(57)【要約】  本発明は、ナノ構造を用いて腐食を検出し監視する方法および装置に関する。本発明の一実施例は、腐食性雰囲気中においてナノ構造によって腐食を検出する方法を提供する。この方法は、少なくとも一つの反応物質からなる少なくとも一つのナノ構造を提供し、当該少なくとも一つの反応物質の一部を腐食性雰囲気に暴露することを含む。さらにこの方法は、前記少なくとも一つの反応物質との反応を検出し、その反応の少なくとも一部に基づいて前記少なくとも一つの反応物質に関連する腐食量を決定することを含む。【選択図】図１
2008512688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの反応物質からなる少なくとも一つのナノ構造を提供し、
前記少なくとも一つの反応物質の一部を腐食性雰囲気に暴露し、
前記少なくとも一つの反応物質との反応を検出し、
前記反応の少なくとも一部に基づき、前記少なくとも一つの反応物質に関連する腐食量を決定することを備える、腐食性雰囲気中においてナノ構造によって腐食を検出する方法。
【請求項２】
少なくとも一つの反応物質からなる少なくとも一つのナノ構造を提供することは、シリコンウエハに銅電極を塗布することからなる、請求項１の方法。
【請求項３】
少なくとも一つの反応物質からなる少なくとも一つのナノ構造を提供することは、ナノ構造に複数の反応物質を塗布することからなり、各反応物質は各異なる物質と反応できる、請求項１の方法。
【請求項４】
少なくとも一つの反応物質からなる少なくとも一つのナノ構造を提供することは、複数のナノ構造に各々の反応物質を塗布することからなり、各反応物質は各異なる物質と反応できる、請求項１の方法。
【請求項５】
前記ナノ構造は、マイクロカンチレバー、ナノチューブ、カーボンナノチューブ、ナノ粒子、ナノボール、ナノカンチレバーの一つからなる、請求項１の方法。
【請求項６】
前記少なくとも一つの反応物質は、金属性物質、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、パーマロイの一つからなる、請求項１の方法。
【請求項７】
前記少なくとも一つの反応物質との反応を検出することは、前記少なくとも一つの反応物質の初期特性と後続特性との差を決定することからなる、請求項１の方法。
【請求項８】
前記反応は、質量、変位、振動周波数、電気抵抗、電圧、前記反応物質の物理特性、前記反応物質の電気特性、前記反応物質の化学特性の一つにおける変化からなる、請求項１の方法。
【請求項９】
前記少なくとも一つの反応物質に関連する腐食量を決定することは、前記少なくとも一つの反応物質の初期特性と現在特性との差を決定し、その差を腐食量に関連付けることを備える、請求項１の方法。
【請求項１０】
電子チップであって、
腐食性雰囲気と反応可能な少なくとも一つの反応物質からなる少なくとも一つのナノ構造と、
プロセッサであって、
前記少なくとも一つの反応物質の反応に関連する信号を受け取り、
前記信号の少なくとも一部に基づき、前記少なくとも一つの反応物質の腐食量を決定し、
前記少なくとも一つの反応物質の腐食量に関連付けた出力信号を発生することが可能な当該プロセッサとを備える前記電子チップと、
出力デバイスであって、
前記電子チップから前記出力信号を受け取り、
前記少なくとも一つの反応物質の前記腐食量に関連付けた指標を表示する当該出力デバイスとを備える、腐食を検出し監視する装置。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの反応物質は、前記ナノ構造に塗布する、請求項１０の装置。
【請求項１２】
少なくとも一つの反応物質からなる前記少なくとも一つのナノ構造は複数のナノ構造からなり、各ナノ構造の反応物質は各々の物質と反応できる、請求項１０の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも一つのナノ構造は、マイクロカンチレバー、ナノチューブ、カーボンナノチューブ、ナノ粒子、ナノボール、ナノカンチレバーの一つからなる、請求項１０の装置。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの反応物質は、金属性物質、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、パーマロイの一つからなる、請求項１０の装置。
【請求項１５】
