质谱仪制造技术

一种质谱仪，其特征在于，该质谱仪以完全平面的方式被构造；组件被设置在平坦的不导电的衬底上；该质谱仪具有用于离子的能量过滤器（ｋ），所述能量过滤器（ｋ）被实施为扇形、尤其是９０°扇形；通过对施加到该衬底和布线上的被掺杂的半导体片进行光刻和蚀刻来制造电离室（ｂ）、用于使电子和离子加速的电极（ｇ，ｈ，ｊ）、用于所述离子的探测器（ｌ）、和所述能量过滤器（ｋ），并且前述部件被第二个平坦的不导电的衬底覆盖。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种质谱仪，该质谱仪具有 -电离室，具有用于要检查的气体的供给通道， -电子源，用于电离要检查的气体， -用于使电离电子加速的电极，-用于通过使离子加速/减速来根据质量分离所述离子的电极， -用于被分离的离子的探测器，以及 -具有金属线的布线。
技术介绍
质谱仪被用在多种应用中。以前，质谱仪主要用于科学目的，而 如今存在越来越多的与如下有关的应用环境保护、用于确定有害气 体的空气质量测量、过程监控和控制、例如在机场中的安全检查等。 尤其是具有小尺寸并因此易于运输以及能够被普遍使用的质谱仪适用 于这些目的。对于大规模应用来说，另一要求是能够低成本地制造 这些质谱仪。先前公知的具有四极质量分离器(Quadrupolmassenseparator ) 的质谱仪以小尺寸为特征(W0 2004/013890， GB 234908 A)。缺点是， 在这样的四极质量分离器的情况下对电极几何形状 (Elektrodengeometrie)提出非常高的要求，从而不能通过在微系统 技术中常用的蚀刻法或沉积法来制it分离器。由于系统由多个必须以 彼此精确配合的方式被调节和定位的组件构成，所以必须进行昂贵和 复杂的单系统处理。在另一质谱仪中使用磁场分离器(W0 96/16430 )。但是该磁场分 离器要求某个最小尺寸，因为一方面针对该磁场分离器必须存在非常 高的磁场强度，而在其它位置处必须屏蔽该磁场以便不影响电离或离 子光学。在一种根据微系统技术制造的质谱仪(Y00N H J等人"Fabrication of a novel micro time-of-f 1 ight mass spectrometer" SENSORS AND ACTUATORS A， ELSEVIER SE(J丽A S. A. ， UUSA羅，CH， Bd. 97-98, 2002年4月1日(2002 - 04 - 01 )，第441 — 447页， XP004361634 ISSN: 0924 - 4247 )中，使用硅作为衬底，该衬底具有 的优点是具有大量结构化可能性，但是具有的缺点是有使该衬底 加热的大的泄漏电流流动。另一缺点是高的介电常数，该高的介电常 数即使在使用由二氧化硅构成的绝缘中间层时也导致信号失真。而且， 通过电场仅发生离子运动方向上的连续的加速，而不发生垂直于离子 运动方向的时变的加速(而通过所述时变的加速可以改善依赖速度的 离子选择)，从而所有离子都到达探测器，并且必须在时间上分辨该 离子流的测量。此外，该先前公知的质谱仪未以完整方式被构造；如 图11中所示，分离器和探测器是分开的元件。利用微系统技术的方法，另一先前公知的小型化的质谱仪(W0 96/11492 )同样未以完全平面的方式来制造；设置有用于质量分离的 外部磁体。在上面已经结合另一公知的质谱仪(W0 96/16340 )提到相 应的缺点。开头所述类型的质谱仪曽被开发用于微系统中，该质谱仪可以利 用在微系统技术中常用的方法来制造(DE 197 20 278 Al )。该质谱 仪仅具有非常小的尺寸。但是，制造非常复杂，因为一方面为了加速 以便电离要检查的气体需要无支撑的绝缘栅(isoliertes Gitter)， 而另一方面必须产生电接触的、由铜或镍构成的电镀生长的结构。各 个组件的构造分开地在总共四个衬底上进行，必须利用适当的构造和 连接技术将这些衬底连接成单片系统。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供一种开头所述类型的质谱仪，所述质谱仪 可以简单并且低成本地制造，并且适于大量生产。在开头所述类型的质谱仪的情况下，根据本专利技术的解决方案在于 一该质谱仪以完全平面的方式被构造， -组件被设置在平坦的不导电的衬底上，-该质谱仪具有用于离子的能量过滤器，所述能量过滤器被实施 为扇形、尤其是90°扇形，6-通过对施加到该衬底和布线上的被掺杂的半导体片(Halbleiterpiattchen)进行光刻和蚀刻来制造电离室、用于4吏电子和 离子加速的电极、用于所述离子的探测器、和能量过滤器，并且前述 部件被第二个平坦的不导电的衬底覆盖。