DE19506165A1 - Secondary electron multiplier with microchannel plates - Google Patents
Secondary electron multiplier with microchannel platesInfo
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Abstract
Description
Bei verschiedenen technischen Anwendungen, zum Beispiel beim Nachweis elektromagnetischer Strahlung, ist es erforderlich, einzelne Elektronen nachzuweisen. Dazu werden Elektronenver vielfacher, auch Sekundärelektronenvervielfacher genannt, verwendet.In various technical applications, for example in Detection of electromagnetic radiation, it is necessary detect single electrons. For this electron electron multiple, also called secondary electron multiplier, used.
In einem Elektronenvervielfacher wird ausgenutzt, daß ein auf eine Metallfläche auf fallendes Elektron mehrere Elektronen freisetzt, die nach ausreichender Beschleunigung an einer weiteren Metallfläche wiederum Sekundärelektronen auslösen. Ein Elektronenvervielfacher umfaßt in der Regel mehrere Me tallflächen, Dynoden genannt. Die Dynoden werden so verschal tet, daß sich Elektronen zwischen benachbarten Dynoden in ei nem beschleunigenden elektrischen Feld befinden. Auf diese Weise werden Elektronen, die aus einer Dynode herausgeschla gen werden, auf die nächste zu beschleunigt, wo sie wiederum eine größere Zahl Elektronen auslösen. Mit einem solchen Auf bau wird eine bis zu 10¹⁰-fache Verstärkung der Elektronen erzielt.An electron multiplier takes advantage of the fact that one on a metal surface on falling electron several electrons releases that after sufficient acceleration on a trigger additional metal surface in turn secondary electrons. An electron multiplier usually spans several Me tall surfaces called dynodes. The dynodes are so stale tet that electrons between adjacent dynodes in egg accelerating electric field. To this Wise electrons are knocked out of a dynode accelerated to the next, where they turn trigger a larger number of electrons. With such an up construction will increase the electrons by up to 10¹ Elektronen times achieved.
Es sind miniaturisierte Elektronenvervielfacher, sogenannte Microchannel Plates, vorgeschlagen worden (siehe Y. Talmi, Multichannel Image Detectors Vol. 2, ACS Symposium Series 236, American Chemical Society, Washington D.C., 1982, p. 253 ff. und F. A. White, G. M. Wood, Mass Spectrometry-Applicati ons in Science and engineering, John Wiley & Sons, New York 1986, p. 138 ff.), die eine Vielzahl parallel nebeneinander angeordnete Glashohlfasern umfassen. Die innere Oberfläche der Glashohlfasern ist durch eine Oberflächenbehandlung halb leitend gemacht. Die Glashohlfasern sind untereinander fest verbunden. Sie sind in Scheiben von etwa 1 mm Dicke gesägt. Auf beiden Seiten werden diese Scheiben mit einem leitenden Belag versehen. Durch Anlegen einer Spannung an den leitenden Belag fällt ein Spannungsgradient über die halbleitende Oberfläche der Hohlfasern ab. Jede Hohlfaser wirkt wie eine kontinuierliche Dynodenstruktur. Der Durchmesser der Hohlfa sern beträgt 10 bis 100 µm. Es werden 10⁴ bis 10⁷ parallel angeordnete Hohlfasern in dem Elektronenvervielfacher inte griert. Der Durchmesser der Scheibe beträgt 3 cm.They are miniaturized electron multipliers, so-called Microchannel Plates, have been proposed (see Y. Talmi, Multichannel Image Detectors Vol. 2, ACS Symposium Series 236, American Chemical Society, Washington D.C., 1982, p. 253 ff. and F.A. White, G.M. Wood, Mass Spectrometry-Applicati ons in Science and engineering, John Wiley & Sons, New York 1986, p. 138 ff.), Which have a multitude parallel in parallel arranged arranged glass fibers. The inner surface the hollow glass fibers is half through a surface treatment made conductive. The hollow glass fibers are fixed to one another connected. They are sawn into slices about 1 mm thick. On both sides, these disks are made with a conductive Topping. By applying a voltage to the conductive A voltage gradient falls across the semiconducting surface Surface of the hollow fibers. Each hollow fiber acts like one continuous dynode structure. The diameter of the Hohlfa is 10 to 100 µm. There will be 10⁴ to 10⁷ in parallel arranged hollow fibers in the electron multiplier inte freezes. The diameter of the disc is 3 cm.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Elektronen vervielfacher nach dem Microchannel Plates-Prinzip anzugeben, der einfach herstellbar ist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektronenvervielfachers angegeben werden.The invention is based on the problem of an electron multiples according to the microchannel plates principle, that is easy to manufacture. Furthermore, a method for Manufacture of such an electron multiplier specified will.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Elek tronenvervielfacher nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 6. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.This problem is solved according to the invention by an elec tron multiplier according to claim 1 and a method according to Claim 6. Further embodiments of the invention are based the other claims.
