比色技術具有以下優點:
■ 可視性好(通過試紙)
■ 靈敏度高(氣體濃度檢測范圍低至ppb量級)
■ 區分度高(不受環境中其它氣體的影響)
■ 快速反應
■ 穩定性高(具有一致性和可重復性,無需校準)
氣體泄漏的證據
通過比色方法檢測氣體的一大優點是,可以提供可視的氣體泄漏的證據以及泄漏氣體的濃度。檢測依賴試紙(涂有干燥的反應試劑用來收集氣體樣本),結合光學掃描設備,來檢測氣體的存在(圖1)。當試紙暴露于目標氣體環境下,將會視氣體濃度顯現出相應的色值。試紙用來實時監控fab內有毒氣體的存在;任何偏離可接受范圍的情況都將通過顏色的改變得以反映。可以在不同區域(圖2)放置試紙實現多點監控。在這個實例中,比色技術展示了其快速反應的優點,使得fab安全經理可以針對是否關閉反應設備,做出更為理想和全面的決定。而要觀察有毒氣體是否已經釋放,fab經理通過遠程攝像機觀察試紙即可。關于實際有毒氣體濃度是否已經降低到了最低可檢測范圍以下,試紙檢測技術可以提供最為可靠的確認。
如果使用得當,試紙檢測技術可以在全球范圍內滿足健康和安全的要求,并提供最佳的實踐指導,來保護工人遠離有毒氣體的傷害。在預防性維護和其它可能出現的情況下,fab經理需要可以證明有毒氣體是否存在的證據,以保護fab內的工人。如果半導體fab停產每分鐘會造成約$40,000的經濟損失,且事故通常造成的停機時間為30分鐘,那么每次錯誤的停機警報將會導致上百萬美元甚至更高的經濟損失,這還沒有算上由于停機產生的報廢產品的價值。
傳統的比色技術
基于試紙的比色技術為半導體領域的應用可以提供可靠的,具有針對性的有毒氣體檢測方法。試紙可以使用不同的化學物質來檢測多達500種不同的氣體,實際上這已經涵蓋了目前fab使用的所有氣體(圖3)。這包括:胺、氨、溴、氯、二氧化氯、二異氰酸鹽(酯)、肼、氫化物、氰化物、過氧化氫、硫化氫、無機酸、氮氧化物、臭氧、光氣和二氧化硫。該技術的氣體檢測敏感度受異丙醇和其它溶劑的影響很小,進一步降低了錯誤報警發生的可能。
對于氣體檢測/監控需求的不斷變化促使比色技術不斷進行創新。化學家開發出新的化學配方來檢測更多種類的氣體,化合物以及混合物。比色技術對于某種氣體檢測的靈敏度并非其它檢測方法所能比擬。
基于試紙的氣體檢測技術同樣為NASA(華盛頓特區)、FEMA(密蘇里州,Hyattsville)、環保局(華盛頓特區,EPA)以及其它政府部門所親睞。最近,在媒體大肆宣傳的回收美國間諜衛星事件中,FEMA區域辦公室配備了額外的采用比色技術的監測設備,來監控和檢測任何可能隨衛星進入地球的肼污染物。
成本問題
我們通常不會一對一地去比較不同的傳感器技術。目前開發出的用于氣體檢測的技術,例如:電化學、觸媒、紅外技術、光致電離探測器以及比色技術,各有各的優勢和劣勢。例如:電化學電池(EC)為最終用戶提供了誘人的單測量點價格,測量設備體積小巧,安裝以及連接簡單。而它的缺點則是容易受其它氣體的影響,從而降低了對于目標氣體檢測的靈敏度;此外,制造商建議用戶對EC檢測設備做定期的碰撞測試,來確保傳感器的光學敏感性和可使用性。氣體檢測效果依賴于設備校正周期,因此并不是檢測fab內某種氣體的最佳手段。在評估氣體檢測技術時,Fab安全經理經常面對的問題是最初安裝成本與擁有成本之間的折衷。
基于比色技術的氣體檢測手段不需要對檢測設備進行校正;這降低了檢測設備在整個使用壽命周期內的成本。例如:試紙的制造完全遵循ISO 9000質量體系,由訓練有素的化學師完成,每一批產品再按照統一的質量檢測標準,通過高純氣體進行校正。通過這一系列措施,最終用戶便無需再配備校正設備,從而避免了額外的成本,降低了接觸化學物質的危險。
結論
試紙上的比色物質、儀器以及控制檢測過程的軟件巧妙的集成在一起。這樣可以提供廉價的單測量點成本、高可靠性以及高敏感度的氣體檢測,同時還可以提供有害氣體存在的可視證明。