DE19734650A1 - Vorrichtung zur Emission elektromagnetischer Strahlung durch Gasentladung und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Emission elektromagnetischer Strahlung durch Gasentladung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung solch einer Vorrichtung.

Herkömmliche Gasentladungslampen werden in vielen Anwendungsgebieten eingesetzt. Dabei bestehen die hybrid aufgebauten kleinen stabförmigen Entladungslampen wie beispielsweise Hochdruck-, Mitteldruck- oder Niederdruck- Hg-, Wasserstoff-, Deuteriumlampen oder Blitzlampen, insbesondere Xenon- Blitzlampen mit einer Frequenz von 1 bis 2 Hz aus einem Quarzglaskolben mit elektrischen Durchführungen, einer Wolframanode, einem Blendensystem und einer heizbaren Kathode, die beispielsweise dauerhaft auf 250°C heizbar ist und mit Oxiden beschichtet ist. Der Quarzglaskolben ist mit einem hochreinen Füllgas, beispielsweise einem Edelgas, Hg-, H₂- oder D₂-Gas gefüllt. Auf der Innenseite des Quarzglaskolbens ist teilweise ein Gettermaterial, beispielsweise Ti, aufgebracht, um Restgase wie beispielsweise aktive Oxide, H₂ oder O₂ einzufangen, wodurch die Gasaufzehrung verringert wird und somit die Lebensdauer der Lampe erhöht wird. Ferner ist ein elektrisches Steuergerät zum Betreiben der Vorrichtung vorgesehen. Bei einer ozonfreien Ausführung der Lampe ist ein Borsilikatglasfilter eingebaut, welches Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als 200 nm abschneidet, wodurch die Erzeugung von Ozon in der Außenluft verhindert wird. Derartige UV-Lampen werden beispielsweise von der Heraeus Noblelight, Kleinostheim, hergestellt und vertrieben.

Der typische Wellenlängenbereich des emittierten Lichts von solch einer Gasentladungslampe liegt meist im UVa-, UVb- und UVc-Bereich (190 nm bis 600 nm). Die Lichtleistung beträgt 30 W bis einige 100 W. Typische Kolbenabmessungen sind 30 mm Durchmesser und mehrere cm Länge. Solche Gasentladungslampen werden weitverbreitet in Photometern, insbesondere Spektralphotometern, und Meßgeräten, als Strahlungsnormal, zur Rauchgaskontrolle und in anderen Gebieten, in denen eine UV-Lichtquelle erforderlich ist, verwendet. Beispielsweise lassen sich solche UV-Gasentladungslampen zum Nachweis von NOx und SOx verwenden. Die bekannten Gasentladungslampen haben typische Lebensdauern von mehreren tausend Stunden.

Da solche Lampen für analytische Zwecke entworfen sind, werden häufig auch sogenannte Durchscheinversionen eingesetzt. Dabei wird Licht zweier Lampen, nämlich der Gasentladungslampe und einer zweiten Lampe, die Licht im IR- und sichtbaren Bereich emittiert, miteinander gekoppelt. Somit ist es möglich, ein kontinuierliches Spektrum in einem großen Wellenlängenbereich zu emittieren.

In Gasentladungslampen erfolgt die Emission von Strahlung durch Glimmentladung.

Um die Gasentladung zur Erzeugung von UV-Licht zu zünden, wird die Kathode ca. 10 bis 15 Sekunden lang auf ca. 900°C vorgeheizt. Nach dem Zünden liegt die Betriebstemperatur zwischen 100°C und 300°C. Dabei stellt sich eine Kolbenbetriebstemperatur von ca. 250°C ein, während die Temperatur des Lampengehäuses bei ca. 40 bis 50°C liegt. Die Zündung kann ebenfalls durch das Anlegen einer erhöhten Spannung, die im Bereich von ca. 350 V liegt, erfolgen. Die Betriebsspannung hingegen liegt bei 85 bis 200 V.

