DE10134912A1

DE10134912A1 - Ionisation manometer with cold cathode has grod electrode and substrate for collector electrode relatively aligned so that each is screened from X-ray radiation emitted by other

Info

Publication number: DE10134912A1
Application number: DE2001134912
Authority: DE
Inventors: Thomas Iwert; Steffen Biehl
Original assignee: MU SEN MIKROSYSTEMTECHNIK GmbH
Current assignee: MU SEN MIKROSYSTEMTECHNIK GmbH
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-02-06

Abstract

The ionisation manometer has at least one cathode (31-35), at least one planar grid electrode (40) with a number of openings, supported in a reference surface and at least one collector electrode (50) applied to a substrate (20) providing a second reference surface. The grid electrode and the substrate are positioned adjacent on another and relatively aligned for screening each from X-ray radiation from the other.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ionisationsmanometer, insbesondere ein Ionisationsmanometer mit einer Kaltkathode, und Anwendungen des Ionisationsmanometers. The invention relates to an ionization manometer, in particular an ionization manometer with a cold cathode, and Applications of the ionization manometer.

Ionisationsmanometer sind in der Vakuumtechnik allgemein bekannt (Übersicht: siehe C. Edelmann "Vakuumphysik: Grundlagen, Vakuumerzeugung und -messung, Anwendungen", Spektrum-Verlag 1998). In derartigen Manometern werden Gasmoleküle oder -atome durch Elektronenstöße ionisiert. Die Anzahl der dabei erzeugten positiven Ionen steht mit der Gasdichte im Manometer in Zusammenhang. Beim Glühkathoden-Ionisationsmanometer mit Triodenaufbau ist ein aufgespannter Kathoden-Faden von einem Gitter und einem Anoden-Zylinder aus einem Metallblech umgeben. Der Anoden-Zylinder bildet einen Kollektor, zu dem die positiven Ionen fliegen. In einem äußeren Stromkreis misst man den zum Kollektor fließenden Ionenstrom, der ein Maß für den Druck in der Umgebung der Triode ist. Wenn das Gitter auf höherem positiven Potential liegt als der Anoden-Zylinder, kommt es um das Gitter herum zu einer pendelförmigen Bewegung der Elektronen. Die Flugwege der Elektronen verlängern sich, so dass die Empfindlichkeit steigt. Ionization manometers are generally known in vacuum technology (overview: see C. Edelmann "Vacuum Physics: Fundamentals, Vacuum Generation and Measurement, Applications", Spektrum-Verlag 1998 ). In such pressure gauges, gas molecules or atoms are ionized by electron collisions. The number of positive ions generated is related to the gas density in the manometer. In the hot cathode ionization manometer with triode structure, a stretched cathode thread is surrounded by a grid and an anode cylinder made of a sheet metal. The anode cylinder forms a collector to which the positive ions fly. In an external circuit, the ion current flowing to the collector is measured, which is a measure of the pressure in the vicinity of the triode. If the grid is at a higher positive potential than the anode cylinder, the electrons move in a pendulum-shaped manner around the grid. The flight paths of the electrons lengthen, so that the sensitivity increases.

Die Glühkathoden-Ionisationsmanometer mit dem Triodenaufbau besitzen den Nachteil, dass die Elektronen auf dem Anoden- Zylinder und dem Gitter Röntgenquanten auslösen, die ihrerseits zu Elektronenemissionen an den umgebenden Metallteilen führen. Es werden unkontrolliert zusätzliche Elektronen erzeugt. Dies schränkt die untere Druckmessgrenze der Manometer ein. Um die Erzeugung von Röntgenquanten zu minimieren, wurde ein abgewandelter Triodenaufbau entwickelt, bei dem der Kollektor als Draht aufgespannt ist (sog. Bayard-Alpert- Ionisationsmanometer). Mit dem Bayard-Alpert-Ionisationsmanometer tritt allerdings bei niedrigen Drucken auch eine Verfälschung der Messergebnisse durch die Erzeugung von Röntgenquanten und den damit auftretenden Photoelektronenstrom auf. Beim sog. Extraktor-Manometer, das an sich auch wie ein Ionisationsmanometer arbeitet, ist der Elektrodenaufbau derart gebildet, dass die optische Sicht zwischen dem Ionenkollektor und dem Gitter unterbrochen ist. Damit wird die Erzeugung von zusätzlichen Photoelektronen vollständig unterbunden. Das Extraktor-Manometer besitzt jedoch den Nachteil einer geringen Empfindlichkeit. The hot cathode ionization manometer with the triode structure have the disadvantage that the electrons on the anode Cylinder and the grid trigger x-ray quanta that in turn to electron emissions from the surrounding metal parts to lead. Additional electrons become uncontrolled generated. This limits the lower pressure measurement limit of the manometer on. In order to minimize the generation of X-ray quanta, developed a modified triode structure in which the Is clamped as a wire (so-called Bayard-Alpert- Ionization). With the However, Bayard-Alpert ionization pressure gauges also occur at low pressures Falsification of the measurement results through the generation of X-ray quanta and the resulting photoelectron current on. With the so-called extractor manometer, which in itself is like a Works, the electrode structure is such that formed the optical view between the ion collector and the grid is broken. This will stop the generation of additional photoelectrons completely prevented. The However, extractor pressure gauges have the disadvantage of being low Sensitivity.