前記少なくとも一つの反応物質の腐食量を決定することは、前記少なくとも一つの反応物質に関連付けた初期信号と前記少なくとも一つの反応物質の反応に関連付けた後続信号との差を決定することからなる、請求項１０の装置。
【請求項１６】
前記反応は、質量、変位、振動周波数、電気抵抗、電圧、前記反応物質の物理特性、前記反応物質の電気特性、前記反応物質の化学特性の一つにおける変化からなる、請求項１０の装置。
【請求項１７】
腐食性雰囲気に暴露するようにした少なくとも一つの反応物質を有する少なくとも一つのナノ構造と、
前記少なくとも一つの反応物質に関連した反応を検出する検出手段と、
少なくとも前記反応に部分的に基づき、前記少なくとも一つの反応物質の腐食量を決定する測定手段とを備える、腐食を検出し監視する装置。
【請求項１８】
前記少なくとも一つのナノ構造は、マイクロカンチレバー、ナノチューブ、カーボンナノチューブ、ナノ粒子、ナノボール、ナノカンチレバーの一つからなる、請求項１７の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの反応物質は、金属性物質、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、パーマロイの一つからなる、請求項１７の装置。
【請求項２０】
腐食性雰囲気に暴露するようにした少なくとも一つの反応物質を含むナノ構造を提供し、
電子チップを提供し、その電子チップの一部に前記ナノ構造を載置し、
プロセッサを提供し、当該プロセッサは、
前記少なくとも一つの反応物質に関連する反応を検出し、
前記反応の少なくとも一部に基づき、前記少なくとも一つの反応物質の腐食量を決定でき、
前記電子チップを出力デバイスに載置し、当該出力デバイスは、
前記少なくとも一つの反応物質の腐食量に関連付けた信号を受け取り、
前記少なくとも一つの反応物質の前記腐食量に関連付けた指標を表示できる、腐食モニタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く腐食監視の分野に関する。さらに詳しくは、本発明はナノ構造を用いて腐食を検出し監視する方法および装置に関する。
【０００２】
背景技術
多くの金属含有装置および金属含有構造は、時間の経過とともに劣化を引き起こすような腐食性雰囲気中において機能しなければならない。腐食は、空気中の酸素との反応に起因する金属酸化物や、多くの工業処理に暴露することによって形成する硫化水素のような化合物の形を取る。
【０００３】
例えば電子工業の場合、全保証修理作業の約三分の一が腐食に起因すると考えられる。従って腐食を正確に監視し、それを回避、低減、防止する適切な対策を取ることは、業界にとって最重要と言える。
【０００４】
腐食を監視する一つの方法は、圧電結晶体を腐食モニタとして使用することである。この結晶体に腐食性金属を塗布し、その塗布結晶体を発振器に取り付ける。この取り付けは、腐食性雰囲気中に置く前、あるいはその後に行う。腐食性金属の腐食に伴い、塗布結晶体の振動周波数が減少する。その周波数を読み取り、それを選択腐食厚さ基準に対応する厚さに変換する。一般にこの種の方法および装置は、ある程度の腐食の測定および検出に適しているが、さらに精密な腐食測定が望まれることも多い。
【０００５】
従って、腐食を検出するための改良された方法および装置が必要である。
【０００６】
さらに、腐食を監視するための改良された方法および装置が必要である。
【０００７】
さらに、腐食モニタを製造するための改良された装置および方法が必要である。
【０００８】
発明の概要
ナノ構造を用いて腐食を検出し監視する方法および装置を提供する。さらに、腐食モニタを用いて腐食を検出し監視する方法および装置を提供する。さらに、腐食モニタを製造する方法を提供する。
【０００９】
前記必要性の一部あるいは全ては、ここに開示する本発明の様々な実施例によって解決する。本発明の実施例に基づく方法、装置、および腐食モニタは、工業処理測定制御室、監視制御センタ、電気室、半導体クリーンルーム、電子組み立て工場、精密部品倉庫、商用データセンタ、博物館、図書館、記録保管室等の環境に適用できる。またここに開示する方法、装置、および腐食モニタは、そのような空間環境を保護するために使用する濾過媒質の消耗レベルをチェックするために利用できる。別の実施例は、特定環境において腐食を引き起こす汚染気体を特定するために有効である。
【００１０】