Die herkömmlichen Gasentladungslampen haben den Nachteil, daß sie im Vergleich zu der erforderlichen Strahlungsleistung sehr voluminös sind. Insbesondere werden viele Komponenten in den Einsatzgebieten der Lampen miniaturisiert, während die geometrischen Abmessungen der UV-Lampen selbst im Verhältnis zu den miniaturisierten Komponenten zu groß sind. Dabei erfolgt eine geometrische Miniaturisierung nur durch Anpassen der Geometrien durch Skalierung zu kleineren Geometrien. Als Faustregel gilt: Ein drittel Lichtleistung → ein drittel Geometrie.

Des weiteren werden zur Herstellung der herkömmlichen Gasentladungslampen die Komponenten einzeln hergestellt und hybrid aufgebaut. Somit findet keine Herstellung in Parallelprozessen statt. Der hybride Aufbau der Gasentladungslampen führt somit zu einem komplizierten und kostenintensiven Herstellungsverfahren.

Ein weiterer Nachteil ist die relativ kurze Lebensdauer der Gasentladungslampen, d. h. die UV-Strahlungsintensität nimmt exponentiell mit der Betriebsdauer ab.

Weitere Nachteile der herkömmlichen Gasentladungslampen sind, daß die von ihnen emittierte Strahlung zu hohe optische Leistungen aufweist. Insbesondere sind UV- Detektoren in den letzten Jahren durch Weiterentwicklungen immer empfindlicher geworden, so daß für Analysen nicht mehr so hohe Strahlungsintensitäten, wie sie von 30 W-Lampen erzeugt werden, erforderlich sind. Daher haben die derzeit verfügbaren und eingesetzten kleinsten UV-Strahlungsquellen zu hohe optische Leistungen. Ausreichend wären Strahlungsleistungen unter 10 W.

Die zu hohe optische Strahlungsleistung der bekannten Gasentladungslampen ist dahingehend nachteilig, daß dadurch auch der Energieverbrauch dieser Lampen zu groß ist, was ihre Verwendung in tragbaren Geräten beispielsweise unter Batteriebetrieb erschwert. Ferner findet bei zu hoher optischer Leistung auch eine zu starke Erosion des Elektrodenmaterials statt, was zu einer verkürzten Lebensdauer der Vorrichtung führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine miniaturisierte Gasentladungs-Strahlungsquelle zu schaffen, die kostengünstig und einfach hergestellt werden kann und die verringerte Strahlungsleistungen emittiert. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung solch einer Gasentladungs-Strahlungsquelle bereitzustellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Aufgaben durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ferner wird das Verfahren nach Anspruch 16 bereitgestellt.

Die bevorzugten Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere dadurch ausgezeichnet, daß der Gasentladungsraum der Vorrichtung zur Emission elektromagnetischer Strahlung durch Gasentladung als Ausnehmung in einem Substrat gebildet ist und seitlich durch das Substrat begrenzt ist. Dadurch ist die Vorrichtung miniaturisiert, ihr Aufbau ist stark vereinfacht, und sie kann durch die in der Halbleitertechnologie typischerweise verwendeten Mikrotechniken und Planartechnologien kostengünstig hergestellt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Gasentladung in dem Gasentladungsraum dadurch bewirkt, daß eine Spannung zwischen zwei Halteelektroden angelegt wird und an eine dritte Elektrode ein Zündimpuls angelegt wird. Während des Betriebs der Vorrichtung kann diese dritte Elektrode dann zum Heizen der Vorrichtung auf eine erwünschte Betriebstemperatur verwendet werden. Auch ist es möglich, die dritte Elektrode in eine Heiz- und in eine Zündelektrode aufzuteilen. An die dritte Elektrode kann während des Betriebs der Vorrichtung auch eine Gegenspannung angelegt werden.

Alternativ sind jedoch auch andere Mechanismen zum Bewirken der Gasentladung in dem Gasentladungsraum denkbar, beispielsweise thermische Mechanismen oder durch Einkoppeln von Mikrowellenenergie.

