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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Emission
elektromagnetischer Strahlung durch Gasentladung mit den Merkmalen des
Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Array mit einer Vielzahl solcher
Vorrichtungen und ein System aus Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor.
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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.
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Aus
der
DE 42 32 743 A1 ist
ein alternativer Aufbau einer Gasentladungslampe bekannt, bei welchem
der Entladungsraum als Vertiefung in einem Gehäuseunterteil ausgeformt ist,
welches dann mit einer Abdeckung verschlossen wird.
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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 weit verbreitet 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
weiterer Nachteil ist die relativ kurze Lebensdauer der Gasentladungslampen,
d.h. die UV-Strahlungsintensität
nimmt exponentiell mit der Betriebsdauer ab.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Aufgaben durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Ferner wird das Verfahren nach Anspruch 15 bereitgestellt.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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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.
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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.
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Alternativ
sind jedoch auch andere Mechanismen zum Bewirken der Gasentladung
in dem Gasentladungsraum denkbar, beispielsweise thermische Mechanismen
oder durch Einkoppeln von Mikrowellenenergie.
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Erfolgt
die Gasentladung, wie vorstehend beschrieben, durch Anlegen einer
Spannung zwischen zwei Halteelektroden und Anlegen eines Zündimpulses
an eine dritte Elektrode, so können
Anode und Kathode (Halteeltektroden) 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
eine 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.
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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 2 gezeigt. Ein
typischer Spaltabstand a beträgt
dabei 80 bis 100 μm.
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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.
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Das
Substrat ist ein Silizium-Substrat. 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 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 4 gezeigt, mit dem Gettermaterial
beschichtet sein. insbesondere kann zur 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird auch ein System zur Emission elektromagnetischer Strahlung
nach Anspruch 13 bereitgestellt.
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Solch
ein System umfaßt
mindestens eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, mindestens eine
Nachweiseinrichtung zum Nachweis 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.
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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.
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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.
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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 Leuchtstoffläche im sichtbaren
Bereich kann zusätzlich
die dem Gasentladungsraum abgewandte Seite der zweiten horizontalen
Begrenzung mit einem Leuchtstoffmaterial, gegebenenfalls in jeweils
verschiedenen Farben, beschichtet sein.
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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.
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Die
einzelnen Vorrichtungen sind dabei jeweils einzeln ansteuerbar und
können
daher einzeln an- und ausgeschaltet werden.
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Da
die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine kompakte Größe aufweist,
kann sie in tragbaren Geräten
verwendet werden. Aufgrund ihrer verminderten Größe sind ihre abgestrahlte Leistung
und somit der Energieverbrauch verringert, so daß sie auch durch Batterien
betrieben werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren und
eines Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
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1 zeigt
einen Aufbau der erfindungemäßen Vorrichtung
im Querschnitt.
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2 zeigt
eine beispielhafte Anordnung der Halteelektroden in Draufsicht.
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3 zeigt
eine mögliche
Ausführung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
als fokussierter Punktstrahler.
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4 zeigt
eine weitere mögliche
Ausführung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
als fokussierter Punktstrahler.
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5 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
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6 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
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Als
Beispiel wird in 1 ein miniaturisierter Deuteriumstrahler
als eine erste Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung gezeigt.
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Auf
einem Silizium(1,0,0)-Wafer 1 wird eine 2 bis 5 μm dicke,
aus einem Siliziumoxid (SiO2) oder Siliziumoxinitrid
(SixOyNz)
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.
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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.
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Die
somit hergestellte Komponente wird in eine Bondkammer gebracht.
Unter der Atmosphäre des
hochreinen 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.
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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.
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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.
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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.
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5 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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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.
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Alternativ
kann gemäß einer
dritten Ausführungsform
das Siliziumsubstrat auch wie in 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.
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Je
nach geometrischer Anordnung des Siliziumsubstrats in dem Gehäuse ist
es möglich,
die Abstrahlungsgeometrie zu beeinflussen.