さらに本発明の実施例に基づく方法、装置、および腐食モニタは、あらゆる電子装置やプロセッサ利用装置にも適用できる。例えば電子チップ、半導体チップ、マイクロ電子チップ、電話、携帯電話、スマートフォン、パーソナル通信装置、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、タブレットコンピュータ、コンピュータ、ノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ、メインフレームコンピュータ、ＭＰ３プレーヤ、ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ、オーディオプレーヤ装置、ラジオ、テレビ等に適用可能であるが、これらに限定するものではない。
【００１１】
本発明の一実施例は、腐食性雰囲気中においてナノ構造によって腐食を検出する方法を提供する。この方法は、少なくとも一つの反応物質からなる少なくとも一つのナノ構造を提供し、前記少なくとも一つの反応物質の一部を腐食性雰囲気に暴露することを含む。この方法はさらに、前記少なくとも一つの反応物質との反応を検出し、前記反応の少なくとも一部に基づき、前記少なくとも一つの反応物質に関連する腐食量を決定することを含む。
【００１２】
本発明の別の実施例は、腐食を検出し監視する装置を提供する。この装置は、少なくとも一つの反応物質からなる少なくとも一つのナノ構造を有する電子チップを備える。前記少なくとも一つの反応物質は、腐食性雰囲気と反応可能である。さらに前記電子チップはプロセッサを含むことができ、このプロセッサは、前記少なくとも一つの反応物質の反応に関連する信号を受け取り、前記信号の少なくとも一部に基づき、前記少なくとも一つの反応物質の腐食量を決定できる。さらに前記プロセッサは、前記少なくとも一つの反応物質の腐食量に関連付けた出力信号を発生できる。さらに前記装置は出力デバイスを含むことができ、この出力デバイスは、前記電子チップから前記出力信号を受け取り、前記少なくとも一つの反応物質の前記腐食量に関連付けた指標を表示できる。
【００１３】
本発明のさらに別の実施例は、腐食を検出し監視する装置を提供する。この装置は、腐食性雰囲気に暴露するようにした少なくとも一つの反応物質を有する少なくとも一つのナノ構造を含むことができる。さらに前記装置は、前記少なくとも一つの反応物質に関連した反応を検出する検出手段を含むことができる。さらに前記装置は、少なくとも前記反応に部分的に基づき、前記少なくとも一つの反応物質の腐食量を決定する測定手段を含むことができる。
【００１４】
本発明の別の実施例は、腐食モニタの製造方法を含むことができる。この方法は、少なくとも一つの反応物質を含むナノ構造を提供することを含む。前記少なくとも一つの反応物質は、腐食性雰囲気に暴露する。さらに前記方法は、電子チップを提供し、その電子チップの一部に前記ナノ構造を載置することを含む。さらに前記方法は、プロセッサを提供することを含む。このプロセッサは、前記少なくとも一つの反応物質に関連する反応を検出し、前記反応の少なくとも一部に基づき、前記少なくとも一つの反応物質の腐食量を決定することが可能である。さらに前記方法は、前記電子チップを出力デバイスに載置することを含み、この出力デバイスは、前記少なくとも一つの反応物質の腐食量に関連付けた信号を受け取ることができる。さらに前記出力デバイスは、前記少なくとも一つの反応物質の前記腐食量に関連付けた指標を表示することができる。
【００１５】
本発明の一実施例の一態様は、腐食を監視または検出する高感度で高精度の方法および装置を提供できる。
【００１６】
本発明の一実施例の別の態様は、ナノ構造を用いた腐食モニタを製造する方法を提供できる。
【００１７】
本発明の一実施例のさらに別の態様は、マイクロ電子チップにナノ構造を載置する製造装置および製造方法を提供できる。
【００１８】
本発明の前記およびその他態様、特徴、および利点は、以下に開示する実施例の詳細説明および請求の範囲を閲覧することで明らかとなろう。
【００１９】
実施の形態の詳細な説明
本発明の各実施例は、腐食を検出し監視すべく設計している。本明細書において使用する用語「ナノ構造」は、広くナノ技術に関する分野で使用する物体の種類を意味する。例えばマイクロカンチレバー、ナノチューブ、カーボンナノチューブ、ナノボール、ナノ粒子、マイクロ電気機械（ＭＥＭＳ）デバイス等の比較的小型の物体およびデバイスである。
【００２０】
本明細書で使用する用語「チップ」は、広くマイクロエレクトロニクスチップ、半導体チップ、コンピュータチップ、回路チップ、マイクロプロセッサ、プロセッサ等のエレクトロニクス環境またはプロセッサ環境に適するあらゆるチップを意味する。
