DE2517866C2 - Method and device for counting heavy ions in a beam - Google Patents

Method and device for counting heavy ions in a beam

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DE2517866C2 DE19752517866 DE2517866A DE2517866C2 DE 2517866 C2 DE2517866 C2 DE 2517866C2 DE 19752517866 DE19752517866 DE 19752517866 DE 2517866 A DE2517866 A DE 2517866A DE 2517866 C2 DE2517866 C2 DE 2517866C2
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Nicholas Klein
Paul Haifa Salomon
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Comitato Nazionale Per La Ricerca E Per Lo Sviluppo Dell'energia Nucleare E Delle Energie Alternative E N E A Rom/roma
Comitato Nazionale per la Ricerca e per lo Sviluppo dell Energia
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Description

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist einen Isolierfilm 1 auf, dessen Dicke zwischen 10nm und Ium liegt Der Isolierfilm 1 besitzt eine rechteckige Forus, kann jedoch auch enders geformt sein. An seiner oberen Seite ist der Isolierfilm 1 mit einer rippenähnlichen allmählichen Verstärkung 4 versehen, die sich entlang einer der Rechteckseiten erstreckt und nahe an dieser Seite liegt Die Verstärkung 4 kann durch eine Verdickung des Isolierfilms 1 oder auch durch Verbinden einer Auflage aus dem gleichen oder aus verschiedenem Material mit dem Isolierfilm 1 hergestellt werden. Die Aufgabe der Verstärkung 4 wird später erläutertThe device shown in FIGS. 1 and 2 has an insulating film 1, the thickness of which is between The insulating film 1 has a rectangular forus, but can also be enders shaped be. On its upper side, the insulating film 1 is provided with a rib-like gradual reinforcement 4, which extends along one of the sides of the rectangle and is close to this side. The reinforcement 4 can through a thickening of the insulating film 1 or by connecting a layer of the same or different Material can be made with the insulating film 1. The job of reinforcement 4 will be later explained

Die Isolierfilme können durch Bedampfung, durch thermische Oxidation, durch Eloxierung oder durch andere bekannte Verfahren hergestellt werden.The insulating films can be formed by vapor deposition, thermal oxidation, anodizing or others known processes are produced.

Eine sehr dünne erste Elektrode 2 weist eine über die gesamte Oberfläche konstante Dicke auf und ist im Bereich eines Spannungskontakts 6 mit einer Verstärkung 5 versehen. Die Dicke der Elektrode 2 ist derart bemessen, daß durch Schwerionen erzeugte Durchschläge keinen Kurzschluß hervorrufen und daß die Energieverluste durch das Hindurchtreten von geladenen Teilchen durch die Elektrode vernachlässigt werden können.A very thin first electrode 2 has a constant thickness over the entire surface and is in the area a voltage contact 6 is provided with a reinforcement 5. The thickness of the electrode 2 is dimensioned such that that breakdowns produced by heavy ions do not cause a short circuit and that the energy losses can be neglected by the passage of charged particles through the electrode.

Die erste Elektrode 2 liegt vollständig auf dem Isolierfilm 1 auf. Die Verstärkung 5 ist im Bereich der Verstärkung 4 des Isolierfilms vorgesehen.The first electrode 2 lies completely on the insulating film 1. The gain 5 is in the range of the gain 4 of the insulating film is provided.

Der in F i g. 2 dargestellte Kontakt 6 besteht aus einem Stift mit halbrundem Ende, dessen Durchmesser nicht größer als 0,5 mm ist. Dieser Kontakt kann durch Verbindung einer Speiseleitung mit der Elektrode in bekannter Weise hergestellt werden. Die unterhalb des Kontakts 6 vorgesehene Verstärkung 4 des Isolierfilms 1 dient dazu, Durchschläge in diesem Bereich zu vermeiden. The in F i g. 2 shown contact 6 consists of a pin with a semicircular end, the diameter of which is not larger than 0.5 mm. This contact can be made by connecting a feed line to the electrode in be produced in a known manner. The reinforcement 4 of the insulating film provided below the contact 6 1 is used to avoid breakdowns in this area.

