DE2517866A1 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING HEAVY IONS IN A BEAM - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING HEAVY IONS IN A BEAMInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Schwerionen inMethod and device for the determination of heavy ions in
einem Strahlenbündela bundle of rays
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Schwerionen in einem Strahlenbündel und zu ihrer Unterscheidung aufgrund ihrer spezifischen Energieverluste beim Eindringen in einen dielektrischen Film.The invention relates to a method and a device for determining heavy ions in a beam and to distinguish them on the basis of their specific energy losses when penetrating a dielectric Movie.
Bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung werden Durchschläge von geladenen Teilchen in dünnen Schichten eines festen Dielektrikums verursacht.With this method and this device, breakthroughs are produced caused by charged particles in thin layers of solid dielectric.
Die meisten bekannten Systeme dieser Art haben.eine begrenzte Wirksamkeit, wenn sie zum Nachweis von Schwerionen benutzt werden. So tritt in Scintillations-Detektoren ein NachlassenMost known systems of this type have. A limited one Effectiveness when used to detect heavy ions. So in scintillation detectors there is a decline
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der. Scintillations-Wirksamkeit ein, wenn dei* spezifische Energieverlust der geladenen Teilchen wächst.the. Scintillation effectiveness, if the * specific The energy loss of the charged particles increases.
Die Ilalbleiterdetektoren liefern eine bessere EnergieaufItsurig, aber sie können nicht dünn genug hergestellt werden, um Schwerionen mit Energien von einigen wenigen McV/Nukleon zu befördern und dE/dX-Leistungscharakteristiken zu sichern.The semiconductor detectors provide better energy but they cannot be made thin enough to hold heavy ions with energies of a few McV / nucleon promote and secure dE / dX performance characteristics.
In dielektrischen Gasdetektoren stellen die Energieverluste von Schwerionen durch die Detektorfenster ein ernstes Hindernis dar.In dielectric gas detectors, the energy losses of heavy ions through the detector windows are serious Obstacle.
Darüberhinaus sind die bekannten Detektorsysteme sperrig und teuer, und sie erfordern hohe Spannungen und einen beträchtlichen Geräteaufwand für die Signalverarbeitung.In addition, the known detector systems are bulky and expensive, and they require high voltages and considerable equipment for signal processing.
Während der letzten zehn Jahre sind viele neue Vorschläge zürn Nachweis von Schwerionen durch die Entwicklung von Spuren-Detektoren (damage track detectors) in Isoliermaterialien gemacht worden.There have been many new proposals over the past decade for the detection of heavy ions through the development of trace detectors (damage track detectors) have been made in insulating materials.
Diese Detektoren sind sehr einfach aufgebaut, raumsparend und nicht teuer. Ihr wichtigstes Kennzeichen besteht in ihrer Fähigkeit, eine Unterscheidung gegenüber ionisierenden Teilchen aufgrund von spezifischen Energieverlusten zu erzielen, die geringer als ein bestimmter Schwellwert sind.These detectors are very simple, space-saving and unexpensive. Their most important characteristic is their ability to differentiate from ionizing particles due to specific energy losses that are less than a certain threshold value.
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Mit diesen Detektoren kann ebenso wie rait photographischen Emulsionen ein Vorkommen von Schwerionen lokalisiert und sichtbar gemacht werden. Unglücklicherweise beziehen sich Informationen, die unter Verwendung von Spurendetektoren und von photographischen Emulsionen erhalten wurden, auf vergangene und nicht auf augenblickliche Ereignisse.These detectors can be used for photography as well as rait Emulsions an occurrence of heavy ions can be localized and made visible. Unfortunately relate Information obtained using trace detectors and photographic emulsions on past and not on instantaneous events.
Ferner ergeben sich bei der Verwendung der bekannten Detektoren ernste Schwierigkeiten, wenn eine automatische Zählung der Spuren verlangt wird.Furthermore, serious difficulties arise when using the known detectors when an automatic counting of the Traces is required.
