DE3336780A1

DE3336780A1 - Mikrokanalplatten-detektor mit hoher ortsaufloesung

Info

Publication number: DE3336780A1
Application number: DE19833336780
Authority: DE
Inventors: Renè Dipl.-Phys. Dr. 5170 Jülich Franchy; Harald Dipl.-Phys. Prof. 5100 Aachen Ibach
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1983-10-10
Filing date: 1983-10-10
Publication date: 1985-05-02
Also published as: DE3336780C2

Description

Mikrokanalplatten-Detektor mit hoher Ortsauflösung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrokanalplatten-Detektor mit hoher Ortsauflösung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mikrokanalplatten-Detektoren werden in der Elektronenspektroskopie, Massenspektroskopie, Kernphysik, Ionenstreuspektroskopie usw.
zur Bestimmung des Ortes, an dem Teilchen oder Photonen auf eine Mikrokanalplatte auftreffen, benutzt. Die Verwendung von ortsauflösenden Mikrokanalplatten-Detektoren erhöht die Meßempfindlichkeit in den genannten Spektroskopien um einige Größenordnungen (D.P. de Bruijn u.a., Rev. Sci. Instrum. 53, Heft 7, (1982) S. 1020).
Das Ortsauflösungsvermögen solcher Mikrokanalplatten-Detektoren hängt empfindlich von der Präzision der Montage und dem Abstand der einzelnen Bauteile untereinander ab. Mit üblichen Detektoren wird dabei eine Auflösung von nicht mehr als 200 p erreicht, die in manchen Fällen, wie z.B. in der Elektronen-Energie-Verlust-Spektroskopie, unbefriedigend ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mikrokanalplatten-Detektor anzugeben, der eine möglichst hohe Ortsauflösung aufweist.
Der zu diesem Zweck entwickelte Detektor der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch eine Widerstands-Anodenbefestigung und -kontaktierung, die aus der Ebene zurückversetzt ist, in der die den Mikrokanalplatten mit einem Abstand von Z 150 pm gegenüberstehende Oberfläche der Widerstandsplatte liegt.
Mit einer solchen Anordnung und vorzugsweise mit den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen läßt sich eine Verbesserung der Ortsauflösung um besser als 100 p erreichen.
Nachfolgend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand von unterschiedlichen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen schematisch: Figur 1 die gehalterte Widerstandsanode; Figur 2 deren Profil und Zusammensetzung; Figur 3 die mit Isolator und Anschluß versehenen Mikrokanalplatten; Figur 4 Vorderseite (a), Rückseite (b) und Querschnitt es Isolators gemäß Figur 3; Figur 5 Aufsicht und Querschnitt-eines zusätzlich abgeschirmten Isolators; und Figur 6 die Anordnungen der wesentlichen Elemente eines Mikrokanalplatten-Detektors.
Die Wirkung des erfindungsgemäßen Detektors läßt sich am einfachsten anhand von Figur 6 erläutern: der auf die Mikrokanalplatten 1 auftreffende Elektronenstrahl der Breite b löst dort Sekundärelektronen aus, die vervielfacht mit der Breite b + 21 auf die Widerstandsanode 2 auftreffen, wobei l die Difussionslänge bedeutet.
Die Lokalisierung der Elektronen erfolgt nun durch Messung der elektrischen Ladungen an den beiden Enden der Widerstandsplatte oder durch Messung der Anstiegszeit der Elektronenimpulse an den Enden der Widerstandsplatte (J. L. Wiza, Nucl Instr. and Meth. 162 (1979) S. 587). Die Höhe der Ortsauflösung wird dabei nun grundsätzlich durch die Verbreiterung des Elektronenstrahls von b auf (b + 21) zwischen den beiden Mikrokanalplatten und zwischen der Mikrokanalplatte und der Widerstandsanode bestimmt.
Theoretische Abschätzungen zeigen, daß durch die Verkleinerung der Abstände zwischen den Mikrokanalplatten sowie zwischen der Mikrokanalplatte und der Widerstands-Anode bei simultaner Nachbeschleunigung der Elektronen in diesen Bereichen eine Verbesserung der Ortsauflösung erreicht werden kann (J.L. Wiza, P.R. Henkel, and R.L. Roy, Rev. Sci. Instrum.
48, (1977), 1217). Trotz der bekannten Zielsetzung waren die Ergebnisse jedoch bislang unbefriedigend.
Eine wesentliche Verbesserung läßt sich nun durch die in Figur 1 und 2 gezeigte 'Profilwiderstandsanode erreichen, die eine Annäherung der Oberfläche der Widerstandsplatte an den Mikrokanalplattenausgang auf - 150 pm erlaubt.
Zweckmäßigerweise wird gleichzeitig ein beidseitig leitend beschichteter Isolator zwischen den Mikrokanalplatten vorgesehen, wie aus Figur 3 hervorgeht. Mit einem solchen beidseitig leitend beschichteten Isolator, der z.B. aus Glimmer besteht, kann der Abstand zwischen den Mikrokanalplatten auf etwa 50 pm begrenzt werden.
Gemäß Figur 1 umfaßt die Profilwiderstandsanode eine Profilwiderstandsplatte 3 mit aus der der Mikrokanalplatte 1 zugewandten Ebene zurückversetzten Montage enden 3' zur Befestigung und Kontaktierung der Platte 3 in einer Halterung 4 mit Hilfe von Stiften 5, die den Abgriff der Meßsignale ermöglichen. Die Widerstandsplatte ist in die Halterung eingelassen, und die Oberfläche des äußeren Begrenzungsringes 4' fluchtet im wesentlichen mit der Oberfläche der Widerstandsplatte 3. Ein Isolator 6 ist zwischen der Halterung 4 der Widerstandsplatte und der Halterung 7 der Mikrokanalplatte vorgesehen. Nach Zusammenbau der Teile ergibt sich ein Abstand d1 zwischen der Oberfläche der Widerstandsplatte und dem Ausgang der Mikrokanalplatte 1. Dieser Abstand setzt sich zusammen aus der Dicke des Isolators 6, der durch einen Glimmerring von 50 ijm Dicke gebildet werden kann und des Teils der Mikrokanalplattenhalterung 7, auf dem die Mikrokanalplatte 1 liegt. Der Isolator wird benötigt, um eine Nachbeschleunigung der Elektronen zwischen Mikrokanalplatte und Widerstandsanode durch Anlegen einer Spannungsdifferenz zu gewährleisten.
Die Spannungsdifferenz zwischen den einzelnen Elementen eines Mikrokanalplatten-Detektors sind in Figur 6 angedeutet.
Sowohl die Widerstandsplatte 3 als auch ihre Halterung 4 können aus einem einzigen Keramikstück gefertigt sein. Die Kontaktierungsflächen 3' für den Meßwiderstand 3" können dabei durch Fräsen herausgearbeitet werden, um ein Versenken der Kontaktierschrauben 5 zu ermöglichen.
Zur Erzielung von hohen Ortsauflösungen wird bis lang bekanntermaßen zwischen den Mikrokanalplatten eine Kombination von metallischem Leiter, Isolator und metallischem Leiter verwendet.
Auf diese Weise können der Ausgang der ersten Mikrokanalplatte und der Eingang der zweiten Mikrokanalplatte elektrisch voneinander getrennt und die Elektronen in diesem Bereich nachbeschleunigt werden, was zur Verminderung der Diffusionsbreite beiträgt. Der Abstand zwischen den beiden Mikrokanalplatten ist gleich der Summe aus der Dicke der beiden metallischen Leiter und der Dicke des Isolators und üblicherweise größer als 150 pm. Wird nun diese dreiteilige Anordnung durch einen beidseitig leitend beschichteten Isolator, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, ersetzt, so ist der Abstand zwischen den Mikrokanalplatten praktisch gleich der Dicke des verwendeten Isolators (z.B. GLimalfr), so daß ein Abstand von 50 m erreicht wird.
Figur 3 zeigt den zwischen den Mikrokanalplatten 1 angeordneten beidseitig leitend beschichteten Isolator 8, der seitlich über die Kanalplatten-Halterungen 7 hinausragt.
In Figur 4 ist durch Schraffur die leitende Beschichtung 9 der Vorderseite und 10 der Rückseite angedeutet. Ferner sieht man die bis über die Halterungen 7 hinausragenden Verlängerungen 11 und 12, die nur einseitig beschichtet sind und eine Kontaktierungsmöglichkeit umfassen.
Die gezeigte Anordnung hat den großen Vorteil, daß die sonst äußerst schwierige Ausrichtung von fünf Teilen (zwei Mikrokanalplatten, zwei metallische Leiter und ein Isolator) durch die Ausrichtung von nur drei Teilen ersetzt und erleichtert wird. Der beidseitig leitend beschichtete Isolator ermöglicht das Anlegen einer Spannungsdifferenz zwischen den beiden Mikrokanalplatten, so daß die Elektronen in diesem Bereich nachbeschleunigt werden können und eine Verringerung der Diffusionsbreite erreicht werden kann.
Zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen den Halterungen der Mikrokanalplatten und dem beidseitig leitend beschichteten Isolator kann dieser sandwichartig zwischen zwei Isolatorscheiben 13 (z.B. Glimmer) vorgesehen sein, wie in Figur 5 gezeigt ist. Der Innendurchmesser s der Isolatorscheiben entspricht dem Durchmesser der Mikrokanalplatten 1, die nach der Montage somit an dem beidseits leitend beschichteten Isolator 8 anliegen.
Versuche haben gezeigt, daß durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Ortsauflösung eines Mikrokanalplatten-Detektors erheblich erhöht wird.

