TW201522958A - 環境監視系統 - Google Patents

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Tatsuya Oishi
Hirokazu Mitsuhashi
Hiroshi Nakagawa
Takayuki Nagai
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Abstract

本發明之環境監視系統(Z)係具備有感測存在於封閉空間的內部的氣體成分的氣體感測部(A)之環境監視系統(Z)，氣體感測部(A)係具備有被配設在封閉空間的不同區域的複數氣體檢測手段(10、20)，具備有：若氣體檢測手段(10、20)的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，對檢測到該預定值以上的檢測值的氣體檢測手段(10、20)的周圍的環境氣體所含有的氣體成分進行分析的分析部(E)。

Description

環境監視系統
本發明係關於具備有感測存在於封閉空間內部的氣體成分的氣體感測部的環境監視系統。
例如在半導體製造工廠等中，有將製品的乾燥設備或排水中微量含有的有機溶劑成分去除的設備等，由該等設備係會有發生屬於氣味成分的揮發性有機化合物(VOC)氣體的情形。在VOC氣體含有例如甲醛、甲苯等，會有產生刺激眼、鼻、喉等症狀之虞。
VOC氣體係可利用例如具備有半導體式氣體感測元件的氣體感測裝置進行感測。
其中，本發明中成為習知技術之上述具備有半導體式氣體感測元件的氣體感測裝置由於為一般技術，因此並未顯示專利文獻等習知技術文獻。
在上述半導體製造工廠中，尤其在溫度及濕度受到管理的空氣作循環的清淨的潔淨室內，係頻繁使用消毒用或清掃用醇類(乙醇)。
如上所示，在半導體製造工廠係會有VOC氣體或乙醇等氣體浮游在環境氣體中的情形，例如若欲以氣體感測裝置感測VOC氣體時，會有乙醇被感測為為妨礙氣體，而難以選擇性地感測VOC氣體的情形。除了VOC氣體以外，欲感測成為對象之所希望的被感測氣體時亦同樣地，乙醇被感測為妨礙氣體，而有無法正確感測被感測氣體的問題。
因此，本發明之目的在提供可識別複數氣體成分的環境監視系統。
用以達成上述目的之本發明之環境監視系統係具備有感測存在於封閉空間的內部的氣體成分的氣體感測部之環境監視系統，其第一特徵構成在於：前述氣體感測部係具備有被配設在前述封閉空間的不同區域的複數氣體檢測手段，具備有：若前述氣體檢測手段的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，對檢測到該預定值以上的檢測值的氣體檢測手段的周圍的環境氣體所含有的氣體成分進行分析的分析部。
藉由本構成，若氣體檢測手段的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，可捕集檢測到該預定值以上的 檢測值的氣體檢測手段的周圍的環境氣體，且將所捕集到的環境氣體投入至分析部，對氣體成分的種類或濃度等進行感測、分析(識別)。
如上所示構成為若氣體檢測手段的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，將檢測到該預定值以上的檢測值的氣體檢測手段的周圍的環境氣體所含有的氣體成分進行分析，藉此可規定藉由分析部來分析該氣體成分的時序。亦即，若氣體檢測手段的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，為感測到所希望的氣體成分時，若在此時序以分析部對氣體檢測手段的周圍的環境氣體進行分析，由於所希望的氣體成分被分析部進行分析，因此可確實且詳細地進行氣體成分的分析。
本發明之環境監視系統的第二特徵構成在於：前述氣體感測部係具備有：第一氣體檢測手段、及第二氣體檢測手段，在兩者中使被感測氣體的感測特性不同，根據前述第一氣體檢測手段的感測輸出及前述第二氣體檢測手段的感測輸出，對所希望的氣體成分進行感測、分析及監視。
如本構成所示，具備有：第一氣體檢測手段、及第二氣體檢測手段，在兩者中使被感測氣體的感測特性不同，藉此可感測對應各個檢測手段的特性的氣體成分。
例如若第二氣體檢測手段的醇類感測感度較高時，若在感測對象空間，醇類的濃度增高，第一氣體檢 測手段對醇類成分的感測輸出與第二氣體檢測手段相比為較低，但是第二氣體檢測手段對醇類成分的感測輸出會變高。此時，若獲得第一氣體檢測手段的輸出比預定的感測輸出為更大的值，可識別為感測到醇類以外的氣體成分者，若獲得第二氣體檢測手段的輸出比預定的感測輸出為更大的值，則可識別為感測到醇類者，因此可對醇類及除此之外的氣體成分同時進行識別感測、分析及監視。
亦即，若欲檢測醇類以外的氣體成分時，若存在醇類，醇類即成為妨礙氣體而難以檢測醇類以外的氣體成分。此時，若在使用過濾器等來將醇類去除的狀態下檢測醇類以外的氣體成分時，過濾器等的運轉成本會增加。但是，若為本發明之環境監視系統，僅具備例如醇類檢測感度不同的二個檢測手段(第一氣體檢測手段及第二氣體檢測手段)，可對醇類及除此之外的氣體成分同時進行識別感測、分析及監視，可建構簡便且成本績效優異的環境監視系統。