Der erfindungsgemäße Elektronenvervielfacher umfaßt eine Platte aus Silizium, die durchgehende Poren aufweist. Die Wände der Poren sind mit einer Widerstandsschicht versehen. Die Porenöffnungen liegen jeweils in einander gegenüberlie genden Hauptflächen der Platte. Auf diesen Hauptflächen sind Elektroden angeordnet, die die Poren nicht verschließen und an die im Betrieb des Elektronenvervielfachers eine Spannung angelegt wird. Diese Spannung führt zu einem Spannungsgra dienten, der über die Widerstandsschichten abfällt.The electron multiplier according to the invention comprises one Silicon plate with continuous pores. The The walls of the pores are provided with a resistance layer. The pore openings lie opposite each other main surfaces of the plate. Are on these main areas Electrodes arranged that do not close the pores and to which a voltage during operation of the electron multiplier is created. This tension leads to a tension gra served that falls over the resistance layers.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Wände der Poren und die Oberfläche der Platte mit einer isolierenden Schicht ver gehen. Auf die isolierende Schicht wird eine leitfähige Schicht abgeschieden, die die Wände der Poren bedeckt und die mit den Elektroden elektrisch verbunden ist. Die isolierende Schicht wird zum Beispiel aus SiO₂ und/oder Si₃N₄ gebildet. Sie wird durch thermische Oxidation und/oder CVD-Abscheidung gebildet. Die leitfähige Schicht wird zum Beispiel aus do tiertem Polysilizium realisiert.According to one embodiment, the walls of the pores and ver the surface of the plate with an insulating layer go. A conductive layer is applied to the insulating layer Deposited layer that covers the walls of the pores and the is electrically connected to the electrodes. The isolating Layer is formed for example from SiO₂ and / or Si₃N₄. It is by thermal oxidation and / or CVD deposition educated. For example, the conductive layer is made from do realized polysilicon.
Die Widerstandsschicht in dem Elektronenvervielfacher weist vorzugsweise einen spezifischen Widerstand im Bereich zwi schen 0,1 MΩcm und 10 MΩ2cm auf.The resistance layer in the electron multiplier faces preferably a specific resistance in the range between between 0.1 MΩcm and 10 MΩ2cm.
Der Durchmesser der Poren liegt vorzugsweise im Bereich zwi schen 1 µm und 10 µm. Der Abstand der Poren liegt zwischen 0,4 µm und 4 µm. Die Dicke der Platte liegt im Bereich zwi schen 40 µm und 400 um. Dabei sind die Durchmesser der Poren und die Dicke der Platte jeweils so aufeinander abgestimmt, daß das Verhältnis von Durchmesser und Pore zur Dicke der Platte im Bereich 1 : 20 bis 1 : 100 liegt.The diameter of the pores is preferably in the range between between 1 µm and 10 µm. The distance between the pores is between 0.4 µm and 4 µm. The thickness of the plate is in the range between between 40 µm and 400 µm. Here are the diameters of the pores and the thickness of the plate is matched to each other, that the ratio of diameter and pore to the thickness of the Plate is in the range 1:20 to 1: 100.