Erfolgt die Gasentladung, wie vorstehend beschrieben, durch Anlegen einer Spannung zwischen zwei Halteelektroden und Anlegen eines Zündimpulses an eine dritte Elektroden, so können Anode und Kathode (Haltelektroden) durch mikrosystemtechnisch hergestellte Elektroden als integrierte Komponenten mit geringem Abstand realisiert sein. Insbesondere können die Halteelektroden auf einer ersten horizontalen Begrenzung aus beispielsweise einer Isolatorschicht aufgebracht sein. Diese Isolatorschicht ist vorzugsweise als eine dünne Membran (2 bis 5 µm) aus einem Siliziumdioxidmaterial realisiert. Solch eine Membran wird zum Herbeiführen einer Zündung durch Anlegen eines Stroms aufgeheizt. Daher ergibt sich insbesondere bei einer dünnen Schichtdicke der zusätzliche Vorteil, daß eine "schnelle" Zündung bewirkt werden kann. Zur Verringerung der Austrittsarbeit der Elektronen aus den Metallelektroden kann auf der dem Gasentladungsraum zugewandten Seite der ersten Isolatorschicht eine dritte Schicht, vorzugsweise ein Oxidschicht, beispielsweise aus einem Erdalkalioxid, vorgesehen sein. Dadurch wird die Erosion und Verdampfung von Oxid- und Elektrodenmaterial in den Gasentladungsraum weiter vermindert, wodurch die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht wird.

Zusätzlich kann die geometrische Form der Halteelektroden an die physikalischen Verhältnisse, beispielsweise an eine zu erzielende Homogenität oder Flächenleuchtdichte der Strahlung, angepaßt werden. Ein Beispiel für eine geometrische Anordnung von Anode und Kathode ist in Fig. 2 gezeigt. Ein typischer Spaltabstand a beträgt dabei 80 bis 100 µm.

Die Elektroden sind über elektrische Leitungen von außen mit einer Spannungs- bzw. Stromquelle verbunden. Dabei können die elektrischen Leitungen direkt als Leiterbahnen realisiert sein und durch Planartechnologie integriert hergestellt werden. Dadurch wird der Aufbau der Vorrichtung weiter vereinfacht, da keine aufwendigen Stromdurchführungen notwendig sind.

Das Substrat kann ein Silizium-Substrat sein oder aus einem anderen für die Zwecke der Erfindung geeigneten Material bestehen. Durch Auswahl einer geeigneten Orientierungsrichtung der kristallographischen Achse kann eine erwünschte Form des Gasentladungsraums begünstigt werden. Beispielsweise kann das Substrat ein Silizium (1,0,0)-Substrat sein. Durch einen anisotropen Ätzvorgang mit einem geeigneten Ätzmittel ist es dabei möglich, einen Gasentladungsraum mit V-förmigen Wänden (Ätzwinkel 54,7°) zu realisieren. Ist hingegen ein Gasentladungsraum mit senkrechten Wänden erwünscht, so kann man ein Silizium (1,1,0)- oder (1,1,1)- Substrat verwenden, da bei Ätzen von solch einem Substrat aufgrund der ausgewählten Kristallorientierung senkrechte Wände entstehen. Durch Verwendung eines Gasentladungsraums mit senkrechten Wänden ist es beispielsweise möglich, die Strahlungsquelle als fokussierten Punktstrahler zu realisieren, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Ein Punktstrahler läßt sich ebenfalls realisieren, indem man die Blendenwirkung eines Gettermaterials ausnutzt. Beispielsweise kann optional auch ein Teil einer zweiten horizontalen Begrenzung, wie in Fig. 4 gezeigt, mit dem Gettermaterial beschichtet sein. Insbesondere kann zu Erzielung eines erwünschten Strahlquerschnitts das Gettermaterial in einem erwünschten Muster ausgebildet sein. Zusätzlich können natürlich auch die Seitenwände des Gasentladungsraums zur Erhöhung der Lebensdauer der Vorrichtung mit dem Gettermaterial beschichtet sein.