本發明之環境監視系統的第三特徵構成在於：前述氣體感測部中的氣體檢測手段係使用清淨氣體來設定零點。此外，由於零點的狀態形成為封閉空間的理想狀態，因此可設定該零點而形成為目標，且可輕易理解目前狀態與理想狀態背離多少程度。
藉此，可確實地進行氣體檢測手段的零點調整。
本發明之環境監視系統的第四特徵構成在 於：具備有：監視前述氣體成分的變化的監視部；及捕集前述氣體檢測手段的周圍的環境氣體，將所捕集到環境氣體送至前述分析部的捕集手段，若任何氣體檢測手段檢測預定值以上的檢測值時，前述監視部係對前述捕集手段指示捕集檢測到預定值以上的氣體檢測手段的周圍的環境氣體，且對前述分析部指示分析由前述捕集手段所被傳送的環境氣體。
藉由本構成，可在監視部中，使其辨識氣體檢測手段的檢測值，按照該檢測值，對所希望的氣體檢測手段，以對捕集手段發出環境氣體的捕集指令的方式進行控制。此外，監視部係可在發出捕集指令後，以對分析部發出環境氣體的分析指令的方式進行控制。亦即，若以可在監視部中執行該等捕集指令或分析指令的方式構成，例如在將監視部設在氣體感測部的近傍或分離的位置的任何者的情形下、或在將監視部設在封閉空間的外部的情形下，均可在所希望的時序執行捕集指令或分析指令。
本發明之環境監視系統的第五特徵構成在於：前述第一氣體檢測手段係具有：貴金屬線材；覆蓋該貴金屬線材，使用以氧化錫或氧化銦為主成分而添加鉬氧化物的金屬氧化物半導體所形成的氣體感應部；及在該氣體感應部的外周側設置以由氧化鋁、矽石、矽鋁氧化物、沸石之中所選擇之至少1種為擔體的觸媒層，使該觸媒層擔載鎢氧化物或鉬氧化物的至少一方的第一半導體式氣體感測元件。
在後述之實施例2(金屬氧化物半導體的主成分為氧化錫)，實施例5(金屬氧化物半導體的主成分為氧化銦)中，針對在氣體感應部添加有鉬氧化物的半導體式氣體感測元件(本發明例2、3)、及在氣體感應部未添加鉬氧化物的半導體式氣體感測元件(比較例1、2)，調查氣味成分的感測感度。
結果，在比較例1、2的半導體式氣體感測元件，係在氣味成分與可燃性氣體中，並未發現氣體感度的明確差異(圖4、8)，相對於此，在本發明例2、3的半導體式氣體感測元件，被認為可敏化乙醇、甲苯、丙酮、乙酸乙酯等氣味成分的感測感度(圖3、7)。
此外，在後述之實施例3中，針對本發明例2及比較例1，調查聚矽氧氣體所存在的環境中的氣體感度的變化。
結果，在比較例1的半導體式氣體感測元件，尤其在聚矽氧氣體曝露初期，顯示不安定的氣體感度(圖6)，相對於此，在本發明例2的半導體式氣體感測元件，即使在聚矽氧氣體存在下，亦被發現為可得安定的(大致一定的)氣體感度者(圖5)。
因此，本構成之半導體式氣體感測元件係藉由在氣體感應部添加鉬氧化物，可感度佳地檢測氣味成分，而且，在存在聚矽氧氣體的環境下亦可正確地檢測氣味成分。
此外，以將由氧化鋁、矽石、矽鋁氧化物、 沸石之中所被選擇的至少1種作為擔體者構成觸媒層，使該觸媒層擔載鎢氧化物或鉬氧化物的至少一方，藉此在感測對象氣體中具有醇類時，亦可抑制感測器對醇類的感度(參照實施例12、圖12)。亦即，藉由鎢氧化物或鉬氧化物，到達至觸媒層表面的醇類係接受分解(被稱為藉由所謂酸性金屬氧化物所致之醇類的分子內脫水反應者)。
該反應(C2H5OH→C2H4+H2O)係在較為高溫(300℃程度以上)下發生。此時會生成乙烯，但是本案之感測器對乙烯的感度非常低，因此本案之感測器對醇類的感度極低。
因此，本構成之半導體式氣體感測元件係在抑制對醇類的感度的狀態下，形成為可感度佳地檢測氣味成分者。
本發明之環境監視系統的第六特徵構成在於：將前述第二氣體檢測手段形成為：未含有前述第一氣體檢測手段中的觸媒層的構成。
藉由本構成，第二氣體檢測手段與第一氣體檢測手段相比，可提高對醇類成分的感度。
本發明之環境監視系統的第七特徵構成在於：在前述金屬氧化物半導體添加鑭氧化物及鉛氧化物的至少任一者。
藉由本構成，在金屬氧化物半導體部添加鑭氧化物及鉛氧化物的至少任一者，藉此可得相對於例如屬於氣味成分的甲苯或丙酮為高感度，並且在與氫、甲烷、 乙烯等其他氣體的選擇性中為較為優異的半導體式氣體感測元件。
A‧‧‧氣體感測部
B‧‧‧運算部
C‧‧‧報知部
D‧‧‧顯示部
E‧‧‧分析部
F‧‧‧監視部
R0、R1、R2‧‧‧固定電阻
X‧‧‧第一半導體式氣體感測元件
X’‧‧‧第二半導體式氣體感測元件
Z‧‧‧環境監視系統
1‧‧‧貴金屬線材
2‧‧‧氣體感應部
3‧‧‧觸媒層
10‧‧‧第一氣體檢測手段
20‧‧‧第二氣體檢測手段
圖1係本發明之環境監視系統的概略圖。
圖2係顯示第一氣體檢測手段的半導體式氣體感測元件的概要的圖。
圖3係顯示藉由本發明例2(氧化錫-鉬氧化物)的半導體式氣體感測元件所致之各種氣體的測定結果的圖表。
圖4係顯示藉由比較例1(氧化錫)的半導體式氣體感測元件所致之各種氣體的測定結果的圖表。
