[发明专利]基于等离子体的检测器及使用该检测器用于测量和监测气流的特性的方法

说明书

提供了一种用于测量循环通过基于等离子体的检测器的气体的成分的方法，该基于等离子体的检测器具有限定内部容积的放电室，并且具有被配置为跨放电室施加等离子体生成场的放电电极。该方法包括使电压倾斜，直到其达到击穿电压以生成等离子体为止；检测等离子体的存在；在检测到等离子体的存在后基于击穿电压来确定压力；以大于击穿电压的操作电压来操作检测器；对等离子体执行(一个或多个)测量；基于(一个或多个)测量来生成检测器信号并基于确定的压力来补偿检测器信号以获得经补偿的检测器信号，该经补偿的检测器信号代表气体的成分。还提供了一种用于测量气体的成分的基于等离子体的检测器。

相关专利申请

本申请要求于2018年4月6日提交的专利申请US 62/653,688的优先权，其说明书通过引用并入本文。

技术领域

技术领域一般而言涉及一种基于等离子体的检测器及使用该检测器的方法，并且更具体地涉及用于测量循环通过基于等离子体的检测器的气体的成分的方法。

背景技术

在制造业中，例如电子晶片和分析制造商，气体纯度是关键因素。实际上，在一些应用中，诸如集成电路的制造，在制造过程期间使用的气流中低水平的杂质(例如，几ppm)可能会导致产品损坏，对于制造商而言，这转化为不可忽略不计的损失。

在分析业务中，有时使用小型气体净化器向各种气体分析仪(诸如气相色谱仪或质谱仪)提供纯净气体。当气体净化器的质量差或接近其寿命结束时，气体净化器的净化效率降低，并且还会释放出副产物，这进而可能导致仪器误动。质谱仪误动的示例是当电离区和真空区涂覆有一些化合物时，这使仪器不稳定。

在几乎每种情况下，仪器误动都与耗时且昂贵的维修相关联。

气体净化器通常由Zr/Vn/Fe合金制成，用于净化稀有气体。气体净化器也可以由Zn/Vn合金制成，以净化N₂。气体净化器通常在高温下操作，例如在450℃至500℃之间。当在这些条件下操作时，上面提到的合金可能会成为催化剂，或者在暴露于高水平的杂质时成为反应器，并可能生成副产物，这对于工艺或分析仪器可能是有害的。基于Zr/Vn/Fe的净化器的最常见故障模式是N₂和烃分子的释放，其较少被吸收。由于空气由大约80％的N₂和20％的O₂组成，因此容易理解瓶子更换期间的污染会导致净化器突然发生故障。

类似地，自发的空气污染将造成合金中出现热点，并且在一些情况下，还会出现熔点，这也生成有害的化学化合物。而且，空气污染会引起放热反应，从而引起安全隐患。

除非使用单独的分析仪器来确保气体净化器正常工作并且使用外部流量或/和压力传感器，否则无法确保从净化器中流出的气体低于特定水平的杂质并且气体已被正确地进料到净化器。

在使用巨大且昂贵的净化器的半导体行业中，分析仪器的成本不一定是问题。找到气相色谱仪或质谱仪来监测净化器的气体出口并不少见。

但是，在流量低(通常小于5SLPM)并且其中这种净化器的成本一般低于$2000的实验室类型气体净化器中，使用气相色谱仪或质谱仪来监测气体质量以及外部传感器在财务上不合理。

但是，由这种气体净化器故障引起的问题可能非常高。实际上，在气体净化器发生故障的情况下，必须关闭仪器，必须更换或再生气相色谱柱，并且必须清洁检测器。

此外，在大多数情况下，气体净化器的故障模式是其性能的缓慢降低，随着时间的流逝，它慢慢影响被净化的气体的质量。性能的这种缓慢降低进而影响分析仪器的性能并可能导致噪声和漂移，因此也导致分析仪器性能的缓慢降低。分析仪器性能的这种整体缓慢降低常常在相当长的一段时间内未能检测到，并且有时导致差的过程反馈并且可能会对生产质量产生影响。

市场上有许多实验室气体净化器，但它们都存在相同的问题：无法精确地预先确定其寿命的结束。