Es sind auch Ionisationsmanometer mit mehr als drei Elektroden bekannt (siehe z. B. DE-OS 31 05 909, DE-OS 28 36 671 und DE- OS-40 34 452), bei denen beispielsweise 2 Kollektorelektroden zur Ermittlung von zwei Ionenteilströmen vorgesehen sind, aus deren Verhältnissen der Druck ermittelt wird. They are also ionization gauges with more than three electrodes known (see e.g. DE-OS 31 05 909, DE-OS 28 36 671 and DE- OS-40 34 452), in which for example 2 collector electrodes are provided for determining two ion partial currents whose ratios the pressure is determined.

Die als Elektronenquelle dienende Kathode kann auch als Kaltkathode ausgebildet sein, die beispielsweise die Bauform einer sogenannten Sandwich-Kathode oder eines Feldemitter-Arrays (siehe z. B. DE-OS-41 37 527, US 5 278 510) besitzt. Feldemitter-Arrays zeichnen sich durch eine stark gerichtete Emission und eine geringe Elektronenenergie aus. Kaltkathoden haben des weiteren den Vorteil, dass ihr Betrieb das thermodynamische Gleichgewicht nicht stört und keine chemischen Reaktionen mit dem zu messenden Gas auftreten. The cathode serving as the electron source can also be used as Cold cathode can be formed, for example, the shape of a so-called sandwich cathode or a field emitter array (see e.g. DE-OS-41 37 527, US 5 278 510). Field emitter arrays are characterized by a strongly directed emission and a low electron energy. Cold cathodes have the Another advantage is that their operation is thermodynamic Balance does not bother and no chemical reactions with it the gas to be measured.

Die herkömmlichen Ionisationsmanometer besitzen generell die folgenden weiteren Nachteile. In der Regel besitzen die Manometer ein relativ großes Aufbauvolumen. Typischerweise sind zylinderförmige Aufbauten mit einem Durchmesser von ca. 2 cm und einer Höhe von 10 cm vorgesehen. Des Weiteren ist es bisher erforderlich, die empfindlichen Elektrodenanordnungen manuell herzustellen. Herkömmliche Ionisationsmanometer sind maschinell oder automatisiert nicht herstellbar. Ein zusätzlicher Nachteil besteht in der Abhängigkeit der Manometerempfindlichkeit von der jeweiligen Elektronenoptik. Komplizierte Elektrodenaufbauten müssen mit höchster Präzision und Reproduzierbarkeit bereitgestellt werden, um genaue Druckmessergebnisse zu erzielen. Im Betriebszustand der Manometer dürfen keine Verformungen am Elektrodenaufbau vorkommen. The conventional ionization gauges generally have that following other disadvantages. They usually have Pressure gauge a relatively large construction volume. Typically are cylindrical structures with a diameter of approx. 2 cm and a height of 10 cm. Furthermore, it is previously required the sensitive electrode arrangements to manufacture manually. Conventional ionization gauges are cannot be produced mechanically or automatically. On an additional disadvantage is the dependence of the Pressure gauge sensitivity from the respective electron optics. complicated Electrode assemblies must be of the highest precision and Reproducibility can be provided to be accurate To achieve pressure measurement results. In the operating state of the pressure gauges there are no deformations on the electrode structure.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Ionisationsmanometer bereitzustellen, mit dem die Nachteile herkömmlicher Manometer überwunden werden und dass insbesondere eine Herstellung mit verkleinerter Bauform bis hin zur Miniaturisierung ermöglicht, sich durch eine vereinfachte Elektronenoptik auszeichnet und einfach herstellbar ist. Das verbesserte Ionisationsmanometer soll insbesondere eine hohe Empfindlichkeit und Robustheit beim Betrieb besitzen. The object of the invention is an improved To provide ionization gauges with the disadvantages conventional pressure gauges are overcome and that in particular one Production with a reduced design up to Miniaturization allows itself to be simplified Characterized electron optics and is easy to manufacture. The improved Ionization gauges are said to be particularly high Have sensitivity and robustness during operation.