Bekanntlich können die oben genannten Probleme mit Hilfe von Spurendetektoren teilweise gelöst werden, indem ein besonderer Typ von Funkenzähldetektoren verwendet wird. Ein derartiger Detektor enthält einen isolierenden Film, der dünn genug ist, daß die Spuren durch die ganze Dicke des Films hindurchtreten können. Durch nachfolgendes chemisches Ätzen werden im dielektrischen Film mikroskopisch kleine Löcher erzeugt. An den Film werden dann seitlich zwei Elektroden angelegt, die auf eine Platte aus plastischem Material aufgelegt ist.As is known, the above-mentioned problems can be partially solved with the help of trace detectors by a special Type of spark counting detector is used. Such a detector contains an insulating film that is thin enough is that the traces can pass through the full thickness of the film. Subsequent chemical etching will be creates microscopic holes in the dielectric film. Two electrodes are then placed on the side of the film, which is placed on a plate made of plastic material.
Wenn eine Spannung an die Elektroden angelegt wird, entsteht ein Durchschlag mit Funkenbildung durch eines dieser Löcher, wobei aufgrund der Verdampung des Metall an dieser Stelle ein viel größeres Loch in der dünnen Aluminumelektrode erzeugt wird. Auf diese Weise entsteht ein einzelner Durchschlag an jedem Loch, so daß die Gesamtzahl der Löcher durchWhen a voltage is applied to the electrodes, a breakdown occurs with sparking through one of these holes, which, due to the evaporation of the metal, creates a much larger hole in the thin aluminum electrode at this point will. This creates a single punch at each hole, so the total number of holes goes through
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einfaches Zählen der Zahl der Durchschläge festgestellt werden kann.simply counting the number of copies can be determined can.
Diese bekannten Tatsachen haben die Erfinder dazu angeregt, einen Schwerionendetektor analog zu dem bekannten Geiger-Müller -Zähler mit einer Funkenkammer zu entwickeln, aber mit einem festen Dielektrikum, in dem Durchschläge durch geladene Teilchen verursacht werden.These well-known facts have inspired the inventors to to develop a heavy ion detector analogous to the well-known Geiger-Müller counter with a spark chamber, but with a solid dielectric in which breakdowns are caused by charged particles.
Durchschläge, die durch geladene Teilchen in dielektrischem Gas verursacht werden, sind bekannte Erscheinungen. Über Untersuchungen derartiger Erscheinungen in festen Dielektrikaist jedoch bisher nie etwas berichtet worden.Breakdowns caused by charged particles in dielectric Gas are well-known phenomena. About studies of such phenomena in solid dielectrics however, nothing has so far been reported.
Normalerweise werden zu hohe Spannungen benötigt, um in festen Dielektrika Durchschläge zu erzielen, und ein einzelner Durchschlag verursacht einen Kurzschluß im Versuchsstück. Derartig hohe Spannungen und ihre zerstörenden Folgen können durch die Verwendung sehr dünner dielektrischer Fime vermieden werden.Usually it takes too high voltages to breakdown in solid dielectrics and a single breakdown causes a short circuit in the test piece. Such high voltages and their destructive consequences can be caused by the The use of very thin dielectric films should be avoided.
Die Kurzschlüsse können durch Verwendung der oben beschriebenen Technik der Spurendetektoren vermieden werden, d. h. durch Verwendung eines Kondensators, dessen eine Elektrode sehr dünn ist. Auf diese Weise wird bei jedem Durchschlag ein Loch durch das Dielektrikum und durch die dünne Elektrode erzeugt, wobei der Stromkreis zwischen beiden Elektroden unterbrochen wird.The short circuits can be avoided by using the technique of the lane detectors described above; H. by Use of a capacitor, one electrode of which is very thin. This way, with every breakthrough, there will be a hole generated by the dielectric and by the thin electrode, the circuit being interrupted between the two electrodes will.
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Durch diese Technik können bis zu mehreren zehntausend Durch-With this technology, up to several tens of thousands
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schlage je cm erzeugt werden.2
beats per cm.