Die Vorrichtung enthält ferner eine zweite Elektrode 3 von beliebiger Dicke, die aus einem leitenden oder halbleitenden Material besteht und die zusammen mit der dünnen ersten Elektrode 2 und dem Isolierfilm 1 eine kondensatorähnliche Vorrichtung bildet Über eine einpolig geerdete Spannungsquelle 8 wird über eine Schutzeinrichtung 7 eine regelbare Spannung an die Elektroden 2,3 gelegt.The device also includes a second electrode 3 of any thickness, made of a conductive or semiconducting material and which together with the thin first electrode 2 and the insulating film 1 a capacitor-like device forms a single-pole grounded voltage source 8 is a Protective device 7 applied a controllable voltage to the electrodes 2, 3.

Die Schutzeinrichtung 7 weist einen Widerstand von nicht weniger als 10 Kiloohm auf. Sie enthält einen Stromkreis, durch den die an die Elektroden 2 und 3 bei Beginn jedes Durchschlages angelegte Spannung für ein Zeitintervall abgeschaltet wird, welches größer als die Dauer des Durchschlags istThe protective device 7 has a resistance of not less than 10 kiloohms. It contains one Circuit through which the voltage applied to electrodes 2 and 3 at the start of each breakdown for a Time interval is switched off, which is greater than the duration of the breakdown

Ein Impulszähler bzw. Impulsfrequenzteiler 9 ist mit der Vorrichtung zur Zählung der elektrischen Durchschlagimpulse durch die Vorrichtung verbunden.A pulse counter or pulse frequency divider 9 is provided with the device for counting the electrical breakdown pulses connected by the device.

Bei der beschriebenen Vorrichtung kann die Verstärkung 4 des Isolierfilms 1 weggelassen werden, wenn es in dem Isolierfilm nur wenige schwache Stellen gibt. Falls jedoch eine derartige Verstärkung 4 vorgesehen ist, muß sie mit einer allmählich verlaufenden Steigung ausgeführt werden, damit Unstetigkeiten des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden vermieden werden In the device described, the reinforcement 4 of the insulating film 1 can be omitted if it there are few weak spots in the insulating film. However, if such a reinforcement 4 is provided is, it must be carried out with a gradual slope, so that discontinuities in the electrical Field between the electrodes can be avoided

Die Vorrichtung wird vor ihrer Nutzung zur Zählung von schweren Ionen in einem Strahlenbündel einem Prüfverfahren mit dem Ziel unterworfen, alle schwachen Stellen aus dem Isolierfilm 1 zu beseitigen. Hierzu wird über die Schutzeinrichtung 7 eine allmählich ansteigende Spannung an die Elektroden gelegt, bis die Durchschlagfestigkeit des Isolierfilms 1 erreicht ist. Wenn dann anschließend der Isolierfilm 1 durch die dünne Elektrode 2 mit Schwerionen bestrahlt wird, treten Durchschläge bei Werten des elektrischen Feldes auf, welche unterhalb der Durchschlagfestigkeit des Isolierfilms 1 liegen. Dadurch wird durch jedes Schwerion ein Spannungsimpuls erzeugt, der durch den Impulszähler bzw. Impulsfrequenzteiler 9 registriert wird. Durchschläge erfolgen nur durch diejenigen Schwerionen, deren spezifische Energieverluste im Isolierfilm 1 größer sind als ein gegebener Schwellenwert Dieser Schwellenwert nimmt ab, wenn das angelegte elektrische Feld ansteigtBefore it is used, the device is used to count heavy ions in a beam Subjected to test procedures with the aim of eliminating all weak points from the insulating film 1. For this a gradually increasing voltage is applied to the electrodes via the protective device 7 until the Dielectric strength of the insulating film 1 is reached. Then when the insulating film 1 through the If the thin electrode 2 is irradiated with heavy ions, breakdowns occur at values of the electric field which are below the dielectric strength of the insulating film 1. This is through every heavy ion a voltage pulse is generated which is registered by the pulse counter or pulse frequency divider 9. Carbon copies occur only through those heavy ions whose specific energy losses in the insulating film 1 are greater are as a given threshold This threshold decreases when the applied electric field increases

Die Flächendichte der Durchschläge in den verschiedenen Bereichen der Vorrichtung kann durch visuelle Inspektion bestimmt werden.The areal density of the punches in the various Areas of the device can be determined by visual inspection.