【００２１】
本明細書で使用する用語「腐食性雰囲気」は、電子デバイス内の雰囲気、プロセッサ利用デバイス内の雰囲気、密閉空間内の雰囲気、室内の雰囲気、建物内の雰囲気、通風路内の雰囲気を含むが、これらに限定するものではない。
【００２２】
本発明の装置、方法、その他実施例は、様々な環境において腐食を検出し監視するために有用である。様々な環境とは、工業処理測定制御室、モータ制御センタ、電気室、半導体クリーンルーム、電子組み立てサイト、商用データセンタ、博物館、図書館、記録保管室を含むが、これらに限定するものではない。これら実施例は、前記空間環境を保護するために使用する濾過媒質の消耗レベルをチェックするためにも利用できる。別の実施例は、汚染気体、特に所定環境において金属の腐食を引き起こす汚染気体を特定するために有効である。
【００２３】
さらに本発明の装置、方法、その他実施例は、あらゆる電子デバイスやプロセッサ利用デバイスに適用できる。例えば電子チップ、半導体チップ、マイクロ電子チップ、回路チップ、コンピュータチップ、電話、携帯電話、スマートフォン、パーソナル通信装置、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、タブレットコンピュータ、コンピュータ、ノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ、メインフレームコンピュータ、ＭＰ３プレーヤ、ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ、オーディオプレーヤ装置、ラジオ、テレビ等に適用可能であるが、これらに限定するものではない。
【００２４】
図１および２に示す実施例の環境は、例えば電気的チップである。例えばマイクロエレクトロニクスチップ、半導体チップ、コンピュータチップ、回路チップ、マイクロプロセッサ、プロセッサ、その他電子的環境またはプロセッサ利用環境における適切な部品である。
【００２５】
図１は、本発明の一実施例に基づく装置を示す概略図である。図１に示す装置は、腐食性雰囲気において腐食を検出し監視する腐食モニタ１００である。腐食モニタ１００は、マイクロカンチレバー１０２等のナノ構造を含む。このナノ構造は、腐食性雰囲気と反応する少なくとも一つの反応物質、例えば金属製物質１０４を含む。前記ナノ構造は、マイクロカンチレバー、ナノチューブ、カーボンナノチューブ、ナノ粒子、ナノボール、ナノカンチレバー、あるいはこれらの組み合わせの形体を取るが、これらに限定するものではない。適切な反応物質としては、金属性物質、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、パーマロイ、あるいはこれらの組み合わせを含むが、これらに限定するものではない。
【００２６】
図示の実施例において、マイクロカンチレバー１０２等のナノ構造に反応物質１０４を提供することは、例えばシリコンウエハに銅電極を塗布することによって実現できる。反応物質１０４を有するマイクロカンチレバー１０２のごとく、ナノ構造に少なくとも一つの反応物質を提供することは、様々な方法によって実現できる。例えば集積、接着、多層化、エッチング、塗布、取り付け、接続薄膜蒸着技術やイオンビームスパッタリングであるが、これらに限定するものではない。ナノ構造に反応物質１０４を提供する他の例は、マイクロカンチレバーの一部に金属製物質を塗布すること、ナノ構造の一部に金属製物質を塗布すること、ナノチューブの一部に金属製物質を塗布すること、１以上のナノボールの一部に金属製物質を塗布することを含むことができる。このように、ナノ構造の少なくとも一部は、少なくとも一つの反応物質を含む。
【００２７】
ここで提供する方法および装置にとって適切なナノ構造は、カリフォルニア州サンタバーバラのナノデバイス等の市販品製造業者から入手可能である。ナノ構造に少なくとも一つの反応物質を塗布あるいは適用するために好適な方法は、アイオワ州エイムズのバイオフォースナノサイエンス社等のナノ技術および／またはナノ科学材料処理業者が実施できる。
【００２８】
本発明の少なくとも一つの実施例において、ナノ構造に複数の反応物質を塗布できる。これら反応物質のいくつかあるいは全ては、腐食性雰囲気、腐食性材料、腐食性物質と反応するようにできる。一実施例において、各反応物質は、異なる種類の腐食性雰囲気、腐食性材料、あるいは腐食性物質と反応するようにできる。
【００２９】