Diese Aufgabe wird durch ein Ionisationsmanometer mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This task is carried out with an ionization manometer Features solved according to claim 1. advantageous Embodiments and applications of the invention result from the dependent claims.

Die Grundidee der Erfindung ist es, ein Ionisationsmanometer mit mindestens einer Kathodenelektrode, mindestens einer Gitterelektrode und mindestens einer Kollektorelektrode anzugeben, bei dem die mindestens eine Gitterelektrode und die mindestens eine Kollektorelektrode jeweils eine flächige Gestalt besitzen und entlang erster und zweiter Bezugsflächen angeordnet sind. Die Kollektorelektrode ist auf einem Substrat angeordnet, das die zweite Bezugsfläche bildet und an die Gitterelektrode angrenzt. Die Gitterelektrode und das Substrat mit der Kollektorelektrode sind so ausgerichtet, dass jede Elektrode gegenüber Röntgenquanten abgeschirmt ist, die von der jeweils anderen Elektrode abgestrahlt werden. The basic idea of the invention is an ionization manometer with at least one cathode electrode, at least one Grid electrode and at least one collector electrode specify in which the at least one grid electrode and the at least one collector electrode each has a flat surface Have shape and along first and second reference surfaces are arranged. The collector electrode is on a substrate arranged, which forms the second reference surface and to the Grid electrode adjacent. The grid electrode and the substrate with the collector electrode are aligned so that each Electrode is shielded from X-ray quanta by the other electrode are emitted.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzen die Gitter- und Kollektorelektroden jeweils einen planaren Aufbau. Die Bezugsflächen sind durch zumindest stückweise identische oder parallele Ebenen gebildet. Durch den planaren Aufbau von Gitter- und Kollektorelektroden und deren parallele Anordnung werden eine Reihe von Vorteilen erzielt. Erstens besteht für Röntgenquanten, die beispielsweise von der planaren Gitterelektrode in den Halbraum emittiert werden, eine für praktische Anforderungen vernachlässigbar geringe Wahrscheinlichkeit, dass sie auf die benachbarte Kollektorelektrode treffen. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Emission von Röntgenquanten in den umgebenden Halbraum im wesentlichen senkrecht zur Elektrodenebene ausgerichtet ist. Durch die Anordnung der Elektrodenebenen wird in einfacher Weise die optische Sicht für die Röntgenquanten von der einen zur anderen Elektrode unterbrochen. Zweitens ermöglicht der planare Elektrodenaufbau kompaktere Bauformen. Erfindungsgemäße Ionisationsmanometer lassen sich bis zu charakteristischen Dimensionen im Sub-cm-Bereich miniaturisieren. Durch die vereinfachte Elektronenoptik der planaren Elektroden wird die Herstellung der Manometer erheblich vereinfacht. Der Aufbau kann automatisiert erfolgen. According to a preferred embodiment of the invention the grid and collector electrodes each have a planar one Construction. The reference surfaces are by at least piece by piece identical or parallel planes are formed. Through the planar Construction of grid and collector electrodes and their parallel A number of advantages are achieved in the arrangement. First exists for X-ray quanta, for example from the planar Grid electrode are emitted into the half space, one for practical requirements are negligible Probability that they are on the adjacent collector electrode to meet. The inventors have found that the emission of X-ray quanta in the surrounding half-space essentially is aligned perpendicular to the electrode plane. Through the The arrangement of the electrode planes is simple optical view for the X-ray quanta from one to the other Electrode interrupted. Second, the planar allows Electrode construction more compact designs. invention Ionization gauges can be up to characteristic dimensions miniaturize in the sub-cm range. Because of the simplified The electron optics of the planar electrodes will be the manufacture the manometer is considerably simplified. The structure can automated.

