CN110006985A - 离子检测装置及其制造方法、faims系统 - Google Patents

离子检测装置及其制造方法、faims系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及离子检测装置、离子检测装置的制造方法及场不对称波形离子迁移谱分析系统，其目的在于获得具有优异检测感度的离子检测装置。本发明的离子检测装置(100)具有如下部件：离子过滤器(110)，其中具备相互对置的第一电极(111)和第二电极(112)；离子检测电极(120)，其与通过离子过滤器(110)的离子发生碰撞；以及，固体的绝缘部件(130)，用于将离子检测电极(120)与第一电极(111)和第二电极(112)电绝缘。

Description

离子检测装置及其制造方法、FAIMS系统
技术领域
本发明的目的在于提供离子检测装置、离子检测装置的制造方法及场不对称波形离子迁移谱分析系统。
背景技术
对于利用场不对称波形离子迁移谱(Field Asymmetric Ion MobilitySpectrometry，FAIMS)系统来检测和分析化学物质，有各种探讨。FAIMS系统具备离子过滤器，该离子过滤器具有一对被施加不对称交流信号的电极，经过离子化的化学物质在流经离子过滤器之后，可以利用其迁移率之差来筛选。通过让经过离子过滤器的化学物质与离子检测电极碰撞，来检测离子检测电极中产生的电流，从而确定化学物质。
关于FAIMS系统，目前已经存在具有用来控制离子化化学物质流动的构成的离子迁移率光谱仪。
专利文献1：日本特许第5221954号公报。
非专利文献1："HIGH SENSITIVITY FIELD ASYMMETRIC ION MOBILITYSPECTROMETER"，Mario Andres，(2016)，EPFL，PhD Thesis。
非专利文献2："Improving FAIMS Sensitivity Using a Planar Geometry withSlit Interfaces"Ridha Mabrouki，et al.，J.Am.So.Mass Spectrom.，(2009)，20，1768。
非专利文献3："Review on Ion Mobility Spectrometry.Part 1:currentinstrumentation"R.Cumeras et al.，Analyst，2015，140，1376-1390。
但是，目前的FAIMS系统尚无法获得充分的检测感度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够获得优异检测感度的离子检测装置、离子检测装置的制造方法以及FAIMS系统。
鉴于上述问题，本发明提供一种离子检测装置，其特征在于，具备：离子过滤器，其中具备彼此对置的第一电极和第二电极；离子检测电极，其与通过所述离子过滤器的通过离子发生碰撞；固体的绝缘部件，用于将所述离子检测电极与所述第一电极以及所述第二电极电绝缘。
本发明的效果在于能够获得优异的检测感度。
附图说明
图1是第一实施方式涉及的离子检测装置的示意图。
图2是显示离子迁移率与电场强度之间关系的图。
图3是表示第一实施方式所涉及的离子检测装置中的离子移动轨迹的示意图。
图4是离子滤波器中产生的电场波形的一例示意图。
图5是第二实施方式涉及的离子检测装置的示意图。
图6是表示第二实施方式所涉及的离子检测装置的作用的截面图。
图7是第三实施方式所涉及的离子检测装置的示意图。
图8是表示第三实施方式所涉及的离子检测装置的使用方法的立体图。
图9是第四实施方式涉及的离子检测装置的立体图及俯视图。
图10是第四实施方式所涉及的离子检测装置的分解立体图。
图11是第四实施方式涉及的离子检测装置的截面图。
图12是表示第四实施方式所涉及的离子检测装置的使用方法的立体图。
图13是按照工序顺序示出第四实施方式的离子检测装置的制造方法的截面图。
图14是第五实施方式涉及的离子检测装置的立体图及俯视图。
图15是第五实施方式涉及的离子检测装置的分解立体图。
图16是第五实施方式涉及的离子检测装置的截面图。
图17是表示第五实施方式所涉及的离子检测装置的使用方法的立体图。
图18是第四实施方式的变形例的立体图。
图19是第六实施方式所涉及的离子检测装置的立体图及剖视图。