別の実施例において、少なくとも一つの反応物質を複数のナノ構造に塗布し、それらナノ構造を集積するか互いに接続し、いくつかのあるいは全てのナノ構造を別々にあるいは単一デバイスとして監視しても良い。一実施例において、ナノ構造が特定の腐食性雰囲気、腐食性材料、あるいは腐食性物質と反応するのを監視する。
【００３０】
さらに図１に示す装置は、反応物質に関する反応を検出する手段を任意で含むことができる。反応物質に関する反応を検出する手段は、例えばプロセッサ１０６を備えることができる。このプロセッサ１０６は、図１に示すマイクロカンチレバー１０２等のナノ構造と動作的に通信する。プロセッサ１０６は、コンピュータ実行可能命令セットを含むか実行できる。この命令セットは例えば命令１０８であり、コンピュータ読み取り可能媒体やメモリ１１０に格納し、反応物質に関する反応を検出する。
【００３１】
前記プロセッサは、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、およびステートマシンを備えることができる。このようなプロセッサは媒体を備えるか、媒体と通信できる。媒体は例えばコンピュータ読み取り可能媒体であり、命令を格納する。これら命令はプロセッサで実行することにより、後述の各ステップを当該プロセッサに行わせる。コンピュータ読み取り可能媒体の実施例としては、電子記憶装置、光学記憶装置、磁気記憶装置、その他記憶装置、あるいはプロセッサ１０６等のプロセッサにコンピュータ読み取り可能命令を提供可能な通信装置であるが、これらに限定するものではない。適切な媒体の他の例はフロッピー(登録商標)ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、磁気ディスク、メモリチップ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＳＩＣ、構成済みプロセッサ、全ての光学媒体、全ての磁気テープやその他磁気媒体、あるいはコンピュータプロセッサが命令を読み取り可能なその他全ての媒体を含むが、これらに限定するものではない。さらにコンピュータ読み取り可能媒体の様々な他の形態も、コンピュータへ命令を送信あるいは搬送できる。例えばルータ、専用ネットワーク、公衆ネットワーク、その他送信装置、有線および無線の回線等である。前記命令は、例えばＣ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ビジュアルベーシック、ジャバ、パイソン、パール、ジャバスクリプト等を含む全てのコンピュータプログラミング言語のコードで良い。
【００３２】
反応物質に関する反応は、質量、変位、振動周波数、電気抵抗、電圧、前記反応物質の物理特性、前記反応物質の電気特性、前記反応物質の化学特性、あるいはそれらの組み合わせ、における変化を含むことができるが、これらに限定するものではない。
【００３３】
例えば図示のプロセッサ１０６は、ナノ構造に付随する反応物質の質量変化を検出する命令セットを含むか実行できる。多くの場合、ナノ構造に付随する特定の反応物質の事前定義質量は既知であるか測定でき、それと結果的質量、質量変化、または質量差とを比較できる。
【００３４】
別の実施例において、プロセッサ１０６は、ナノ構造に付随する反応物質における変位を検出する命令セットを含むか実行できる。多くの場合、ナノ構造に付随する特定の反応物質の事前定義位置は既知であるか測定でき、それと結果的位置、位置変化、または位置差とを比較できる。
【００３５】
別の実施例において、プロセッサ１０６は、ナノ構造に付随する反応物質における振動周波数の変化を検出する命令セットを含むか実行できる。多くの場合、ナノ構造に付随する特定の反応物質の事前定義振動周波数は既知であるか測定でき、それと結果的振動周波数、振動周波数変化、または振動周波数差とを比較できる。
【００３６】
他の例において、プロセッサ１０６は、ナノ構造に付随する反応物質における電気抵抗の変化を検出する命令セットを含むか実行できる。多くの場合、ナノ構造に付随する特定の反応物質の事前定義電気抵抗は既知であるか測定でき、それと結果的電気抵抗、電気抵抗変化、または電気抵抗差とを比較できる。
【００３７】
さらに他の例において、プロセッサ１０６は、ナノ構造に付随する反応物質における電圧の変化を検出する命令セットを含むか実行できる。多くの場合、ナノ構造に付随する特定の反応物質の事前定義電圧は既知であるか測定でき、それと結果的電圧、電圧変化、または電圧差とを比較できる。
【００３８】