Unter einer planaren Elektrode wird hier eine Elektrode mit einer Bauform verstanden, die abgesehen von der Dickenausdehnung des Elektrodenmaterials im wesentlichen zweidimensional gebildet ist. Hinsichtlich der Elektrodengestalt in der jeweiligen ebenen Bezugsfläche gibt es keine Beschränkungen. Die mindestens eine Gitterelektrode wird vorzugsweise als Gitternetz oder Lochblech gebildet. Die mindestens eine Kollektorelektrode besitzt vorzugsweise eine eckige oder gekrümmte Streifenform, die die mindestens eine Gitterelektrode ganz oder teilweise umgibt. An electrode is placed under a planar electrode understood a design that apart from the The thickness of the electrode material is essentially two-dimensional is formed. Regarding the electrode shape in the There are no restrictions on the respective flat reference surface. The at least one grid electrode is preferably used as Grid or perforated sheet formed. The at least one The collector electrode preferably has an angular or curved one Stripe shape, the whole of the at least one grid electrode or partially surrounds.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung besitzen die Gitter- und Kollektorelektroden eine gekrümmte oder gewölbte, nicht-planare Bauform. Auch in diesem Fall lassen sich die oben genannten Vorteile erzielen, wenn die im wesentlichen senkrecht relativ zur Bezugsfläche der jeweiligen Elektrode abgestrahlten Röntgenquanten durch Substratmaterial zwischen den Elektroden abgeschirmt werden. According to a modified embodiment of the invention the grid and collector electrodes have a curved or domed, non-planar design. Leave in this case too the above-mentioned advantages are achieved if the substantially perpendicular to the reference surface of the respective Electrode emitted X-ray quanta through substrate material be shielded between the electrodes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Gitter- und Kollektorelektroden an einem gemeinsamen, vorzugsweise ebenen Rahmen mit mindestens einer Rahmenöffnung angebracht, in der die Gitterelektrode aufgespannt ist, wobei die mindestens eine Kollektorelektrode die Rahmenöffnung zumindest teilweise umgebend auf dem Rahmen angebracht ist, der das oben genannte Substrat bildet. Der Rahmen stellt selbst ein planares Bauteil mit einer Dicke dar, die einen vorbestimmten senkrechten Abstand der Bezugsflächen der Gitter- und Kollektorelektroden gewährleistet. Vorteilhafterweise stellt der senkrechte Abstand der ebenen Bezugsflächen keinen kritischen Parameter dar, da das Material des Substrates, das vorzugsweise aus Keramik besteht, ein vernachlässigbares Durchdringungsvermögen für Röntgenquanten im interessierenden Bereich geringer Elektronenbeschleunigungsspannungen von z. B. 100 bis 500 V besitzt. According to a preferred embodiment of the invention, the Grid and collector electrodes on a common, preferably flat frame with at least one frame opening attached, in which the grid electrode is stretched, the at least one collector electrode at least the frame opening partially attached to the frame surrounding the top called substrate forms. The frame sets itself planar component with a thickness representing a predetermined vertical distance of the reference surfaces of the grid and Collector electrodes guaranteed. Advantageously, the vertical distance of the flat reference surfaces is not a critical one Parameters represent because the material of the substrate, which is preferred is made of ceramic, a negligible Penetration for X-ray quanta less in the area of interest Accelerating electron voltages of e.g. B. 100 to 500 V. has.

Von besonderem Vorteil hat sich die Kombination des planaren Gitter- und Kollektorelektrodenaufbaus mit mindestens einer Kaltkathode, vorzugsweise einem Feldemitter-Array, erwiesen. Die Fokussierbarkeit der Kaltkathodenemission ermöglicht die genannte Manometerminiaturisierung ohne Empfindlichkeitsverlust. The combination of the planar has a particular advantage Grid and collector electrode structure with at least one Cold cathode, preferably a field emitter array. The focus of the cold cathode emission enables the called manometer miniaturization without Loss of sensitivity.

Weitere Einzelheiten und Vorteile erfindungsgemäßer Ionisationsmanometer werden im folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Further details and advantages of the invention Ionization gauges are described below with reference to the attached drawings explained. Show it:

Fig. 1 und 2 Ausführungsformen erfindungsgemäßer Ionisationsmanometer mit runden Gitterelektroden, und Fig. 1 and 2 embodiments of inventive ionization with round grid electrodes, and