Um höhere Verstärkungsfaktoren der Elektroden zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die Längsachsen der Poren in Bezug auf die Normale der Platte geneigt sind.To achieve higher electrode gain factors, it is advantageous if the longitudinal axes of the pores are related are inclined to the normal of the plate.
Der erfindungsgemäße Elektronenvervielfacher wird vorzugs weise mit Hilfe elektrochemischen, anodischen Ätzens von Si lizium hergestellt. Eine n-dotierte Siliziumscheibe wird bei der elektrochemischen Ätzung gegenüber einem fluoridsäurehal tigen, sauren Elektrolyten, mit dem eine Oberfläche der Substratscheibe in Kontakt steht, als Anode verschaltet. Da durch bewegen sich Minoritätsladungsträger in dem n-dotierten Silizium zu der mit dem Elektrolyten in Kontakt stehenden Oberfläche. An dieser Oberfläche bildet sich eine Raumla dungszone aus. Da die elektrische Feldstärke im Bereich von Vertiefungen in der Oberfläche größer ist als außerhalb da von, bewegen sich die Minoritätsladungsträger bevorzugt zu diesen Punkten. Dadurch kommt es zu einer Strukturierung der Oberfläche. Je tiefer eine anfänglich kleine Unebenheit, wie sie mit statistischer Verteilung in jeder Oberfläche vorhan den ist, durch die Atzung wird, desto mehr Minoritätsladungs träger bewegen sich wegen der vergrößerten Feldstärke dorthin und desto stärker ist der Ätzangriff an dieser Stelle. Die Löcher wachsen in der Siliziumscheibe in der kristallogra phischen <100<-Richtung. Der Durchmesser der entstehenden Po ren ist von der Stromdichte in der Substratscheibe und von der Fluoridkonzentration im Elektrolyten abhängig. Die Stromdichte in der Substratscheibe kann durch eine Rücksei tenbeleuchtung der Siliziumscheibe beeinflußt werden. Bezüg lich genauerer Angaben über das elektrochemische Ätzen von n- dotiertem Silizium wird auf den Übersichtsartikel V. Lehmann, J. Electrochem. Soc., Vol. 140, Nr. 10, 1993, Seiten 2836 bis 2843, verwiesen.The electron multiplier according to the invention is preferred wise with the help of electrochemical, anodic etching of Si made of silicon. An n-doped silicon wafer is at the electrochemical etching compared to a fluoric acid acidic electrolyte with which a surface of the Substrate disk is in contact, connected as an anode. There by moving minority charge carriers in the n-doped Silicon to the one in contact with the electrolyte Surface. A space is formed on this surface zone. Since the electric field strength in the range of Recesses in the surface is larger than outside there of, the minority charge carriers move preferentially these points. This leads to a structuring of the Surface. The deeper an initially small bump, like they exist with statistical distribution in every surface that is, through the etching, the more minority charge Carriers move there because of the increased field strength and the stronger the caustic attack is at this point. The Holes grow in the silicon wafer in the crystallogra phical <100 <direction. The diameter of the emerging Po ren is the current density in the substrate wafer and of the fluoride concentration in the electrolyte. The Current density in the substrate wafer can be determined by a back the illumination of the silicon wafer can be influenced. Reference details of the electrochemical etching of n- doped silicon is referred to the review article V. Lehmann, J. Electrochem. Soc., Vol. 140, No. 10, 1993, pages 2836 to 2843.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektronenvervielfa chers werden in einer n-dotierten Siliziumscheibe durch an odisches, elektrochemisches Ätzen Poren geätzt. Sobald die Poren eine Tiefe erreicht haben, die im wesentlichen der Dicke der Platte des Elektronenvervielfachers entspricht, wird die Platte mit den Poren von der übrigen Substratscheibe getrennt. Dieses erfolgt zum Beispiel durch Fortsetzung der elektrochemischen Ätzung, wobei die Stromdichte erhöht wird. Durch die Erhöhung der Stromdichte wachsen die Durchmesser der Poren, bis benachbarten Poren zusammenwachsen. Dann löst sich die Platte mit den durchgehenden Poren als freitragende Schicht von der Siliziumscheibe ab. Dieses Verfahren ist aus DE-PS 42 02 454 bekannt.To produce an electron multiplication according to the invention chers are in an n-doped silicon wafer odic, electrochemical etching of pores. As soon as the Pores have reached a depth that is essentially that of Corresponds to the thickness of the plate of the electron multiplier, the plate with the pores from the rest of the substrate disc Cut. This is done, for example, by continuing the electrochemical etching, the current density being increased. The diameters increase as the current density increases of pores until neighboring pores grow together. Then solve the plate with the continuous pores as self-supporting Layer from the silicon wafer. This procedure is over DE-PS 42 02 454 known.