Da der Gasentladungsraum als Ausnehmung in einem Substrat gebildet ist, ist die Wärmekapazität der Seitenwände der Vorrichtung erhöht, wodurch die Abkühlwirkung der Seitenwände vergrößert wird. Ferner ist es aber auch möglich, eine aktive Kühlung, beispielsweise durch mit einem Kühlmittel durchflossene Kühlkanäle, an der Vorrichtung anzubringen, um dadurch die Lebensdauer der Vorrichtung weiter zu erhöhen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es wichtig, daß die Betriebstemperatur in einem nahezu konstanten Bereich gehalten wird, wobei der Absolutwert der Betriebstemperatur nicht so entscheidend ist. In der herkömmlichen UV- Gasentladungslampe stellt sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen Gehäuse und Kolben erst nach ca. 10 bis 15 Minuten ein. Daher ist die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgrund ihrer verminderten Größe vorteilhaft, da dort eine schnellere Einstellung des thermischen Gleichgewichts zu erwarten ist. Durch Bereitstellung von aktiven oder passiven Kühlmitteln ist es möglich, die Betriebstemperatur der erfindungsgemäßen Vorrichtung annähernd konstant zu halten.

Die zweite horizontale Begrenzung ist vorzugsweise aus einem für die emittierte Strahlung zumindest teilweise transparenten Material aufgebaut, beispielsweise aus Quarzglas. Für eine ozonfreie Ausführung können auch beispielsweise Borsilikatglasfenster angebracht werden.

Zusätzlich kann ein optischer Schmalbandfilter, der an die erwünschte Emissionswellenlänge angepaßt ist, in die zweite horizontale Begrenzung integriert sein. Zur Einengung des Strahlungsspektrums können noch weitere Schmalbandinterferenzfilter abgeschieden werden. Insbesondere können mit solch einem optischen Filter unerwünschte Wellenlängenkomponenten abgeschnitten werden.

Beispielsweise können Schichten aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Aluminium durch CVD-Verfahren oder Sputtern als UV-Bandpass-Filter hergestellt werden. Ein kostengünstiger Schmalbandfilter kann realisiert werden, indem beispielsweise eine Struktur aus 13 Schichten aus Aluminium, Siliziumdioxid und Siliziumnitrid abgeschieden wird. Alternativ ist auch eine Fabry-Perot-Struktur Al-SiO₂-Al aus fünf Schichten aus SiO₂, Al und Si₃N₄ denkbar.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch System zur Emission elektromagnetischer Strahlung nach Anspruch 12 bereitgestellt.

Solch ein System umfaßt mindestens eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, mindestens eine Nachweiseinrichtung zum Nachweisen der von der mindestens einen Vorrichtung emittierten elektromagnetischen Strahlung und mindestens eine Regeleinrichtung zur Regelung der an die mindestens eine Vorrichtung angelegten Spannung entsprechend dem von der mindestens einen Nachweiseinrichtung ausgegebenen Signal. Somit kann beispielsweise bei einer Abnahme der Strahlungsleistung der emittierten Strahlung die an die Halteelektroden angelegte Spannung entsprechend erhöht werden, um die Strahlungsleistung auf einen erwünschten Wert zu regeln. Dabei erfolgt die Regelung der Spannung in der Weise, daß der Plasmastrom auf einen geeigneten Wert eingestellt wird. Herkömmlich liegen typische Plasmaströme in einem Bereich von 200 bis 500 mA.

Es wurde festgestellt, daß die Abnahme der Strahlungsleistung einer Gasentladungslampe stark von der Wellenlänge der emittierten Strahlung abhängt. So nimmt bei gleicher Lebensdauer die Strahlungsleistung bei einer Wellenlänge von 230 nm wesentlich stärker ab als die bei einer Wellenlänge von 280 nm.