Fig. 3 und 4 Ausführungsformen erfindungsgemäßer Ionisationsmanometer mit eckigen Gitterelektroden. FIGS. 3 and 4 embodiments of the invention with angular ionization grid electrodes.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf eine bevorzugte Bauform mit einem Rahmen beschrieben, der als integrale Komponente sowohl die Gitter- als auch die Kollektorelektroden trägt. Die Umsetzung der Erfindung ist jedoch auf diese Gestaltung nicht beschränkt, sondern entsprechend auch mit Gitter- und Kollektorelektroden realisierbar, die als getrennte Bauteile in der erfindungsgemäßen Weise geformt und angeordnet sind. Die Umsetzung der Erfindung ist ferner abweichend von den illustrierten Beispielen analog mit nicht-planaren Elektrodenformen möglich. Es können auch stückweise ebene Elektrodenformen (z. B. stufenförmige Elektroden) vorgesehen sein. The invention is described below with reference to a preferred design with a frame described as an integral Component both the grid and collector electrodes wearing. However, the implementation of the invention is based on this Design not limited, but also with Grid and collector electrodes can be implemented as separate Components shaped and arranged in the manner according to the invention are. The implementation of the invention is also different from the illustrated examples analogously with non-planar Electrode shapes possible. It can also be piece by piece Electrode shapes (e.g. stepped electrodes) can be provided.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines planaren Ionisationsmanometers 10 in schematischer Draufsicht. Auf einem das Substrat bildenden Rahmen 20 in Form eines Kreisringes sind mehrere Kathoden 31-35, eine Kollektorelektrode 50 und eine Abschirmelektrode 60 vorgesehen. In der Mitte des Rahmens 20 ist eine Rahmenöffnung 21 gebildet, in der eine Gitterelektrode 40 beispielsweise in Form eines Lochbleches angeordnet ist. Der Rahmen trägt mechanisch die Gitterelektrode 40 und die übrigen Elektroden. Die Gitterelektrode 40 ist mit dem Rahmen 20 verbunden, der beispielsweise aus einer Keramik, einer Metalloxidverbindung oder Glas besteht. Die Herstellung des Rahmens 20 mit der Gitterelektrode 40 erfolgt beispielsweise durch Aufbringung des Rahmenmaterials in Pastenform mit einem Siebdruckverfahren und nachträgliches Sintern. Alternativ kann ein Gitterblech zur Bildung des isolierenden Rahmens 20 auch mit einem geeigneten Material, z. B. SiO₂, TiO₂ oder dgl. bedampft werden. Die auf der Oberfläche des Rahmens 20 vorgesehenen Elektroden werden durch Abscheidungs- und/oder Strukturierungstechniken hergestellt. Jede Kathode 31-35 ist vorzugsweise jeweils ein Kaltkathoden-Feldemitter, wie es insbesondere von herkömmlichen Kaltkathoden-Ionisationsmanometern bekannt ist. Alternativ können auch Glühkathoden vorgesehen sein. Fig. 1 shows an embodiment of a planar ionization gauge 10 in schematic top view. A cathode 31-35 , a collector electrode 50 and a shielding electrode 60 are provided on a frame 20 in the form of a circular ring forming the substrate. In the middle of the frame 20 , a frame opening 21 is formed, in which a grid electrode 40 is arranged, for example in the form of a perforated plate. The frame mechanically supports the grid electrode 40 and the other electrodes. The grid electrode 40 is connected to the frame 20 , which consists for example of a ceramic, a metal oxide compound or glass. The frame 20 with the grid electrode 40 is produced, for example, by applying the frame material in paste form using a screen printing process and subsequently sintering. Alternatively, a grid sheet for forming the insulating frame 20 can also be made with a suitable material, e.g. B. SiO ₂ , TiO ₂ or the like. The electrodes provided on the surface of frame 20 are made by deposition and / or patterning techniques. Each cathode 31-35 is preferably a cold cathode field emitter, as is known in particular from conventional cold cathode ionization manometers. Alternatively, hot cathodes can also be provided.

Die Rahmenöffnung 21 bildet die erste Bezugsfläche, entlang derer die Gitterelektrode angeordnet ist. Die ebene Oberfläche des Rahmens 20 bildet die zweite Bezugsfläche, auf der die Kollektorelektrode angeordnet ist. Der Rahmen 20 und die Gitterelektrode sind aneinandergrenzend angeordnet. Beide Bezugsflächen verlaufen parallel zueinander. The frame opening 21 forms the first reference surface along which the grid electrode is arranged. The flat surface of the frame 20 forms the second reference surface on which the collector electrode is arranged. The frame 20 and the grid electrode are arranged adjacent to one another. Both reference surfaces run parallel to each other.

Die Gitterelektrode 40 besitzt eine Dicke von rund 100 µm und eine optische Transparenz von über 90%. Die Kollektorelektrode 50 ist als planarer, metallischer Streifen gebildet, der die Rahmenöffnung 21 fast vollständig umgibt und radiale Ausnehmungen aufweist, an denen jeweils Platz für die Kathoden 31-35 gebildet ist. Die Kollektorelektrode 50 besteht beispielsweise aus Gold und besitzt eine Dicke von rund 10 µm. Der senkrechte Abstand zwischen der Gitterelektrode 40 und der Kollektorelektrode 50 beträgt je nach Rahmendicke bspw. rund 350 µm. Das Ionisationsmanometer 10 gemäß Fig. 1 besitzt bspw. die folgenden weiteren Dimensionen: Außendurchmesser des Rahmens 20: 20 mm, Durchmesser der Rahmenöffnung 21: 15 mm, Fläche der Kollektorelektrode 50: 80 mm². The grid electrode 40 has a thickness of around 100 μm and an optical transparency of over 90%. The collector electrode 50 is formed as a planar, metallic strip which almost completely surrounds the frame opening 21 and has radial recesses, in each of which space for the cathodes 31-35 is formed. The collector electrode 50 is made of gold, for example, and has a thickness of around 10 μm. Depending on the frame thickness, the vertical distance between the grid electrode 40 and the collector electrode 50 is, for example, around 350 μm. . The ionization gauge 10 according to Figure 1 has for example the following additional dimensions. Outer diameter of the frame 20: 20 mm, diameter of the frame opening 21: 15 mm, area of the collector electrode 50: 80 mm ^2.