圖5係顯示在聚矽氧氣體存在下，藉由本發明例2的半導體式氣體感測元件所致之各種氣體的測定結果的圖表。
圖6係顯示在聚矽氧氣體存在下，藉由比較例1的半導體式氣體感測元件所致之各種氣體的測定結果的圖表。
圖7係顯示藉由本發明例3(氧化銦-鉬氧化物)的半導體式氣體感測元件所致之各種氣體的測定結果的圖表。
圖8係顯示藉由比較例2(氧化銦)的半導體式氣體感測元件所致之各種氣體的測定結果的圖表。
圖9係調查藉由本發明例2的半導體式氣體感測元件分別檢測乙醇及丙酮時的氣體感度的圖表。
圖10係顯示在聚矽氧氣體存在下，藉由本發明例2 的半導體式氣體感測元件檢測乙醇時的氣體感度的變化率的圖表。
圖11係顯示鑭氧化物的含量、鉬氧化物的含量、及氣體感度的變化率的表。
圖12係在本發明之半導體式氣體感測元件中，調查對9種氣體的感度與氣體濃度的關係的圖表。
圖13係在本發明例2的半導體式氣體感測元件中，調查對9種氣體的感度與氣體濃度的關係的圖表。
圖14係顯示將環境監視系統設置在半導體製造工廠的潔淨室內，感測存在於該潔淨室內的氣體時的結果的圖表。
圖15係橋式電路的概略圖。
以下根據圖示，說明本發明之實施形態。
如圖1所示，本發明之環境監視系統Z係具備有：感測存在於封閉空間內部的氣體成分的氣體感測部A，該氣體感測部A係具備有：被配設在封閉空間的不同區域的複數氣體檢測手段10、20，具備有：若氣體檢測手段10、20的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，對檢測到該預定值以上的檢測值的氣體檢測手段10、20的周圍的環境氣體所含有的氣體成分進行分析的分析部E。
此外，本發明之環境監視系統Z係具備有監視氣體成分的成分量變化的監視部F。
封閉空間係指例如控制內部與外部的環境氣體的出入之被封閉的空間。本發明之環境監視系統Z係針對被設置在例如溫度及濕度受到管理的空氣作循環的清淨的潔淨室內作為該封閉空間來進行說明。該潔淨室係例如被設在半導體製造工廠的設備。
在本發明之氣體感測部A中係具備有：第一氣體檢測手段10及第二氣體檢測手段20，在兩者中使醇類的檢測感度不同。本實施形態之氣體感測部A係以第二氣體檢測手段20的醇類的檢測感度高，針對醇類為乙醇的情形來作說明，惟並非限定於該態樣。其中，在本實施形態中係針對具備有二個氣體檢測手段的情形來作說明，但是氣體檢測手段的數量並非限定於該態樣。
1個第一氣體檢測手段10係具備有1個第一半導體式氣體感測元件X，1個第二氣體檢測手段20係具備有1個第二半導體式氣體感測元件X’。第一半導體式氣體感測元件X及第二半導體式氣體感測元件X’係分別可以1個感測元件來感測複數氣體成分的感測元件。
此外，第一氣體檢測手段10及第二氣體檢測手段20係可分離設置，但是此時以可感測在潔淨室內存在於相同區域的氣體的方式以一定程度配設在近傍即可。
潔淨室係有以下向流氣流被空調管理的情形，此時，由於氣流由上層階朝下層階擴散，因此例如若在上層階與下層階的交界部配設氣體感測部A即可。
如圖2所示，第一氣體檢測手段10係具有第 一半導體式氣體感測元件X。該第一半導體式氣體感測元件X係設有：貴金屬線材1；覆蓋該貴金屬線材1，使用以氧化錫或氧化銦為主成分而添加有鉬氧化物的金屬氧化物半導體所形成的氣體感應部2；及在該氣體感應部2的外周側，將由氧化鋁、矽石、矽鋁氧化物、沸石之中所選擇的至少1種作為擔體的觸媒層3，使該觸媒層3擔載鎢氧化物或鉬氧化物的至少一方。
以第一半導體式氣體感測元件X而言，列舉熱線型半導體式氣體感測元件、基板型半導體式氣體感測元件，惟並非侷限於此。在本實施形態中係說明形成為熱線型半導體式氣體感測元件的情形。
熱線型半導體式氣體感測元件X係在線圈狀的貴金屬線材1設有氣體感應部2。貴金屬線材1係可使用例如鉑、鈀、鉑-鈀合金等線材。貴金屬線材1的線徑、線圈徑、線圈匝數等係與使用在習知之熱線型半導體式氣體感測元件者相同，未被特別限定。
氣體感應部2係塗佈以氧化錫或氧化銦為主成分的金屬氧化物半導體而覆蓋，乾燥後，進行燒結成型者。在該金屬氧化物半導體係添加有鉬氧化物(MoO2、MoO3)。鉬氧化物的含量係形成為例如0.5~10莫耳%，較佳為1~10莫耳%。藉此，可感度佳地檢測乙醇、甲苯、丙酮、乙酸乙酯等所謂氣味成分，而且，在存在聚矽氧氣體的環境下亦可正確地檢測氣味成分。
在金屬氧化物半導體，除了鉬氧化物以外， 亦可添加鑭氧化物或鉛氧化物。藉由在金屬氧化物半導體添加鑭或鉛的氧化物，可得例如相對於屬於氣味成分的甲苯或丙酮為高感度，並且在與氫、甲烷、乙烯等其他氣體的選擇性中較為優異的第一半導體式氣體感測元件X。
鑭氧化物(La2O3)的含量若形成為例如0.05~1莫耳%，即具有良好的氣體感度。
此外，鉛氧化物(PbO)的含量係以形成為例如0.01~1莫耳%為佳。藉此，可使氫、甲烷、乙烯等VOC氣體以外的感度降低，且可感度更佳地檢測氣味成分。
在氣體感應部2的外周側係設有以由氧化鋁、矽石、矽鋁氧化物、沸石之中所選擇的至少1種作為擔體的觸媒層3，使該觸媒層3擔載鎢氧化物(WO3)或鉬氧化物的至少一方。
