DE3446229A1 - Verfahren zum herstellen eines ionisationsdetektors - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines ionisationsdetektorsInfo
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Description
9481.5-13DV-O852O
General Electric Company
Verfahren zum Herstellen eines Ionisationsdetektors
Die Erfindung bezieht sich auf Ionisationsdetektoren und betrifft insbesondere Detektoren, die bei der Röntgentomographie
benutzt werden.
Die Röntgentomographie beinhaltet das mehrfache Röntgenfotographieren
eines Objekts von den Seiten aus, um durch einen Computer eine Ansicht von oben her zu gewinnen. Wenn
es jedoch erwünscht ist, die Auflösung der Tomographie zu vergrößern, d.h. kleinere Teile des Objekts sichtbar zu
machen, treten zahlreiche Probleme auf.
Ein Problem ergibt sich beispielsweise aufgrund des Detektortyps, der bei der Röntgentomographie benutzt wird. Ein
Röntgenfilm wird nicht benutzt, weil die Kosten zu hoch wären (wegen der Vielzahl von Fotographien, die benötigt
werden) und weil es außerdem schwierig ist, Daten von einem
solchen Detektor (d.h. dem Film) in einen Computer zu
übertragen. Stattdessen sind die Detektoren, die tatsächlich benutzt werden, im allgemeinen kleine, diskrete Sensoren,
die auf Röntgenstrahlung ansprechen. Zum Erzielen einer größeren Auflösung müssen kleinere Sensoren benutzt
werden, die dichter gepackt sind. Es ist klar, daß sich bei der Herstellung von sehr kleinen Sensoren, die in sehr
engem Abstand voneinander angeordnet sind, Probleme ergeben.
Neben den Fertigungsproblemen, die bei der Herstellung von hochauflösenden Tomographiesensoren auftreten, arbeiten
viele bekannte Tomographievorrichtungen nur in kontrollierten Umgebungen. Die Anmelderin hat Verbesserungen gefunden,
welche die Notwendigkeit eliminieren, eine kontrollierte Umgebung aufrechtzuerhalten und welche gestatten, solche Tomographievorrichtungen
in einer schwierigen Umgebung, wie beispielsweise an einem Herstellungsort, zu implementieren
und die Tomographievorrichtungen auf kontinuierlicher, ununterbrochener Basis zu benutzen. Diese Verbesserungen sind
für die tomographische Untersuchung von Gasturbinentriebwerksteilen einschließlich Turbinenlaufschaufeln besonders
relevant.
Darüber hinaus werden bei einer Form eines bekannten Ionisationsdetektors
Schutzwände 3A benutzt, die zwischen benachbarten Detektoren 6A angeordnet sind, wie es in Fig. 1
gezeigt ist. Die Schutzwände dienen dazu, ein ionisiertes Teilchen 9A daran zu hindern, einem Weg 12A zu folgen und
so auf einen anderen als den direkt unter ihm befindlichen Detektor zu fallen, nämlich den Detektor 6B.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen und verbesserten Röntgendetektor für die Tomographie zu schaffen.
Weiter soll durch die Erfindung ein neuer und verbesserter Röntgendetektor geschaffen werden, der fortgesetzt und ununterbrochen
benutzt werden kann.
Schließlich soll durch die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Ionisationsdetektors geschaffen werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Kammer
durch ein Gehäuse begrenzt. Ein Substrat dringt in die Kammer von außerhalb des Gehäuses her ein und trägt mehrere
langgestreckte Detektorelemente zum Auffangen von elektrischen Ladungen, die durch Ionisationsereignisse erzeugt
werden, welche oberhalb der Elemente auftreten. Die Erfindung schafft mechanische Verbesserungen des Gehäuses zum
besseren Einschließen des Ionisierungsmediums, welches vorzugsweise Xenongas ist, sowie ein Verfahren zum Beseitigen
der Ursachen unerwünschter Ladungen, die durch die Detektoren geliefert werden.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 einen bekannten Detektor,
Fig. 2 einen bekannten Ionisationsdetektor,
Fig. 3 das Verbiegen, das bei bekannten Gehäusen auftritt,
Fig. 4 . eine Querschnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5 in auseinandergezogener Darstellung eine Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 schematisch I-Träger und Seile, die die Konstruktionsmerkmale
der Erfindung veranschaulichen, welche zum Reduzieren des Verbiegens
und Klaffens benutzt werden,
Fig. 7 das Klaffen, das bei bekannten Gehäusen auftritt,
die Fig. 8 eine Belastungszelle zum Aufweiten eines und 9 Schlitzes gemäß der Erfindung,
Fig. 10 eine weggebrochene Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 11 eine Goldinsel zwischen zwei Detektorelementen,
Fig. 12 eine Seitenansicht einer Goldinsel,
Fig. 13 Goldgebiete, die durch scheuerndes Schrubben
beseitigt werden,
die Fig. 14 einige Aspekte von Plasmen, bis 19
die Fig. 20 elektrische Feldlinien, die an den De- und 21 tektorelementen endigen,
Fig. 22 einen Weg, den ein geladenes Teilchen nimmt,
Fig. 23 die Vergleichsbereiche einer Goldinsel und des freiliegenden Substrats,
Fig. 24 die Matrix von Detektorelementen, die den Schlitz in der Endplatte durchdringen,
Fig. 25 eine radiale Matrix von Detektorelementen,
Fig. 26 eine Schaltung, die benutzt wird, um die auf die Detektorelemente aufgebrachte Ladung zu
lesen, und
Fig. 27 ein Standardmodell einer Stromquelle.
