DE19502439B4

DE19502439B4 - Verfahren und Messanordnung zum Messen der pro Zeiteinheit einen Vakuumvolumenbereich in gegebener Richtung durchströmenden elektrischen Ladungsmenge und deren Verwendung für Massenspektrometer

Info

Publication number: DE19502439B4
Application number: DE19502439A
Authority: DE
Inventors: Urs Wälchli; Martin Bösch; Armin Leo Stöckli
Original assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1994-02-11
Filing date: 1995-01-26
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2015-01-27
Also published as: US5644220A; FR2716264A1; JPH0836060A; FR2716264B1; DE19502439A1

Abstract

Verfahren zum Messen der pro Zeiteinheit einen Vakuumvolumenbereich in gegebener Richtung durchströmenden elektrischen Ladungsmenge, bei dem ladungstransportierende Teilchen mittels einer mit einem Messkreis für einen galvanischen Strom verbundenen Auffängeranordnung (1, 10) aufgefangen werden und der durch das Auffangen bewirkte galvanische Strom im Messkreis gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffangen der Teilchen in besagter Richtung entlang mindestens zweier Flächen kaskadiert und simultan vorgenommen wird, wobei in jeder Kaskadierungsstufe die Teilchen entlang einer quer zur gegebenen Richtung liegenden Fläche aufgefangen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Messanordnung nach demjenigen von Anspruch 7 sowie eine Verwendung des erwähnten Verfahrens bzw. der Messanordnung nach dem Wortlaut von Anspruch 13.

Es ist bekannt, die in Vakuum strömende elektrische Ladungsmenge, sei diese durch Ionen oder Elektronen bewirkt, durch Vorsehen von Auffängeranordnungen im Strömungsweg mindestens teilweise aufzufangen.

Vorrichtungen und Verfahren mit Auffängeranordnungen zum Auffangen von Teilchen, beispielsweise als Messanordnungen, zur Detektion oder zur Analyse, sind vielfältig bekannt.

Im einfachsten Fall kann bereits die Anode einer hochevakuierten Röhre als Auffängeranordnung für elektrisch geladene Teilchen angesehen werden, wie sie in der Druckschrift Roth, Treu, Physik, Elektrizitätslehre, 1960, C. C. Buchners Verlag, Bamberg offenbart ist.

Die Druckschrift US 4,994,748 zeigt beispielsweise ein Analysegerät für Gasgemische, bei dem die Detektoren auf der Grundlage der Oberflächenionisation arbeiten. In dem Gehäuse des Detektors ist ein Thermoemitter angeordnet, der in Form gegeneinander elektrisch isolierter ionisierender Elemente ausgeführt ist. Die Moleküle der zu analysierenden Komponenten des Gasgemisches werden auf der Oberfläche der Metalldrähte ionisiert und aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen dem Thermoemitter und einem insbesondere als Metallgitter ausgeführten Ionenauffänger bewegt.

Die Druckschrift US 4,992,742 beschreibt dagegen eine Messvorrichtung zur Messung der zweidimensionalen Verteilung geladener Partikelströme, beispielsweise zur Verwendung in Ionen-Implantationssystemen. Die Vorrichtung sieht ein Teilchen-Durchlasselement mit Durchlassöffnungen, ein Teilchen-Auffangelement sowie ein Teilchen-Abprallelement, welches zwischen dem Durchlass- und dem Auffangelement angeordnet ist und die geladenen Teilchen abfängt, die vom Teilchen-Auffangelement abgeprallt sind, vor. Weiterhin weist die Vorrichtung Mittel auf, um einen Teil der aufgefangenen Partikel während der Messung in einer beliebigen Flächenebene zu bewegen.

Die Druckschrift US 4,724,394 offenbart eine Vorrichtung zur Erkennung von Gas durch Trennung infolge der Mobilität von Ionen, die mehrere räumlich hintereinander angeordnete Elektroden aufweist, welche von ionisiertem Gas durchströmt werden. Die pro Zeiteinheit die Elektroden in einer Richtung durchströmende elektrische Ladungsmenge wird aufgefangen und der bewirkte galvanische Strom gemessen.