Alternativ wird die elektrochemische Atzung beendet, sobald die Poren eine Tiefe entsprechend der Dicke der Platte er reicht haben. Durch einseitiges Ätzen wird anschließend der Bereich der Substratscheibe entfernt, der unterhalb der Poren angeordnet ist. Dieses erfolgt zum Beispiel durch Aufbringen einer Schutzschicht, die selektiv auf der den Poren abgewand ten Hauptfläche entfernt wird. Anschließend wird in einer Si liziumätze von der den Poren abgewandten Hauptfläche her das Siliziumsubstrat geätzt, bis die Poren freigelegt sind. Nach Entfernen der Schutzschicht verbleibt die Platte mit durchge henden Poren. Alternatively, the electrochemical etching is stopped as soon as the pores have a depth corresponding to the thickness of the plate have enough. By one-sided etching the Removed area of substrate slice below the pores is arranged. This is done, for example, by application a protective layer that selectively turned away from the pores th main surface is removed. Then in a Si silicon etching from the main surface facing away from the pores Silicon substrate etched until the pores are exposed. To Removing the protective layer leaves the plate coherent pores.
Zur Herstellung von Poren, deren Längsachse gegen die Normale der Platte geneigt ist, wird ein n-dotiertes Siliziumsubstrat verwendet, das um einige Grad, vorzugsweise 10 bis 50, gegen die <100<-Richtung gekippt ist.For the production of pores, whose longitudinal axis against the normal the plate is inclined, an n-doped silicon substrate used, the by a few degrees, preferably 10 to 50, against the <100 <direction is tilted.
Um die Elektronenausbeute des Elektronenvervielfachers zu vergrößern, liegt es im Rahmen der Erfindung, die Wände der Poren zusätzlich mit einem Material zu belegen, das die Se kundärelektronenausbeute vergrößert. Dazu ist zum Beispiel CsJ geeignet.To increase the electron yield of the electron multiplier enlarge, it is within the scope of the invention, the walls of the To additionally coat pores with a material that the Se secondary electron yield increased. This is for example Suitable for CsJ.
Vorzugsweise werden die Unebenheiten der Oberfläche, von de nen aus die Porenätzung beginnt, durch eine Photolackmaske, die photolithographisch erzeugt wird, und eine naßchemische, isotrope Ätzung vorgegeben. In diesem Fall ist die Anordnung der Poren photolithographisch festgelegt. Die Registrierung der Elektronen am Ausgang des Elektronenvervielfachers kann über eine Diodenanordnung, die in einem Siliziumsubstrat in tegriert ist, erfolgen. Die Anordnung der Dioden in dem Sili ziumsubstrat wird ebenfalls über Photolithographie bestimmt. In diesem Fall können die Anordnung der Poren und die Anord nung der Dioden so aufeinander abgestimmt werden, daß sie dieselbe Auflösung aufweisen und daß jeweils eine Pore genau auf eine Diode trifft.Preferably, the unevenness of the surface from de pore etching starts with a photoresist mask, which is produced photolithographically, and a wet chemical Isotropic etching specified. In this case the order is of the pores determined photolithographically. The registration the electron at the output of the electron multiplier can via a diode arrangement in a silicon substrate in is tegrated. The arrangement of the diodes in the sili Calcium substrate is also determined using photolithography. In this case, the arrangement of the pores and the arrangement voltage of the diodes are matched to one another so that they have the same resolution and that exactly one pore hits a diode.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels und der Figur näher erläutert. Die Darstellung in der Figur sind nicht maßstabsgetreu.In the following, the invention is illustrated by means of an embodiment game and the figure explained in more detail. The representation in the Figures are not to scale.