Das Ionisationsmanometer 10 gemäß Fig. 1 wird zur Druckmessung betrieben, wie es an sich von herkömmlichen Ionisationsmanometern bekannt ist. Die Kathoden 31-35 werden negativ vorgespannt und zur Elektronenemission angeregt. Die emittierten Elektronen werden zur Gitterelektrode 40 beschleunigt und von dieser unmittelbar oder nach mindestens einem Durchlauf durch die Gitteröffnungen 41 aufgesammelt. Während des freien Fluges der Elektronen kommt es zu den genannten Ionisierungen des Gases in Manometerumgebung. Die positiven Ionen werden zur Kollektorelektrode 50 bewegt und dort in an sich bekannter Weise als Kollektorstrom detektiert. Die Abschirmelektrode 60 ist gegebenenfalls vorgesehen, um Kriechströme auf dem Rahmen 20 von den Kathoden 31-35 zur Kollektorelektrode 50 zu vermeiden. The ionization gauge 10 of FIG. 1 is operated for pressure measurement, as is known per se from conventional Ionisationsmanometern. The cathodes 31-35 are negatively biased and excited to emit electrons. The emitted electrons are accelerated to the grid electrode 40 and collected by the latter immediately or after at least one pass through the grid openings 41 . During the free flight of the electrons, the gas ionizes in a pressure gauge environment. The positive ions are moved to the collector electrode 50 and detected there as a collector current in a manner known per se. The shielding electrode 60 is optionally provided to avoid leakage currents on the frame 20 from the cathodes 31-35 to the collector electrode 50 .

Das erfindungsgemäße Ionisationsmanometer ermöglicht Druckmessungen bis zu einer unteren Druckmessgrenze von rund 10^-10 mbar. Mit zunehmender Fläche der Kollektorelektrode 50 wächst die Empfindlichkeit des Manometers. Die Kollektorelektrode 50 ist daher vorzugsweise so gebildet, dass sie den Rahmen 20, abgesehen von den Positionen der Kathoden und der gegebenenfalls vorgesehenen Abschirmelektrode, möglichst vollständig bedeckt. The ionization manometer according to the invention enables pressure measurements down to a lower pressure measurement limit of around 10 ^-10 mbar. As the area of the collector electrode 50 increases , the sensitivity of the pressure gauge increases. The collector electrode 50 is therefore preferably formed such that it covers the frame 20 as completely as possible, apart from the positions of the cathodes and the shielding electrode which may be provided.

Das Ionisationsmanometer 10 wird mit Stützelementen 71, 72 im Rezipienten angeordnet, wie dies in Fig. 2 illustriert ist. Die Stützelemente 71. 72 sind hohle Stifte aus isolierendem Material, in denen schematisch dargestellte Verbindungsleitungen 73, 74 verlaufen. Die Verbindungsleitungen sind mit den Elektroden im und am Rahmen 20 verbunden, die in Fig. 2 im einzelnen nicht dargestellt sind. Die Gitterelektrode 40 wird bei dem Ionisationsmanometer 10 gemäss Fig. 2 durch ein Gitternetz gebildet, das im Rahmen 20 aufgespannt ist. The ionization manometer 10 is arranged with support elements 71 , 72 in the recipient, as illustrated in FIG. 2. The support elements 71 . 72 are hollow pins made of insulating material, in which schematically illustrated connecting lines 73 , 74 run. The connecting lines are connected to the electrodes in and on the frame 20 , which are not shown in detail in FIG. 2. The grid electrode 40 in the ionization manometer 10 according to FIG. 2 is formed by a grid which is stretched in the frame 20 .