Ein vorhandener Röntgendetektor ist in der US-PS 4 394 578 beschrieben, welche eine mit hohem Druck und hoher Auflösung
arbeitende Xenon-Röntgendetektormatrix zum Gegenstand hat und auf welche bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen
wird. Die hier gezeigte Fig. 2 gleicht der Fig. 2 aus der US-Patentschrift, und die folgende Passage, die diese
Figur beschreibt, ist der US-Patentschrift, S. 4 und 5,entnommen .
"Ein Röntgendetektor, der erfindungsgemäß aufgebaut ist,
ist in Fig. 2 gezeigt. Der Detektor 10 hat ein insgesamt zylindrisches Gehäuse 12 aus einem Metall oder einer
Metallegierung, an dem eine Endplatte 14 aus Metall oder einer Metallegierung befestigt ist, beispielsweise mittels
Schrauben 16. Die Endplatte 14 ist an dem Gehäuse 12 durch eine O-Ringdichtung 18 abgedichtet, die aus einem
zusammendrückbaren Material, wie beispielsweise Kautschuk, besteht. Das Gehäuse 12 enthält eine insgesamt zylindrische
Kammer 20, die an einem Ende durch ein Fenster 22 verschlossen ist, welches aus einer dünnen Platte aus
einem Material besteht, das von Röntgenstrahlen leicht durchdrungen wird, wie beispielsweise Aluminium. Das
entgegengesetzte Ende der Kammer 20 ist durch die Endplatte 14 verschlossen. Durch die Endplatte 14 erstrecken
sich Kollektorplatten 24, 26, die durch keilförmige Epoxidharzdichtungen 28 bzw. 30 abgedichtet sind. Außerdem
sind in der Kammer Spannungsplatten 32, 34 angeordnet, die über elektrische Leiter 36 bzw. 38 mit elektrischen
Kontakten 40 bzw. 42 verbunden sind, welche sich durch die Endplatte 14 erstrecken und an dieser durch
Dichtungen 44 bzw. 46 abgedichtet sind. Es sei angemerkt, daß für einen Detektor eine einzige Kollektorplatte und
eine einzige Spannungsplatte oder jede praktische Anzahl derselben benutzt werden kann."
Die Anmelderin hat herausgefunden, daß, wenn die Kammer 20 mit Xenongas unter einen Druck von bis zu etwa 76 bar
(1100 psi) gesetzt wird, die Endplatte 14 sich verbiegt, und
zwar so, wie es in Fig. 3 übertrieben stark dargestellt ist. Das Verbiegen gleicht dem einer kreisförmigen Membran mit
einem Schlitz, wenn diese auf einer Seite mit Druck beaufschlagt wird. Durch das Verbiegen der Endplatte 14 werden
Zugkräfte auf die Epoxidharzdichtungen 28 und 30 nach Fig. in dem Gebiet 102 in Fig. 3 (die Dichtungen sind in Fig. 3
nicht dargestellt) und Druckkräfte auf die Dichtungen in dem Gebiet 104 ausgeübt. Diese Kräfte können die Lebensdauer der
Dichtungen verkürzen.
Die Anmelderin reduziert das Verbiegen durch Herstellen einer insgesamt rechteckigen (d.h. nichtzylindrischen)
Kammer 120 innerhalb eines Gehäuses 112, das im Querschnitt in Fig. 4 und in auseinandergezogener Darstellung in Fig. 5
gezeigt ist. Die Kammer ist in den Richtungen der Pfeile 106A und 106B langgestreckt. Ebenso ist auch die Endplatte
114 langgestreckt, wodurch deren Ähnlichkeit mit einer kreisförmigen Membran verringert und die Tendenz der Endplatte
114, sich wie eine kreisförmige Membran zu verhalten, reduziert wird.
Oberhalb und unterhalb der Kammer 120 sind innerhalb der gestrichelten Linien 126 Materialgebiete enthalten, die als
Verstärkungsstege dienen, und zwar jeweils ähnlich dem Steg eines Trägers. Die Stegfunktion ist deutlicher in Fig. 6
gezeigt, wo das Material innerhalb der gestrichelten Linien symbolisch als I-Träger 126A dargestellt ist. Der Druck, der
auf die Endplatte 114 durch das Xenongas ausgeübt wird, ist
bestrebt, die I-Träger 126A zu verbiegen (d.h. zu krümmen), wie es durch den gestrichelten Träger 126B dargestellt ist.
Die Stege 126C widersetzen sich jedoch diesem Verbiegen. Somit widersetzt sich das Material in den Gebieten 126 in
Fig. 4 dem Verbiegen ebenso wie die I-Träger 126A in Fig. 6.
Der rechteckige Aufbau der Endplatte, der mit dem Verstärkungsmaterial
in den Gebieten 126 zusammenwirkt, reduziert zwar das Verbiegen, gibt der Vorrichtung aber die Tendenz
zu "klaffen". Das ist in stark übertriebener Form in Fig. 7 gezeigt. Das Klaffen führt zu einer Vergrößerung der Abmessung
127. Das Klaffen ist zum Teil ein Ergebnis des Fehlens von Material hoher Zugfestigkeit innerhalb eines
Schlitzes 128. Durch das Klaffen wird das Dichtmittel innerhalb des Schlitzes (weiter unten ausführlicher beschrieben)
Zugkräften ausgesetzt.