鎢氧化物或鉬氧化物的含量係若形成為0.1~10莫耳%，可充分抑制醇類的感度。
藉由觸媒層3所含有的鎢氧化物或鉬氧化物，到達至觸媒層3表面的醇類係接受分解。藉此，即使在醇類混入在被感測氣體的情形下，亦可抑制感測器對醇類的感度。因此，本構成的第一半導體式氣體感測元件X係在抑制對醇類的感度的狀態下，形成為可感度佳地檢測氣味成分者。
如圖15所示，熱線型半導體式氣體感測元件X係可連同固定電阻R0、R1、R2一起組入至橋式電路而 構成氣體感測器。橋式電路係藉由電源E而常時或間歇性通電，形成為適於熱線型半導體式氣體感測元件X進行感測時的溫度。此外，熱線型半導體式氣體感測元件X係若被感測氣體進行吸附時，電阻值即改變。因此，在本實施形態之氣體感測器中，可取出熱線型半導體式氣體感測元件X的電阻值的變化作為偏差電壓，且將此形成為感測器輸出V，藉此測定被感測氣體(氣味成分)的濃度。
在第二氣體檢測手段20中亦具有第二半導體式氣體感測元件X’。該第二半導體式氣體感測元件X’係具備有：上述貴金屬線材1、及氣體感應部2。
使用在第二氣體檢測手段20的第二半導體式氣體感測元件X’由於未含有觸媒層3，因此與第一氣體檢測手段10相比，對醇類成分的感度變高。此時，可將第一氣體檢測手段10及第二氣體檢測手段20之二者配置在感測對象空間，根據各自的感測手段的氣體感測輸出，來識別存在於感測對象空間的複數氣體成分(醇類及除此之外的氣體成分)。
亦即，在感測對象空間中，若醇類濃度增高，即乎沒有第一氣體檢測手段10對醇類成分的感測輸出，但是第二氣體檢測手段20對醇類成分的感測輸出變高。此時，若獲得第一氣體檢測手段10的輸出比預定的感測輸出為更大的值，即可識別為可感測到醇類以外的氣體成分者，若獲得第二氣體檢測手段20的輸出比預定的感測輸出為更大的值，即可識別為可感測到醇類者，因此 可同時識別感測醇類及除此之外的氣體成分。
本發明之環境監視系統Z係具備有：若氣體檢測手段10、20的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，對檢測到該預定值以上的檢測值的氣體檢測手段10、20的周圍的環境氣體所含有的氣體成分進行分析的分析部E。
分析部E若為可對該環境氣體中所含有的複數氣體成分進行分析(識別)者，則可為任何態樣。例如分析部E可形成為具備有：氣相層析譜分離管柱、用以使載體氣體等氣體在氣相層析譜分離管柱流通的吸引泵、在氣相層析譜分離管柱導入氣體的導入路、及排出氣體的排出路，此外，具備有檢測以氣相層析譜分離管柱所被分離的氣體成分的氣體成分檢測手段的構成。
氣相層析譜分離管柱係若使用周知的氣相層析儀用的分離管柱即可。此外，氣體成分檢測手段係若使用上述半導體式氣體感測元件等周知的氣體檢測手段即可。
氣體檢測手段10、20的周圍的環境氣體所含有的氣體成分係搬送至分析部E而在該分析部E被分析。為了進行如上所示之搬送，若具備有例如捕集氣體檢測手段10、20的周圍的環境氣體，將所捕集到的環境氣體送至分析部E的捕集手段(未圖示)即可。
該捕集手段若為可捕集環境氣體氣體且搬送至所希望的部位的態樣，則亦可為任意者，例如可具備 有：藉由注射器等，將各自的氣體檢測手段10、20的周圍的環境氣體吸引來捕集，將所捕集到的環境氣體以正壓或負壓送至分析部E的泵裝置及導管(pipe)所構成。
若氣體檢測手段10、20的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，捕集檢測到該預定值以上的檢測值的氣體檢測手段10、20的周圍的環境氣體，將所捕集到的環境氣體，藉由例如捕集手段送至分析部E。若此時所被傳送的環境氣體由該捕集手段的導入路被投入至分析部E時，在氣相層析譜分離管柱，環境氣體被展開，按每個所含有的氣體成分依序作分離，在排出路之側被溶離而排出。該所被溶離的各氣體成分被依序投入至氣體成分檢測手段，可將氣體成分的種類等進行感測、分析(識別)。氣體成分的濃度係可構成為在例如後述之運算部B進行。
如上所示藉由構成為：若氣體檢測手段10、20的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，將檢測到該預定值以上的檢測值的氣體檢測手段10、20的周圍的環境氣體所含有的氣體成分進行分析，可規定藉由分析部E來分析氣體成分的時序。亦即，若氣體檢測手段10、20的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，為可感測到所希望的氣體成分(醇類或除此之外的氣體成分的任意者)時，若在此時序以分析部E分析氣體檢測手段10、20的周圍的環境氣體，由於藉由分析部E來分析所希望的氣體成分(醇類或除此之外的氣體成分的任意者)，因此可確實且詳細地進行氣體成分的分析。
此外，監視部F係根據例如分析部E的分析結果，監視氣體成分的變化。監視部F係可使用可即時監測例如氣體成分的成分量的顯示手段等，但是並非限定於如上所示之態樣。