图20示第六实施方式涉及的离子检测装置的分解立体图。
图21是第七实施方式所涉及的离子检测装置的立体图及截面图。
图22是第七实施方式涉及的离子检测装置的分解立体图。
图23是第八实施方式涉及的FAIMS系统的结构的方框图。
具体实施方式
本发明人等为了解决上述问题，进行了深入研究。其结果是，以往的FAIMS系统所使用的离子检测装置中离子过滤器和离子检测电极之间存在厘米量级间隙，明确了该间隙影响到检测感度。通常，离子由于扩散和库仑斥力而在空间上扩大。为此，离子检测电极和离子过滤器之间的距离越长，离子损失就越增加，检测感度就越低。如果缩短离子过滤器和离子检测电极之间的距离，则虽然能够减少离子的损失，但是距离越短，离子过滤器和离子检测电极之间越容易发生放电。对此，本发明人等为了避免放电，同时减少离子的损失，进一步深入研究。其结果，通过设置让离子过滤器和离子检测电极相互电绝缘的固体绝缘部件，即使缩短离子过滤器和离子检测电极之间的距离，也能够避免放电。进而发现固体绝缘部件还起到离子过滤器和离子检测电极的定位构件的作用，有助于提高结构稳定性。对此，本发明人想到了下述各种实施方式。
以下，参考附图，对本发明的实施方式进行说明。
第一实施方式
首先描述本发明的第一实施方式。图1是本发明的第一实施方式涉及的离子检测装置的示意图。
如图1所示，第一实施方式的离子检测装置100具有如下部件：离子过滤器110，其中具备相互对置的第一电极111和第二电极112；离子检测电极120，其与通过离子过滤器110的离子发生碰撞；以及，固体的绝缘部件130，用于将离子检测电极120与第一电极111和第二电极112电绝缘。
在此说明离子检测装置100的基本原理。图2是表示离子迁移率与电场强度之间关系的图。图3是离子检测装置100中离子迁移轨迹的示意图。图4是离子过滤器中发生的电场波形的一例示意图。离子检测装置100将离子电流检测电路与离子检测电极120连接起来使用。与离子检测电极120碰撞的离子量相应产生电流，该电流由离子电流检测电路检测。另外，在此使用XYZ三维正交坐标系统，设被测定分子的行进方向为+Z方向，从第二电极112看到第一电极111的方向为+Y方向。
在电场E的环境下，离子以下述式(1)所示的移动速度V移动，K是该离子的迁移率。
V＝K×E (1)
离子迁移率具有电场强度依赖性。而且该电场强度依赖性按离子的种类而不同。图2显示一例种类不同的三个离子(离子11、离子12、离子13)的迁移率的电场强度的依赖性。为了便于理解，图2中进行了规范化处理，使得电场强度为0时各种离子的迁移率相等。
在电场强度为9kV/cm以下的低电场强度下，3个离子(离子11、离子12、离子13)的迁移率几乎不变，随着电场强度增加，约从10kV/cm开始，迁移率呈现离子种类固有的特性。离子11的迁移率随着电场强度的增加而增大，在正的高电场(Emax)时达到最大。离子12的迁移率相较于离子11缓慢增加。离子13的迁移率缓慢减少。如此，不同的离子呈现不同的特性。离子过滤器110利用低电场强度中的迁移率和高电场强度中的迁移率之间的不同来对离子进行筛选。
图3显示离子过滤器110的第一电极111和第二电极112之间的3个离子(离子11、离子12、离子13)的移动轨迹。在此，为了方便起见，将第一电极111和第二电极112作为以导电体构成的平行平板。
通过将第一电极111与第二电极112之间产生的电场的波形设为不对称电场波形，能够使得只有任意离子(在图3中的离子12)到达离子检测电极120。
图4显示第一电极111和第二电极112之间产生的一例电场波形。该电场波形在正的高电场(Emax)和负的低电场(Emin)之间反复交替。高电场的期间(t1)比低电场的期间(t2)短，t1和t2的比是1:3～1:5，该电场波形为上下不对称。该不对称电场波形的时间平均电场为零，并且被设定为下式(2)成立。
|Emax|×t1＝|Emin|×t2 (2)
换言之，图4中的区域21的面积与区域22的面积被设定为保持相同。
以下，如下式(3)所示，设Emax×t1的值和Emin×t2的值为β。
|Emax|×t1＝|Emin|×t2＝β (3)
在高电场期间(t1)，离子的Y轴向移动速度(Vup)以下式(4)中表示。K(Emax)是高电场(Emax)时的离子的迁移率。
Vup＝K(Emax)×|Emax| (4)