Ergebnisse von Versuchen, die nach dem erfindungsgeaiäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommen worden sind, sind in der F i g. 3 dargestellt Die F i g. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Durchschläge je cm2 einer kondensatorähnlichen Vorrichtung, die über die Zahl der Spaltbruchstücke je cm2 aufgetragen ist, welche die Vorrichtung bei einer angelegten Spannung von 29,5VoIt durchquerten. Da die Vorrichtungsoberfläche mit dem Ansteigen der Zahl der Durchschläge abnimmt, wurde die ermittelte Zahl unter Berücksichtigung des Verlustes an freiliegender Oberfläche korrigiert. Die Meßwerte sind in Fig.3 durch einen Kreis und die Korrekturwerte durch ein Kreuz angedeutet Aus F i g. 3 ist gut zu entnehmen, daß leicht ein linearer Verlauf der dargestellten Beziehung erreicht werden kann.Results of experiments which have been carried out according to the method according to the invention and with the device according to the invention are shown in FIG. 3 shown The F i g. 3 shows a graphic representation of the breakdowns per cm 2 of a capacitor-like device, which is plotted against the number of gap fragments per cm 2 which passed through the device at an applied voltage of 29.5 Volts. Since the device surface area decreases with the increase in the number of breakdowns, the determined number was corrected to take account of the loss of the exposed surface. The measured values are indicated in FIG. 3 by a circle and the correction values by a cross. From FIG. 3 it can be clearly seen that a linear course of the relationship shown can easily be achieved.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (9)