Daher kann auf der mindestens einen Nachweiseinrichtung zusätzlich ein UV-Filter vorgesehen sein, so daß die Nachweiseinrichtung nur einen für die Anwendungszwecke der erfindungsgemäßen Vorrichtung erforderlichen Wellenlängenbereich nachweist, um somit die Emission dieses spezifischen Wellenlängenbereichs durch entsprechende Einstellung der an die zugehörigen Halteelektroden angelegte Spannung zu steuern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Array mit einer Vielzahl von Vorrichtungen wie vorstehend beschrieben bereitgestellt. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine großflächige Strahlungsquelle bereitzustellen. Zur Realisierung einer großflächigen Leuchtstofffläche im sichtbaren Bereich kann zusätzlich die dem Gasentladungsraum abgewandte Seite der zweiten horizontalen Begrenzung mit einem Leuchtstoffmaterial, gegebenenfalls in jeweils verschiedenen Farben, beschichtet sein.

Auch solch ein Array kann als ein System mit Nachweiseinrichtung und Regeleinrichtung ausgeführt sein, und beispielsweise können im Laufe der Zeit entsprechend dem Signal der Nachweiseinrichtung weitere erfindungsgemäße Vorrichtungen zugeschaltet werden, um eine zeitlich konstante Emission der gesamten Vorrichtung zu erzielen.

Die einzelnen Vorrichtungen sind dabei jeweils einzeln ansteuerbar und können daher einzeln an- und ausgeschaltet werden.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung eine kompakte Größe aufweist, kann sie in tragbaren Geräten verwendet werden. Aufgrund ihrer verminderten Größe ist ihre abgestrahle Leistung und somit der Energieverbrauch verringert, so daß sie auch durch Batterien betrieben werden kann.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren und eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt.

Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung der Halteelektroden in Draufsicht.

Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als fokussierter Punktstrahler.

Fig. 4 zeigt eine weitere mögliche Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als fokussierter Punktstrahler.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.

Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.

Als Beispiel wird in Fig. 1 ein miniaturisierter Deuteriumstrahler als eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Auf einem Silizium(1,0,0)-Wafer 1 wird eine 2 bis 5 µm dicke, aus einem Siliziumoxid (SiO₂) oder Siliziumoxinitrid (Si_xO_yN_z) bestehende Isolationsschicht 3 aufgebracht, auf welcher ein Resistmaterial aufgeschleudert und anschließend zur Ausbildung von Metallelektroden, Kontaktanschlüssen und Verbindungsleitungen geeignet strukturiert wird. Anschließend wird eine Metallschicht aus einer 40 nm Cr- Haftschicht und einer 500 nm Elektrodenschicht aus Pt, W oder Mo aufgebracht. Mittels Lift-Off-Technik erfolgt die Strukturierung der Halteelektroden 4, 5 und der Kontaktanschlüsse 10. Danach werden gegebenenfalls die Kontaktanschlüsse durch ein Resistmaterial abgedeckt. Es ist aber auch möglich, die nun folgenden Schichten auf den Kontaktanschlüssen abzuscheiden und diese dann anschließend freizulegen. Darauf folgend wird eine weitere 2 bis 5 µm dicke, aus einem Oxid, beispielsweise Siliziumdioxid, Aluminiumoxid/Siliziumoxid, Titanoxid oder Tantaloxid, bestehende Isolationsschicht 6 aufgebracht, auf der anschließend eine weitere Metallelektrode 7 als Heizelektrode strukturiert wird. Die Oberfläche dieser Struktur wird mit einer Passivierungsschicht 8 aus beispielsweise SiC passiviert. Anschließend erfolgt ein weiterer Lift-Off-Schritt.

Darauf folgend wird die Rückseite des Wafers teilweise mit Si₃N₄ maskiert, und Si wird anisotrop bis zur Oxidschicht 3 unter Ausbildung des Gasentladungsraums 2 mit den in der Siliziumtechnologie gebräuchlichen Ätzmitteln (KOH, TMAH, EDP, Trockenätzen, RIE) heruntergeätzt. Anschließend wird eine Oxidschicht 9 aus beispielsweise MgO, BaO, SrO oder CaO oder auch Schichtenstapel aus diesen Schichten zur Reduzierung der Elektronenaustrittsarbeit auf der dem Gasentladungsraum 2 zugewandten Seite der Oxidschicht 3 aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen mit Schattenwurf durch eine Schattenmaske. Dann werden ebenfalls über Schattenwurf durch eine Schattenmaske Gettermaterialien 12, beispielsweise Ni, abgeschieden.