例如，在|Emax|约为10kV/cm以上的情况下，在三个离子(离子11、离子12、离子13)中，由于每个离子的迁移率不同，因此3个离子的移动速度(Vup)各不相同。也就是收，如图3所示，在高电场期间(t1)，三个离子之间迁移轨迹的斜率相互不同。
在高电场期间(t1)，离子的Y轴向移动的距离即位移(yup)用以下的式(5)表示。
yup＝Vup×t1 (5)
另一方面，在低电场期间(t2)，离子的Y轴向移动速度(Vdown)可以用下式(6)表示，K(Emin)是低电场(Emin)时的离子迁移率。
Vdown＝-K(Emin)×|Emin| (6)
例如，在Emin为约5kV/cm以下的情况下，三个离子(离子11、离子12、离子13)之间迁移率大致相同，因此三个离子的移动速度(Vdown)基本相等。如图3所示，在低电场期间(t2)，三个离子的移动轨迹斜率大致相同。
低电场的期间(t2)，离子沿Y轴向移动的距离即位移(ydown)可以用下式(7)表示。
ydown＝Vdown×t2 (7)
在不对称电场波形的一个周期(T)内，离子在+Z方向上移动，同时，在期间(t1)内沿+Y方向移动，在期间(t2)内沿-Y方向移动。
对此，如图3所示，离子可被分类为如下三类，一边反复进行Z字形运动，一边前往第一电极111(离子11)、一边反复进行Z字形运动，一边前往第二电极112(离子13)、+Y方向的位移和-Y方向的位移保持平衡，前往离子检测电极120(离子12)。
在不对称电场波形中的一个周期(T)内，离子的Y轴向平均位移(ΔyRF)可以用以下的式(8)表示。
ΔyRF＝yup+ydown
＝K(Emax)×|Emax|×t1-K(Emin)×|Emin|×t2 (8)
进而，上述式(8)可以使用上述(3)式表示为如下的式(9)。
ΔyRF＝β{K(Emax)-K(min)} (9)
在此，如果设K(Emax)-K(min)为ΔK，则上述(9)式可以表示为如下的式(10)。
ΔyRF＝βΔK (10)
β是取决于施加在第一电极111和第二电极112之间的不对称电场的常数。为此，不对称电场波形的每一个周期(T)的离子的Y轴向位移取决于低电场(Emin)下的迁移率和高电场(Emax)下的迁移率之间的差值ΔK。
假设只用载体气体在Z轴方向上移送离子，在离子停留在第一电极111和第二电极112之间时，该离子的Y轴向位移(Y)可以用下式(11)表示。在此，tres是在第一电极111和第二电极112之间停留的平均时间(平均离子停留时间)。
平均离子滞留时间tres由下式(12)表示。在此，V是离子过滤器110的容积(＝A×L)，其中A是离子过滤器110中离子路径的截面积，L是电极的Z轴向长度(电极深度)，Q是载体气体的容积流量。
将上述式(12)和上述式(3)代入上述式(11)，可以表示为下式(13)。其中，D是不对称电场波形的占空比，D＝t1/T。
关于不对称电场波形中的高电场(Emax)、离子过滤器110中的离子路径的容积(V)、不对称电场波形的占空比(D)以及载体气体的容积流量(Q)，如果对所有离子种类使用相同的值，则由上述(13)式可知，位移(Y)与离子种类固有的低电场(Emin)中的迁移率和高电场(Emax)中的迁移率之间的差ΔK成比例。
在图3中，虽然离子12的位移(Y)最小，并且只有离子12到达离子检测电极120，但通过改变占空比(D)，能够使具有与离子12不同ΔK的离子到达离子检测电极120。进而，通过使占空比(D)以少量地变化，能够检测出ΔK不同的各种离子的有无和量。
另外，在离子检测装置100中，还可以采用将低强度的DC电场叠加到不对称电场波形上的方法，作为检测ΔK不同的各种离子种类的方法。该方法能够改变期间(t1)和期间(t2)内的Y轴向位移量。对此，能够不接触第一电极111或第二电极112地连续改变到达离子检测电极120的离子种类。不对成电场波形上重叠的DC电场被称为补偿电压(compensationvoltages：CV)。本方法中扫描补偿电压，用以检测各种不同ΔK的离子种类的有无和量。
在此，到达离子检测电极120之前与第一电极111或第二电极112接触的离子被中和而不再是离子，无法检测。