In der Druckschrift US 2,341,551 ist ein Massenspektrometer zur kontinuierlichen Erkennung von Ionen verschiedener Masse- zu Ladungsverhältnissen offenbart. Die Vorrichtung weist eine beliebige Anzahl Ionen-Auffänger auf, mit denen die Messungen zeitgleich erfolgen.

Weitere Beispiele für Anordnungen mehrstufiger Massenspektrometer mit hintereinander angeordneten Gitter- Elektroden zeigen die Druckschriften Journal of Applied Physics, Vol. 27 [1956], W. W. Cannon and M. K. Testerman, „Accurate Mathematical Treatment of the Analyzer of the RF Mass Spectrometer Tube", Journal of Applied Physics, Vol. 21 [1950], W. H. Bennett, „Radiofrequency Mass Spectrometer", Instr. & Exp. Techniques, Vol. 36 [1993], V. F. Ezhov, V. A. Knyaz'kov and V. V. Yashchuk, "Application of a Square-Wave HF Voltage in a Commercial RF Mass Spectrometer".

Herkömmlich wird die Auffängeranordnung an einen Strommesskreis für einen galvanischen Strom, d. h. Elektronenleitungsstrom, angeschlossen und der durch die Auffangrate bewirkte galvanische Strom mittels einer Strommessanordnung, wie einer Elektrometerschaltung, gemessen. Solche Auffängeanordnungen werden auch Sekundär-Elektronenvervielfachern vorgeschaltet, um die Empfindlichkeit zu erhöhen.

Der Strommessbereich wird durch den dynamischen Bereich der Auffängeranordnung oder durch den dynamischen Bereich der Aussteuerbarkeit der Strommessanordnung bzw. der hierzu vorgesehenen Elektronik beschränkt. In der Praxis wird der dynamische Bereich durch Umschalten der Empfindlichkeit, d.h. des Messbereiches der Messelektronik, erhöht oder dadurch, dass mehrere Auffängeranordnungen bezüglich der Strömungsrichtung der Ladungsträger im Vakuum parallel, d.h. nebeneinander, angeordnet werden, je mit einer Messelektronik mit unterschiedlichem Messbereich verbunden.

Es ist im weiteren bekannt, für die Messung des galvanischen Stromes logarithmische Verstärker einzusetzen, was aber in tiefen Strombereichen, d.h. z.B. im pA-Bereich, mit einem "accuracy"-Verlust einhergeht und zu grossen Mess-Zeitkonstanten bei der Erfassung galvanischer Ströme, beispielsweise unter 10pA, führt. Mit "accuracy" wird definiert:
"A measure of the closeness of agreement of an instrument reading compared to that of a primary standard having absolute traceability to a standard sanctioned by a recognized standards organisation",
entsprechend Low Level Measurements, 4th Edition, Keithley Instruments, Inc., Cleveland, OH 44139, USA.

Damit sind logarithmische Verstärker, obwohl sie einen grossen dynamischen Bereich ergäben, in vielen praktischen Fällen für diese Messung ungeeignet.

Mit einer in oben erwähntem Sinne realisierten Parallelstellung von Auffängern in der Teilchenströmung, wie in einem Ionen- oder Elektronenstrahl, werden im allgemeinen zwei Ziele verfolgt: Einerseits kann damit der dynamische Bereich erweitert werden, indem die parallelen Systeme je mit unterschiedlich empfindlichen Strommesselektroniken ausgerüstet werden. Anderseits kann damit die Qualität der Messung, soweit diese von den Auffängern abhängt, beurteilt werden, indem Messsignalabweichungen unter den parallel vorgesehenen Auffängerstufen zu Signalkorrekturzwecken ausgenützt werden können: Bei gleichen Teilchenströmen gleiche Anzeigen. Dabei wird zu Eichzwecken ein Teilchenstrahl zwischen den parallelen Auffängern umgeschaltet.