反応物質に関連するその他物理特性、電気特性、および／または化学特性等もその変化について検出および監視が可能であり、本発明の範囲内である。これらについては、本明細書を読むことにより当業者には明らかであろう。
【００３９】
さらに前記装置は、前記反応の少なくとも一部に基づき、前記少なくとも一つの反応物質の腐食量を決定する測定手段を任意で含むことができる。図１に示す実施例において、この測定手段は、図示のマイクロカンチレバー１０２等であるナノ構造と動作的に通信するプロセッサ１０６が実現する。プロセッサ１０６は、コンピュータ実行可能な命令セットを含むか実行できる。これら命令は、例えばコンピュータ読み取り可能媒体に格納した命令であり、前記反応の少なくとも一部に基づき、前記反応物質の腐食量を決定する。一般に特定の反応物質との反応の検出は、検出した反応の種類によって定量化または測定できる。反応の量的測定と反応物質の残量とのあらかじめ定義した相関を使用し、当該反応物質の腐食量を決定できる。
【００４０】
例えばプロセッサ１０６は、反応物質に検出した質量変化量を反応物質の残量に相関して当該反応物質の残量の腐食量を決定する命令セットを含むか実行できる。すなわち、ナノ構造に付随する反応物質の質量変化を検出した場合、その質量変化は、当該反応物質の腐食量に相関できる。本例において、特定の反応物質の質量変化は、当該反応物質の残存厚さ（オングストローム、あるいは他の厚さ単位）に相関させて当該反応物質の腐食量を決定する。
【００４１】
別の例において、ナノ構造に付随する反応物質の変位を検出した場合、その変位を当該反応物質の腐食量に相関させる。プロセッサ１０６は、ナノ構造に付随する反応物質に検出した変位量を当該反応物質の残量に相関して当該反応物質の腐食量を決定する命令セットを含むか実行できる。
【００４２】
別の例において、ナノ構造に付随する反応物質の振動周波数の変化を検出した場合、その振動周波数の変化を当該反応物質の腐食量に相関させる。プロセッサ１０６は、反応物質に検出した振動周波数の変化量を当該反応物質の残量に相関して当該反応物質の腐食量を決定する命令セットを含むか実行できる。
【００４３】
別の例において、ナノ構造に付随する反応物質の電気抵抗の変化を検出した場合、その電気抵抗の変化を当該反応物質の腐食量に相関させる。プロセッサ１０６は、反応物質に検出した電気抵抗の変化量を当該反応物質の残量に相関して当該反応物質の腐食量を決定する命令セットを含むか実行できる。
【００４４】
さらに別の例において、ナノ構造に付随する反応物質の電圧変化を検出した場合、その電圧変化を当該反応物質の腐食量に相関させる。プロセッサ１０６は、反応物質に検出した電圧の変化量を当該反応物質の残量に相関して当該反応物質の腐食量を決定する命令セットを含むか実行できる。
【００４５】
反応物質に関連するその他物理特性、電気特性、および／または化学特性に検出あるいは監視する変化も、本発明の実施例に基づき当該反応物質の腐食量に相関できることは、本明細書を読むことにより当業者に明らかであろう。物理特性、電気特性、および／または化学特性に関する時間の経過に伴う様々な反応は、監視し相関することで、反応物質の腐食量を決定できる。
【００４６】
少なくとも一実施例において、前記装置は腐食量を表示するための出力装置を含むことができる。図１に示す例において、出力装置はプロセッサ１０６に関連した表示装置１１２である。この出力装置は、メータ、指標、ＬＥＤ、ＬＣＤ、ディスプレイ、プラズマディスプレイ、タッチスクリーン装置、投影装置、モニタ、その他プロセッサ１０６に関する量、測定、決定、結果を出力するための適切な装置であるが、これらに限定するものではない。当業者には明らかな通り、出力装置は本発明に基づく装置の構成部品に統合しても良いし、本発明に基づく装置の構成部品と動作的に通信する別個の構成要素でも良い。
【００４７】
少なくとも一実施例において、図１に示す腐食モニタ１００等の装置の構成要素のいくつかあるいは全ては、半導体チップやシリコンウエハ等の電子チップに搭載できる。前記装置の構成要素のいくつかあるいは全ては、電子チップに集積するか配置できる。別の実施例において、前記装置の構成要素のいくつかあるいは全てを電子チップに集積し、残りの構成要素は当該チップに集積した構成要素と動作的に通信するようにしても良い。例えば図示および前記したマイクロカンチレバー１０２等のナノ構造と図示および前記したプロセッサ１０６とは、それぞれ電子デバイスやプロセッサ利用装置用の電子チップに集積しても良い。例えば、本発明の一実施例に基づくナノ構造を備えた検出回路を図５に示す。図示および前記した表示装置１０８等の出力装置は、プロセッサ１０６と動作的に通信できるか、あるいは電子チップ、電子デバイス、プロセッサ利用装置と動作的に通信できる。このように、腐食を検出し監視する装置は、本発明の様々な実施例に基づいて実現可能である。