在此，应该将"扇形，，理解为弧段，其中所述离子在该弧段上移动。质谱仪具有通过加速/减速来根据质量分离离子的功能基于以下 事实由于通过所述电极的电场进行加速，重量不同的离子达到不同 的速度，并且基于这种速度差异实现分离。但是，相应的被允许通过 的离子束并不是单色的，而是也含有质量更大或者更小的离子，这些 离子由于热运动而具有了更大的或者更小的起动速度。为了滤除这些 非单色的离子，设置有能量过滤器，在所述能量过滤器中，在两个具 有不同的、尤其是相反的电势的电极之间，离子在所述电极之间的通 道(扇形)中被偏转。通过该措施获得更高的精度。与现有技术的双聚集(doppelfokussierend )质谱仪(W0 96/11492 )相比，在此舍弃通过外部磁场的偏转。在本专利技术中，仅通 过在平面结构之内产生的电场来根据质量/能量分开离子。本专利技术的特别的优点在于该质谱仪以完全平面的方式被构造并 且可以利用微电子技术由晶片来制造。组件被设置在平坦的不导电的 衬底上，在该衬底上首先施加有金属连接布线。通过对施加到该衬底 和该布线上的半导体片进行光刻和蚀刻来制造电离室、用于使电子和 离子加速的电极、用于所述离子的探测器、和能量过滤器，其中在光 刻和蚀刻步骤中产生所有的组件。接下来，则用平坦的不导电的衬底 来覆盖所述组件，以便因此获得闭合的单元。在一种有利的实施方式中，该电子源是热发射器。在另一有利的实施方式中，该电子源具有等离子体室，该等离子体室具有用于稀有 气体的供给通道和用于引入微波以便产生和维持等离子体的微波线 路，其中该等离子体室、该供给通道和该微波线路连同其它部件一起 同样通过蚀刻半导体片来制造。在一种有利的实施方式中，用于通过加速/减速来根据质量分离离子的电极被构造和设置为飞行时间质量分离器。在第一栅电极装置中， 离子束被脉冲调制(gepulst)。因此，仅有短离子脉沖到达漂移路段中，在该漂移路段中，该脉冲由于离子的速度不同而分散。在第二栅 电极装置处，该离子脉冲被采样。在此，不同的传播时间对应于不同 的质量。于是通过能量过滤器确保只有刚好具有某一能量的离子到达 探测器并且在那里被记录。在行波场分离器的情况下，在测量路段中设置有大量的电极，所 述电极被施加交流电压，该交流电压从一端到另一端随着所述离子而"迁移(wandern)"。只有刚好具有对应于电场的"迁移速度"的速 度的离子总是移动通过正好未被施加电压的电极。所有其它不合拍的 离子在正好被施加有电压的电极之间移动，从而它们被偏转到旁侧。用于所述离子的探测器被有利地构造为法拉第探测器 (Faradaydetektor)。在具有更高灵敏度的另 一有利的实施方式中， 用于所述离子的探测器被构造为电子倍增器。用于使电子加速的电极可以是两个配备有光阑孔径 (Blenden6ffnung)的能够被施加不同电势的电极。这些电极同样可以 由半导体材料来制造，从而避免现有技术中先前公知的、难以制造的 用于加速电子的格栅装置(DE 197 20 278 A)。该质谱仪有利地具有微控制器，通过该微控制器来控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种质谱仪，该质谱仪具有：　－电离室（ｂ），具有用于要检查的气体的供给通道（ａ），　－电子源（ｄ，ｎ），用于电离要检查的气体，　－用于使电离电子加速的电极（ｃ），　－用于通过使离子加速／减速来根据质量分离所述离子的电 极（ｇ，ｈ，ｊ，ｍ），　－用于被分离的离子的探测器（１），以及　－具有金属导体的布线，　其特征在于，　－该质谱仪以完全平面的方式被构造，　－组件被设置在平坦的不导电的衬底（１）上，　－该质谱仪具有用于所述 离子的能量过滤器（ｋ），所述能量过滤器（ｋ）被实施为扇形、尤其是９０°扇形，　－通过对施加到所述衬底（１）和所述布线（２）上的掺杂的半导体片（６）进行光刻和蚀刻来制造所述电离室（ｂ）、用于使电子和离子加速的电极（ｇ，ｈ，ｊ，ｍ）、用于 所述离子的探测器（１）、和所述能量过滤器（ｋ），并且前述部件被第二个平坦的不导电的衬底（７）覆盖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J米勒，E瓦佩尔霍斯特，JP豪希尔德，
申请(专利权)人：拜尔技术服务有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]