Jedoch treten in der Praxis verschiedene Probleme auf. Z. B. kann ein Kurzschluß des Kondensators als Folge eines dielektrischen Durchschlages an der Verbindungsstelle zwischen der dünnen Elektrode und der Speiseleitung entstehen. Dies kann durch Verstärkung des Dielektrikums im Kontaktbereich der Leitung vermieden werden; im gleichen Bereich kann die Dicke der dünnen Elektrode zwecks Herstellung eines besseren dektrischeii Kontaktes vergrößert werden.However, various problems arise in practice. For example, a short circuit of the capacitor as a result of a dielectric Breakdown occurs at the connection point between the thin electrode and the feed line. this can be avoided by reinforcing the dielectric in the contact area of the line; in the same area can the Thickness of the thin electrode can be increased for the purpose of making better dielectric contact.
Ferner enthalten feste Dielektrika immer schwache Stellen, wo der Durchschlagsbereich um ein mehrfaches kleiner sein kann als der umfangreiche Durchschlagsbereich des Dielektrikums. In Kondensatoren mit Durchschlägen, die keinen Kurzschluß verursachen, können die schwachen Stellen dadurch beseitigt werden: daß man die Spannung am dielektrischen 'Film allmählich bis auf die Durchschlagsspannung der Masse ansteigen läßt.Furthermore, solid dielectrics always contain weak points where the breakdown area can be several times smaller than the extensive breakdown area of the dielectric. In capacitors with breakdowns that do not cause a short circuit, the weak points can be eliminated by : Allowing the voltage on the dielectric film to gradually increase to the breakdown voltage of the ground.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis von Schwerionen zu schaffen, bei denen Kondensatoren mit einem sehr dünnen festen Dielektrikum verwendet werden.The invention is therefore based on the object of creating a method and a device for the detection of heavy ions, where capacitors with a very thin solid dielectric are used.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis von Schwerionen zuAnother object of the invention is to provide a method and a device for the detection of heavy ions
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schaffen, wobei gleichzeitig geladene Teilchen aufgrund ihrer spezifischen Energieverluste unterschieden werden soll, d. h. diejenigen geladenen Teilchen sollen nachgewiesen werden, deren spezifische Energieverluste größer als ein vorherbestimmter Schwellwert sind.create, whereby at the same time charged particles should be differentiated on the basis of their specific energy losses, d. H. those charged particles are to be detected, whose specific energy losses are greater than a predetermined threshold value.
Hierbei soll gleichzeitig nicht nur ein Ereignis (event) nachgewiesen werden können - das bedeutet der Vorgang eines, durch ein Schwerion verursachten Durchschlages - sondern es soll auch das automatische Zählen der Schwerioneii, die Lokalisierung einzelner Ereignisse und die Sichtbarmachung von mehreren Ereignissen zugleich mit der Bestimmung einer Strahlungscharakteristik möglich werden. Not only one event should be proven at the same time can be - that means the process of one, through a heavy ion caused breakdown - but also the automatic counting of the heavy ion, the localization individual events and the visualization of several events at the same time with the determination of a radiation pattern become possible.
Schließlich sollen mit Hilfe des neuen Verfahrens und der neuen Vorrichtung nur diejenigen Ionen, deren spezifische Energieverluste höher als ein gegebener Schwellwert sind, nachgewiesen werden können, wobei der Schwellwert eine Funktion des angelegten Feldes ist.Finally, with the help of the new method and the new device, only those ions whose specific Energy losses higher than a given threshold value can be detected, the threshold value being a function of the created field.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis von Schwerionen geschaffen, bei denen Kondensatoren verwendet werden, deren Dielektrikum aus einem Film besteht, dessen Stärke im Bereich zwischen 100 S und 10 000 S liegt, wobei mindestens eine der Elektroden sehr dünn ist.According to the invention, a method and a device for the detection of heavy ions is provided in which capacitors are used whose dielectric consists of a film whose thickness is in the range between 100 S and 10,000 S with at least one of the electrodes being very thin.
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Die Stärke dieser Elektrode muß so groß sein, daß kein Durchschlag im Dielektrikum einen Kurzschluß erzeugen kann und daß die Energieverluste der Schwerionen innerhalb der Elektrode vernachlässigbar sind.The strength of this electrode must be so great that there is no breakdown can produce a short circuit in the dielectric and that the energy losses of the heavy ions within the electrode are negligible.
Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß in dielektrischen Filmen, die frei von schwachen Stellen sind und die einem elektrischen Feld unterworfen sind und mit Schwerionen bestrahlt werden, Durchschlage bei Werten des elektrischen Feldes entstehen, die geringer als die Durchschlagsfestigkeit des Filrnniatcrials sind.The invention takes advantage of the fact that in dielectric Films that are free of weak spots and that are subjected to an electric field and irradiated with heavy ions , breakdowns occur at values of the electric field that are lower than the dielectric strength of the Filrnniatcrials are.
Ferner wird durch die Erfindung das Prinzip ausgenutzt, daß, je höher der spezifische Energieverlust des geladenen, sich durch den dielektrischen Film bewegenden Teilchens ist, desto geringer der elektrische Fcldwert ist, oberhalb dessen ein Durchschlag erfolgt.Furthermore, the invention uses the principle that the higher the specific energy loss of the charged, the particle moving through the dielectric film, the lower the electric Fcld value, above which a Breakthrough occurs.
In diesen Kondensatoren entstehen Durchschläge durch Schwerionen nur dann, wenn zur Zeit der Bestrahlung eine geeignete Spannung an die beiden Elektroden angelegt wird.Heavy ions cause breakdowns in these capacitors only if a suitable voltage is applied to the two electrodes at the time of irradiation.
Erfindungsgemäß ist der Kondensator über eine Schutzschaltung zur Verhinderung eines Durchschlages, der zu einer Dauerionisierung führen könnte, mit einer Spannungsquelle verbunden. Dies wird durch die Verwendung eines Stromkreises zur. Unterbrechung der Kondensatorspannung beim Beginn des DurchschlagesAccording to the invention, the capacitor is provided with a protective circuit to prevent a breakdown leading to permanent ionization connected to a voltage source. This is done through the use of a circuit for. Interruption the capacitor voltage at the start of the breakdown
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bis zu seinem Ende bewerkstelligt. Stromkreise dieser Art werden mit Geigerzählern verwendet.accomplished to its end. This type of circuit is used with Geiger counters.
Ein ähnliches Resultat kann mit Hilfe eines in den Speisekreis geschalteten Widerstandes erreicht werden, wodurch die Aufladung des Kondensators verzögert wird.A similar result can be achieved with the help of one in the feed circuit switched resistance can be achieved, whereby the charging of the capacitor is delayed.
Erfindungsgemäß wird zur Zählung der Durchschläge ein Impulszähler mit dem Kondensator verbunden. Wenn die Zahl der Durchschläge ansteigt, sinkt der Blindwiderstand des Kondensators entsprechend der Verkleinerung des der Bestrahlung ausgesetzten Bereichs; demgemäß wird eine Korrektur der Zählung der Schwerionen erforderlich. Eine derartige Korrektur kann einfach durch Messung des Blindwiderstandsverlusts des Kondensators geschehen. Die Löcher, die durch den Durchschlag im Dielektrikum und in der dünnen Elektrode entstanden sind, können vermittels eines optischen Mikroskops beobachtet und gezählt werden.According to the invention, a pulse counter is used to count the carbon copies connected to the capacitor. As the number of breakdowns increases, the reactance of the capacitor decreases corresponding to the reduction in the area exposed to the irradiation; accordingly, a correction of the heavy ion count is made necessary. Such a correction can be made simply by measuring the reactance loss of the capacitor happen. The holes that were created by the breakdown in the dielectric and in the thin electrode can be mediated an optical microscope can be observed and counted.
