス成分センサ及び触媒診断装置
JP3377016B2 (ja) * 1996-01-26 2003-02-17 矢崎総業株式会社 排気ガス中の酸素濃度測定用限界電流式酸素センサ
WO1998012550A1 (fr) * 1996-09-17 1998-03-26 Kabushiki Kaisha Riken Capteur de gaz
JP3802168B2 (ja) 1996-12-10 2006-07-26 日本碍子株式会社 ガスセンサおよびそれを用いた排ガス浄化装置の劣化診断方法
JP3464903B2 (ja) * 1997-08-07 2003-11-10 日本特殊陶業株式会社 酸素センサ
JP3566089B2 (ja) * 1997-09-09 2004-09-15 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサとそれを用いたガスセンサシステム、及びガスセンサの製造方法
JP2001505311A (ja) * 1997-09-15 2001-04-17 ヘレウス エレクトロナイト インタナショナル エヌ．ヴィー． ガスセンサ
JP2000028573A (ja) * 1998-07-13 2000-01-28 Riken Corp 炭化水素ガスセンサ
JP2002174621A (ja) * 2000-12-08 2002-06-21 Ngk Spark Plug Co Ltd 炭化水素ガス濃度測定装置及びこれを用いた炭化水素ガス濃度測定方法
JP2003083933A (ja) * 2001-09-11 2003-03-19 Ngk Spark Plug Co Ltd アンモニアガス濃度測定装置
US7153412B2 (en) * 2001-12-28 2006-12-26 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Electrodes, electrochemical elements, gas sensors, and gas measurement methods
US20050016848A1 (en) * 2003-05-30 2005-01-27 Muhammad Sahimi Oxygen sensor with a solid-state reference and manufacturing thereof

Also Published As

Publication number Publication date
GB0407080D0 (en) 2004-05-05
JP2007519900A (ja) 2007-07-19
WO2005068991A8 (en) 2006-07-13
EP1704410A1 (en) 2006-09-27
US20050155871A1 (en) 2005-07-21
CN1906482A (zh) 2007-01-31
TW200530579A (en) 2005-09-16
WO2005068991A1 (en) 2005-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5591896A (en) Solid-state gas sensors
Leonardi et al. Development of a hydrogen dual sensor for fuel cell applications
US3821090A (en) Method for directly measuring no2 in air
US7837846B2 (en) Electrochemical sensor
KR20060131804A (ko) 전기화학적 센서
JP2007519900A6 (ja) 電気化学センサ
US20070039821A1 (en) Electrochemical sensor
US20060254908A1 (en) Electrochemical solid electrolyte sensor for the detection of oxygen, hydrocarbons and moisture in vacuum environments
RU2235994C1 (ru) Датчик непрерывного определения параметров газообразующей составляющей газовой смеси
RU2740737C1 (ru) Каскадный полупроводниковый детектор для газовой хроматографии
US7677082B2 (en) Solid state gas sensors based on tunnel junction geometry
JPH1164264A (ja) ガス濃度検出装置及びその方法
JP4912968B2 (ja) 非メタン炭化水素ガス検知素子
Kaminski et al. Oxygen in Gases
SU1742700A1 (ru) Способ определени кислорода
JP2024009600A (ja) ガスセンサ
SU1185207A1 (ru) Способ детектировани молекул в атмосфере неизмер емого компонента
RU2099697C1 (ru) Датчик кислорода дымовых газов
Clarke et al. Electrochemical and other non-optical techniques

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application