半导体产线氧浓度监控的“直流搭档”：TORAY LC-450D在CVD/退火炉中的应用

更新时间：2026-07-08

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一、产品定位：为何称之为“直流搭档"？

LC-450D是日本TORAY（东丽）推出的直流供电型氧化锆氧浓度计，与同系列的LC-450A（交流型）测量性能一致，核心区别仅在供电方式。LC-450D采用DC 24V供电，专为移动设备、车载系统、设备内嵌及直流供电场景设计。

在半导体产线中，CVD（化学气相沉积）、扩散炉、退火炉等设备往往集成在复杂的自动化系统中，设备内部供电通常以直流为主。LC-450D能够直接接入设备DC 24V电源，无需额外配置交流电源转换模块，因此被称为半导体产线氧浓度监控的“直流搭档"。

注：若现场为交流供电环境，可选择同系列的LC-450A（AC 100–240V）。

二、工作原理与技术核心

LC-450D的核心是氧化锆（ZrO₂）浓差电池式传感器，基于能斯特方程原理工作：

传感器结构：在氧化锆陶瓷电解质的两面烧结铂电极，加热至约700–750℃。
离子传导：高温下，氧化锆陶瓷成为氧离子导体。当传感器两侧氧气分压不同时，氧离子从高浓度侧向低浓度侧迁移。
浓差电势：迁移过程中在两铂电极之间产生氧浓差电势，该电势严格遵循能斯特方程，与两侧氧浓度差成对数关系。
浓度计算：以大气为参比气体，通过精确测量电势即可计算出样气中的氧气浓度。

技术核心优势：相比电化学或顺磁式氧分析仪，氧化锆传感器具有更快的响应速度（≤30秒达90%响应）、更宽的测量范围和更高的长期稳定性，特别适合半导体工艺中对微量氧的连续监控需求。

三、核心技术参数

以下为LC-450D的详细技术规格，综合自TORAY原厂技术资料及授权代理商信息。

参数分类	项目	详细规格
基础信息	品牌/型号	TORAY（东丽）/ LC-450D
	供电方式	DC 24V ±10%（直流供电型）；交流型为LC-450A
	测量原理	氧化锆浓差电池式（能斯特方程）
	安装方式	桌面型 / 面板安装型
	显示系统	4位数字显示（浓度显示）
	外形尺寸	185（W）× 155（H）× 40（D）mm
	重量	约 1.5 kg
测量性能	测量范围	0.1 ppm ～ 100 vol% O₂
	量程配置	显示：自动量程或4量程配置；记录仪：0–10/100/1000 ppm / 1/10/100% 等可自由组合
	精度	±1% FS（0–10 ppm及以上量程；0–1 ppm不保证）
	重复性	±1% FS
	响应时间	≤30秒（90%响应）
	空气点稳定性	±1% FS / 24小时
	传感器加热温度	700–750℃
样气条件	采样方式	内置泵，连续抽吸式
	样气流量	1,000–2,000 mL/min（总流量）；传感器流量60±10 mL/min
	样气压力	≤30 kPa（加压）
	样气温度	0–50°C
	样气要求	不得含腐蚀性气体（F₂、Cl₂、H₂S等）、有机硅气体、易燃物、油雾或水滴
电气与输出	电源	DC 24V ±10%；稳态功耗约30VA
	模拟输出	4–20 mA / 0–20 mA可选（0–10 V可选），绝缘，负载≤550Ω
	数字输出	RS-232C（单向）
	报警输出	浓度报警2点（HH/H/L/LL可选）+ 设备异常1点（无电压触点）
	范围标记输出	2点输出（无电压触点）
	自诊断功能	传感器温度异常、校准异常、机内温度异常、CPU异常、炉温异常、预热异常、不对称电位异常、传感器电阻异常等
环境与认证	环境温度	0–40°C
	环境湿度	20–85% RH（无冷凝）
	安装场所	室内，非防爆区域
	安全认证	CE, UKCA（EN61010-1, EN61326-1）
	环境法规	RoHS指令
	预热时间	≤6分钟

四、产品核心优势

1. 超宽量程覆盖，一机多用

LC-450D可测量从0.1 ppm级微量氧到100 vol%纯氧的全量程。在半导体产线中，CVD工艺常需监控ppb/ppm级微量氧以防薄膜氧化污染，而退火炉出炉时可能涉及高浓度氧测量，LC-450D无需多台切换即可覆盖全流程。