In den beiliegenden Figuren ist die Erfindung zeichnerisch erläutert. Es zeigenThe invention is illustrated graphically in the accompanying figures. Show it
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen flachen Kondensator gemäß der Erfindung,Fig. 1 is a plan view of a flat capacitor according to the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II des Kondensators der Fig. 1 und das Schaltschema der zugehörigen Stromkreise,Fig. 2 shows a cross section along the line II-II of the capacitor of Fig. 1 and the circuit diagram of the associated circuits,
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Fig. 3 im oberen Teil die Zahl der durch die Spaltbruchstücke von Cf "" erzeugten Durchschläge in Abhängigkeit von der angelegten Spannung und im unteren Teil die Ableitung dieser Funktion,3 in the upper part shows the number of breakdowns produced by the crack fragments of Cf "" as a function of the applied voltage and in the lower part the derivation of this function,
Fig. 4 eine Mikrofotografie der Durchschläge in einem Kondensator gemäß der Erfindung,Figure 4 is a photomicrograph of the breakdowns in a capacitor according to the invention,
Fig. 5 die Za^l der Durchschlagsstellen je cm der Kondensatoroberfläche in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, aufgetragen in Abhängigkeit von der Zahl der Spaltbruchstücke, die den Kondensator bei einer Spannung von 29,5 V durchdrungen haben.Fig. 5 shows the number of breakdown points per cm of the capacitor surface in a device according to the invention, applied as a function of the number of split fragments, which penetrated the capacitor at a voltage of 29.5 V.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 besteht die Vorrichtung aus den folgenden Teilen:With reference to Figures 1 and 2, the device consists of the following parts:
Ein dielektrischer Film 1, dessen Dicke im Bereich zwischen 100 & und 10 000 S liegt, hat eine rechteckige Form; er kann aber auch anders geformt sein. An seiner oberen Seite ist der dielektrische Film 1 mit einer Rippe 4 versehen, die sich entlang einer der Rechteckseiten erstreckt und nahe an diese Seite liegt. Die Rippe 4 kann durch Verdickung des dielektrischen Films oder auch durch Verbinden eines Streifens des gleichen oder verschiedenen Materials mit dem Film hergestellt werden. Ihre Aufgabe wird später erläutert werden. Diese dielektrischen Filme können durch Bedampfen, durch thermische Oxidation, durciiA dielectric film 1, the thickness of which is in the range of 100 to 10,000, has a rectangular shape; he can but also be shaped differently. On its upper side, the dielectric film 1 is provided with a rib 4 running along it one of the sides of the rectangle extends and is close to this side. The rib 4 can by thickening the dielectric Film or by joining a strip of the same or different material to the film. Their task will be explained later. These dielectric films can be produced by vapor deposition or thermal oxidation
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Eloxierung oder durch andere bekannte Verfahren hergestellt werden.Anodizing or by other known methods.
Eine sehr dünne Elektrode 2, deren Stärke über die ganze Gbcrfli ehe konstant gehalten werden muß, ist so beschaffen, daß irgendwelche durch Schwerionen erzeugte Durchschlage keinen Kurzschluß hervorrufen und daß die Energieverluste durch das Ilindurchtreten der geladenen Teilchen durch die Elektrode vernachlässigt werden können.A very thin electrode 2, the thickness of which extends over the entire length of the gbcrfli before it must be kept constant is such that any breakdowns produced by heavy ions do not cause a short circuit and that the energy losses through the The passage of the charged particles through the electrode can be neglected.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, hat die Elektrode 2 eine solche Form daß der dielektrische Film, an dem sie anliegt, völlig ναι ihr bedeckt ist. Im Bereich der Rippe 4 ist auch eine Verdickung 5 der Elektrode 2 vorgesehen, an deren oberer Seite sich ein Kontakt 6 für den Anschluß der Elektrode 2 an eine Spannungsquelle befindet, der später beschrieben werden soll. As can be seen from Fig. 2, the electrode 2 has such a shape that the dielectric film to which it is applied, completely ναι her is covered. In the area of the rib 4, a thickening 5 of the electrode 2 is also provided, on the upper side of which there is a Contact 6 is located for connecting the electrode 2 to a voltage source, which will be described later.
Der Kontakt 6 im Beispiel der Fig. 2 enthält einen Stift mit halbrundem Ende, dessen Durchmesser nicht größer als 0,5 mm ist.The contact 6 in the example of FIG. 2 contains a pin semicircular end, the diameter of which is not greater than 0.5 mm.