藉由如本構成所示設置監視部F，可輕易地掌握該封閉空間的內部的氣體成分的變化。監視部F可設在封閉空間的內部，亦可設在封閉空間的外部。若在封閉空間的內部設置監視部F時，即使為將監視部F設在氣體感測部A的近傍或分離的位置的任何位置的情形下，亦可輕易掌握封閉空間的內部的氣體成分的變化。此外，若將監視部F設在封閉空間的外部，即使為由封閉空間分離的外部，亦可輕易掌握封閉空間的內部的氣體成分的變化。
此外，監視部F係若構成為：若任何氣體檢測手段10、20檢測預定值以上的檢測值時，對捕集手段指示捕集檢測到預定值以上的氣體檢測手段的周圍的環境氣體，對分析部E指示由捕集手段被傳送的環境氣體的分析即可。
在本構成中，可在監視部F中，使其辨識氣體檢測手段10、20的檢測值，且按照該檢測值，對所希望的氣體檢測手段，以對捕集手段發出環境氣體的捕集指令的方式進行控制。此外，監視部F係可以在發出捕集指令之後，對分析部E發出環境氣體的分析指令的方式進行控制。亦即，若構成為可在監視部F中執行該等捕集指令或分析指令，即使為在例如將監視部F設在氣體感測部A 的近傍或分離的位置的任何位置的情形下，或者在將監視部F設在封閉空間的外部的情形下，均可以所希望的時序執行捕集指令或分析指令。
監視部F係若構成為具有可執行該等捕集指令或分析指令的微電腦等即可。
本發明之環境監視系統Z係可構成為：根據第一氣體檢測手段10的感測輸出及第二氣體檢測手段20的感測輸出，將所希望的氣體成分進行感測、分析及監視。
例如，若可算出第一氣體檢測手段10及第二氣體檢測手段20之二者的輸出的差，來進行所被感測到的氣體成分的判定即可。此時，例如，二者的平常輸出(ΔV感度)均為0~300左右，有將警報位準設定在1000以上的情形。此時，可實施為：若藉由從第二氣體檢測手段20的輸出，將第一氣體檢測手段10的輸出進行減算所求出的值為600以上，判定所被感測到的氣體成分為乙醇等醇類，若為400以下，則判定為該醇類以外。
在監視部F監測如上所示所被判定的結果，藉此可輕易監視氣體成分的成分量的變化。
氣體感測部A中的氣體檢測手段10、20係若使用清淨氣體來設定零點即可。藉此，可確實地進行氣體檢測手段10、20的零點調整。
本發明之環境監視系統Z係具備有：根據氣體感測部A感測到所希望的氣體成分的輸出，來算出氣體 濃度的運算部B。該運算部B係若使用可根據來自氣體感測部A的輸出訊號來算出氣體濃度的微電腦等即可。
運算部B係控制為：若第一氣體檢測手段10及第二氣體檢測手段20的至少一方感測到警報位準以上的前述氣體成分時，即發出警報訊號，若氣體感測部A的感測輸出為預定值以上時，即送至輸出警報輸出的報知部C，且藉由該報知部C來發出警報。
僅有第二氣體檢測手段20感測警報位準以上的氣體成分時，亦可形成為判斷為感測醇類，由報知部C未發出警報的構成。此外，亦可形成為若第一氣體檢測手段10及第二氣體檢測手段20的至少一方繼續感測到警報位準以上的氣體成分預定時間以上時，即發出警報的態樣。
報知部C係由運算部B接受警報訊號，根據所被選擇的警報音訊號，藉由聲音發出警報。警報音係可例如以在所被感測到的氣體成分為乙醇等醇類時、及為醇類以外時為不同的方式進行設定。藉此，使用者係可輕易辨識所被感測到的氣體成分，因此可迅速進行警報的原因特定。報知部C係由揚聲器及其驅動電路所構成，將警報音訊號轉換成警報音來輸出。
此外，本發明之環境監視系統Z係具備有：與第一氣體檢測手段10及第二氣體檢測手段20的各自的設置位置、各自的感測輸出值、及各自的檢測日期時間等產生對應地顯示的顯示部D。藉由本構成，使用者係可輕易掌握各檢測手段的狀況。
〔其他實施形態〕
在上述實施形態中，說明若複數氣體檢測手段10、20的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，對檢測到該預定值以上的檢測值的氣體檢測手段10、20的周圍的環境氣體所含有的氣體成分進行分析的態樣。但是，檢測到預定值以上的檢測值的氣體檢測手段存在複數個時，亦可對離前次捕集，期間最為有空的氣體檢測手段的周圍的環境氣體的氣體成分進行分析。
此外，若檢測到預定值以上的檢測值的氣體檢測手段存在複數個時，亦可對檢測到預定值以上的次數多(或少)的氣體檢測手段的周圍的環境氣體的氣體成分進行分析。
此外，若檢測到預定值以上的檢測值的氣體檢測手段存在複數個時，亦可根據過去的檢測傾向，來決定是否分析任何氣體檢測手段的周圍的環境氣體。
如上所述檢測到預定值以上的檢測值的氣體檢測手段存在複數個時，以所設定的順序分析氣體檢測手段的周圍的環境氣體的氣體成分，但是此時，形成為之後的順序的氣體檢測手段的周圍的環境氣體亦可暫時以捕集手段捕集，貯藏至順序輪到為止。該貯藏係若在具備有適當空間的貯藏部***捕集到的環境氣體的全部或一部分即可。
〔實施例〕 〔實施例1〕
以下說明在本發明之環境監視系統Z中所使用的半導體式氣體感測元件的製造方法。該半導體式氣體感測元件係分別製作使用在具備有貴金屬線材1、氣體感應部2、及觸媒層3的第一氣體檢測手段10(本發明例1)、及具備有貴金屬線材1、及氣體感應部2的第二氣體檢測手段20(本發明例2)者。