Die Figur zeigt einen Schnitt durch einen Elektronenverviel facher, der als Widerstandsschicht eine leitfähige Schicht aufweist.The figure shows a section through an electron multiplication times as a resistive layer a conductive layer having.
Ein Elektronenvervielfacher 11 umfaßt eine Platte 12 aus n- dotiertem Silizium Silizium. Die Platte 12 ist zum Beispiel zylinderförmig und weist einen Durchmesser von zum Beispiel 1 cm und eine Dicke von zum Beispiel 100 µm auf. In der Platte 12 sind eine Vielzahl von im wesentlichen zylinderförmigen Poren 13 angeordnet, deren Längsachse im wesentlichen paral lel zur Längsachse der Platte 12 angeordnet ist. Die Poren 13 leisen einen Durchmesser von zum Beispiel 2 µm auf. Der Ab stand der Mittelpunkte benachbarter Poren 13 zeigt zum Bei spiel eine Distanz von 3 um.An electron multiplier 11 comprises a plate 12 made of n-doped silicon silicon. The plate 12 is, for example, cylindrical and has a diameter of, for example, 1 cm and a thickness of, for example, 100 μm. In the plate 12 , a plurality of substantially cylindrical pores 13 are arranged, the longitudinal axis of which is arranged substantially parallel to the longitudinal axis of the plate 12 . The pores 13 have a diameter of, for example, 2 μm. The distance from the centers of adjacent pores 13 shows, for example, a distance of 3 µm.
Die Wände der Poren 13 sowie die Oberfläche der Platte 12 sind mit einer isolierenden Schicht 14 versehen. Die isolie wende Schicht 14 besteht zum Beispiel aus einer Dreifachschicht aus SiO₂, Si₃N₄ und SiO₂, die eine Dicke von zum Bei spiel 200 nm aufweist. Innerhalb der Poren 13 ist auf der isolierenden Schicht 14 entlang den Wänden jeweils eine leit fähige Schicht 15 angeordnet. Die leitfähige Schicht 15 be steht zum Beispiel aus dotiertem Polysilizium oder Kohlen stoff. Sie weist eine Dicke von zum Beispiel 50 nm bis 500 nm auf. Die leitfähige Schicht 15 wirkt als Widerstandsschicht und weist einen spezifischen Widerstand vorzugsweise im Be reich zwischen 0,1 MΩcm und 10 MΩcm auf.The walls of the pores 13 and the surface of the plate 12 are provided with an insulating layer 14 . The insulating layer 14 consists for example of a triple layer of SiO₂, Si₃N₄ and SiO₂, which has a thickness of 200 nm for example. Within the pores 13 , a conductive layer 15 is arranged on the insulating layer 14 along the walls. The conductive layer 15 be made of doped polysilicon or carbon, for example. It has a thickness of, for example, 50 nm to 500 nm. The conductive layer 15 acts as a resistance layer and has a specific resistance, preferably in the range between 0.1 MΩcm and 10 MΩcm.