i 2 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zählung von Patentansprüche: schweren Ionen in einem Strahlenbündel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrich-i 2 The invention relates to a method for counting patent claims: heavy ions in a beam according to the preamble of patent claim 1 and a device 1. Verfahren zur Zählung von schweren Ionen in tung zur Durchführung eines solchen Verfahrens,
einem Strahlenbündel, bei dem eine Vorrichtung 5 Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bereits verwendet wird, die aus einer ersten und einer zwei- in der DE-AS 20 01 139 offenbart. Aus der Druckschrift ten Elektrode (2,3) und einem zwischen den Elektro- »Nuclear Instruments and Methods«, Band 100, 1972, den angeordneten Isolierfilm (1) besteht, bei dem die Seite 247—252 ist ein automatisches System zum Zäh-Elektroden (2,3) mit einer Spannungsquelle (8) ver- len von geätzten Löchern in dünnen dielektrischen Fobunden werden, deren Spannung unterhalb der io lien bekannt Zur Auswertung bestrahlter und geätzter Durchschlagfestigkeit des Isolierfilms (1) eingestellt Folien sind weiterhin aus der Druckschrift »Radiation wird, bei dem die Elektroden (2,3) mit einem Impuls- Effects«, Band 5, 1970, Seite 85—89 verschiedene Verzähler (9) zum Zählen von Durchschlägen zwischen fahren bekannt Die genannten Druckschriften befassen den Elektroden (2, 3) verbunden werden und bei sich mit dem Problem des Zählens von Durchschlägen, dem eine Schutzeinrichtung (7) zur Verringerung 15 die in einer dünnen Folie durch geladene Teilchen bzw. der den Elektroden (2,3) während der Durchschläge Neutronen erzeugt worden sind, wobei es erforderlich zugeführten Spannung vorgesehen ist, wobei die er- ist, vor dem Zählen ein chemisches Entwicklungsverfahste Elektrode (2) ausreichend dünn ausgebildet ist, ren für die Durchschläge durchzuführen. Der bestrahlte um einen Kurzschluß zwischen den Elektroden (2,3) Film aus Isoliermaterial wird erst nach dem chemischen bei einem Durchschlag durch den Isolierfilm (1) zu 20 Ätzen als Isolierschicht zwischen einer dünnen Elektroverhindern, dadurch gekennzeichnet, daß de und einer dicken Elektrode zur Bildung einer kondensatorähnlichen Vorrichtung eingesetzt Wenn an1. Method of counting heavy ions in order to carry out such a method,
a bundle of rays in which a device 5 is already used. From the publication th electrode (2,3) and an insulating film (1) arranged between the electrical "Nuclear Instruments and Methods", Volume 100, 1972, in which the page 247-252 is an automatic system for counting Electrodes (2, 3) with a voltage source (8) are etched holes in thin dielectric foils, the voltage of which is known below the io lines. Foils adjusted to the evaluation of irradiated and etched dielectric strength of the insulating film (1) are also from the publication » Radiation is known in which the electrodes (2,3) with a pulse effects «, Volume 5, 1970, pages 85-89 different counters (9) for counting breakdowns between drives. The mentioned publications deal with the electrodes (2, 3 ) are connected and with the problem of counting the breakthroughs, which a protective device (7) to reduce 15 the in a thin film by charged particles or the electrodes (2,3) during the breakthrough For example, neutrons have been generated, the voltage being supplied as required, which is, before the counting, a chemical development process electrode (2) is made sufficiently thin to carry out the breakdowns. The irradiated around a short circuit between the electrodes (2, 3) film of insulating material is only after the chemical at a breakdown through the insulating film (1) to 20 etching as an insulating layer between a thin electro-prevention, characterized in that de and a thick electrode for Formation of a capacitor-like device used when on a) die Vorrichtung dem Strahlenbündel mit der auf diese Vorrichtung eine elektrische Spannung angelegt das Strahlenbündel weisenden ersten Elektrode wird, findet durch jedes der mit Gas, üblicherweise Luft, (2) ausgesetzt wird und 25 gefüllten Löcher eine Spannungsentladung statt, die ge-a) the device to the beam with which an electrical voltage is applied to this device the first electrode pointing the beam is found through each of the gas, usually air, (2) is exposed and 25 filled holes a voltage discharge takes place, which b) dabei als Durchschläge durch die schweren Io- zählt wird.b) is counted as punctures through the heavy Io-. nen verursachte Durchschläge gezählt werden. Als nachteilig ist dabei anzusehen, daß aufgrund dercaused breakdowns are counted. A disadvantage is that due to the vorbekannten Verfahren eine aktuelle Aussage über diepreviously known method a current statement about the 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- in einem Strahlenbündel enthaltenen schweren Ionen zeichnet, daß vor den Verfahrensschritten a) und b) 30 nicht zum Zeitpunkt der Messung, sondern nur zeitverals vorbereitender Verfahrensschritt an die Elektro- setzt möglich ist Überdies liegt die Dicke des bei den den (2, 3) eine allmählich bis zu einem Wert in der vorbekannten Verfahren verwendeten Isolierfilms in Größe der Durchschlagfestigkeit des Isolierfilms (1) der Größenordnung von etwa 10 μπι.2. The method according to claim 1, characterized in that heavy ions contained in a beam shows that prior to process steps a) and b) 30 not at the time of the measurement, but only temporally A preparatory process step to the electrical set is possible. In addition, the thickness of the is possible den (2, 3) an insulating film used gradually up to a value in the prior art method Size of the dielectric strength of the insulating film (1) of the order of about 10 μπι. ansteigende Spannung angelegt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver-increasing