將摻雜0.1莫耳%的銻(Sb+5)而得預定電導度的氧化錫(SnO2)半導體糊膏，塗佈在鉑線圈，以形成為直徑為約0.5mm的球狀的方式形成，乾燥後，通電至鉑線圈，藉由焦耳熱加熱，以650℃、1小時使氧化錫燒結。
在氧化錫的半導體含浸1莫耳/L的鉬酸銨水溶液的液滴，以20℃乾燥60分鐘。乾燥後，通電(1小時)至鉑線圈，以約600℃進行加熱分解處理，使鉬氧化物擔載在金屬氧化物半導體(氣體感應部)的表面。將如上所示所得之第二半導體式氣體感測元件X’(本發明例2：使用在第二氣體檢測手段20)組入至橋式電路，使用在對被感測氣體的感度評估。
其中，若在金屬氧化物半導體添加鑭氧化物，在氧化錫的半導體含浸例如1mol/L的硝酸鑭水溶液，且在金屬氧化物半導體添加鉛氧化物時，係在氧化錫的半導體含浸 例如0.5mol/L的硝酸鉛水溶液即可。
觸媒層3係製作如下。
在氧化鋁的粉末100g，藉由含浸法，以成為0.1~10mol%(最適添加量2mol%)的方式添加鎢酸銨的水溶液(0.1mol/L)之後，進行乾燥，且以電爐以700℃燒成2小時。將此進行粉碎，以水混練形成為糊膏狀而塗佈在前述金屬氧化物半導體的表面全周。另外以室溫乾燥後，以600℃加熱1小時，使其燒結而形成。
將如上所示所得之本發明之第一半導體式氣體感測元件X(本發明例1：使用在第一氣體檢測手段10)組入在橋式電路，使用在對被感測氣體的感度評估。
〔實施例2〕
在本發明例2的第二半導體式氣體感測元件X’(在氣體感應部添加2莫耳%的鉬氧化物)、及作為比較例1而具有以氧化錫為主成分的氣體感應部的半導體式氣體感測元件(在氣體感應部未添加鉬氧化物)中，調查各種氣體的感測感度(DC2.4V通電時(10歐姆負載))。所使用的氣體為乙醇、甲烷、異丁烷、氫、一氧化碳、甲苯、丙酮、乙酸乙酯。
將藉由本發明例2的第二半導體式氣體感測元件X’所得之測定結果顯示於圖3，將藉由比較例1的半導體式氣體感測元件所得之測定結果顯示於圖4。
由圖3，在本發明例2的第二半導體式氣體感 測元件X’中，發現對屬於氣味成分的乙醇、甲苯、丙酮、乙酸乙酯的氣體感度比甲烷、一氧化碳更被敏化。另一方面，由圖4，在比較例1的半導體式氣體感測元件中，任何氣體的氣體感度亦未明確敏化，在氣味成分與可燃性氣體中，並未被發現氣體感度的明確差異。
因此，在第二半導體式氣體感測元件X’中，被認為是藉由在氣體感應部添加鉬氧化物，可感度佳地檢測氣味成分者。
〔實施例3〕
在本發明例2的第二半導體式氣體感測元件X’、及比較例1的半導體式氣體感測元件中，調查存在聚矽氧氣體(OMCTS：Octamethylcyclotetrasiloxane、10ppm)的環境下的氣體感度的變化。感測對象的氣體係形成為空氣、乙醇(5~100ppm)。
將藉由本發明例2的第二半導體式氣體感測元件X’所得之測定結果顯示於圖5，將藉由比較例1的半導體式氣體感測元件所得之測定結果顯示於圖6。
由圖5，在本發明例2的第二半導體式氣體感測元件X’中，被認為即使在聚矽氧氣體存在下，亦可得安定的(大致一定的)氣體感度者。另一方面，由圖6，在比較例1的半導體式氣體感測元件中，尤其在聚矽氧氣體的曝露初期，由於氣體感度急速改變，因此被認為是在聚矽氧氣體存在下顯示不安定的氣體感度者。
〔實施例4〕
在實施例1中所說明的本發明例2的第二半導體式氣體感測元件X’的製作方法中，將所使用的氧化錫的半導體糊膏取代氧化銦(In2O3)的半導體糊膏來製作半導體式氣體感測元件。將如上所示所得之第二半導體式氣體感測元件X’(本發明例3：在氣體感應部添加2莫耳%的鉬氧化物)組入至橋式電路，使用在對被感測氣體的感度評估。
〔實施例5〕
在本發明例3的第二半導體式氣體感測元件X’、及作為比較例2而具有以氧化銦為主成分的氣體感應部的半導體式氣體感測元件(在氣體感應部未添加鉬氧化物)中，調查各種氣體的感度(DC2.4V通電時(10歐姆負載))。所使用的氣體為乙醇、氫、甲苯、丙酮、乙酸乙酯。
將藉由本發明例3的第二半導體式氣體感測元件X’所得之測定結果顯示於圖7，藉由比較例2的半導體式氣體感測元件所得之測定結果顯示於圖8。
由圖7，在本發明例3的第二半導體式氣體感測元件X’中，被認為是對屬於氣味成分的乙醇、甲苯、丙酮、乙酸乙酯的氣體感度被敏化者。另一方面，由圖8，在比較例2的半導體式氣體感測元件中，任何氣體的 氣體感度亦幾乎未敏化，在氣味成分與可燃性氣體，並未發現氣體感度的明確差異。
〔實施例8〕
在本發明例2的第二半導體式氣體感測元件X’中，調查添加在氣體感應部的鉬氧化物的有效濃度。
以被擔載在氣體感應部的表面的鉬氧化物的含量成為0.001~30莫耳%的方式，製造11種類(表1)的半導體式氣體感測元件。針對該等半導體式氣體感測元件，調查分別檢測屬於氣味成分的乙醇100ppm、丙酮100ppm時的氣體感度。將結果顯示於表1及圖9。
結果，被認為是在鉬氧化物的含量為0.1莫耳 %以上，尤其在0.5莫耳%以上具有優異的氣體感度者。