Bekannte existierende, sogenannte Faraday-Auffängersysteme, insbesondere zur Messung von Ionen- und/oder Elektronenströmen, oder Kombinationen derartiger Faraday-Auffängersysteme mit Sekundärelektronen-Vervielfachern, wie beispielsweise MCP (micro channel plate), CT (Channeltron), ST (Spiraltron), und Elektronenvervielfacher mit diskreter Dynodenzahl, sind parallel betriebene Systeme oder in der Zeit umschaltbar zeitsequentielle Systeme.

Parallele Messsysteme von Auffängern finden sich in vielfältigen Anwendungen, so beispielsweise in magnetischen Massenspektrometern, wie dem MAT 261 der Firma Finnigan, dem Lecksucher ASM 120 der Firma Alcatel oder in dem in Nucl. Instrum. & Methods Physical Research Section B vorgestellten Gerät M.T. Esat, A 61cm multi-detector mass spectrometer at the Australian National University.

Die Eichung solcher Instrumente wird sequentiell mit bekannten Bezugsgrössen durchgeführt, wie dies beispielsweise in der DE-OS-31 39 975 beschrieben ist. von solchen Eichungen sind die Auffängeranordnungen an sich nicht betroffen, sondern nur deren nachgeschaltete Strommesselektronik.

Zeitsequentielle Messsysteme, welche beispielsweise folgende Konstellationen aufzeigen können: Faraday-Auffangsystem/Faraday-Auffangsystem, Faraday-Auffangsystem/MCP, Faraday-Auffangsystem/CT, Faraday-Auffangsystem/Sekundärelektronen-Vervielfacher (SEV), Faraday-Auffangsystem/ST, werden zeitlich gestaffelt betrieben, beispielsweise durch Umschalten des Teilchenstrahles.

Ein solches System bzw. vorgehen ist beispielsweise in der DE-37 20 161 beschrieben und in der FR-2 600 416-A.

Der prinzipielle Nachteil des Vorsehens in der Teilchenströmung parallel angeordneter Auffänger ist darin zu sehen, dass damit die Ladungsmenge an verschiedenen Orten gemessen wird. Der Ursprung einer erfassten Signaländerung an einem der parallel vorgesehenen Auffänger gegenüber den anderen muss nicht zwingend an einer Fehleinstellung der zugeordneten Messelektronik liegen. Es kann sich dabei auch um die Anzeige einer sich ändernden Stromdichteverteilung bzw. Aenderung der strömenden Ladungsdichteverteilung handeln, über der beobachteten Fläche des Teilchenstromes.

Diese Effekte, ebenso wie Eigenschaftsänderungen des Auffängers an sich, resultieren alle in einer Signaländerung an der Strommesselektronik und können nicht voneinander getrennt werden. Die Parallelschaltung von Auffängern wird ja auch häufig dazu benutzt, gerade die Ladungsdichteverteilung in der Strömung als Funktion des Ortes zu messen. Es sei hierzu verwiesen auf die oben erwähnte Referenz in Nucl. Instrum. & Methods Phys. Res. Sect. B sowie auf T.A. Peyser et al., Segmented concentric Faraday cup for measurement of time-dependent relativistic electron beam profiles, Rev. Sci. Instrum. 62 (12), sowie auf K. Asano et al., Multi-faraday-cup-type beam profile monitoring system for a dual-beam irradiation facility, Nucl. Instrum. & Methods Phys. Res. Sect. B.

Zeitsequentielle Verfahren, bei welchen, insbesondere aus Gründen der Messbereichswahl, eine Umschaltung notwendig ist, sind zur Messung von sich schnell ändernden Strömen nur bedingt geeignet, weil das Messsystem während der Umschaltvorgänge blind ist und teilweise mit dem Umschalten eine Veränderung der Ionen- bzw. Elektronenoptik im Auffängerbereich notwendig ist.