【００４８】
図２は、図１に示した装置用のマイクロカンチレバーを示す詳細図である。図２に示すマイクロカンチレバー１０２は、シリコンウエハ２００と銅電極２０２とを含む。ナノ構造と反応物質との他の組み合わせも、本発明の実施例に基づいて使用可能である。図において、マイクロカンチレバーの例示的寸法は、本発明の実施例に基づいて使用するナノ構造と反応物質との寸法が比較的小さいことを示す。
【００４９】
図３は、本発明の一実施例に基づく方法を示すフローチャートである。図３の方法３００は、腐食性雰囲気においてナノ構造によって腐食を監視し検出する方法である。本方法の他の実施例は、本発明に基づき、より少ないかより多いステップを備えることができる。方法３００はブロック３０２から開始する。
【００５０】
ブロック３０２において、少なくとも一つの反応物質を備えるナノ構造を提供する。一実施例において、ナノ構造は、マイクロカンチレバー、ナノチューブ、カーボンナノチューブ、ナノ粒子、ナノボール、ナノカンチレバーの一つを含むことができる。別の実施例において、反応物質は、金属性物質、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、パーマロイの一つを含むことができる。さらに別の実施例において、少なくとも一つの反応物質からなる少なくとも一つのナノ構造を提供することは、シリコンウエハに銅電極を塗布することである。
【００５１】
一実施例において、少なくとも一つの反応物質からなるナノ構造を提供することは、ナノ構造をマイクロエレクトロニクスチップに搭載すること、ナノ構造を半導体チップに搭載すること、ナノ構造を電子デバイス内に配置すること、ナノ構造を容器内に配置することのいずれかを含むことができる。
【００５２】
ブロック３０２に続くブロック３０４において、前記少なくとも一つの反応物質を腐食性雰囲気に暴露する。
【００５３】
ブロック３０４に続くブロック３０６において、前記少なくとも一つの反応物質との反応を検出する。実施例において、反応は、質量、変位、振動周波数、電気抵抗、電圧、反応物質の物理特性、反応物質の電気特性、反応物質の化学特性のいずれかにおける変化を含むことができる。別の実施例において、前記少なくとも一つの反応物質との反応を検出することは、前記少なくとも一つの反応物質の初期特性と後続特性との差を決定することである。
【００５４】
ブロック３０６に続くブロック３０８において、少なくとも前記反応に基づき、前記少なくとも一つの反応物質に関連する腐食量を決定する。一実施例において、前記少なくとも一つの反応物質に関連する腐食量を決定することは、前記少なくとも一つの反応物質の初期特性と現在特性との差を決定し、その差を腐食量に関連付けることを含むことができる。方法３００はブロック３０８において終了する。一実施例において、反応は、質量、変位、振動周波数、電気抵抗、電圧、前記反応物質の物理特性、前記反応物質の電気特性、前記反応物質の化学特性の一つにおける変化を含むことができる。方法３００はブロック３０８において終了する。
【００５５】
図４は、本発明の一実施例に基づく別の方法を示すフローチャートである。図４の方法４００は、腐食モニタを製造する方法である。本方法の他の実施例は、本発明に基づき、より少ないかより多いステップを有することができる。方法４００はブロック４０２から開始する。
【００５６】
ブロック４０２において、少なくとも一つの反応物質を備えたナノ構造を提供する。この少なくとも一つの反応物質は、腐食性雰囲気と反応する。
【００５７】
ブロック４０２に続くブロック４０４において、電子チップを提供する。この電子チップは前記ナノ構造の一部を載置するものである。
【００５８】
ブロック４０４に続くブロック４０６において、前記電子チップの一部に前記ナノ構造を載置する。
【００５９】
ブロック４０６に続くブロック４０８において、プロセッサを提供する。このプロセッサは、前記少なくとも一つの反応物質に関する反応を検出可能であるとともに、少なくとも前記反応に部分的に基づいて、前記少なくとも一つの反応物質の腐食量を決定できる。一実施例において、前記プロセッサは前記ナノ構造と動作的に通信する。
【００６０】