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ionisationsmanometers 10 mit einem rechteckigen ebenen Rahmen 20, das sich durch besondere Vorteile in Bezug auf die Herstellung und die Robustheit auszeichnet. Der Rahmen 20 ist ein integrales Bauteil, z. B. aus Keramik, das eine Plattenform mit zwei Rahmenöffnungen 21, 22 besitzt. Die schematische Schnittansicht im unteren Teil von Fig. 3 zeigt, dass der Rahmen entlang der Ränder der Rahmenöffnungen 21, 22 dünne Durchtrittsöffnungen 24 aufweist, die der Aufnahme der netzförmigen Gitterelektrode 40 dienen. Die Gitterelektrode 40 besteht aus einem Drahtnetz, dessen einzelne Fäden in die Durchtrittsöffnungen 24 eingelegt und elektrisch miteinander verbunden sind. Das Gitternetz besteht beispielsweise aus Edelstahl, Molybdän oder Wolfram, die Fäden besitzen Durchmesser von z. B. 100 µm. Die Gitteröffnungen 41 besitzen beispielsweise Dimensionen von 1.1 mm². FIG. 3 shows an embodiment of an ionization manometer 10 according to the invention with a rectangular, flat frame 20 , which is distinguished by particular advantages in terms of manufacture and robustness. The frame 20 is an integral component, e.g. B. made of ceramic, which has a plate shape with two frame openings 21 , 22 . The schematic sectional view in the lower part of FIG. 3 shows that the frame has thin passage openings 24 along the edges of the frame openings 21 , 22 , which serve to receive the net-shaped grid electrode 40 . The grid electrode 40 consists of a wire mesh, the individual threads of which are inserted into the passage openings 24 and are electrically connected to one another. The grid consists for example of stainless steel, molybdenum or tungsten, the threads have diameters of z. B. 100 microns. The grid openings 41 have dimensions of 1.1 mm ² , for example.

Auf dem Rahmen 20 ist entsprechend dem schraffierten Bereich die Kollektorelektrode 50 vorgesehen, die die Rahmenöffnungen 21, 22 fast vollständig umgibt. Die Kollektorelektrode besteht aus einer Metallschicht, die entsprechend der Rahmengestalt parallel zur Gitterelektrode 40 ausgerichtet ist. Der senkrechte Abstand zwischen beiden Elektrodenebenen beträgt bspw. rund 350 µm. Corresponding to the hatched area, the collector electrode 50 is provided on the frame 20 , which almost completely surrounds the frame openings 21 , 22 . The collector electrode consists of a metal layer which is aligned parallel to the grid electrode 40 in accordance with the frame shape. The vertical distance between the two electrode planes is, for example, around 350 µm.

Der Rahmen 20 trägt auch die Kathoden 31-36, die wiederum vorzugsweise durch Kaltkathoden-Feldemitter gebildet werden. Das Bezugszeichen 70 weist auf Kontakte, die elektrisch mit den Elektroden einerseits und in Betriebsposition mit einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung andererseits verbunden sind. Auf dem Rahmen kann auch bei dieser Ausführungsform mindestens eine Abschirmelektrode zur Vermeidung von Kriechströmen vorgesehen sein. The frame 20 also carries the cathodes 31-36 , which in turn are preferably formed by cold cathode field emitters. The reference numeral 70 denotes contacts which are electrically connected to the electrodes on the one hand and in the operating position to a control device (not shown) on the other hand. In this embodiment too, at least one shielding electrode can be provided on the frame to avoid leakage currents.

Der Rahmen 20 gemäß Fig. 3 besitzt beispielsweise die folgenden Dimensionen. Rahmen 20: 40 mm.14 mm, Gitterelektrode jeweils: 30 mm.5 mm, Kollektorelektrode: Streifenbreite 1 mm (Mitte), 1,5 mm (Ränder), Kathodendurchmesser 1 mm. The frame 20 of FIG. 3 for example, has the following dimensions. Frame 20 : 40 mm. 14 mm, grid electrode each: 30 mm. 5 mm, collector electrode: strip width 1 mm (center), 1.5 mm (edges), cathode diameter 1 mm.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 besitzt den Vorteil, dass auf beiden Rahmenseiten Metallisierungen vorgesehen sein können, um die einzelnen Elektroden kriechstromfrei elektrisch anzuschließen. Es können auch Leiterbahnen vorgesehen sein, die im Rahmenmaterial vergraben sind. The embodiment according to FIG. 3 has the advantage that metallizations can be provided on both sides of the frame in order to electrically connect the individual electrodes without leakage current. Conductor tracks can also be provided which are buried in the frame material.