Aus der EP-A-0 172 477 ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem, insbesondere auch ionenoptisch, bei Erreichen eines gegebenen Teilchenstrom-Grenzwertes, gesteuert, Teilchen ausgeblendet werden. Auch dabei handelt es sich um ein zeitsequentielles Verfahren mit den obgenannten Nachteilen.

Bei einem Glühkathoden-Ionisatiosmanometer ist es weiter aus der DE-OS 28 36 671 bekannt, durch gleichzeitiges Messen des Stromes an einem Ionenkolletor und an einer Gitterelektrode, ausschliesslich hohe Drücke des Gasabsorbers zu messen, indem die gemessenen Ströme mathematisch kombiniert werden und daraus auf den Druck bzw. den Absorber geschlossen wird.

Das Vorsehen kaskadierter Sekundärelektronen-Emittergitter, zur Erfassung des Strahlprofils an einem Protonenbeschleuniger ist aus "Small pickup for current and profile of beam of pulsed electrostatic proton accelerator" V.N. Getmanov, Instruments and Experimental Techniques, Band 28, Nr. 1, Februar 1985, New York, USA, bekannt.

Aus S. Paszti et al. "Current measurement on MeV energy ion beams", Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section - B: Beam interactions with materials and atoms, Band B47, Nr. 2, 1. April 1990, Amsterdam, ist es weiter bekannt, einen Ionen- oder Elektronenstrahl mit einem mechanisch gechopperten Faraday zu messen.

Die vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe, ein Verfahren bzw. eine Messanordnung eingangs genannter Art zu schaffen, welche die obgenannten Nachteile beheben und die ermöglichen, Ströme geladener Teilchen mit grosser "accuracy" zu messen, mit einem wesentlich erhöhten Messbereich, und dies kontinuierlich.

Diese Aufgabe wird verfahrensmässig bei Vorgehen nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst.

Dadurch, dass das Auffangen der Teilchen örtlich kaskadiert, also örtlich in Serie, vorgenommen wird, ergibt sich, im Unterschied zum Parallelauffangen, der Vorteil, dass an der Auf fangkaskade bezüglich Teilchenströmung im Vakuum der gleiche Flächenbereich erfasst wird. Damit kann eine bestmögliche gegenseitige Kalibrierung des kaskadierten Auffangens bzw. der hierzu vorgesehenen Auffänger mit nachgeschalteten Strommesskreisen erfolgen.

Dem Wortlaut von Anspruch 2 folgend, wird in einer bevorzugten Ausführungsvariante das kaskadierte Auffangen selektiv bezüglich vorgegebener Energiebereiche der Teilchen vorgenommen oder gemäss Anspruch 3 dadurch, dass relative jeweilige Teilchenauffangraten vorgegeben werden.

Dabei wird weiter bevorzugterweise, dem Wortlaut von Anspruch 4 folgend, die Selektivität durch Anlegen vorgebbarer elektrostatischer Potentiale an die kaskadierten Auffängerstufen erstellt bzw. eingestellt und/oder durch Vorgabe der optischen Transmission an den vorgesehenen Auffängerstufen. Unter optischer Transmission wird dabei das Lücken-zu-Feststoff-Verhältnis verstanden, welchem die anströmenden Teilchen an einer Auffängervorrichtung, wie an einem Auffanggitter, begegnen.

Eine erfindungsgemässe Messanordnung zeichnet sich im weiteren nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 7 aus, bevorzugte Ausführungsvarianten der Messanordnung nach den Ansprüchen 8 bis 11.

Das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die erfindungsgemässe Messanordnung werden insbesondere für Partial- und Totaldruckmessgeräte, wie beispielsweise für Massenspektrometer oder beispielsweise Bayard-d'Alpert-Röhren eingesetzt.