离子检测装置100中，由于在离子过滤器110和离子检测电极120之间设有固体绝缘部件130，因此即使缩短离子过滤器110和离子检测电极120之间的距离，也难以产生放电。因此，能够在避免放电的同时，使离子过滤器110和离子检测电极120相互接近而减少离子的损失。为此，获得高感度。此外，固体绝缘部件130还起到离子过滤器110以及离子检测电极120的定位构件的作用，提高结构稳定性。再者，固体绝缘部件130的特性不易受到气温、湿度及气压等气氛的影响，因此，与离子过滤器110和离子检测电极120之间只存在空气的结构相比，本实施方式动作稳定。
第二实施方式
以下描述本发明第二实施方式的离子检测装置。图5是本发明第二实施方式涉及的离子检测装置的示意图。
如图5所示，第二实施方式所涉及的离子检测装置200包括设有开口部221的离子检测电极220，用以取代第一实施方式中的离子检测电极120，该开口部221在平行于通过离子过滤器110的通过离子的行进方向上延伸。除此以外的其他构成与第一实施方式相同。通过离子的行进方向与离子过滤器110内的漂移气体的行进方向保持一致。
离子检测装置200能够获得与离子检测装置100同样的效果。而且在离子检测装置200中，由于在离子检测电极220上设置开口部221，因此如图6所示，通过离子过滤器110的漂移气体容易通过离子检测电极220。因此与第一实施方式相比，能够减少由漂移气体的流动紊乱引起的离子的损失。
离子检测电极220可以用多孔的导电材料构成，还可以通过机械加工等在导电性的板材上形成开口部221。
第三实施方式
接着描述本发明的第三实施方式。图3是本发明第三实施方式涉及的离子检测装置的示意图。
如图7所示，第三实施方式涉及的离子检测装置300包括具有彼此电绝缘的第一电极323和第四电极324的离子检测电极320，用以取代第一实施方式中的离子检测电极120。第三电极323和第四电极324例如与第一电极和第二电极同样地相互对置。第三电极323和第四电极324具有平行于通过离子的行进方向的板形状，在第三电极323和第四电极324之间存在与离子过滤器110内的离子路径连接的空间。其他结构与第一实施方式相同。通过离子的行进方向与离子过滤器110内的漂移气体的行进方向保持一致。
在此说明离子检测装置300的使用方法。图8是表示离子检测装置300的使用方法的立体图，第三电极323或第四电极324之中的一方与离子电流检测电路连接，另一方上施加直流电压。如图8所示，第三电极323与离子电流检测电路连接，第四电极324上施加直流电压。在这种情况下，与直流电压极性对应的离子与第三电极323发生碰撞，电流检测电路便检测到与该发生碰撞的离子量相对应的电流。其他内容与第一实施方式相同。
通过离子检测装置300也能够得到与离子检测装置200相同的效果。利用离子检测装置300，能够进一步抑制漂移气体的紊乱，并且向离子检测电极320施加直流电压，用以提高离子向离子检测电极320的碰撞频度，并且能够根据直流电压的极性来选择检测出的离子。
第四实施方式
图9中(a)和(b)分别是本发明第四实施方式涉及的离子检测装置的立体图和俯视图。图10是本发明第四实施方式涉及的离子检测装置的分解立体图。图11中(a)、(b)、(c)是分别沿图9(b)中的I-I线、II-II线、III-III线所截取的截面图。
如图9～图11所示，第四实施方式的离子检测装置400具有SOI(Silicon OnInsulator，绝缘衬底上的硅)衬底450。SOI衬底450包括例如具有导电性的Si的支撑层460、支撑层460上的SiO2的绝缘层470、以及绝缘层470上具有导电性的Si的活性层480。在支撑层460的中央部分并列形成多个矩形开口部461，在绝缘层470的中央部分形成俯视时呈曲折蜿蜒的开口部471，在活性层480的中央部分形成俯视时呈曲折蜿蜒的开口部481。换言之，绝缘层470和活性层480均具有在其中央部相互交错的梳齿状图案。开口部471和开口部481以横跨开口部461的方式曲折蜿蜒。支撑层460是一例离子检测电极，绝缘层470是一例绝缘部件，活性层480是一例离子过滤器。活性层480上形成与开口部481连接的两个漕482，通过开口部481及漕482将活性层480一分为二。经过分割的活性层480的一方是第一电极的一个例子，另一方是第二电极的一个例子。
在此说明离子检测装置400的使用方法。图12是表示离子检测装置400的使用方法的立体图。如图12所示，例如将第二电极412的电位固定在接地电位等，并将并不对称交流信号源连接到第一电极411上。再将离子电流检测电路连接到支撑层460上。而后，使包含离子的漂移气体从活性层480的上方流到开口部481。其结果，离子在通过开口部481的期间中被分类，产生与支撑层460碰撞的离子量相应的电流，该电流由离子检测电路检测。
