半導體產線氧濃度監控的“直流搭檔”：TORAY LC-450D在CVD/退火爐中的應用

時間：2026/7/8閱讀：83

一、產品定位：為何稱之為“直流搭檔"？

LC-450D是日本TORAY（東麗）推出的直流供電型氧化鋯氧濃度計，與同系列的LC-450A（交流型）測量性能一致，核心區別僅在供電方式。LC-450D采用DC 24V供電，專為移動設備、車載系統、設備內嵌及直流供電場景設計。

在半導體產線中，CVD（化學氣相沉積）、擴散爐、退火爐等設備往往集成在復雜的自動化系統中，設備內部供電通常以直流為主。LC-450D能夠直接接入設備DC 24V電源，無需額外配置交流電源轉換模塊，因此被稱為半導體產線氧濃度監控的“直流搭檔"。

注：若現場為交流供電環境，可選擇同系列的LC-450A（AC 100–240V）。

二、工作原理與技術核心

LC-450D的核心是氧化鋯（ZrO?）濃差電池式傳感器，基于能斯特方程原理工作：

傳感器結構：在氧化鋯陶瓷電解質的兩面燒結鉑電極，加熱至約700–750℃。
離子傳導：高溫下，氧化鋯陶瓷成為氧離子導體。當傳感器兩側氧氣分壓不同時，氧離子從高濃度側向低濃度側遷移。
濃差電勢：遷移過程中在兩鉑電極之間產生氧濃差電勢，該電勢嚴格遵循能斯特方程，與兩側氧濃度差成對數關系。
濃度計算：以大氣為參比氣體，通過精確測量電勢即可計算出樣氣中的氧氣濃度。

技術核心優勢：相比電化學或順磁式氧分析儀，氧化鋯傳感器具有更快的響應速度（≤30秒達90%響應）、更寬的測量范圍和更高的長期穩定性，特別適合半導體工藝中對微量氧的連續監控需求。

三、核心技術參數

以下為LC-450D的詳細技術規格，綜合自TORAY原廠技術資料及授權代理商信息。

參數分類	項目	詳細規格
基礎信息	品牌/型號	TORAY（東麗）/ LC-450D
	供電方式	DC 24V ±10%（直流供電型）；交流型為LC-450A
	測量原理	氧化鋯濃差電池式（能斯特方程）
	安裝方式	桌面型 / 面板安裝型
	顯示系統	4位數字顯示（濃度顯示）
	外形尺寸	185（W）× 155（H）× 40（D）mm
	重量	約 1.5 kg
測量性能	測量范圍	0.1 ppm ～ 100 vol% O?
	量程配置	顯示：自動量程或4量程配置；記錄儀：0–10/100/1000 ppm / 1/10/100% 等可自由組合
	精度	±1% FS（0–10 ppm及以上量程；0–1 ppm不保證）
	重復性	±1% FS
	響應時間	≤30秒（90%響應）
	空氣點穩定性	±1% FS / 24小時
	傳感器加熱溫度	700–750℃
樣氣條件	采樣方式	內置泵，連續抽吸式
	樣氣流量	1,000–2,000 mL/min（總流量）；傳感器流量60±10 mL/min
	樣氣壓力	≤30 kPa（加壓）
	樣氣溫度	0–50°C
	樣氣要求	不得含腐蝕性氣體（F?、Cl?、H?S等）、有機硅氣體、易燃物、油霧或水滴
電氣與輸出	電源	DC 24V ±10%；穩態功耗約30VA
	模擬輸出	4–20 mA / 0–20 mA可選（0–10 V可選），絕緣，負載≤550Ω
	數字輸出	RS-232C（單向）
	報警輸出	濃度報警2點（HH/H/L/LL可選）+ 設備異常1點（無電壓觸點）
	范圍標記輸出	2點輸出（無電壓觸點）
	自診斷功能	傳感器溫度異常、校準異常、機內溫度異常、CPU異常、爐溫異常、預熱異常、不對稱電位異常、傳感器電阻異常等
環境與認證	環境溫度	0–40°C
	環境濕度	20–85% RH（無冷凝）
	安裝場所	室內，非防爆區域
	安全認證	CE, UKCA（EN61010-1, EN61326-1）
	環境法規	RoHS指令
	預熱時間	≤6分鐘