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch, eine bekannte Parallelauffängeranordnung mit den Parallelstufen zugeordneten Strommesseinheiten unterschiedlicher Messbereiche;
2 prinzipiell und in Darstellung analog zu 1, eine erfindungsgemässe Messanordnung;
3 schematisch, eine mögliche Verknüpfung der Strommesseinheiten auf eine gemeinsame Anzeige;
4 eine bevorzugte Realisationsform einer Messanordnung analog zu 2.
In 1 ist schematisch eine bekannte Auffängeranordnung dargestellt, welche in der Strömung elektrisch geladener Teilchen, wie beispielsweise dargestellt, in einem Ionenstrahl S, Auffängerflächen 1a, 1b und 1c aufweist.
Die jeweiligen Auffängerflächen sind mit einem Messstromkreis 5 verbunden, gebildet, im allgemeinen, durch einen mit Referenzpotential Φ_o verbundenen Strommesszweig. Der durch das Auftreffen der geladenen Teilchen auf die Auffängerflächen 1 in den Strommesszweigen bewirkte galvanische Strom, wie Rekombinations- oder Sekundär-Elektronenvervielfacher oder Influenzstrom, wird mittels Strommesseinheiten 7a bis 7c gemessen. Zum Erhalt eines möglichst weiten Messbereiches werden dabei die Strommesseinheiten 7 mit unterschiedlichen Messbereichen ausgelegt und, wie schematisch dargestellt, ihre Ausgänge selektiv auf den Ausgang A der Messanordnung geschaltet.
Wie ersichtlich, werden mit den unterschiedlichen vorgesehenen Auffängerflächen 1 im Strahl S die Teilströme an unterschied lichen Bereichen, bezogen auf die Strahl-Querschnittsfläche, erfasst. Aenderungen der Ausgangssignale der Strommesseinheiten 7 können somit von verschiedenen, nicht trennbaren Effekten herrühren, was insbesondere auch eine gegenseitige Kalibrierung der Strommesseinheiten 7 schwierig macht, welche davon ausgehen muss, dass sich bei gleichen Teilchenströmen gleiche Ausgangssignale an den Einheiten 7, abgesehen von der Messbereichswahl, ergeben sollten.
In 2 ist schematisch das erfindungsgemässe Vorgehen dargestellt.
In Ausbreitungsrichtung x des Strahles S sind mindestens zwei Auffänger 10, wie dargestellt in 2 beispielsweise drei Auffänger 10a bis 10c, kaskadiert hintereinander vorgesehen. Die in Ausbreitungsrichtung x dem letzten Auffänger 10c vorgeschalteten Auffänger 10a und 10b weisen je bezüglich der zu registrierenden Teilchen des Strahles S gegebene prozentuale Transmissionen T_a, T_b auf. In Analogie zum Vorgehen gemäss 1 sind Strommesseinheiten 17a bis 17c vorgesehen. Die Strommesseinheiten 17, zusammen mit den erfindungsgemäss vorgesehenen Auffängern 10, sind jeweils für unterschiedliche Messbereiche ausgelegt und werden, wie schematisch an der Einheit 19 dargestellt, messbereichsspezifisch für eine Anzeige A dominant.
Es ergibt sich für den vom Auffänger 10a durchgelassenen (transmittierten) Teilchenstrom i_a: ia = itotTa.
Der zum aufgefangenen Teilchenstrom proportionale galvanische Strom, der an der Einheit 17a gemessen wird, i_ma, ergibt sich zu ima = itot (1 – Ta).
Analog ergibt sich für den transmittierten Strom i_b: ib = iaTb = itotTbTa und für den galvanischen Strom i_mb am Auffänger 10b entsprechend dem dort aufgefangenen Teilchenstrom, i: imb = ia (1 – Tb) = itotTa (1 – Tb)
Schliesslich ergibt sich für den vom Auffänger 10c aufgefangenen Strom i_mc: imc = ib = itotTbTa.
Werden nun beispielsweise die Transmissionskoeffizienten T für die Auffänger 10a und 10b je zu 90% gewählt, so ergeben sich für die galvanischen Messströme: ima = 0,1 itot, imb = 0,09 itot, imc = ib = 0,81 itot.
Damit werden kleine Teilchenströme mit dem i_mc zugeordneten Auffänger, grössere mit dem i_ma bzw. i_mb zugeordneten gemessen. Je nach beabsichtigtem Einsatz können aber auch andere Transmissionswerte eingesetzt werden.
Mit den erfindungsgemäss vorgesehenen kaskadierten Auffängern wird eigentlich im Teilchenstrom eine stufenweise gegebene Stromteilung in gegebenem Verhältnis T/1 – T vorgenommen.