Dieser Kontakt kann durch Verbindung der Speiseleitung mit der Elektrode vermittels Überschall-Technik oder auf metallurgischer Wege hergestellt werden. Der Grund für die Verdickung 4 dos Dielektrikums im Bereich des Kontaktes 6 ist, Durchschlage in diesem Bereich zu vermeiden.This contact can be made by connecting the feed line to the electrode using supersonic or metallurgical technology Paths are made. The reason for the thickening 4 of the dielectric in the area of the contact 6 is, breakdowns in avoid this area.
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Die Vorrichtung enthält ferner eine zweite Elektrode 3 von beliebiger Dicke, die aus einem leitenden oder halbleitenden Material bestellen kann und die, zusammen mit der dünnen Elektrode und mit einem Dielektrikum, einen Kondensator bildet. Vermittels einer Spannungsquelle 8 wird ein regelbares elektrisches Feld an die Elektroden gelegt.The device also includes a second electrode 3 of FIG Any thickness, which can be ordered from a conductive or semiconductive material and which, along with the thin electrode and with a dielectric, forms a capacitor. By means of a voltage source 8 is a controllable electrical Field applied to the electrodes.
Eine Schutzeinrichtung 7 dient zur Begrenzung oder sogar zur Abschaltung der Spannungsquelle von den Elektroden beim Beginn jedes Durchschlages und zumindest während der Gesamtdauer des Durchschlages, um zu verhindern, daß es zu einer Dauerionisierung kommt. Eine derartige Schutzeinrichtung kann auch nur aus einem Widerstand von mindestens 10 kOhm oder alternativ wie bereits erwähnt - aus einem Stromkreis bestehen, welcher beim Beginn des Durchschlages die Spannungsquelle des Kondensators für einen Zeitabschnitt abschaltet-, der gleich oder größer als die Dauer des Durchschlages ist.A protective device 7 serves to limit or even switch off the voltage source from the electrodes at the beginning every breakdown and at least for the entire duration of the breakdown in order to prevent permanent ionization comes. Such a protective device can only consist of a resistance of at least 10 kOhm or alternatively As already mentioned - consist of a circuit which, at the start of the breakdown, is the voltage source of the capacitor switches off for a period of time that is equal to or greater than the duration of the breakdown.
Ein Impulszähler oder Impulsfrequenzteiler 9 ist mit dem Kondensator zwecks Zählung der elektrischen Impulse verbunden, die durch den Durchschlag im Kondenstor erzeugt Atferden.A pulse counter or pulse frequency divider 9 is with the Capacitor connected for the purpose of counting the electrical impulses generated by the breakdown in the condenser.
In der beschriebenen Vorrichtung kann die Verdickung 4 des Dielektrikums fortgelassen werden, wenn es nur wenige schwache Stelle im dielektrischen Film gibt.In the device described, the thickening 4 of the dielectric can be omitted if there are only a few weak ones Place in the dielectric film.
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Falls jedoch eine solche Verdickung vorhanden ist, muß sie mit einer allmählich verlaufenden. Steigung ausgeführt werden, damit scharfe Unstetigkeiten des elektrischen Feldes vermieden \irerden.However, if there is such a thickening, it must with a gradual. Slope are executed so that sharp discontinuities in the electrical field are avoided \ earth.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird vor ihrer Benutzung zum Nachweis von Schwerionen einem Verfahren unterworfen, das den Zweck hat, alle schwachen Stellen aus dem Dielektrikum zu beseitigen. Zu diesem Zweck wird eine allmählich ansteigende Spannung über den Schutzstromkreis 7 an den Kodensator gelegt, bis ein Wert des elektrischen Feldes erreicht ist, der mit der Durchschlagsfestigkeit vergleichbar ist.Before being used for the detection of heavy ions, the device according to the invention is subjected to a method which has the purpose of eliminating any weak spots from the dielectric. To this end, it is gradually increasing Voltage is applied to the capacitor via the protective circuit 7 until a value of the electric field is reached that corresponds to the dielectric strength is comparable.
