[发明专利]微分型电迁移率分级装置、粒子测量系统以及粒子筛选系统

说明书

技术领域

本发明涉及微分型电迁移率分级装置、具备此装置的粒子测量系统以及具备此装置的粒子筛选系统。

背景技术

近年来，与抑制半导体制造过程中的粒子污染、开发量子纳米材料或阐明大气中的酸雨和烟雾的产生机制等相关联，悬浮在气体环境中的粉尘和雾状物等微粒子受到关注。

作为将具有纳米级至微米级的粒径的气溶胶粒子进行分级的方法，利用气流中的带电粒子的电迁移率依赖于粒径的现象的微分型电迁移率分级装置(DMA，Differential Mobility Analyzer)得以应用，其中，圆筒型的微分型电迁移率分级装置(CDMA，Cylindrical Differential Mobility Analyzer)得以广泛应用(参照非专利文献1)。DMA近年来取得了显著发展，能够进行分级的带电粒子的粒径的下限达到10纳米以下的极小尺寸，另外，即使在减压状态下也可运转(参照专利文献1)。

在这里，将先前的CDMA的一例显示在图9中。如图9所示，CDMA800具有含有中心杆(内筒)1与包围体(外筒)2的双重圆筒构造。在包围体2的内周面(外筒电极)与中心杆1的外周面(内筒电极)之间，通过可变电压源施加以规定的电压。鞘气从位于包围体2的上方的未图示的喷出口，以形成层流的方式供给到包围体2与中心杆1之间的空间中。在包围体2的上部，设置有将带电粒子导入到装置内的环状的入口狭缝3。另外，在中心杆1的下部，设置有将经过分级的带电粒子从装置中排出的环状的出口狭缝4。

对在CDMA800中对粒子进行分级的原理加以说明。此外，在CDMA800中，设为当相对于足够的鞘气流量而使含有带电粒子的试样气体从入口狭缝3以规定的流量Qa导入，并且以相同的流量Qa从出口狭缝4排出时，鞘气的层流条件不受影响。带电的气溶胶粒子(带电粒子)从入口狭缝3进入到装置内后，与在包围体2和中心杆1之间的空间中形成层流的鞘气一起，沿着包围体2的内表面壁朝中心轴方向下方移动。与此同时，因通过可变电压源而在包围体2与中心杆1之间形成的电场的影响(静电引力)，而导致仅一种极性的气溶胶粒子以对应于其电迁移率的速度，被吸引向中心杆1的方向。由于电迁移率依赖于粒子的粒径，因此仅特定的粒径的气溶胶粒子到达出口狭缝4，并从出口狭缝4排出到装置外部。

此处，带电粒子的电迁移率Zp可通过以下的式(1)而求得。

Zp＝Qs·ln(R2/R1)/(2·π·V·L)…式(1)

如图9所示，在式(1)中，Qs为鞘气的流量，R2为包围体2的半径，R1为中心杆1的半径。L为入口狭缝3与出口狭缝4之间的沿着中心轴方向的距离。V为施加在包围体2的内周面与中心杆1的外周面之间的施加电压。

另外，带电粒子的电迁移率Zp也可通过以下的式(2)而求得。

Zp＝q·e·Cc/(3·π·μ·Dp)…式(2)

在式(2)中，q为带电粒子的电荷量，e为基本电荷常数，Cc为坎宁安(Cunningham)校正系数，μ为鞘气的粘性系数，Dp为带电粒子的直径。

此处，通过使式(1)与式(2)联立而可获得以下的式(3)，

Dp＝(2·V·L·q·e·Cc)/(3·μ·Qs·ln(R2/R1))…式(3)

可知被分级的带电粒子的直径Dp，是作为施加电压V的大小的函数而获得的。

专利文献1：日本公开专利公报特开平11-264790号公报(1999年9月28日公开)

专利文献2：日本公开专利公报：特开平10-288600号公报(1998年10月27日公开)

专利文献3：美国专利7521673B2(专利日：2009年4月21日)

非专利文献1：E.O.Knutson and K.T.Whitby，J.Aerosol  Sci.6p.443-451，1975

非专利文献2：D.J.Rader and P.H.McMurry，J.Aerosol Sci.17p.771-787，1986

非专利文献3：J.P.Santos et al.，Atmos.Chem.Phys.，9pp.2419-2429，2009

作为先前的DMA的第一个课题，可举出如下的问题，即难以增大能够分级的带电粒子的粒径的上限值。

例如，从所述式(3)可以明确看出，为了增大可通过DMA来分级的带电粒子的粒径的上限，可考虑增大施加到电极间的施加电压V的方法。但是，当施加较大的电压时，会在电极间发生绝缘破坏。也就是说，存在施加电压V的上限受到产生绝缘破坏的电压Vmax的限制的问题。