Die Anmelderin reduziert das Klaffen durch Bereitstellen eines Verstärkungsmaterials in Gebieten 130 in Fig. 5. Dieses
Material ist Zugkräften ausgesetzt, wenn die Kammer unter Druck gesetzt ist. Die Wirkung des Materials in dem
Gebiet 130 ist schematisch in Fig. 6 gezeigt, in welcher Seile 130A gezeigt sind, die die I-Träger 126A zusammenhalten.
Das heißt, die weiter oben beschriebenen I-Träger 126A
verhindern das Verbiegen, und die Seile 130A verhindern das Klaffen. Diese symbolischen Seile und I-Träger haben die
Form von massivem Material in den Gebieten 126 und 130 nach Fig. 5, um den Aufbau zu vereinfachen.
Zum weiteren Reduzieren der Zugkräfte, die auf die Dichtung in dem Schlitz 128 einwirken, sieht die Anmelderin vor, die
Endplatte 114 vorzubelasten, indem sie in eine Belastungszelle 132 gemäß Fig. 8 eingebracht wird. Löcher 134 werden
in die obere Seite 136 und in die untere Seite 138 der Endplatte 114 gebohrt, und diese Löcher werden mit Innengewinde
versehen. Zehn Schrauben 136 werden in die Löcher 134 eingeschraubt und an den Trägern 140 bzw. 142 festgezogen.
Diese Schrauben haben einen Durchmesser von 4,8 mm (0.190 inches) und eine Gewindesteigung von 0,79 mm (0.031 inches).
Das Anziehen der Schrauben 136 jeweils mit einem Drehmoment
bis zu 16,3 Nm (12 foot pounds) führt zum Aufweiten des Schlitzes 128, wie es in übertriebener Form in Fig. 9 ge-
zeigt ist. Wenn der Schlitz auf diese Weise aufgeweitet ist, werden die Spannungs- und Kollektorplatten 144 und
145 in Fig. 4 (weiter unten ausführlicher beschrieben) analog den Platten 24 und 32 in Fig. 2 durch den Schlitz
128 eingeführt, und ein Epoxidharzkitt wird in den Zwischenraum eingebracht, der die Kollektorplatten 145 umgibt, um
die oben erwähnte Abdichtung 146 herzustellen. Nachdem der Kitt ausgehärtet ist, wird der Druck der Schrauben 136 beseitigt,
wodurch die Epoxidharzdichtung 146 zusammengedrückt und vorbelastet wird. Die anschließende Druckbeaufschlagung
der Kammer 120 dient zum Entlasten der Epoxidharzdichtung und bringt diese in einen unbelastet Zustand zurück.
Dieses Vorbelasten des Epoxidharzes nutzt die Tatsache aus, daß das Epoxidharz stärker auf Druck als auf Zug belastbar
ist. Wenn die Kammer 120 in Fig. 4 unter Druck gesetzt wird, wird die Druckbeanspruchung des Epoxidharzes reduziert
(durch Klaffen), und das unter Druck stehende Xenon beansprucht es auf Scherung. Das steht im Gegensatz zu der Situation
in Fig. 2, wo das Epoxidharz nicht vorbelastet ist, wobei in diesem Fall das Klaffen der Vorrichtung das Epoxidharz
auf Zug beansprucht, wogegen das unter Druck stehende Xenon das Epoxidharz auf Scherung beansprucht. Diese letztgenannte
Kombination aus Zug- und Scherbelastungen des Epoxidharzes nutzt nicht die Eigenfestigkeit des Epoxidharzes
vorteilhaft aus, im Gegensatz zu dem Fall gemäß Fig. 4, wo das Epoxidharz vorbelastet ist.
In Fig. 5 wird eine Kammer 120 sowohl durch das insgesamt rechteckige Gehäuse 112 als auch durch die rechteckige Endplatte
114 begrenzt. Eine Dichtung 118 aus rostfreiem Stahl,
die im Querschnitt kreisförmig ist, wird durch eine Platte 118A gehalten, die ein Loch 119 hat, welches die gleiche
Form wie die Dichtung 118 hat. Ein Stift 119A faßt in ein
Loch 117 in der Platte 118A ein, um das Loch 119 auf die
Hohlräume 120A und 120B auszurichten. Die Platte 118A paßt
zwischen zwei Lippen 160, die an der Endplatte 114 vorgesehen
und in Fig. 4 im Querschnitt gezeigt sind. Die Lippen 160 richten außerdem die Hohlräume 120A und 120B aufeinander
aus.
Das Gehäuse 112 in Fig. 4 ist aus einem Material hergestellt,
das für Röntgenstrahlen durchlässig ist, wie beispielsweise Aluminium. Ein Fenster 165, das eine innere
Oberfläche 168 hat, die insgesamt zylindrisch ist, ist so ausgebildet, daß die Abmessung 170 ungefähr 3,2 mm (oneeighth
inch) beträgt, was ein 3,2 mm (ohne-eighth inch) dickes Fenster ergibt, durch das die Röntgenstrahlen hindurchgehen
können. Weiter ist gemäß Fig. 4 das Fenster ungleichmäßig dick, wobei aber die Abmessung 172 größer ist
als die Abmessung 171. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß diese Differenz in der Fensterdicke die Röntgenerfassung
nicht nennenswert nachteilig beeinflußt. Daher können die erwünschten Eigenschaften der zylindrischen inneren
Oberfläche 168 hinsichtlich des Widerstands gegen die Kräfte des unter Druck stehenden Gases trotz der Veränderungen
in der Dicke an der Fensteroberfläche, die die zylindrische Oberfläche 168 ergibt, ausgenutzt werden.