Die somit hergestellte Komponente wird in eine Bondkammer gebracht. Unter der Atmosphäre des hoch reinen Füllgases beispielsweise aus Edelgas, Hg, H₂ oder D₂ wird das Substrat mit einem Quarzglas 11 durch Bonden bei gleichzeitigem Anlegen einer Spannung (anodisches Bonden) oder erhöhter Temperatur oder Löten bei 560°C gasdicht verschlossen.

Die Kontaktlöcher werden freigelegt und eventuell mit einer bondbaren Schicht versehen. Kontaktdrähte können auch angeschweißt werden. Anschließend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein äußeres Gehäuse montiert und mit äußeren Verbindungsleitungen verbunden. Die Kontaktstellen werden zum Schutz vor Korrosion vergossen.

Durch Anlegen einer geeigneten Spannung, beispielsweise 220 bis 350 V, zwischen den Elektroden 4 und 5 sowie einer geeigneten Zündspannung an die Heizelektrode 7 wird die Entladung in der Gasentladungskammer gezündet. Durch Anlegen eines geeigneten Stroms an die Heizelektrode kann eine erwünschte Betriebstemperatur der Vorrichtung aufrecht erhalten werden. Alternativ sind aber auch andere Entladungsmechanismen, beispielsweise eine thermische Entladung wie vorstehend beschrieben denkbar.

Die hier aufgeführten einzelnen Prozeßschritte sind nur als Beispiel gegeben. Generell sind alle in der Dünnschichttechnologie üblicherweise verwendeten Prozeßschritte für die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet. Auch ist es zur Erzielung der erfindungsgemäßen Vorteile möglich, die Reihenfolge der hier aufgeführten Prozeßschritte gegebenenfalls umzukehren.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ein mit einer Isolationsschicht 3, Halteelektroden 4, 5, Kontaktanschlüssen 10, einer Isolationsschicht 6, einer weiteren Metallelektrode 7 und einer Passivierungsschicht 8, die wie in der Beschreibung der ersten Ausführungsform beschrieben aufgebracht und strukturiert sind, versehenes Siliziumsubstrat wird, wie ebenfalls vorstehend beschrieben, rückseitig anisotrop geätzt und gegebenenfalls mit einem Gettermaterial beschichtet. Statt dem darauffolgenden Schritt zum Verbinden des Siliziumsubstrats mit einem Quarzglas, das gegebenenfalls einen oder mehrere Interferenzfilter und/oder eine Gettermaterialbeschichtung enthält, in einer Atmosphäre des einzufüllenden Gases wird das Siliziumsubstrat in ein Gehäuse, beispielsweise ein TO-Gehäuse, das aus einer Metallegierung besteht, montiert und elektrisch kontaktiert. Anschließend wird unter der Atmosphäre des einzufüllenden Gases ein Metalldeckel, der dieses Quarzglas enthält, oder solch ein Quarzglas ohne Metalldeckel mit dem Gehäuse verschweißt, so daß das Gehäuse, das das Siliziumsubstrat enthält, mit dem Gas gefüllt ist, in dem eine Gasentladung während des Betriebs stattfindet.

Alternativ kann gemäß einer dritten Ausführungsform, das Siliziumsubstrat auch wie in Fig. 6 gezeigt mit der ebenen Fläche nach oben in dem Gehäuse angeordnet sein. Dazu wird die Schichtenfolge der einzelnen Schichten derart ausgewählt, daß auf dem Siliziumsubstrat zunächst Metallelektroden 7a zum Heizen, eine Isolatorschicht 8, eine Metallelektrode 7b zum Zünden der Entladung, eine weitere Isolatorschicht, schließlich die Haltelektroden 4 und 5, dann die aus beispielsweise SiO₂ bestehende Isolatorschicht 3 und schließlich die Schicht zur Verringerung der Austrittsarbeit aufgebracht sind. Die elektrische Kontaktierung der Vorrichtung erfolgt jeweils seitlich. Das Quarzglas oder ein Metalldeckel, der solch ein Quarzglas enthält, wird schließlich unter eine Atmosphäre aus dem Gas, mit dem die Vorrichtung zu füllen ist, mit dem Gehäuse verschweißt. Der Quarzdeckel kann zusätzlich teilweise mit einem Gettermaterial beschichtet sein.