ブロック４０８に続くブロック４１０において、前記電子チップを出力装置に接続する。この出力装置は、前記少なくとも一つの反応物質の腐食量を表示できる。方法４００はブロック４１０において終了する。
【００６１】
図５は、本発明の一実施例に基づく、ナノ構造を有した検出回路の一例を示す図である。検出回路５００は、例えば腐食モニタ等の様々な電子デバイスやプロセッサ利用装置に設置できる。
【００６２】
図５に示す検出回路５００は、マイクロカンチレバー５０２等のナノ構造を含む。図示の検出回路５００は、電源５０４と、プロセッサ５０６と、ＥＥＰＲＯＭ５０８等のメモリと、発振器５１０とをさらに含む。本発明の他の実施例に基づく検出回路は、他の構成および他の配置の構成要素を持つことができる。
【００６３】
図示の検出回路５００において、電源５０４は、マイクロカンチレバー５０２、ＥＥＰＲＯＭ５０６、発振器５０８を含む回路要素のいくつかあるいは全てに必要な電流を提供できる。適切な電源は、バイアスパワーテクノロジー社が製造する３−５ＶＤＣ電源である。
【００６４】
図示の検出回路５００において、マイクロカンチレバー５０２は例えば腐食性雰囲気、物質、材料に暴露できる。マイクロカンチレバー５０２は、かかる腐食性雰囲気、物質、材料に応じ、例えば偏向するかあるいは当該腐食性雰囲気、物質、材料に反応する。一実施例において、マイクロカンチレバー５０２に塗布、適用、あるいは搭載した少なくとも一つの反応物質は、前記腐食性雰囲気、物質、材料に反応できる。適切なマイクロカンチレバーは、ビーコインスツルメンツ社が製造するＤＭＡＳＰシリーズ、マイクロアクチュエーテッドシリコンアクティブプローブである。いずれにせよ、マイクロカンチレバー５０２の反応に関係する信号を検出し、送信し、発振器にて受け取る。
【００６５】
図５に示す発振器５１０は、腐食性雰囲気、物質、材料に対するマイクロカンチレバーの反応に関連した信号を検出または受信できる。発振器５１０は、腐食性雰囲気、物質、材料に対するマイクロカンチレバー５０２の反応に少なくとも部分的に基づく周波数出力信号を発生できる。例えば発振器５１０は、マイクロカンチレバー５０２の比較的大きな偏向に関連した信号に基づき、比較的大きな周波数応答信号を提供できる。同様に発振器５１０は、マイクロカンチレバー５０２の比較的小さな偏向に関連した信号に基づき、比較的小さな周波数応答信号を提供できる。適切な発振器は、カリフォルニア州ミルピタスのインターシル社が製造販売するＨＡ７２１０シリーズ、１０ｋＨｚ−１０ＭＨｚ、低出力水晶型発振器である。
【００６６】
一実施例において、発振器５１０からの周波数応答信号を比較することにより、例えば初期時間と後続時間の所定期間におけるマイクロカンチレバー５０２から受け取る信号の少なくとも一部に基づいた周波数応答差を決定できる。この周波数応答差は、反応物質の腐食量に関連付けることができる。
【００６７】
プロセッサ５０６は、検出回路５００の構成要素のいくつかあるいは全てを制御するための命令セットまたはコマンドセットを提供するか実行できる。ＥＥＰＲＯＭ５０８等の付随メモリは、プロセッサ５０６が実行する命令セットまたはコマンドセットを格納するためのデータ記憶装置またはコンピュータ読み取り可能媒体を提供できる。例えばプロセッサ５０６は、マイクロカンチレバー５０２等のナノ構造を使用して腐食を検出、測定、監視するための命令セットを実行できる。適切なプロセッサは、マイクロチップテクノロジー社が製造するＰＩＣ１８Ｆ１２２０シリーズマイクロコントローラである。適切なメモリはＡＴＭＥＬ社が製造するシリアルフラッシュ型メモリチップである。
【００６８】
前記説明は、本発明の一部の実施例のみに関連するものであり、本発明には本発明の範囲を逸脱せずに多くの変更や修正が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施例に基づく装置を示す概略図である。
【図２】図１に示した装置用のマイクロカンチレバーを示す詳細図である。
【図３】本発明の一実施例に基づく方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施例に基づく別の方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例に基づくナノ構造を有した検出回路の一例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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