Das Fenster 165 ist also eine plankonkave Aluminiumlinse, weil die Oberfläche 168 konkav und die Oberfläche 174 plan
ist.
Gemäß Fig. 10 ist ein Kollimator 180 vorgesehen, der zwei Stäbe 181 und 182 aufweist, die aus Wolfram (einem röntgenstrahlenabsorbierenden
Material) hergestellt sind und zwischen parallelen Flächen 185 und 186 (Fig. 4) einen Schlitz
183 begrenzen. Der Schlitz 183 in Fig. 10 ist 0,29 mm (0.0115 inches) hoch (Abmessung 190) und 87,75 mm (3.455
inches) breit (Abmessung 191). Demgemäß werden die in die Kammer 120 eintretenden Röntgenstrahlen so kollimiert, daß
sie im wesentlichen parallel sind, wie es durch Linien
in Fig. 4 gezeigt ist, und sich als eine dünne Schicht in die Kammer bewegen.
Wenn die Detektorplatte in dem Schlitz 128 angeordnet wird, wird sie so angeordnet, daß die (weiter unten beschriebene)
Matrix der Elemente auf der Platte 145 in Fig. 4 parallel zu der Schicht kollimierter Röntgenstrahlen ist. Ein Grund dafür
ist, daß der Abstand von einem Ionisationsereignis bis zu der Elementenmatrix auf der Platte derselbe sein muß, und
zwar unabhängig davon, ob das Ionisationsereignis nahe dem Fenster 165 in Fig. 4 in dem Gebiet 201 oder weiter davon
entfernt in dem Gebiet 205 auftritt.
Weiter wird zur Zeit des Anordnens der Platte 145 diese so positioniert, daß, wenn die Endplatte 114 an dem Gehäuse
112 befestigt ist, der Abstand 204 zwischen dem Ende der
Platte 145 und dem Fenster so klein wie möglich ist. Die Anmelderin hat einen Abstand von 0,38 mm (0.015 inches)
benutzt. Der Abstand soll klein sein, um die Strecke zu verringern, auf der sich Ionen durch den Zwischenraum zwischen
der Platte und dem Fenster bewegen. Es muß jedoch wenigstens etwas Abstand vorhanden sein, um eine elektrische
Lichtbogenbildung zwischen der Platte und dem Fenster zu verhindern, weil eine Potentialdifferenz von mehreren
hundert Volt zwischen beiden vorhanden ist.
Das vorstehend beschriebene Positionieren der Platten vor dem Anbau der Endplatte 114 an dem Gehäuse 112 bringt den
weiteren Vorteil mit sich, daß die Platte in einer vorbestimmten Position bezüglich des Kollimators 180 und des
Fensters 165 gebracht wird. Es ist wichtig, diese Position zu kennen, weil die hier nicht beschriebene Signalanalyse
der Ionisationsereignisse nachteilig beeinflußt würde, wenn die Platte 145 an einer anderen Stelle positioniert würde,
beispielsweise weiter weg von dem Fenster. In diesem
Zusammenhang ist die Verwendung der hier beschriebenen Erfindung
weit zweckmäßiger als eine Alternative, bei der die Endplatte und das Gehäuse zusammengebaut werden und erst anschließend
die Platte 145 eingeführt wird. In diesem alternativen Fall ist das Positionieren der Platte 145 an einer
bekannten Stelle schwieriger und zeitaufwendiger, weil der Plattenabschnitt, der sich in der Kammer 120 befindet, dem
Blick verborgen ist.
Nachdem der Aufbau der Druckkammer, in der die RÖntgendetektorplatten
nach der Erfindung untergebracht werden, beschrieben worden ist, werden nun die Platten selbst betrachtet
.
Eine derartige Detektorplatte ist in Fig. 11 gezeigt, die
eine Matrix von langgestreckten parallelen Gold-Chrom-Elementen 210 zeigt, welche auf einem Substrat 212 angebracht
sind, wobei jedes Element 101,6 um (4 mils) breit ist (Abmessung
214). Die Elemente sind 25,4 um (one mil) dick
(Abmessung 216) und haben einen gegenseitigen Abstand von 38,1 um (1.5 mil) (Abmessung 218). Die Detektorelemente
werden folgendermaßen hergestellt.
(Abmessung 216) und haben einen gegenseitigen Abstand von 38,1 um (1.5 mil) (Abmessung 218). Die Detektorelemente
werden folgendermaßen hergestellt.
Gemäß Fig. 12 wird eine erste Schicht 220 aus Chrom mit
einer Dicke von 25,4 um (1 mil) auf das Substrat 212 auf
bekannte Weise aufgebracht. Das Substrat 212 besteht vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz, das
einen hohen Glasfasergehalt von vorzugsweise 40 Vol.-% hat. Die Bedeutung dieses hohen Glasfasergehalts ist weiter unten erläutert. Eine zweite Schicht 222, die aus Gold besteht und eine Dicke von 25,4 \xm. (1 mil) hat, wird oben auf das Chrom auf bekannte Weise aufgebracht.
einer Dicke von 25,4 um (1 mil) auf das Substrat 212 auf
bekannte Weise aufgebracht. Das Substrat 212 besteht vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz, das
einen hohen Glasfasergehalt von vorzugsweise 40 Vol.-% hat. Die Bedeutung dieses hohen Glasfasergehalts ist weiter unten erläutert. Eine zweite Schicht 222, die aus Gold besteht und eine Dicke von 25,4 \xm. (1 mil) hat, wird oben auf das Chrom auf bekannte Weise aufgebracht.