此外，在上述11種類的半導體式氣體感測元件中，調查存在聚矽氧氣體(OMCTS)的環境下的氣體感度的變化。氣體感度的變化係以將半導體式氣體感測元件相對於聚矽氧氣體10ppm曝露20小時之時之乙醇100ppm的感度變化率(20小時暴露時的測定值/初期測定值)表示。將結果顯示於表2及圖10。
在半導體式氣體感測元件曝露在聚矽氧氣體的前後，氣體感度的變化率若為1.0~1.5左右，被認為是具有良好的氣體感度者。若鉬氧化物的含量為0.5~10莫耳%，被認為是氣體感度的變化率在1.0~1.5的範圍者。此外，若鉬氧化物的含量為1~10莫耳%，由於氣體感度 的變化率在1.0~1.2的範圍，因此被認為是具有更為良好的氣體感度者。
因此，清楚得知若銦氧化物的含量為0.5~10莫耳%，在存在聚矽氧氣體的環境下亦可正確地檢測氣味成分。
〔實施例9〕
在本發明例2的第二半導體式氣體感測元件X’中，調查添加在氣體感應部的鑭氧化物的有效濃度。
對添加有鉬氧化物的金屬氧化物半導體添加鑭氧化物0~3莫耳%，在曝露(10ppm、曝露100小時)在聚矽氧氣體的前後，調查氣體感度的變化率(聚矽氧氣體暴露後的100ppm感度/聚矽氧氣體暴露前的100ppm感度)在1.0~1.5的範圍內者。如上所述，在半導體式氣體感測元件曝露在聚矽氧氣體的前後，氣體感度的變化率若為1.0~1.5左右，被認為是對聚矽氧氣體未被影響者。
將結果顯示於圖11(a)。由圖11(a)，該變化率顯示1.0~1.5的是大概鑭氧化物的含量成為0.05~1莫耳%的範圍。因此，若鑭氧化物的含量為0.05~1莫耳%的範圍，被認為是對聚矽氧氣體未被影響者。
此外，在鑭氧化物為0~3莫耳%的範圍中，測定對乙醇100ppm的感度(mV)。使用在金屬氧化物半導體添加鉬氧化物2莫耳%，在觸媒層3添加鎢氧化物2莫耳%者，使用觸媒層3的有無、及使鉛氧化物的含量在 0.01~1莫耳%之間改變的半導體式氣體感測元件來進行測定。將結果顯示於圖11(b)。
乙醇的最高感度在無觸媒層3的第二半導體式氣體感測元件X’(本發明例2)中，鑭氧化物為0.1莫耳%時的測定值251mV。在本實施例中，若為該測定值的7成(175mV)以上，即判斷為良好感度，而且，有觸媒層3的第一半導體式氣體感測元件X(本發明例1)的感度成為無觸媒層3的第二半導體式氣體感測元件X’(本發明例2)的1/2以下之時，判斷為乙醇去除性能優異者。結果，發現若鑭氧化物的含量為0.05~1莫耳%的範圍，即滿足該等條件，且乙醇的去除性能優異。
〔實施例10〕
在本發明例2的第二半導體式氣體感測元件X’中，調查添加在氣體感應部的鉛氧化物的有效濃度。
若將被擔載在氣體感應部的表面的鉬氧化物的含量形成為0.5、2.0、10莫耳%時，以將鉛氧化物的含量成為0.005~5莫耳%的範圍的方式分別製造7種類(表3)的第二半導體式氣體感測元件X’(合計21種類)。針對該等第二半導體式氣體感測元件X’，調查分別檢測到乙醇100ppm、氫100ppm時的氣體感度。鉛氧化物的有效濃度係若適用氣味成分的選擇性優異的範圍即可。氣味成分的選擇性優異的範圍係將可燃性氣體感度/乙醇感度的比設為1以下。將結果顯示於表3。
結果，若將鉛氧化物的含量形成為0.01~5莫耳%的範圍，被發現為氫感度/乙醇感度的比為1以下者。但是，即使在氫感度/乙醇感度的比為1以下的情形下，亦以氣味成分(乙醇)的感度低為較不理想。因此，鉛氧化物的含量的上限值係在成為具有氣味成分(乙醇)的最高感度(鉬氧化物的含量為0.5莫耳%、鉛氧化物的含量 為0.5莫耳%之情形下的感度170mV)的50%以上的感度的鉛氧化物的含量之中，以形成為最大為佳。基於該等情形，鉛氧化物的含量係以形成為0.01~1莫耳%的範圍為佳。
因此，若鉛氧化物的含量為0.01~1莫耳%的範圍，可清楚得知可使氫的感度降低，感度更佳地檢測氣味成分。其中，雖未顯示結果，不僅氫，關於甲烷或乙烯等VOC氣體以外的感度，亦同樣地可降低。
〔實施例11〕
若使添加在觸媒層3的鎢氧化物的添加量在0~10莫耳%之間變化，調查對乙醇100ppm的感度及對丙酮100ppm的感度是如何變化。在金屬氧化物半導體係使用添加有鉬氧化物2莫耳%、鑭氧化物0.5莫耳%、及鉛氧化物0.5莫耳%者。將結果顯示於表4。
結果，即使在使鎢氧化物的添加量改變的情形下，對丙酮100ppm的感度並未被發現明顯的變化，相 對於此，對乙醇100ppm的感度係若將鎢氧化物的添加量形成為0.1~10莫耳%時，與鎢氧化物的添加量為0的情形相比，被發現被明顯抑制。
其中，在本實施例中，係針對使用鎢氧化物作為被擔載在觸媒層3的擔載物的情形加以說明，但是即使為鉬氧化物，亦顯示相同的結果(並未顯示結果)。
〔實施例12〕
在本發明例1的第一半導體式氣體感測元件X(本發明例1、金屬氧化物半導體：含有鉬氧化物2莫耳%、鑭氧化物1莫耳%、鉛氧化物0.5莫耳%、觸媒層：含有鎢氧化物2莫耳%)中，調查對9種氣體(乙醇、苯乙烯、二甲苯、甲苯、三甲基胺、氨、異丁醇、乙酸甲酯、丙酮)的感度與氣體濃度的關係(圖12)。由圖12可知，對全部氣體，由1ppm即充分獲得感度，此外，乙醇的感度最低，乙醇與其他氣體的分離亦十分佳。