Da an allen Auffängern der jeweils im gegebenen Verhältnis geteilte Teilchenstrom gemessen wird, ist es gemäss 3 ohne weiteres möglich, die Ausgangssignale der Strommesseinheiten 17a bis 17c, beispielsweise je für drei Stromdekaden "full-scale" ausgelegt, an einer Ueberlagerungseinheit 20 zu überlagern und das Ausgangssignal der Ueberlagerungseinheit 20 einer Anzeige für drei Dekaden aufzuschalten. Mit einfachen, schwellwertsensitiven Einheiten 22 und Ansteuerung entsprechender Anzeigen 23 kann dabei angezeigt werden, für welchen Dekadenbereich der an der Einheit 25 momentan angezeigte Dekadenwert Gültigkeit hat.
Eine massgebliche weitere Erweiterung des Messbereiches wird dadurch erreicht, dass demjenigen Auffänger, der die höchste Rate auffängt, gemäss 2 und obigen Zahlenangaben, also beispielsweise dem Auffänger 10a, eine Gewichtungsschaltung mit einer bestimmten Funktion zur Festlegung des Uebergangsverhaltens für die Messsignaloptimierung, wie beispielsweise ein nicht-linearer Stromverstärker, insbesondere ein logarithmischer, nachgeschaltet wird. Damit wird auch eine simultane gewichtete Verarbeitung des Messsignals in Uebergangsbereichen ermöglicht.
Die Transmissionen bzw. die Transmissionskoeffizienten T der erfindungsgemäss kaskadiert vorgesehenen Auffänger werden durch Vorgabe der optischen Transmission gegeben bzw. eingestellt und/oder elektrostatisch. Bevorzugterweise werden als Auffänger 10a und 10b Gitter eingesetzt mit vorgegebenen, der Transmission entsprechenden Lücken-zu-Stab-Flächenverhältnissen, d.h. vorgegebener optischer Transmission.
In 4 ist eine heute bevorzugte Realisationsform einer erfindungsgemässen Messanordnung schematisch dargestellt. Der Auffänger 10a gemäss 2 ist durch ein erstes Gitter reali siert, der Auffänger 10b von 2 durch ein zweites Gitter und der Auffänger 10c durch eine aufgedampfte Metall-, beispielsweise Goldschicht. Der Träger der Goldschicht 27 sowie die Distanzhalter 28 zwischen den Auffängergittern sind durch isolierende, beispielsweise durch Keramik-Distanzringe gebildet. Bei Elektrometerschaltung der zur Strommessung an den Einheiten 17 gemäss 2 vorgesehenen Operationsverstärkern und, wie oben, mit jeweils 90% ausgelegten Transmissionskoeffizienten T_a, T_b der Auffängergitter 10a und 10b ergibt sich die beispielsweise angeschriebene Abstufung der Strommess-Widerstände R_i.
Wie mit Bezug auf das Auffanggitter 10a gestrichelt bei 32 dargestellt, ist es ohne weiteres möglich, die Transmission jeweiliger Auffänger dadurch zu verändern, dass sie auf vorzugsweise einstellbares Potential mittels einer Spannungsquelle gelegt werden, womit, in einstellbarem Masse, Teilchen der interessierenden Polarität am Auffänger und insbesondere Auffängergitter rückgehalten werden. Als Auffanggitter können auch zwei und mehr gegeneinander in Gitterebene verdrehte Gitter eingesetzt werden. Bei optimal geringer gegenseitiger Abschaltung werden mit dieser Kombination einfach und flexibel erwünschte Transmissionskoeffizienten realisierbar oder, bei Einstellbarkeit der Verdrehung, einstellbar.
Mit einer solchen Anordnung ist es ohne weiteres möglich, insbesondere Ionen- oder Elektronenströme über neun und mehr Dekaden kontinuierlich zu messen. Im weiteren ist es nun auch ohne weiteres möglich, die vorgesehenen Strommesseinheiten gegeneinander zu kalibrieren, weil die Auffängerströme unabhängig von der Stromdichteverteilung im Teilchenstrahl sind, im Unterschied zur bekannten Anordnung nach 1, und die Transmissionsverhältnisse der Auffänger gegeben sind. Durch Vorgabe kleiner Transmissionen, z.B. von 10%, kann z.B. eine gestufte Abschwächung vorgenommen werden.
Bei der in 3 dargestellten Ausführung einer erfindungsgemässen Messanordnung, bei der die Teilchenströme simultan gemessen werden, werden vorzugsweise, für eine gute Signalverarbeitung, die Bereiche FS überlappend ausgebildet und weiter vorzugsweise in den Ueberlappungsbereichen eine gewichtete Ueberlagerung vorgenommen.
Als Gitterdraht von Auffanggittern wird weiter vorzugsweise wolframdraht eingesetzt.