Die Poren 13 verlaufen zwischen einander gegenüberliegenden Hauptflächen 16 der Platte 12. Auf den Hauptflächen 16 sind Elektroden 17 angeordnet, zwischen denen im Betrieb des Elek tronenvervielfachers 11 eine Spannung angelegt wird. Diese Spannung bewirkt über jede der Widerstandsschichten 15 einen Spannungsabfall. Gelangt ein Elektron in eine Pore 13, so kommt es beim Auftreffen auf die Widerstandsschicht 15 zum Herausschlagen mehrerer Elektronen. Durch den Spannungsabfall entlang der Widerstandsschicht 15 werden diese Elektronen be schleunigt. Beim erneuten Aufprall auf die Widerstandsschicht 15 kommt es zu einer weiteren Elektronenvervielfachung. Die Trefferwahrscheinlichkeit der Elektronen auf die Wider standsschicht wird erhöht, wenn die Längsachse der Poren gegen die Normale der Hauptflächen 16 µm einige Grad, vor zugsweise 3°, verkippt wird. The pores 13 run between mutually opposite main surfaces 16 of the plate 12 . On the main surfaces 16 electrodes 17 are arranged, between which a voltage is applied during operation of the electron multiplier 11 . This voltage causes a voltage drop across each of the resistance layers 15 . If an electron gets into a pore 13 , several electrons are knocked out when it hits the resistance layer 15 . These electrons are accelerated by the voltage drop along the resistance layer 15 . When it hits the resistance layer 15 again , there is a further multiplication of electrons. The probability of the electrons striking the resistance layer is increased if the longitudinal axis of the pores is tilted a few degrees, preferably 3 °, against the normal of the main surfaces 16 μm.
Zur Herstellung des anhand der Figur erläuterten Elektronen vervielfacher wird eine Siliziumscheibe aus n-dotiertem, ein kristallinem Silizium mit einem spezifischen Widerstand von zum Beispiel 5 Ω × cm mit einem fluoridhaltigen, sauren Elektrolyten in Kontakt gebracht. Der Elektrolyt weist eine Flußsäurekonzentration von 1 bis 50 Gewichtsprozent, vor zugsweise 3 Gewichtsprozent auf. Dem Elektrolyten kann ein Oxidationsmittel, zum Beispiel Wasserstoffsuperoxid, zuge setzt werden, um die Entwicklung von Wasserstoffbläschen auf der Oberfläche der Siliziumscheibe zu unterdrücken.To produce the electron explained with reference to the figure a silicon wafer made of n-doped, is multiplied crystalline silicon with a resistivity of for example 5 Ω × cm with an acid containing fluoride Electrolytes brought into contact. The electrolyte has one Hydrofluoric acid concentration from 1 to 50 percent by weight preferably 3 percent by weight. The electrolyte can Oxidizing agents, for example hydrogen superoxide, added be put to the development of hydrogen bubbles to suppress the surface of the silicon wafer.
Die Siliziumscheibe wird als Anode verschaltet. Zwischen die Siliziumscheibe und den Elektrolyten wird eine Spannung von 0 bis 20 Volt, vorzugsweise 3 Volt angelegt. Die Siliziumschei be wird von der Rückseite her mit Licht beleuchtet, so daß eine Stromdichte von zum Beispiel 10 mA pro cm² eingestellt wird. Ausgehend von Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche der Siliziumscheibe werden bei der elektrochemischen Atzung die Poren erzeugt, die in <100<-Richtung verlaufen. Die Neigung der Poren wird durch die Ausrichtung der Oberfläche der Sili ziumscheibe im Verhältnis zur <100<-Kristallrichtung einge stellt.The silicon wafer is connected as an anode. Between the Silicon wafer and the electrolyte will have a voltage of 0 up to 20 volts, preferably 3 volts. The silicon wafer be illuminated from the back with light, so that a current density of, for example, 10 mA per cm² is set becomes. Based on irregularities in the surface of the Silicon wafers are used in electrochemical etching Creates pores that run in the <100 <direction. The inclination The pores are created by the alignment of the surface of the sili zium disc in relation to the <100 <crystal direction poses.