Das Chrom unterstützt das Haftvermögen der Goldschicht 222 auf dem Substrat 212. Anschließend an das Aufbringen von
Gold und Chrom werden die Schichten geätzt, und zwar in einem
Gold und Chrom werden die Schichten geätzt, und zwar in einem
ersten Ätzschritt, um eine Matrix von Detektorelementen zu
bilden, die die oben angegebenen Abmessungen haben. Ein Ätzverfahren ist bekannt und beinhaltet das Aufbringen eines
Fotolacks in dem Muster der gewünschten Elemente. Eine Säure wird auf die Platte aufgebracht,und die Gebiete, die nicht
durch den Fotolack geschützt sind, werden durch die Säure weggeätzt. Die Anmelderin hat jedoch herausgefunden, daß
nach dem Ätzen Goldinseln 224 trotzdem zwischen den Elementen 210 zurückbleiben, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Die
Goldinseln 224 sind teilweise auf die Tatsache zurückzuführen, daß das Substrat 212 in Fig. 12 winzige Kratzer 226
aufweist. Die Auflage aus Gold und Chrom dringt in die Kratzer ein und wird nicht vollständig weggeätzt, wodurch nach
dem Ätzen Goldinseln zurückbleiben. Die Anmelderin vermutet, daß die Goldinseln an dem ungewollten Strom (weiter
unten erläutert) beteiligt sind, weshalb die Anmelderin das folgende Verfahren zum Reduzieren der Konzentration von
Goldinseln geschaffen hat.
Die Anmelderin wiederholt den Ätzprozeß ein zweites Mal nach dem Entfernen des Fotolacks. Dann werden durch einen
Waschschritt der verbliebene Fotolack und die verbliebene Säure beseitigt. Das zweifache Ätzen reduziert die Konzentration
der Goldiriseln und dadurch die Notwendigkeit des Schrubbens, das nicht beschrieben wird. Es hat sich jedoch
gezeigt, daß das zweifach=Ätzen ausgeführt werden kann, ohne daß schädliche Mengen an Gold von den Elementen entfernt
werden.
Im Anschluß an das zweifache Ätzen wird die Platte mit der Detektormatritz mit einer wässerigen Ausschlämmung von
1-Um-Aluminiumoxidteilchen sanft geschrubbt. Die sanfte Schleifwirkung dient zum Entfernen sowohl von Resten des
Ätzprozesses als auch von mikroskopischen Überbleibseln, nicht aber zum Zerstören der Detektorelemente 210. Das
Schrubben zum Entfernen von Überbleibseln und organischen
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Oberflächenverunreinigungen, wie beispielsweise Goldinseln 224 in Fig. 13, beseitigt außerdem etwas Gold von den Detektorelementen,
was durch das gestrichelte Gebiet 230 dargestellt ist. Die Anmelderin nimmt an, daß dieselbe Gesamtdicke
des Materialssowohl von den Detektorelementen 210 als
auch von den Goldinseln entfernt wird. Um zu verhindern, daß ungewollt Elemente weggeschrubbt werden, werden die
Elemente unter dem Mikroskop häufig beobachtet, um festzustellen,
ob die Konzentration der Goldinseln einen weiter unten erläuterten Schwellenwert erreicht hat. Wenn der
Schwellenwert erreicht ist, wird das Schrubben gestoppt. Diese häufigen Beobachtungen reduzieren die Möglichkeit des
ungewollten Beseitigens eines Elements. Im Anschluß an das Schrubben wird die Platte mit der Detektormatrix mittels
Ultraschall auf bekannte Weise mit einer Alconox-Wasserlösung gereinigt und dann getrocknet. Alconox ist von der
VWR Scientific Company, P 0 Box 232, Boston, Massachusetts 02101, erhältlich.
Die Wände der Kammer 120 in Fig. 4 werden ebenfalls gereinigt, aber zuerst durch Kochen von Freonflüssigkeit auf
der inneren Oberfläche der Kammer, woran sich das oben beschriebene Ultraschallreinigen anschließt. Die Gründe für
diese umfangreiche Reinigungsprozedur werden nun erläutert.
Die Anmelderin hat herausgefunden, daß bei der Anwendung
höherer Geschwindigkeiten beim Lesen der auf die Elemente durch ionisiertes Gas aufgebrachten Ladung unerwartete
Schwierigkeiten auftreten. Es hat sich nämlich gezeigt, daß im Anschluß an das Lesen der Ladung eine unbekannte Quelle
einen restlichen, ungewollten Strom über die Elemente liefert, der bis zum Abklingen ungefähr 30 s benötigt. Selbstverständlich
stehen während des Abklingintervalls die Elemente nicht zur Erfassung zur Verfügung, und die Geschwin-'
digkeit des Erfassungsprozesses leidet darunter.
Fig. 26 zeigt ein Schaltbild der Vorrichtung, die zum Lesen der auf die Elemente 6, welche in der Figur gezeigt sind,
aufgebrachten Ladung benutzt wird. Ein 1O-Kohm-Widerstand
401 ist zwischen ein Element 6 und einen 750-pF-Kondensator 405 geschaltet. Ladung baut sich auf dem Kondensator 405
aufgrund des Aufbringens von Ladung auf dem Element 6 wegen der oberhalb des Elements stattfindenden Ionisation auf.