接着说明离子检测装置400的制造方法。图13是按照工序顺序示出离子检测装置400的制造方法的截面图，图13(a)中与图11(a)同样地示出沿图9(b)的I-I线的剖面图。
首先，如图13(a)所示，准备包含支撑层460、绝缘层470及活性层480的SOI基板。而后，如图13(b)所示，对活性层480进行蚀刻，形成开口部481(第一开口部)。而后，如图13(c)所示，对支撑层460进行蚀刻，形成开口部461(第二开口部)。如图13(d)所示，对绝缘层470进行蚀刻，形成开口部471(第三开口部)。这样，便能够制造离子检测装置400。
利用上述方法，能够简单且高精度地制造小型离子检测装置。也就是说，采用单独准备离子过滤器、绝缘部件及离子检测电极，而后将它们组装的方法中，这些元件越是小型化，就越难以保持组合时的高配位精度。尤其是为了减小离子过滤器和离子检测电极之间的距离，绝缘部件越薄，绝缘部件的易操作性越差，配位就越容易变得困难。而如果在该方法中实行半导体装置等的制造方法通常采用的SOI衬底蚀刻，则例如不需要单独操作绝缘层470，有可能进行高精度配位。
另外，开口部的形成顺序不限于上述的顺序，也可以在形成开口部461后形成开口部481。
在第四实施方式中，绝缘层470的图案不仿照有源层480的图案，也可以与支撑层460的图案保持一致。
离子检测装置400的尺寸没有限定，例如SOI衬底450的厚度为0.2mm～0.4mm、SOI衬底450的平面形状为一边长度是3.0mm～7.0mm的矩形、形成开口部481的区域为一边长度是2.0mm～3.0mm的矩形区域、开口部481的宽度为0.030mm～0.040mm。
第五实施方式
以下描述第五实施方式。图14的(a)和(b)分别是本发明的第五实施方式涉及的离子检测装置的立体图和俯视图，图15是本发明的第五实施方式涉及的离子检测装置的分解立体图，图16的(a)和(b)分别是沿图14(b)中的I-I线、II-II线的截面图。
如图14～图16所示，第五实施方式涉及的离子检测装置500具有SOI衬底550，SOI衬底550包括具有导电性的Si的支撑层560，用以取代第四实施方式的支撑层460。在支撑层560的中央部分形成有俯视时呈曲折蜿蜒的开口部561。换言之，支撑层560在其中心部分具有彼此交错的梳状图案。开口部561以与开口部471及开口部481一致的方式形成。即，开口部561、开口部471和开口部481在俯视图中重叠。支撑层560是一例离子检测电极。在支撑层560上形成与开口部561连接的两个漕562，通过开口部561和漕562将支承层560一分为二。被分割的支撑层560的一方作为第三电极523使用，另一方作为第四电极524使用。
在此说明离子检测装置500的使用方法。图17是表示离子检测装置500的使用方法的立体图。对第三电极523和第三电极524之中的一方施加直流电压，另一方与离子电流检测电路连接。例如如图17所示，对第三电极523施加直流电压(偏压电压)，并且第四电极524连接离子电流检测电路。在这种情况下，与直流电压的极性相对应的离子与第四电极524碰撞，离子电流检测电路检测到与该碰撞离子的量相应的电流。其他内容与第四实施方式相同。
离子检测装置500不仅能够得到与离子检测装置400相同的效果，而且能够进一步抑制漂移气体的紊乱，同时还能够通过对起到离子检测电极作用的支撑层560施加直流电压(偏置)，便于让离子与支持层560碰撞，从而提高离子的检测效率。进而还能够根据直流电压的极性来选择检测的离子。
优选俯视时漕562的位置偏离漕482的位置。如果漕562和漕482重叠，则俯视时重叠部位上只有绝缘层470存在，为此离子检测装置500的强度有可能下降。
对于制造离子检测装置500，在与离子检测装置400的制造方法相同的方法中，只要更改支撑层560的蚀刻图案即可。
另外，在第四实施方式中，开口部461相互连接，还可以如同开口部561那样，俯视时呈曲折蜿蜒形状。进而，还可以如图18所示，在俯视时呈曲折蜿蜒的开口部561中形成与漕562相同的漕462，采用被一分为二的支撑层463以取代支撑层460。在这种情况下，使用时被一分为二的支撑层463双方均连接离子电流检测电路。
第六实施方式