四、產品核心優勢

1. 超寬量程覆蓋，一機多用

LC-450D可測量從0.1 ppm級微量氧到100 vol%純氧的全量程。在半導體產線中，CVD工藝常需監控ppb/ppm級微量氧以防薄膜氧化污染，而退火爐出爐時可能涉及高濃度氧測量，LC-450D無需多臺切換即可覆蓋全流程。

2. 直流供電，適配設備內嵌

DC 24V供電使其可直接接入半導體設備內部電源系統，無需額外配置交流電源模塊，顯著簡化系統集成。

3. 長壽命、高耐用性傳感器

氧傳感器經過特殊處理，耐用性超越傳統產品。可選配活性炭過濾器（吸附微量有機物和可燃氣體）、棉質過濾器（攔截粉塵和固體顆粒）及硅過濾器（吸附含硅氣體），有效延長傳感器壽命并確保測量準確性。

4. 緊湊設計，節省空間

深度僅40mm，相比以往型號大幅縮短，便于在空間有限的半導體設備中面板安裝。

5. 完備的輸出與報警功能

提供4–20mA模擬輸出、RS-232C數字輸出、多級濃度報警及全面的自診斷功能，便于接入工廠自動化控制系統。

五、在CVD/擴散爐/退火爐中的典型應用

1. 化學氣相沉積（CVD）

CVD工藝中，反應腔體內的氧污染會直接導致薄膜氧化、電阻率漂移和器件性能劣化。LC-450D可實時監測CVD設備工藝氣體（如N?、Ar、H?）中的微量氧（通常要求<1 ppm），防止氧雜質參與反應。其≤30秒的快速響應能夠在氧濃度異常升高時第一時間觸發報警，避免批量晶圓報廢。

2. 擴散爐

擴散工藝（如磷擴散、硼擴散）需要在嚴格控制氧含量的氣氛中進行，氧濃度波動直接影響摻雜均勻性和方阻一致性。LC-450D憑借ppm級高精度測量和長期穩定性，可對擴散爐內的保護氣氛進行連續監控，確保摻雜工藝的重復性和良率。

3. 退火爐（Annealing）

退火工藝中，晶圓在高溫下經歷再結晶和缺陷修復，爐內氧濃度需精確控制在特定范圍內——過高會導致表面氧化，過低則可能影響退火效果。LC-450D的寬量程覆蓋（從ppm級到100%）使其能夠適應退火工藝不同階段的氧濃度監控需求。

4. 半導體真空設備集成

LC-450D的緊湊設計和直流供電特性使其非常適合嵌入半導體制造設備和真空設備中。其面板安裝方式可與設備控制系統無縫集成，實現氧濃度的實時顯示、記錄和報警。

六、采購選型參考

在選購LC-450D時，建議半導體行業用戶重點關注以下幾點：

確認供電方式：LC-450D為DC 24V直流供電型，適合設備內嵌和直流供電場景；若現場為交流供電，應選擇LC-450A（AC 100–240V）。
明確量程需求：LC-450D覆蓋0.1 ppm～100%，建議根據工藝實際氧濃度范圍選擇合適的量程配置。CVD和擴散爐通常關注0–10/100 ppm量程，退火爐可能需要0–1000 ppm或更高。
評估樣氣條件：確認樣氣中是否含有腐蝕性氣體、有機硅、油霧或可燃成分，必要時選配相應的過濾器（活性炭、棉質、硅過濾器）。
確認輸出接口：根據控制系統需求確認是否需要4–20mA模擬輸出或RS-232C通信功能。
關注認證與合規：確認設備符合CE、UKCA安全認證及RoHS環保指令。

七、關于供貨與技術支持

玉崎科學儀器（深圳）有限公司是TORAY東麗品牌的授權代理商，提供LC-450D氧化鋯氧濃度計的現貨供應。作為專業代理商，玉崎科學提供原裝正品、專業技術咨詢與全程支持服務，可根據用戶的具體工藝需求推薦合適的量程配置和過濾器選配件。

八、總結

TORAY東麗LC-450D直流供電型氧化鋯氧濃度計，憑借DC 24V直流供電的獨特優勢，成為半導體CVD、擴散爐、退火爐等關鍵工藝設備氧濃度監控的“直流搭檔"。其0.1 ppm～100%的超寬量程覆蓋、≤30秒的快速響應、長壽命高耐用性傳感器以及僅40mm深的緊湊設計，使其能夠嵌入半導體制造設備，為工藝氣體的氧含量監控提供可靠保障。對于追求高精度、高穩定性和系統集成便利性的半導體產線而言，LC-450D是一個值得重點考慮的優選方案。