Der Aufbau gemäß Fig. 3, bei dem der Rahmen 20 den Träger für die Gitterelektrode 40 bildet, besitzt den Vorteil einer hohen Stabilität. Zusätzliche Stützelemente zur Anbringung des Manometers im Rezipienten sind nicht notwendig. Die Anbringung des Manometers ist schematisch in Fig. 4 illustriert. Das Ionisationsmanometer 10, das beispielhaft mit einer einzelnen Gitterelektrode 40 dargestellt ist, steht senkrecht auf einem an sich bekannten Flansch für einen Vakuumrezipienten (z. B. ein CF16-Flansch). Der Flansch 80 enthält eine Reihe elektrischer Verbindungsleitungen 81 zum Anschluß der Elektroden des Manometers. The structure shown in FIG. 3, in which the frame 20 forms the support for the grid electrode 40, has the advantage of high stability. Additional support elements for attaching the manometer in the recipient are not necessary. The attachment of the manometer is illustrated schematically in FIG. 4. The ionization manometer 10 , which is shown by way of example with a single grid electrode 40 , stands vertically on a flange known per se for a vacuum recipient (for example a CF16 flange). The flange 80 contains a series of electrical connection lines 81 for connecting the electrodes of the pressure gauge.

Der erfindungsgemäße Manometeraufbau kann wie folgt modifiziert werden. Es ist nicht zwingend vorgesehen, dass die Kathodenelektroden auf dem Rahmen des Manometers angeordnet sind. Alternativ können die Kathodenelektroden auch anderweitig im Rezipienten, z. B. auf dem Flansch, positioniert sein. Des weiteren können zusätzliche Hilfselektroden vorgesehen sein, die zur Fokussierung der Elektronen auf die Gitterelekrode dienen. Die Hilfselektroden auf negativem elektrischen Potential werden von den Elektronen nicht getroffen, so dass sie problemlos auch außerhalb der Ebene der Gitter- und Kollektorelektroden angeordnet sein können. The manometer structure according to the invention can be as follows be modified. It is not mandatory that the Cathode electrodes arranged on the frame of the manometer are. Alternatively, the cathode electrodes can also otherwise in the recipient, e.g. B. on the flange. Additional auxiliary electrodes can also be provided be used to focus the electrons on the Serve grid electrode. The auxiliary electrodes on negative electrical potentials are not hit by the electrons, so that they can easily be outside the grating and Collector electrodes can be arranged.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltung von Bedeutung sein. The in the above description, the drawings and the Features of the invention disclosed in claims can be both individually as well as in any combination for the Realization of the invention in its various forms by Be meaningful.

Claims

1. ionization manometer with at least one cathode electrode, at least one grid electrode which has a plurality of passage openings, and at least one collector electrode, characterized in that
the grid electrode has a flat shape and is stretched along a first reference surface,
the collector electrode has a flat shape and is arranged on a substrate which forms a second reference surface, and
the grid electrode and the substrate with the collector electrode are arranged adjacent to one another and are aligned relative to one another in such a way that the grid electrode or the collector electrode is shielded from X-ray quanta, which are respectively emitted from the collector electrode or the grid electrode into the surrounding half space.

2. Ionization manometer according to claim 1, wherein the first and second reference surfaces in identical or parallel Levels are formed.

3. Ionization manometer according to claim 1, wherein the first and second reference surfaces piece by piece in identical or parallel planes are formed.

4. ionization manometer according to claim 1, wherein the first and second reference surfaces are curved.

5. ionization manometer according to claim 1, wherein the Grid electrode and the collector electrode mutually through that Substrate are shielded.

6. Ionization manometer according to one of the preceding Claims in which the substrate is covered by a frame at least one opening is formed in which the at least one Grid electrode is stretched.

7. ionization manometer according to claim 6, wherein the frame forms a support for the at least one grid electrode.

8. Ionization manometer according to one of the preceding Claims in which the at least one grid electrode is round or is rectangular.

9. Ionization manometer according to one of the preceding Claims, wherein the at least one grid electrode by a Perforated sheet or a grid is formed.

10. Ionization manometer according to one of the preceding Claims, wherein the cathode electrode by a Field emitter that is set up for electron emission when cold is, or is formed by a hot cathode.

11. ionization manometer according to one of claims 6 to 10, in which the frame has a ring electrode for shielding Carries leakage currents.

12. Ionization manometer according to one of the preceding Claims in which at least two collector electrodes are provided.

13. Ionization manometer according to one of the preceding claims, in which the area of the at least one grid electrode is less than 100 mm ² .

14. Ionization manometer according to one of the preceding Claims 10 to 13, wherein the frame structure Screen electrode for focusing the movement of emitted electrons wearing.

15. Use of an ionization manometer according to one of the previous claims for pressure measurement in high and Ultra high vacuum systems.