Wenn der Schalter 410 geschlossen wird (symbolisch ist ein Schalter 410 gezeigt, in der wirklichen Praxis wird aber
ein Feldeffekttransistor benutzt), sammelt sich praktisch die gesamte Ladung auf dem 20-pF-Kondensator 415, der mit
dem Verstärker 420 verbunden ist. Eine verstärkte Spannung wird auf einer Leitung 425 geliefert und ist eine Funktion
der Ladung auf dem Kondensator 415. Die verstärkte Spannung kann dann auf irgendeine Weise verarbeitet werden, beispielsweise
durch eine Anzeige auf einem Oszilloskop (nicht dargestellt).
Der oben erwähnte Reststrom nimmt die Form eines Stroms an, der als Pfeil 430 dargestellt ist und selbst dann fließt,
wenn die Spannung auf jedem Kondensator 405 gelesen und der Kondensator entladen worden ist. Der Strom hält wie erwähnt
30 s lang an.
Dieser Reststrom zusammen mit anderen Erkenntnissen, die die Anmelderin bei der Ausarbeitung der hier beschriebenen Erfindung
gewonnen hat, zeigt, daß die Detektormatrix 210 in Fig. 11 sich praktisch wie eine Stromquelle hoher Impedanz
verhält. Das ist ungewöhnlich, weil eine Stromquelle üblicherweise den in Fig. 27 gezeigten Aufbau hat. Von einer
Stromquelle wird erwartet, daß sie eine niedrige Impedanz hat (dargestellt durch einen Widerstand 435) und nicht die
durch die Anmelderin gefundene hohe Impedanz. Beim Verringern
des ungewollten Stroms hat die Anmelderin die Tendenz der Detektormatrix, sich wie eine Stromquelle hoher Impedanz
zu verhalten, reduziert.
Die Anmelderin hat das oben beschriebene Reinigungsverfahren in dem Bestreben geschaffen, den ungewollten Strom zu reduzieren.
Die Gründe, warum die Reinigungsprozeduren tatsächlich den ungewollten Strom reduzieren, sind nicht ganz klar,
was nun beschrieben wird.
Zur Untersuchung der möglichen Ursachen des ungewollten Stroms werden einige der Theorien, die die Ereignisse beschreiben,
welche während der Ionisation in der Kammer 120 auftreten, nun erläutert. Der Leser wird feststellen, daß
die Theorien nicht gänzlich einwandfrei sind. Da das ionisierte Xenon innerhalb der Kammer 120 einige der Eigenschaften
eines Plasmas hat, wird zuerst ein Plasma erläutert.
Ein verallgemeinertes Plasma 234 ist in Fig. 14 gezeigt. Das Plasma enthält Elektronen 235 und positive Ionen 237, die
sich durch Kollisionen mit Röntgenphotonen voneinander getrennt haben. Die Anmelderin glaubt, daß innerhalb des Plasmas
Raumladungsneutralität existiert, was bedeutet, daß in einem makroskopischen Gebiet 239 insgesamt keine Ladung vorhanden
ist. Das ist so, weil die positiven Ladungen die negativen Ladungen in dem Gebiet ausgleichen. Der Begriff
"makroskopisch" bezieht sich auf ein Gebiet, das groß genug ist, um viele j ionisierte Atome zu enthalten. Das steht im
Gegensatz zu einem nur ein Elektron enthaltenden Gebiet, das selbstverständlich insgesamt eine Ladung enthalten würde,
nämlich die des Elektrons.
Wenn ein Leiter 240, der an einem Isolierstab 242 befestigt ist (analog einer Goldinsel 224, die durch das Substrat 212
gehalten ist), in das Plasma 234 eingeführt wird, wird sich nach Auffassung der Anmelderin insgesamt keine Ladung auf
dem Leiter oder auf dem Stab ergeben, und zwar wegen der Raumladungsneutralität. Anders betrachtet, gleiche Anzahlen
von Elektronen und Ionen werden auf den Leiter und den Isolator aufgebracht, so daß auf keinen insgesamt eine Ladung
aufgebracht wird. Da die Goldinseln und das freiliegende
Substrat in Fig. 11 dem Leiter 240 und dem Isolator 242 in
Fig. 14 gleichen, ist daher zu erwarten, daß sie aus Ionisationsereignissen, die nahe den Detektorelementen auftreten,
keine Ladung empfangen.
Teile des in der Kammer 120 enthaltenen Plasmas sind jedoch einem elektrischen Feld ausgesetzt. Aus diesem Grund betrachtet
die Anmelderin nun ein Plasma, das sich in einem elektrischen Feld befindet, wie z.B. das Plasma 244 in Fig.
15. Das elektrische Feld ist durch Pfeile 246 dargestellt und wird durch die Ladungen 248 und 250 auf leitenden Platten
252 und 254 erzeugt.
Das elektrische Feld ist bestrebt, die Elektronen 235 von den Ionen 237 zu trennen, wobei sich die positiven Ionen in
der Richtung des Pfeils 246 bewegen werden, während sich die negativen Elektronen in der entgegengesetzten Richtung bewegen
werden. Es stellt sich die Frage, ob unter diesen Umständen die Raumladungsneutralität vorhanden ist. Die Anmelderin
glaubt, daß die Antwort unter stationären Bedingungen ja lautet.