Wenn dann anschließend der dielektrische Film 1 mit Schwerionen über die dünne Elektrode 2 bestrahlt wird, treten Durchschläge bei Werten des elektrischen FeI des auf, welche geringer sind, als das vom Durchschlag verursachte Feld - d. h. die Durchschlagsfestigkeit - des dielektrischen Materials. So wird durch jedes Schwerion ein Spannungsstoß erzeugt, der durch den Impulszähler oder Impulsfrequenzteiler 9 registriert werden kann. Durchschläge werden nur durch diejenigen Schwerionen erzeugt, deren spezifische Energieverluste im Dielektrikum größer sind als ein gegebener Schwellwert. Solch ein Schwellwert nimmt ab, wenn das angelegte elektrische Feld ansteigt.Then, when the dielectric film 1 is subsequently irradiated with heavy ions via the thin electrode 2, breakdowns occur at values of the electrical field which are lower than the field caused by the breakdown - d. H. the dielectric strength - the dielectric material. Every heavy ion generates a voltage surge that is caused by the pulse counter or pulse frequency divider 9 can be registered. Breakdowns are only made by those heavy ions generated whose specific energy losses in the dielectric are greater than a given threshold value. Such a threshold decreases as the applied electric field increases.
Durch visuelle Inspektion der Löcher, die durch Durchschläge im dielektrischen Film 1 und der dünnen Elektrode 2 verursachtBy visual inspection of the holes caused by punctures in the dielectric film 1 and the thin electrode 2
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worden sind, kann ihre Flächendichte in den verschiedenen Bereichen des Kondensators bestimmt werden.their surface density can be determined in the various areas of the capacitor.
Einige Beispiele von Versuchsresultaten, die bei der Verwendung des Verfahrens und der Vorriehtunggemäß der Erfindung zum Nachweis von Schwerionen erzielt worden sind, sind in Fig. 3, 4 und 5 dargestellt.Some examples of test results obtained when using of the method and apparatus according to the invention for Detection of heavy ions have been achieved are shown in Fig. 3, 4 and 5 shown.
Wie bereits erwähnt, zeigt der obere Teil der Fig. 3 die Zahl von Durchschlägen, die durch Spaltbruchstücke von einer Cf" "Quelle erzeugt sind, in Abhängigkeit von der an denAs already mentioned, the upper part of FIG. 3 shows the number of breakdowns produced by crack fragments from a Cf "" source, depending on the one at the
ο Kondensatoren angelegten Spannung, dessen Oberfläche 0,1 cm" betrug, wobei das Dielektrikum aus einem SiO0-FiIm von 1000 a bestand, welcher thermisch auf einer ρ entarteten Silikonfolie gezüchtet war. ο capacitors applied voltage, the surface of which was 0.1 cm ", wherein the dielectric consists of a SiO consisted 0 -FiIm 1000 a, which was thermally grown on a ρ degenerate silicone film.
Eine SiO-VerStärkung von 700 Ä* wurde zur Verstärkung des Dielektrikums im Kontaktbereich verwendet. Die dünne Elektrode bestand aus einer Aluminiumschicht von 300 Ä* Dicke. Der durchschnittliche Durchmesser der in der Aluminiumelektrode durch Verdampfung entstandenen Löcher betrug etwa 20 Mikron, wenn eine negative Polarität an die Aluminiumelektrode angelegt war. Der Spannungswert, bei dem spontane Durchschläge entstanden, d. h. Durchschläge, die nicht durch Schwerionen verursacht waren, betrug 70 Volt.A SiO reinforcement of 700 Å * was used to reinforce the dielectric used in the contact area. The thin electrode consisted of an aluminum layer 300 Å * thick. The average Diameter of the evaporation holes in the aluminum electrode was about 20 microns when negative polarity was applied to the aluminum electrode. The voltage value at which spontaneous breakdowns occurred d. H. Breakdowns not caused by heavy ions was 70 volts.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, beginnt ein Plateau für dieAs can be seen from Fig. 3, a plateau begins for the
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Zahl der Durchschlage bei etwa GO Volt. Im unteren Teil der Fig. 3 ist die Ableitung'der oberen Kurve in Abhängigkeit von der angelegten Spannung dargestellt, welche ein Haß für die spektrale Verteilung der spezifischen Energievcrluste der beiden Arten von Spaltbruchstücken von Cf" "" in einem Film von SiO0 von 1000 S Dicke darstellt.Number of breakdowns at about GO volts. In the lower part of FIG. 3, the derivation of the upper curve is shown as a function of the applied voltage, which is a hatred for the spectral distribution of the specific energy losses of the two types of crack fragments of Cf """ in a film of SiO 0 of 1000 S represents thickness.
