CN1108851C - 具有选择性作用的穿透面的气滤及制造此穿透面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气滤(1)，它具有选择性作用的由石英、石英玻璃、派热克斯玻璃等制成的穿透面；为了制成比较薄而又能施加比较大的压差的穿透面，建议此选择性作用的穿透面由许多并列的窗口(5)构成。

Description

具有选择性作用的穿透面的气滤 及制造此穿透面的方法
本发明涉及一种具有一个选择性作用的穿透面的气滤。此外，本发明还涉及制造用于选择性作用的气滤的穿透面的方法。此类气滤例如使用于测量或分析仪。它应做到轻质气体优先而重的气体不那么优先地进入例如测试仪中。
由DE-A-4326265例如已知一种检漏仪，它的测试气体探测器配备有一种选择性的进气系统。使用氦作为测试气体。这种选择性的气滤包括一个由隔板或薄膜构成的穿透面，它对氦的穿透性高于对其它气体的穿透性好几十倍。例如石英、石英玻璃(SiO2)、派热克斯玻璃或还包括聚合物薄膜例如FEP都有这种特性。
测量和分析仪通常应有高灵敏度和短的响应时间。因此在一种按DE-A-4326265的测试气体探测器中，应使尽可能多的氦在尽可能短的时间内通过穿透面。这只有在将穿透面制得一方面尽可能大和另一方面尽可能薄的情况下才能达到。然而，与之矛盾的是，此穿透面通常受到一个压力差的作用。测试仪的内腔被抽成真空；周围受大气压力控制。由于这一压差负荷，穿透面的大小和厚度受到限制。
本发明的目的是制成一种选择性作用的气滤，它可以受较大的压差作用，并尽管如此仍具有较大和较薄的穿透面。
为实现上述目的，根据本发明提供一种用于制造气滤的方法，所说气滤包括一个气体选择性薄膜和一个设置有多个开口的支撑片，其中每个开口分别与所述薄膜共同形成一个窗口，其特征在于：将一个具有所期望的选择特性的由一种硅材料制成的薄层涂布到一个硅片的一面上；在所述硅片的另一面上，对多个窗口的几何形状进行限定；并且通过腐蚀加工将所述硅片的另一面加工成只在硅片中形成多个开口，这些开口与由气体选择性材料制成的薄层共同形成了多个所期望的窗口。
本发明还提供了一种气滤，它包括一个气体选择性薄膜和一个设置有多个开口的支撑片，其中所述气体选择性薄膜与在支撑片中每个开口一起形成一个窗口，其特征在于：所述气体选择性薄膜由一个SiO2层或石英玻璃层构成；所述支撑片由具有多个开口的硅片构成；并且在硅片中的每个开口共同与所述气体选择性薄膜构成所述窗口。
本发明还提供了一种具有上述特征的气滤的应用，该应用是在一种借助于轻质气体的测试气体探测器中。
本发明还提供了一种具有上述特征的气滤的应用，该应用在一种轻质气体分析仪中。
按本发明为达到这一目的，使选择性作用的穿透面由多个并列的窗口构成。在这一解决方案中，穿透面的各个窗口是非常小的。窗口面积越小，窗口构成的层、薄膜等就可以越薄，以便能承受存在的压差。当例如设置由石英玻璃制的具有边长为0.7mm的200个正方形窗口时，则它们构成了0.98cm2的总的穿透面。若各个窗口面积的厚度约为5至10μm时，这样的穿透面便已经可以承受大气压力的压差。
众所周知，通过加热材料可以缩短响应时间和提高气体通过量。在按本发明的气滤中，由于平面的结构，可以在窗口上安置薄层技术的金属结构作为螺旋形加热灯丝。因此存在着这样的的可能性，即限于在各窗口上加热。因此不再存在在周围的粘结点强烈脱气或不密封的危险。
构成穿透面的窗口最好由石英、石英玻璃或类似材料(例如派热克斯玻璃)制成，因为它们可以借助于由薄层工艺学已知的方法用恰当的费用制成。
本发明其它优点和细节可借助于在图1至4中示意表示的实施例阐明。其中：
图1具有按本发明的气滤的压力测量仪；
图2具有由16个窗口构成的穿透面的气滤俯视图；以及
图3和4用于说明按由薄层工艺学已知的方法制造穿透面的简略图。
在图1和2中总体上用1表示按本发明的气滤。此气滤属于只是象征性表示的真空测量仪2。
气滤1包括法兰3，它用于固定片4。片4配备有多个窗口5，这些窗口构成透气面。因为窗口5比较小，所以构成窗口的层、薄膜等可以很薄，以便能承受一定的压差。本发明可以为气滤配备尺寸较大和仍较薄的透气面。
作为穿透面或窗口的材料合乎目的的是使用石英或石英玻璃，因为已知多种来自于半导体技术的方法可用于加工这种材料。
借助于图3来说明一种制造由石英玻璃制成的穿透面的方向。在这里从硅圆片4出发。它通过氧化过程镀SiO2层(在图3a中的层6、7)。通常这是在水蒸气和氧的混合物中温度为1100℃左右的情况下实现的，并根据过程参数导致约5μm的氧化层厚度。在氧化过程结束后，硅圆片的前面和后面形成了下一个过程步骤的保护膜，例如为具有300nm厚的PECVD-SiC层。接着在硅圆片的背面通过摄影平版术方法确定窗口几何形状和排列。这导致在感光漆中开口并导致这种可能性，即，在这些地方通过腐蚀过程，例如活性离子腐蚀，去除保护膜和SiO2层(图3b)。然后，在另一个腐蚀过程中，例如Si在KOH中湿化学腐蚀，可以最终完成窗口的腐蚀(图3c)。
替代这种氧化作用制造SiO2层，也可以用其它的镀层过程，例如等离子支持的CVD或低压CVD方法制造由具有所期望的选择性能的材料制成的薄层。在图4中表示了制造气体选择性薄膜的另一种方法。其中，一种底物4，例如硅圆片，与另一种由气体选择性材料制的底物8，例如派热克斯玻璃，例如通过阳极焊接真空密封地连接起来(图4a、b)。底物4的背面设有相应的保护膜9，它晚些时候可通过摄影平版术使之具有一定的结构。在一个机械或化学的加工工序中(磨削、抛光、腐蚀光)，将此气体选择性材料减薄至确定的薄膜厚度(图4c)。通过摄影平版术和腐蚀法确定在底物4背面的窗口孔(图4d)，然后在另一个腐蚀过程中最终完成窗口孔的腐蚀(图4e)。
此由石英、石英玻璃、派热克斯玻璃等制成的窗口面5最好分别配备有螺旋形加热灯丝。这可以通过薄层技术方法来实现。导电材料通过真空镀膜法安放，并结合摄影平版术例如通过切割或腐蚀使之具有曲折形的结构。在图2中用10表示了这种类型的螺旋形加热灯丝。此螺旋形加热灯丝电触点连通(焊接)，因此它们可接在一个电路中。通过这种类型的加热，可以将每一个薄膜逐点地置于一个高的温度(约500℃)，无需加热整个底物4。由此避免可能存在的将片4与法兰3连接起来的粘结部分被加热和脱气或不密封。此外，减少耗电量，并因而避免加热整个探测装置。
按本发明的气滤特别适用于检漏仪的测试气体探测器，它们借助于轻质气体，最好借助于氦作为测试气体进行工作(见DE4326265)。在轻质气体(H2，HD，D2，3He，He等)的分析仪中，使用所说明的气滤，有利于提高气体通过量和改善响应时间。