Im stationären Zustand wird ein kontinuierlicher Strom von Ionen 237 und Elektronen 235 aufrechterhalten, wie es durch
Pfeile 260 und 261 in Fig. 16 gezeigt ist. In einem makroskopischen
Gebiet 264 gibt es insgesamt keine Ladung. Diese Schlußfolgerung verträgt sich mit dem Vorhandensein der Raumladungsneutralität
in einem Stab Halbleitermaterial, das einen Strom führt, wenn keine Hall-Effekte auftreten. In
einem solchen Stab fließen die Elektronen in einer Richtung, und Löcher fließen in der entgegengesetzten Richtung, es
sind aber gleiche Anzahlen von Elektronen und Löchern in jedem makroskopischen Gebiet vorhanden. Demgemäß ist nicht zu
erwarten, daß insgesamt eine Ladung auf den Leiter 240 oder auf den isolierenden Halter 242 im stationären Zustand aufgebracht
wird.
Die nichtstationären Fälle liegen vermutlich anders. Gemäß Fig. 17 kann genau beim Einsetzen der Ionisation eine Ladungstrennung
vorhanden sein, was durch die getrennten Ladungen 266 und 268 gezeigt ist. Das heißt, vor dem Ausbilden
des kontinuierlichen Stroms von Elektronen und Ionen im stationären Zustand kann es vorkommen, daß keine Raumladungsneutralität vorhanden ist. Ebenso kann im Anschluß an die Beendigung
der Ionisation, wenn die Ladungen zu den Platten 252 und 254 wandern, wie es in der Folge von Ereignissen
gemäß den Fig. 18 und 19 gezeigt ist, eine Raumladungstrennung in Gebieten 272 und 274 vorhanden sein.
In beiden Fällen, die in den Fig. 17 und 19 gezeigt sind,
kann, wenn ein Leiter 240 mit einem Isolator 242 verbunden und wie dargestellt positioniert ist, entweder der Leiter
oder der Isolator etwas Ladung empfangen. Die Anmelderin weiß jedoch nicht, ob der Leiter eine größere Ladungsaffinität
hat als der Isolator. Weiter glaubt die Anmelderin, daß die Zeitdauer der in den Fig. 17 und 19 gezeigten Situationen
so kurz sein kann (in der Größenordnung von Mikrosekunden)f
daß diese Situationen bei der hier vorgenommenen Analyse außer Betracht gelassen werden können.
An diesem Punkt hat die Anmelderin keine Erklärung gefunden, die unzweideutig zeigt, daß sich Ladung entweder auf den
Goldinseln oder auf dem benachbarten freiliegenden Substrat ergibt. Eine Analyse der Situation wird nun unter einem
anderen Gesichtspunkt vorgenommen. Diese neue Analyse betrachtet die Rolle, die die besondere Konfiguration des elektrischen
Feldbildes spielt.
Ein elektrisches Feld wird zwischen der Platte 144 und den Elementen 210 aufgebaut. Die genaue Verteilung des Feldes
ist schwierig ermittelbar. Wahrscheinlich liegt sie aber zwischen den beiden Extremen, die in den Figuren 20 und 21
gezeigt sind. Ein besonderes Merkmal dieser Verteilungen ist,
daß keine Feldlinien gezeigt sind, die auf dem Substrat.212 oder
auf der Goldinsel 224 endigen. Weiter gehen keine elektrischen Feldlinien durch die Goldinseln 224 hindurch, da die
Goldinsel 224 ein Leiter ist. Weiter gibt es kein elektrisches Feld in dem Gebiet 290.
Das Fehlen eines elektrischen Feldes in dem Gebiet 290 bedeutet, daß die Analyse des verallgemeinerten Plasmas, das
in Verbindung mit Fig. 14 erläutert worden ist, in diesem Gebiet angewandt werden kann. Diese Analyse führt zu dem
Schluß, daß insgesamt keine Ladung auf die Goldinseln oder auf das in dem Gebiet 290 vorhandene Substrat aufgebracht
werden sollte. Die Feldverteilung nach den Fig. 20 und 21 außerhalb des Gebietes 290 zeigt außerdem, daß keine Ladung
auf die Goldinseln 224 oder auf das Substrat 212 aufgebracht werden sollte, was nun erläutert wird.
Elektronen aus Ionisationsereignissen werden durch die Feldlinien angetrieben und sind bestrebt, den Feldlinien
zu folgen. Daher würde es scheinen, daß die Elektronen, die den Feldlinien nahe den Goldinseln folgen, wie beispielsweise
der Linie 292 in Fig. 22, auf ihrem Weg zu dem Element 210 die Goldinsel 224"streifen"und sich dadurch auf dem Element
210 und nicht auf der Goldinsel 224 absetzen.
An diesem Punkt bietet sich wiederum keine unzweideutige Erklärung
für das Ansammeln von Ladung auf den Goldinseln oder dem benachbarten Substrat an. Trotzdem nimmt die Anmelderin
nun willkürlich an, daß sich die Elektronen auf den Goldinseln und dem benachbarten Substrat sammeln. Die Anmelderin
wird nun analysieren, ob eine solche Ansammlung zu dem ungewollten Strom beitragen kann.