以下说明本发明第六实施方式涉及。图19中的(a)、(b)是本发明第六实施方式涉及的离子检测装置的立体图，其中，(b)是(a)中以两点虚线表示的截面图。图20中的(a)、(b)是本发明的第六实施方式涉及的离子检测装置的分解立体图。
如图19和图20所示，第六实施方式涉及的离子检测装置600包括两个个SOI衬底650。SOI衬底650包括例如Si的支撑层660、位于支撑层660上的SiO2的绝缘层670、以及位于绝缘层670上具有导电性的Si的活性层680。在活性层680的中心部分形成俯视时呈曲折蜿蜒的开口部681。换言之，活性层680在其中心部分具有彼此交错的梳状图案。支承层660的中心部分形成开口部661，该开口部661被形成为俯视时包围开口部681。在绝缘层670的中心部分形成与开口部661一致的开口部671。在活性层680上形成与开口部681连接的两个漕682，通过开口部681及漕682活性层680被一分为二。
2个SOI衬底650以支承层660彼此相对的方式贴合，两SOI衬底650的开口部681彼此在俯视时重合。两个SOI衬底650的开口部661彼此之间以及开口部671彼此也在俯视图中重合。两个活性层680之中，一方是一例离子检测电极，另一方是一例离子过滤器，绝缘层670和支撑层660的层叠体是一例绝缘部件。被一分为二的相当于离子过滤器的活性层680之中，一方是一例第一电极，另一方是一例第二电极。被一分为二的相当于离子检测电极的活性层680，其中一方是一例第三电极，另一方是一例第四电极。
利用离子检测装置600也能够得到与第五实施方式相同的效果。
在制造离子检测装置600时，准备SOI晶片，通过蚀刻，形成开口部681、开口部661及开口部671，通过SOI晶片的单片化来制造SOI衬底650，而后，将两个SOI衬底650贴合起来，从而得到离子检测装置600。
这样，离子检测装置600的制造中不需要对支撑层660和绝缘层670进行相当于开口部681的微细加工。因此，与第五实施方式相比相对容易制造。一般来说，图案越是稀疏蚀刻速度越高。为此，能够在短时间内形成开口部661。
优选在开口部681形成之后且开口部661形成之前，通过研磨等使支承层660变薄，用来缩短两个活性层680之间的距离，进一步减小例子损失。
第七实施方式
接着描述本发明的第七实施方式。图21中的(a)和(b)分别是本发明第七实施方式涉及的离子检测装置的立体图和剖面图，其中的(b)是(a)中两点锁线的截面图。图22是本发明第七实施方式涉及的离子检测装置的分解立体图。
在第七实施方式涉及的离子检测装置700中，如图21及图22所示，具有两个SOI衬底650。SOI衬底650的构成与第六实施方式相同。在离子检测装置700中，两块SOI衬底650被贴合在一起，其中一方的SOI衬底650的支撑层660与另一方的SOI衬底650的活性层680彼此相对，两个SOI衬底650各自的开口部681双方俯视时彼此重合，两个SOI衬底各自的开口部661双方以及各自的开口部671双方也彼此重合。
绝缘部件不需要全部由绝缘体构成，只要离子过滤器和离子检测电极相互电绝缘即可。
对于绝缘部件的材质没有特别的限制，但为了离子过滤器和离子检测电极之间的绝缘破坏即便是在绝缘部件较薄情况下也不易发生，优选具有100kV/mm以上的绝缘破坏强度，更优选具有200kV/mm以上的绝缘破坏强度。表1示出了各种材料的绝缘破坏强度。特别优选用SiO2、Si3N4和Al2O3作为绝缘部件。
材料 绝缘破坏强度(kV/mm)
空气 3
SiO<sub>2</sub> 200
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> 1000
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 600
白色云母 25～70
钠石英玻璃 5～20
硼硅酸盐玻璃 20～35
硅酸高铝瓷 10
高铝瓷 10～16
丁基橡胶 20～30
硅橡胶 15～20
低密度聚乙烯 17～40
聚丙烯 20～26
硬质氯乙烯 14～20
聚苯乙烯 20～28
聚甲基丙烯酸甲酯 15～22
聚碳酸酯 15
聚四氟乙烯 19
环氧树脂(玻璃纤维填充) 14
环氧树脂(无填料) 16～20
第八实施方式
以下描述本发明第八实施方式。图23是示出根据本发明第八实施例涉及的场不对称波形离子迁移谱分析(FAIMS)系统的构成框图。