Claims

Verfahren zum Messen der pro Zeiteinheit einen Vakuumvolumenbereich in gegebener Richtung durchströmenden elektrischen Ladungsmenge, bei dem ladungstransportierende Teilchen mittels einer mit einem Messkreis für einen galvanischen Strom verbundenen Auffängeranordnung (1, 10) aufgefangen werden und der durch das Auffangen bewirkte galvanische Strom im Messkreis gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffangen der Teilchen in besagter Richtung entlang mindestens zweier Flächen kaskadiert und simultan vorgenommen wird, wobei in jeder Kaskadierungsstufe die Teilchen entlang einer quer zur gegebenen Richtung liegenden Fläche aufgefangen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Richtung (x) betrachtet kaskadierte Auffangen selektiv bezüglich vorgegebener Energiebereiche der Teilchen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kaskadierte Auffangen mit vorgegebenen Teilchen-Auffangraten, bezogen auf die Gesamtmenge durchströmender Teilchen, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das kaskadierte Auffangen mit Vorgabe der optischen Transmission für die Teilchen und/oder mit Vorgabe elektrostatischer Potentiale an den Auffangstufen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der galvanische Strom aus den Auffangkaskaden zugeordneten galvanischen Teilströmen gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchenströme simultan gemessen werden und vorzugsweise gewichtet weiterverarbeitet werden.
Messanordnung für die pro Zeiteinheit einen Vakuumvolumenbereich in gegebener Richtung durchströmende Ladungsmenge mit einer im Vakuum angeordneten Auffängeranordnung, die mit einem galvanischen Stromkreis verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffängeranordnung eine sich quer zur gegebenen Richtung erstreckende Auffängerfläche pro Kaskadierungsstufe aufweist, dass die Auffängeranordnung in besagter Richtung mindestens zwei kaskadiert angeordnete Auffängerflächen hat, wovon mindestens eine für einen Teil der Ladungsträger der Ladungsmenge teildurchlässig ist, und dass die vorgesehenen Auffängerflächen gleichzeitig abgegriffene Strommessausgänge haben.
Messanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Auffänger durch Gitter gebildet ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffänger mit vorzugsweise einstellbaren Spannungsquellen verbunden sind, um ihr elektrostatisches Potential vorzugeben bzw. einzustellen.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffänger mit Strommesskreisen für unterschiedliche Strombereiche verbunden sind, vorzugsweise simultan, und vorzugsweise Ausgangssignale der Strommesskreise an einer Ueberlagerungseinheit (20) überlagert werden.
Messanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Auffänger mindestens zwei Gitter, die in Gitterebene relativ zueinander verdreht oder einstellbar verdrehbar sind, umfasst.
Messanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessbereiche sich überlappen.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder der Messanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12 für Massenspektrometer.