Sobald die Poren eine Tiefe entsprechend der gewünschten Dicke der Platte aufweisen, kann die Platte durch geänderte Parameter bei der elektrochemischen Atzung entsprechend dem aus DE-PS 42 02 454 bekannten Verfahren abgelöst werden.Once the pores have a depth corresponding to the desired one Have thickness of the plate, the plate can be changed by Parameters in the electrochemical etching according to the known from DE-PS 42 02 454 be replaced.
Alternativ wird bei Erreichen der gewünschten Tiefe die elek trochemische Ätzung unterbrochen. Die gesamte Oberfläche der Siliziumscheibe wird dann mit einer Schutzschicht zum Bei spiel aus Si₃N₄ versehen. Diese Schutzschicht wird von der den Poren gegenüberliegenden Oberfläche der Siliziumscheibe durch einseitiges, naßchemisches Ätzen zum Beispiel mit 50%iger Flußsäure entfernt. Anschließend wird die Silizium scheibe mit der strukturierten Schutzschicht in eine Silizi umätze zum Beispiel heiße KOH-Lauge eingelegt. Dabei wird das von der Schutzschicht unbedeckte Silizium angegriffen. Die Siliziumätzung wird solange fortgesetzt, bis die Schutz schicht am Boden der Poren freigelegt ist. Nach Beendigung der Siliziumätzung und Entfernung der verbliebenen Schutz schicht wird die Platte mit durchgehenden Poren erhalten.Alternatively, the elec Trochemical etching interrupted. The entire surface of the Silicon wafers are then covered with a protective layer provided game from Si₃N₄. This protective layer is used by the surface of the silicon wafer opposite the pores through one-sided, wet chemical etching, for example with 50% Hydrofluoric acid removed. Then the silicon slice with the structured protective layer in a silicon sales, for example, inlaid with hot KOH lye. It will silicon uncovered by the protective layer. The Silicon etching continues until protection layer is exposed at the bottom of the pores. After completion silicon etching and removal of the remaining protection layer, the plate with continuous pores is obtained.
Zur Fertigstellung des Elektronenvervielfachers wird an schließend die isolierende Schicht 14 erzeugt. Diese wird vorzugsweise durch thermische Oxidation, CVD-Abscheidung von Si₃N₄ und eine weitere thermische Oxidation erzeugt. Die thermischen Oxidationen werden vorzugsweise im Temperaturbe reich zwischen 1000 und 1100°C in trockener Atmosphäre durch geführt. Durch diese Prozeßbedingungen werden mechanische Spannungen in der Platte 12 vermieden. Anschließend wird die Widerstandsschicht 15 durch CVD-Abscheidung von insitu-do tiertem Polysilizium in die Poren 13 eingebracht. Die Elek troden 17 werden durch Bedampfen mit zum Beispiel Gold, Alu minium oder Chrom erzeugt.To complete the electron multiplier, the insulating layer 14 is then produced. This is preferably generated by thermal oxidation, CVD deposition of Si₃N₄ and a further thermal oxidation. The thermal oxidations are preferably carried out in the temperature range between 1000 and 1100 ° C in a dry atmosphere. Mechanical stresses in the plate 12 are avoided by these process conditions. The resistance layer 15 is then introduced into the pores 13 by CVD deposition of in situ polysilicon. The electrodes 17 are produced by vapor deposition with, for example, gold, aluminum or chromium.
Claims (10)
- - mit einer Platte (12) aus Silizium, die durchgehende im we sentlichen zylindrische Poren (13) aufweist, die zwischen einander gegenüberliegenden Hauptflächen (16) der Platte (12) verlaufen und deren Wände mit einer Widerstandsschicht (15) versehen sind,
- - mit Elektroden (17), die auf den einander gegenüberliegen den Hauptflächen (16) der Platte (12) angeordnet sind, ohne die Poren (13) zu verschließen und über die die Wider standsschichten (15) mit Spannungsgradienten beaufschlagbar sind.