voltage is applied. The invention is based on the object of providing a 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens 35 fahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, tung zur Durchführung eines entsprechenden Verfahdaß die Dicke des Isolierfilms (1) zwischen 10 nm rens verfügbar zu machen, das bzw. die zur unmittelba- und 1 μπι liegt. ren Zählung schwerer Ionen in einem Strahlenbündel3. Device for performing the method 35 drive of the type mentioned and a Vorrichnach Claim 1 or 2, characterized in that there is a device for carrying out a corresponding method to make the thickness of the insulating film (1) between 10 nm rens available, the or the immediate- and 1 μπι is. ren counting of heavy ions in a beam 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- geeignet ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that it is suitable. zeichnet, daß der Isolierfilm (1) eine allmähliche Ver- 40 Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrenssei-shows that the insulating film (1) has a gradual process. stärkung (4) im Bereich eines Spannungskontaktes tig durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnetenReinforcement (4) in the area of a voltage contact tig by that characterized in claim 1 (6) an der ersten Elektrode (2) aufweist Merkmale und vorrichtungsseitig durch die im Patent-(6) on the first electrode (2) has features and on the device side by the patent 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- anspruch 3 genannten Merkmale gelöst5. Apparatus according to claim 4, characterized in that claim 3 mentioned features are solved zeichnet, daß die Verstärkung (4) aus einer Auflage Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaftdistinguishes that the reinforcement (4) consists of a support. Preferred features, which make the invention advantageous aus einem Material besteht, das sich von dem des 45 weiterbilden, sind in den jeweils nachgeordneten Pa-consists of a material that develops from that of the 45, are in the respective subordinate pa- Isolierfilms (1) unterscheidet tentansprüchen enthalten.Insulating film (1) differentiates tent claims contain. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Verfahdadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (2) rens und der Vorrichtung kann eine Realzeit-Zählung im Bereich des Spannungskontaktes (6) verstärkt ist. der Durchschläge schwerer Ionen in einem Strahlen-6. Device according to one of claims 3 to 5, by the inventive design of the method thereby characterized in that the first electrode (2) rens and the device can do a real-time count is reinforced in the area of the voltage contact (6). the breakdown of heavy ions in a beam 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- 50 bündel vorgenommen werden, indem bereits zum Zeitzeichnet, daß die Verstärkung (5) der ersten Elektro- punkt des Auftreffens der schweren Ionen deren Zahl de (2) aus einem anderen Material als das der ersten unmittelbar ermittelt wird. Hierdurch kann vorteilhaft Elektrode besteht. nicht nur eine automatische Zählung der schweren Io-7. The device according to claim 6, characterized in that 50 bundles are made by drawing at the time, that the amplification (5) of the first electro- point of the impact of the heavy ions their number de (2) is determined directly from a different material than that of the first. This can be advantageous Electrode. not only an automatic count of the heavy Io- 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, nen vorgenommen werden, sondern es wird in günstiger dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung 55 Weise auch die Möglichkeit eröffnet, die Zählergebnisse8. Device according to one of claims 3 to 7, NEN are made, but it is cheaper characterized in that the protective device 55 way also opens up the possibility of the counting results (7) aus einem Widerstand von nicht weniger als zur unmittelbaren Steuerung des physikalischen Prozes-10 kOhm besteht. ses zu verwenden, durch den die Strahlung erzeugt wird.(7) from a resistance no less than for direct control of the physical process kOhm exists. ses through which the radiation is generated. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt9. Device according to one of claims 3 to 7, the invention is hereinafter referred to characterized in that the protective device explained in more detail on the drawings It shows (7) einen Stromkreis enthält, durch den die an die 60 F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel(7) contains a circuit by which the 60 F i g. 1 shows a plan view of an exemplary embodiment F.lpWrnHpn (?. %\ hpi Rpoinn ipHpc Onmhcnhlacypc pinpr Vr*rrir»htiincr Hip hpi Aar 7ählnna urin cphurArAnF.lpWrnHpn (?.% \ Hpi Rpoinn ipHpc Onmhcnhlacypc pinpr Vr * rrir »htiincr Hip hpi Aar 7ählnna urin cphurArAn angelegte Spannung für ein Zeitintervall abgeschal- Ionen in einem Strahlenbündel verwendet wird;applied voltage is used for a time interval shutdown ions in a beam; tet wird, welches größer als die Dauer des Durch- F i g. 2 einen Schnitt längs der Schnittlinie H-II inis tet, which is greater than the duration of the passage F i g. 2 shows a section along the section line H-II in Schlags ist. F i g. 1 mit zugehöriger elektrischer Schaltung; undBlow is. F i g. 1 with associated electrical circuit; and 65 F i g. 3 eine graphische Darstellung der Durchschlag-65 F i g. 3 a graphical representation of the breakdown stellen je cm2 in Abhängigkeit von der Zahl der Spaltbruchstücke, die den Isolierfilm bei einer Spannung von 29,5 Volt durchdrungen haben.per cm 2 depending on the number of split fragments that have penetrated the insulating film at a voltage of 29.5 volts.
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