Claims

Patentansprüche 1. Mikrokanalplatten-Detektor mit hoher Ortsauflösung mit einer zu den Mikrokanalplatten eng benachbarten Widerstands-Anode, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine Widerstands-Anödenbefestigung und -kontaktierung, die aus der Ebene zurückversetzt ist, in der die den Mikrokanalplatten (1) mit einem Abstand (d1) von C 150 Hm gegenüberstehende Oberfläche der Widerstandsplatte (3) liegt.
2. Mikrokanalplatten-Detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Mikrokanalplatten (1), die durch einen Isolator (8) mit zwei nach unterschiedlichen Richtungen nach außen führenden Verlängerungen (11, 12) auf Abstand gehalten werden, dessen Kontaktfläche mit der einen bzw. anderen Mikrokanalplatte (1) eine leitende Schicht (9, 10) aufweist, die sich über die eine bzw.

andere Verlängerung (11 bzw. 12) erstreckt.
3. Mikrokanalplatten-Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (8) durch eine Glimmerscheibe mit einer Dicke von 450 pm gebildet wird.
4. Mikrokanalplatten-Detektor nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß sich der beidseitig leitend beschichtete Isolator (8) zwischen zwei Isolatorscheiben (13) befindet, die einen Kurzschluß zu der Mikrokanalplattenhalterung (7) verhindern.