如上所示本構成的第一半導體式氣體感測元件X係可在抑制對醇類的感度的狀態下，感度佳地檢測氣味成分(硫化氫)。
此外，在本發明例2的第二半導體式氣體感測元件X’(金屬氧化物半導體：含有鉬氧化物2莫耳%、鑭氧化物1莫耳%、鉛氧化物0.5莫耳%)中，針對對9種氣體(乙醇、苯乙烯、二甲苯、甲苯、三甲基胺、氨、異丁醇、乙酸甲酯、丙酮)的感度與氣體濃度的關係加以 調查(圖13)。結果，乙醇被發現為與其他氣體完全未分離者。
其中，在本實施例中，係說明使用氧化鋁作為觸媒層3的擔體的情形，但是即使在矽石、矽鋁氧化物、沸石的任一者、或由該等之複數構成該擔體，亦顯示相同結果。此外，雖說明了使用鎢氧化物作為被擔載在觸媒層3的擔載物的情形，但是此即使為鉬氧化物，亦顯示相同結果(均未顯示結果)。
〔實施例13〕
製作具備有：第一半導體式氣體感測元件X(本發明例1：使用在第一氣體檢測手段10)、及第二半導體式氣體感測元件X’(本發明例2：使用在第二氣體檢測手段20)的氣體感測部A，將具有該氣體感測部A的環境監視系統Z設置在半導體製造工廠的潔淨室內，感測存在於該潔淨室內的氣體(圖14)。
在第一氣體檢測手段10中，以氣味成分而言，VOC氣體以常時低位準(ΔV感度200~600程度)被感測到。在潔淨室內，使用乙醇，俾以在AM10：00~12：00之間進行清掃。此時，在此時間區間，以第二氣體檢測手段20以ΔV感度為1500左右的輸出感測到乙醇成分。
亦即，該環境監視系統Z係設置在潔淨室內，藉此可同時識別感測乙醇與VOC氣體之雙方。
其中，在第一氣體檢測手段10及第二氣體檢測手段20之任意者中，亦以ΔV感度成為1000以上之時形成為警報位準。
因此，為了分析檢測到警報位準以上的檢測值的第二氣體檢測手段20的周圍的環境氣體所含有的氣體成分，將藉由捕集手段捕集第二氣體檢測手段20的周圍的環境氣體所捕集到的環境氣體送至分析部E來進行分析。在分析部E中，使用在作為氣相層析譜分離管柱的內徑4mm、全長20cm的氟樹脂製柱管，填充有粒徑80~100μm的聚苯醚(PPE)製填充材5ring Uniport-HP(GL Sciences公司製)者，以管柱溫度25℃、載體氣體流量60ml/分鐘的條件進行氣體成分的分析。
將藉由分析部E的分析所得的氣體成分的分析結果，即時藉由監視部F進行監測。如上所示在監視部F監測該分析結果，藉此可輕易掌握該封閉空間內部的氣體成分的變化。
〔產業上可利用性〕
本發明係可利用在具備有感測存在於封閉空間內部的氣體成分的氣體感測部的環境監視系統。
A‧‧‧氣體感測部
B‧‧‧運算部
C‧‧‧報知部
D‧‧‧顯示部
E‧‧‧分析部
F‧‧‧監視部
Z‧‧‧環境監視系統
10‧‧‧第一氣體檢測手段
20‧‧‧第二氣體檢測手段

Claims (7)

  1. 一種環境監視系統，其係具備有感測存在於封閉空間的內部的氣體成分的氣體感測部，該環境監視系統之特徵為：前述氣體感測部係具備有被配設在前述封閉空間的不同區域的複數氣體檢測手段，具備有：若前述氣體檢測手段的任意者檢測到預定值以上的檢測值時，對檢測到該預定值以上的檢測值的氣體檢測手段的周圍的環境氣體所含有的氣體成分進行分析的分析部。
  2. 如申請專利範圍第1項之環境監視系統，其中，前述氣體感測部係具備有：第一氣體檢測手段、及第二氣體檢測手段，在兩者中使被感測氣體的感測特性不同，根據前述第一氣體檢測手段的感測輸出及前述第二氣體檢測手段的感測輸出，對所希望的氣體成分進行感測、分析及監視。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之環境監視系統，其中，前述氣體感測部中的氣體檢測手段係使用清淨氣體來設定零點。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之環境監視系統，其中，具備有：監視前述氣體成分的變化的監視部；及捕集前述氣體檢測手段的周圍的環境氣體，將所捕集到環境氣體送至前述分析部的捕集手段， 若任何氣體檢測手段檢測預定值以上的檢測值時，前述監視部係對前述捕集手段指示捕集檢測到預定值以上的氣體檢測手段的周圍的環境氣體，且對前述分析部指示分析由前述捕集手段所被傳送的環境氣體。
  5. 如申請專利範圍第2項之環境監視系統，其中，前述第一氣體檢測手段係具有：貴金屬線材；覆蓋該貴金屬線材，使用以氧化錫或氧化銦為主成分而添加鉬氧化物的金屬氧化物半導體所形成的氣體感應部；及在該氣體感應部的外周側設置以由氧化鋁、矽石、矽鋁氧化物、沸石之中所選擇之至少1種為擔體的觸媒層，使該觸媒層擔載鎢氧化物或鉬氧化物的至少一方的第一半導體式氣體感測元件。
  6. 如申請專利範圍第5項之環境監視系統，其中，前述第二氣體檢測手段係具有：作為未含有前述第一氣體檢測手段中的觸媒層的構成的第二半導體式氣體感測元件。
  7. 如申請專利範圍第5項或第6項之環境監視系統，其中，在前述金屬氧化物半導體添加鑭氧化物及鉛氧化物的至少任一者。
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