Die Werte zeigen an. daß die Lösung der gestellten Aufgabe als eine unktion der spezifischen Encrgieverluste der geladenen Teilchen in einem festen dielektrischen Film erhalten werden kann. Fig. 4 ist eine Mikrophotographie der Durchschlage, welche durch Spaltbruchstücke in einem SiO0-FiIm von 300 λ Dicke erzeugt worden sind, der thermisch auf einem entartetenThe values indicate. that the solution of the given problem can be obtained as a function of the specific energy loss of the charged particles in a solid dielectric film. FIG. 4 is a photomicrograph of the breakdowns produced by crack fragments in a SiO 0 film of 300λ thickness that thermally degenerated on a
+ 2+ 2
ρ Silikonsubstrat in einem Kondensator mit 0,1 cm" Oberfläche gezüchtet war. Die Verdickung des Dielektrikums bestand aus einer SiO-Schicht von Voo S Dicke, während die dünne Elektrode aus einer Aluminiumschicht von 150 & Dicke bestand. Die Dichte der verdampften Stellen liegt in der Größenordnung von 5 χ ΙΟ1"ρ silicon substrate was grown in a capacitor with 0.1 cm "surface. The thickening of the dielectric consisted of a SiO layer Voo S thick, while the thin electrode consisted of an aluminum layer 150 ″ thick. The density of the evaporated areas is in of the order of 5 χ ΙΟ 1 "
je cm" entsprechend Schwerionendurchschlägen, welche durch Anlage einer Spannung von 29,5 Volt am Kondensator erzeugt wurden.per cm "corresponding to heavy ion breakdowns caused by plant a voltage of 29.5 volts were generated across the capacitor.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Durchschläge je cm" einer Kondensatoroberfläche, aufgetragen über der Zahl der Spaltbruchstücke je cm , welche den Kondensator bei einer angelegten Spannung von 29,5 Volt durchquerten.Fig. 5 is a graph of the penetrations per cm " a capacitor surface, plotted against the number of gap fragments per cm, which the capacitor with an applied Voltage of 29.5 volts crossed.
Da die Kondensatoroberfläche und damit sein BlindwiderstandAs the capacitor surface and thus its reactance
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i mit dem Ansteigen der Zahl der Durchschlage abnimmt, wurde ; die ermittelte Zahl unter Berücksichtigung des Vcrlusts an exponierter Oberfläche korrigiert.i decreases as the number of breakdowns increases ; the determined number taking into account the loss corrected exposed surface.
Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, kann leicht ein linearer VerlaufAs can be seen from Fig. 5, a linear course can easily
! der Kurve der Durchschlagszahl in Abhängigkeit von der Zahl! the curve of the penetration number as a function of the number
' β 2'β 2
{ der Spaltbruchstücke bis zu 10 Durchschlägen je cm des{of the split fragments up to 10 penetrations per cm of the
! Kondensators erreicht werden.! Capacitor can be achieved.
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Claims (1)
dadurch gekennzeichnet, Z. device according to claim 4,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,7. Apparatus according to claim 6,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,8. Apparatus according to claim 4,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,9. Apparatus according to claim 8,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,10. Apparatus according to claim 4,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,11. The device according to claim 4,
characterized,
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- 1975-04-21 FR FR7512397A patent/FR2268273B1/fr not_active Expired
- 1975-04-22 DE DE19752517866 patent/DE2517866C2/en not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2001139B2 (en) * | 1969-02-18 | 1972-11-09 | Atomic Energy Of Canada Ltd., Ottawa, Ontario (Kanada) | Method and device for determining the solid-state defect traces caused by strongly ionizing core particles in an insulating body |
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Title |
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GB-Z: "Radiation Effects", Bd. 5, 1970, S. 85-89 * |
NL_Z: "Nuclear Instruments and Methods", Bd. 100, 1972, S. 247-252 * |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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