2. 直流供电，适配设备内嵌

DC 24V供电使其可直接接入半导体设备内部电源系统，无需额外配置交流电源模块，显著简化系统集成。

3. 长寿命、高耐用性传感器

氧传感器经过特殊处理，耐用性超越传统产品。可选配活性炭过滤器（吸附微量有机物和可燃气体）、棉质过滤器（拦截粉尘和固体颗粒）及硅过滤器（吸附含硅气体），有效延长传感器寿命并确保测量准确性。

4. 紧凑设计，节省空间

深度仅40mm，相比以往型号大幅缩短，便于在空间有限的半导体设备中面板安装。

5. 完备的输出与报警功能

提供4–20mA模拟输出、RS-232C数字输出、多级浓度报警及全面的自诊断功能，便于接入工厂自动化控制系统。

五、在CVD/扩散炉/退火炉中的典型应用

1. 化学气相沉积（CVD）

CVD工艺中，反应腔体内的氧污染会直接导致薄膜氧化、电阻率漂移和器件性能劣化。LC-450D可实时监测CVD设备工艺气体（如N₂、Ar、H₂）中的微量氧（通常要求<1 ppm），防止氧杂质参与反应。其≤30秒的快速响应能够在氧浓度异常升高时第一时间触发报警，避免批量晶圆报废。

2. 扩散炉

扩散工艺（如磷扩散、硼扩散）需要在严格控制氧含量的气氛中进行，氧浓度波动直接影响掺杂均匀性和方阻一致性。LC-450D凭借ppm级高精度测量和长期稳定性，可对扩散炉内的保护气氛进行连续监控，确保掺杂工艺的重复性和良率。

3. 退火炉（Annealing）

退火工艺中，晶圆在高温下经历再结晶和缺陷修复，炉内氧浓度需精确控制在特定范围内——过高会导致表面氧化，过低则可能影响退火效果。LC-450D的宽量程覆盖（从ppm级到100%）使其能够适应退火工艺不同阶段的氧浓度监控需求。

4. 半导体真空设备集成

LC-450D的紧凑设计和直流供电特性使其非常适合嵌入半导体制造设备和真空设备中。其面板安装方式可与设备控制系统无缝集成，实现氧浓度的实时显示、记录和报警。

六、采购选型参考

在选购LC-450D时，建议半导体行业用户重点关注以下几点：

确认供电方式：LC-450D为DC 24V直流供电型，适合设备内嵌和直流供电场景；若现场为交流供电，应选择LC-450A（AC 100–240V）。
明确量程需求：LC-450D覆盖0.1 ppm～100%，建议根据工艺实际氧浓度范围选择合适的量程配置。CVD和扩散炉通常关注0–10/100 ppm量程，退火炉可能需要0–1000 ppm或更高。
评估样气条件：确认样气中是否含有腐蚀性气体、有机硅、油雾或可燃成分，必要时选配相应的过滤器（活性炭、棉质、硅过滤器）。
确认输出接口：根据控制系统需求确认是否需要4–20mA模拟输出或RS-232C通信功能。
关注认证与合规：确认设备符合CE、UKCA安全认证及RoHS环保指令。

七、关于供货与技术支持

玉崎科学仪器（深圳）有限公司是TORAY东丽品牌的授权代理商，提供LC-450D氧化锆氧浓度计的现货供应。作为专业代理商，玉崎科学提供原装正品、专业技术咨询与全程支持服务，可根据用户的具体工艺需求推荐合适的量程配置和过滤器选配件。

八、总结

TORAY东丽LC-450D直流供电型氧化锆氧浓度计，凭借DC 24V直流供电的独特优势，成为半导体CVD、扩散炉、退火炉等关键工艺设备氧浓度监控的“直流搭档"。其0.1 ppm～100%的超宽量程覆盖、≤30秒的快速响应、长寿命高耐用性传感器以及仅40mm深的紧凑设计，使其能够嵌入半导体制造设备，为工艺气体的氧含量监控提供可靠保障。对于追求高精度、高稳定性和系统集成便利性的半导体产线而言，LC-450D是一个值得重点考虑的优选方案。