- - With a plate ( 12 ) made of silicon, which has continuous cylindrical pores ( 13 ) which run between opposite main surfaces ( 16 ) of the plate ( 12 ) and the walls of which are provided with a resistance layer ( 15 ),
- - With electrodes ( 17 ) which are arranged on the opposite main surfaces ( 16 ) of the plate ( 12 ) without closing the pores ( 13 ) and over which the resistance layers ( 15 ) can be acted upon with voltage gradients.
- - bei dem die Wände Poren (13) und die Oberfläche der Platte (12) mit einer isolierenden Schicht (14) versehen sind,
- - bei dem die Widerstandsschicht (15) in den Poren (13) je weils durch eine leitfähige Schicht realisiert ist, die mit den Elektroden (17) elektrisch verbunden ist.
- - in which the wall pores ( 13 ) and the surface of the plate ( 12 ) are provided with an insulating layer ( 14 ),
- - In which the resistance layer ( 15 ) in the pores ( 13 ) is each implemented by a conductive layer which is electrically connected to the electrodes ( 17 ).
- - bei dem mit Hilfe von anodischem elektrochemischem Ätzen in einem fluoridhaltigen, sauren Elektrolyten aus einer n-do tierten Siliziumscheibe eine Platte aus Silizium mit durch gehenden, im wesentlichen zylindrischen Poren gebildet wird,
- - bei dem die Wände der Poren jeweils mit einer Widerstands schicht versehen werden,
- - bei dem aufeinander gegenüberliegenden Hauptflächen der Platte Elektroden gebildet werden, die die Poren nicht ver schließen und über die die Widerstandsschichten mit Span nungsgradienten beaufschlagbar sind.
- in which, with the aid of anodic electrochemical etching in a fluoride-containing, acidic electrolyte, a plate made of silicon with continuous, essentially cylindrical pores is formed from an n-doped silicon wafer,
- - in which the walls of the pores are each provided with a resistance layer,
- - Electrodes are formed in the opposing main surfaces of the plate, which do not close the pores and via which the resistance layers can be subjected to voltage gradients.
- - bei dem das elektrochemische Ätzen zur Bildung der Poren mit einer im wesentlichen konstanten Stromdichte im Elek trolyten durchgeführt wird, bis die Poren eine Tiefe auf weisen, die im wesentlichen der Dicke der Platte ent spricht,
- - bei dem dann die Stromdichte erhöht wird, so daß der Durch messer der Poren wächst und die Platte durch Zusammenwach sen benachbarter Poren als freitragende Schicht von der Si liziumscheibe abgelöst wird.
- in which the electrochemical etching to form the pores is carried out with a substantially constant current density in the electrolyte until the pores have a depth which corresponds essentially to the thickness of the plate,
- - In which the current density is then increased so that the diameter of the pores grows and the plate is replaced by growing together adjacent pores as a self-supporting layer of the silicon wafer.
- - bei dem zur Bildung der Platte Poren in einer ersten Haupt fläche der n-dotierten Siliziumscheibe durch elektroche misches Atzen in einer Tiefe erzeugt werden, die im wesent lichen der Dicke der Platte entspricht,
- - bei dem durch einseitiges Atzen die Siliziumscheibe von ei ner zweiten, der ersten gegenüberliegenden Hauptfläche her abgeätzt wird, bis die Poren von der zweiten Hauptfläche geöffnet sind.
- in which pores are formed to form the plate in a first main surface of the n-doped silicon wafer by electrochemical etching at a depth which essentially corresponds to the thickness of the plate,
- - In which the silicon wafer is etched from one second, the first opposite main surface by one-sided etching until the pores are open from the second main surface.
- - bei dem die Wände der Poren und die Oberfläche der Platte mit einer isolierenden Schicht versehen werden,
- - bei dem als Widerstandsschicht eine leitfähige Schicht ab geschieden wird, die jeweils an den Wänden der Poren ange ordnet ist.
- in which the walls of the pores and the surface of the plate are provided with an insulating layer,
- - In which a conductive layer is deposited as a resistance layer, each of which is arranged on the walls of the pores.
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Applications Claiming Priority (1)
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