Je nach geometrischer Anordnung des Siliziumsubstrats in dem Gehäuse ist es möglich, die Abstrahlungsgeometrie zu beeinflussen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Emission elektromagnetischer Strahlung durch Gasentladung mit

• - einem mit einem Gas gefüllten Gasentladungsraum und
• - Einrichtungen zum Bewirken einer Gasentladung in dem Gasentladungsraum, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasentladungsraum als Ausnehmung in einem Substrat gebildet ist und seitlich durch das Substrat begrenzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas ein Edelgas, Hg, H₂ oder D₂ ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Silizium-Substrat ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste horizontale Begrenzung des Gasentladungsraums aus einer ersten Isolatorschicht gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Bewirken einer Gasentladung in dem Gasentladungsraum

• - mindestens eine Anode,
• - mindestens eine Kathode und
• - elektrische Leitungen für die mindestens eine Anode und die mindestens eine Kathode umfassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, weiter gekennzeichnet durch eine auf der von dem Gasentladungsraum der ersten Isolatorschicht aufgebrachte erste und zweite Metallelektrode, die als Anode und Kathode ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, weiter gekennzeichnet durch eine zweite Isolatorschicht, die auf der ersten Isolatorschicht mit den Metallelektroden aufgebracht ist, sowie eine dritte Metallelektrode als eine Heizelektrode.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, weiter gekennzeichnet durch eine dritte Schicht zur Verringerung der Austrittsarbeit von Elektronen, die auf der dem Gasentladungsraum zugewandten Seite der ersten Isolatorschicht aufgebracht ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite horizontale Begrenzung des Gasentladungsraums aus einem für die emittierte Strahlung zumindest teilweise transparenten Material aufgebaut ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter gekennzeichnet durch ein Gettermaterial, das auf mindestens einer Seitenfläche und/oder einem Teil der zweiten horizontalen Begrenzung des Gasentladungsraums aufgebracht ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite horizontale Begrenzung aus Quarzglas besteht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, weiter gekennzeichnet durch einen UV-Filter, der auf der zweiten horizontalen Begrenzung aufgebracht ist.

13. Array mit einer Vielzahl von Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

14. System zur Emission elektromagnetischer Strahlung mit

• - mindestens einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
• - mindestens einer Nachweiseinrichtung zum Nachweisen der von der mindestens einen Vorrichtung emittierten elektromagnetischen Strahlung und
• - mindestens einer Regeleinrichtung zur Regelung der an die mindestens eine Vorrichtung angelegten Spannung entsprechend dem von der mindestens einen Nachweiseinrichtung ausgegebenen Signal.

15. System nach Anspruch 14, weiter gekennzeichnet durch mindestens einen UV- Filter, der auf der mindestens einen Nachweiseinrichtung aufgebracht ist, zum wellenlängenselektiven Nachweis der von der mindestens einen Vorrichtung emittierten elektromagnetischen Strahlung.

16. Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, gekennzeichnet durch die Schritte zum

• - Bereitstellen des Substrats,
• - Aufbringen einer ersten Isolatorschicht auf einer ersten Substratoberfläche,
• - teilweises Aufbringen einer Metallschicht zur Ausbildung der ersten und zweiten Metallelektrode,
• - Bereitstellen von elektrischen Kontakten für die erste und zweite Metallelektrode,
• - Aufbringen einer Passivierungsschicht auf der Metallschicht,
• - teilweises Ätzen des Substrats bis zur ersten Isolatorschicht unter Ausbildung des Gasentladungsraums, und
• - Aufbringen der zweiten horizontalen Begrenzung in einer Atmosphäre des Gases, so daß der Gasentladungsraum mit dem Gas gefüllt wird und gasdicht verschlossen wird.