Claims (13)

1.用于制造气滤(1)的方法，所说气滤包括一个气体选择性薄膜(7、8)和一个设置有多个开口的支撑片(4)，其中每个开口分别与所述薄膜(7、8)共同形成一个窗口(5)，其特征在于：将一个具有所期望的选择特性的由一种硅材料制成的薄层(7、8)涂布到一个硅片(4)的一面上；在所述硅片(4)的另一面上，对多个窗口(5)的几何形状进行限定；并且通过腐蚀加工将所述硅片(4)的另一面加工成只在硅片中形成多个开口，这些开口与由气体选择性材料制成的薄层(7、8)共同形成了多个所期望的窗口(5)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：给一个硅片(4)镀一层氧化硅层(7)，在其背面则设有一层保护膜和一层感光漆层(Photolackschicht)(6)；通过掩膜对所述感光漆层(6)进行曝光，所说掩膜确定所期望的穿透面的形状；去除被曝光的感光漆区域；并且在没有感光漆的区域内先去除保护膜，然后去除硅层，这样只将由氧化硅构成的层保留下来，并构成了所期望的由多个窗口(5)构成的穿透面。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：将一个底物(4)与一个由气体选择性材料制成的薄层(8)真空密封地连接在一起，通过机械的或化学的加工步骤将这种材料减薄，并且通过薄层工艺方法从背面确定并腐蚀出一些窗口。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于：通过真空密封连接方法将构成窗口的底物(8)与另一个底物(4)连接在一起，接着进行机械加工或化学处理，以制成薄的薄膜并确定穿透孔。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于：可以通过腐蚀过程在底物(4)中制成穿透孔。
6.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于：给每一个窗口设置一个螺旋加热灯丝(10)，它通过薄层工艺方法安置。
7.气滤(1)，它包括一个气体选择性薄膜(7、8)和一个设置有多个开口的支撑片(4)，其中所述气体选择性薄膜(7、8)与在支撑片(4)中每个开口一起形成一个窗口(5)，其特征在于：所述气体选择性薄膜(7、8)由一个SiO2层或石英玻璃层构成；所述支撑片(4)由具有多个开口的硅片构成；并且在硅片中的每个开口共同与所述气体选择性薄膜(7、8)构成所述窗口(5)。
8.根据权利要求7的气滤，其特征在于：设置有一系列小的窗口，用以构成一个大的总的穿透面。
9.根据权利要求7或8的气滤，其特征在于：构成窗口的薄膜(7、8)由镀层方法或生长过程造成。
10.根据权利要求7或8的气滤，其特征在于：由镀层方法或生长过程造成的材料由氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、派热克斯玻璃或另一种硬质玻璃构成。
11.根据权利要求7或8的气滤，其特征在于：每一个窗口(5)配备一个螺旋加热灯丝(10)。
12.具有权利要求7至11之一特征的气滤(1)的应用，该应用是在一种借助于轻质气体的测试气体探测器中。
13.具有权利要求7至11之一特征的气滤(1)的应用，该应用在一种轻质气体分析仪中。
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