第八实施方式的FAIMS系统800包括离子检测装置802、设置在离子检测装置802的前方部分的离子发生装置801、检测在离子检测装置802的离子检测电极中产生的电流的离子电流检测电路803。离子发生装置801用于使被测分子离子化。离子检测装置802是第一～第七实施方式涉及的离子检测装置中任意一台装置。
在FAIMS系统800中，由于具备第一～第七实施方式涉及的离子检测装置中的任意一台装置，因此能够得到优异的检测感度。

Claims (14)

1.一种离子检测装置，其特征在于，具备，
离子过滤器，其中具备彼此对置的第一电极和第二电极；
离子检测电极，其与通过所述离子过滤器的通过离子发生碰撞；以及，
固体的绝缘部件，用于将所述离子检测电极与所述第一电极以及所述第二电极电绝缘。
2.根据权利要求1所述的离子检测装置，其特征在于，所述绝缘部件上设有在与所述通过离子的行进方向平行的方向上延伸的开口部。
3.根据权利要求1或2所述的离子检测装置，其特征在于，所述绝缘部件具有100kV/mm以上的绝缘破坏强度。
4.根据权利要求3所述的离子检测装置，其特征在于，所述绝缘部件具有SiO2、Si3N4、Al2O3中任意一种材质的膜。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于，
具有具备支撑层、绝缘层以及活性层的SOI衬底，
所述离子检测电极以所述支撑层构成，
所述绝缘部件以所述绝缘层构成，
所述第一电极以及所述第二电极以所述活性层构成。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于，具有，
第一SOI衬底，具备第一支撑层、第一绝缘层以及第一活性层；以及，
第二SOI衬底，具备第二支撑层、第二绝缘层以及第二活性层，所述第二支撑层与所述第一支撑层连接，
所述离子检测电极以所述第一活性层构成，
所述绝缘部件以所述第一绝缘层以及所述第二绝缘层构成，
所述第一电极以及所述第二电极以所述第二活性层构成。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于，具有，
第一SOI衬底，具备第一支撑层、第一绝缘层以及第一活性层；以及，
第二SOI衬底，具备第二支撑层、第二绝缘层以及第二活性层，所述第二活性层与所述第一支撑层连接，
所述离子检测电极以所述第一活性层构成，
所述绝缘部件以所述第二绝缘层构成，
所述第一电极以及所述第二电极以所述第二活性层构成。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于，
所述离子检测电极具备具有导电性的第一Si层，
所述第一电极和所述第二电极具备具有导电性的第二Si层，
所述绝缘部件具有SiO2膜。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于，所述离子检测电极具有彼此电绝缘的第三电极和第四电极。
10.一种离子检测装置的制造方法，其特征在于，具备以下工序，
在具有支撑层、位于该支撑层上的绝缘层、以及位于该绝缘层上的活性层的SOI衬底中的所述活性层上，形成第一开口部，并将所述活性层一分为二的工序；
在所述支撑层上形成第二开口部的工序，该第二开口部俯视时与所述第一开口部重合；
在所述绝缘层上形成第三开口部的工序，该第三开口部与所述第一开口部和所述第二开口部连接。
11.根据权利要求10所述的离子检测装置的制造方法，其特征在于，具有在所述第二开口部和所述第三开口部形成之后，将两块所述SOI衬底贴合起来的工序。
12.根据权利要求10所述的离子检测装置的制造方法，其特征在于，具有在所述第二开口部和所述第三开口部形成之后，将两块所述SOI衬底贴合起来的工序，其中一块所述SOI衬底的所述支撑层与另一块所述SOI衬底的所述活性层相对。
13.根据权利要求11或12所述的离子检测装置的制造方法，其特征在于，在将两块所述SOI衬底贴合起来的工序之前，具有减小所述支撑层厚度的工序。
14.一种场不对称波形离子迁移谱分析系统，其特征在于，具有，
权利要求1至9中任意一项所述的离子检测装置；
设置在所述离子检测装置的前部的离子发生部；以及，
用来检测所述离子检测电极发生的电流的离子电流检测部。
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