Die Goldinsel 224 und das benachbarte freiliegende Substrat 212A werden einem Schwall von Elektronen ausgesetzt sein,
der aus der Ionisation resultiert. Dieser Schwall sollte im Raum gleichförmig sein. Daher fallen Elektronen gleicher-
maßen auf die Goldinsel 224 und auf das freiliegende Substrat 212A. Die Anmelderin sieht keinen klaren Grund, warum die
Elektronen, die auf die Goldinseln 224 oder auf das freiliegende Substrat 212A gefallen sind, dann in Form des ungewollten
Stroms zu einem Element wandern sollten. Weiter sollte die Beseitigung der Goldinseln die Situation nicht ändern,
weil dann die Elektronen sich auf dem neuerdings freiliegenden Substrat sammeln werden, das sich unterhalb der
Goldinseln befindet. Wiederum sieht die Anmelderin keine klaren Umstände für die Beteiligung der Goldinseln an dem ungewollten
Strom.
Obgleich gemäß obiger Erläuterung unklar ist, wie die Goldinseln an dem ungewollten Strom beteiligt sind, stellt die
Anmelderin die Hypothese auf, daß Mittel, wie beispielsweise die Goldinseln, gasförmige Verunreinigungen, restliche
Verunreinigungen aus dem Photoätzprozeß oder in Spuren vorhandene öle auf den Wänden der Kammer 120 in Fig. 4,einzeln
oder gemeinsam den ungewollten Strom erzeugt haben könnten. Jedes dieser Mittel wird kurz erläutert.
Gasförmige Verunreinigungen können in die Kammer 120 durch die Verwendung von organischen Materialien, wie beispielsweise
den aus Kautschuk bestehenden O-Ring 18 nach Fig. 2 oder die verschiedenen Epoxidharze, die als Dichtungen oder
Substratmaterialien benutzt werden, eingebracht werden. Organische Stoffe absorbieren atmosphärische Gase und setzen
diese, wenn sie in die Xenonatmosphäre der Kammer 120 nach Fig. 4 eingebracht werden, die absorbierten Gase wieder
frei. Die freigesetzten Gase können zu dem ungewollten Strom beitragen. Die Anmelderin reduziert die Menge an organischen
Stoffen, die mit dem Xenon in Berührung kommen, durch Ersetzen des aus Kautschuk bestehenden O-Ringen 18 in Fig. 2
durch den aus rostfreiem Stahl bestehenden O-Ring 118 nach
Fig. 5 und durch Verwendung des glasfaserverstärkten Substrats 212. Die Glasfaser, ein anorganisches Material, er-
setzt das organische Material und reduziert daher die Menge an organischem Material, das mit dem Xenon in Berührung
kommt.
Die von dem Photoätzen zurückbleibenden Verunreinigungen und Spuren öle können zu dem ungewollten Strom beigetragen haben.
Die Anmelderin beseitigt die Photoätzverunreinigungen durch die oben beschriebene Schrubbprozedur. Die Anmelderin beseitigt
Spurenöle durch Auflösen derselben in siedendem Freon und durch anschließendes Ultraschallreinigen der Wände der
Kammer 120, wie es oben beschrieben worden ist.
Die Anmelderin beseitigt die Goldinseln durch die oben beschriebene
Schrubbprozedur. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß, wenn die Goldinselkonzentration reduziert oder auf
oder unter einen gewissen Schwellenwert gebracht wird und wenn sich die oben beschriebenen Reinigungsprozeduren anschließen,
der ungewollte Strom im wesentlichen eliminiert wird. Der Schwellenwert wird folgendermaßen definiert.
Eine Messung des Oberflächeninhalts der Goldinseln erfolgt durch ein Mikroskop, durch das die Matrix von Elementen 210
in Fig. 23 von oben her betrachtet wird. Der Elementenabstand beträgt 38,1 μΐη (1.5 mil) (Abmessung 298). Das Verhältnis
von Goldinselflächeninhalt (kreuzschraffierter Bereich 224) zu freiliegendem Substratflächeninhalt (schraffierter
Bereich 301) darf 0,0025 nicht überschreiten, d.h. das Verhältnis von Inselflächeninhalt zu freiliegendem Substratflächeninhalt
= 0,25%.
Zugeordnete Komponenten zur Halterung der Detektorbaugruppe werden nun erläutert. Gemäß Fig. 10 ist die Gehäusebaugruppe
auf einer Plattform 305 gehaltert. Das Substrat 212, das die Detektormatrix (nicht im einzelnen gezeigt) trägt, erstreckt
sich in die, Kammer 120. Die Spannungsplatte 308 ist unterhalb des Substrats und parallel zu den Elementen angeordnet.
73 ■·-- -:
Das Substrat 212 ist weiter in Fig. 24 gezeigt. Das Gebiet 309 der Platte ist dasjenige, das in die Kammer 120 eingeführt
ist. Die Elemente 210 sind gezeigt und erstrecken sich
längs des Gebietes 312, das sich innerhalb des Schlitzes 128 in Fig. 4 befindet. Die Elemente gehen weiter, sind abgeschrägt,
wie es in dem Gebiet 314 gezeigt ist, und gehen weiter zu den Rändern des Substrats 212. In Fig. 10 sind
die Verbinder, vorzugsweise hochdichte Druckschaltungsplattenverbinder 316, mit den Plattenrändern in dem Gebiet 318
in Fig. 24 verbunden, um den Kontakt mit den Elementen 210 herzustellen. Die Verbinder sind an Bandkabeln 321 befestigt,
die wie dargestellt gefaltet und ihrerseits mit einer Signalverarbeitungsschaltungsanordnung
(nicht dargestellt) verbunden sind. Die Bandkabel sind so ausgelegt, daß die Längen sämtlicher Kabel 321 von den Rand verb indem 316 in
Fig. 10 zu den Enden an dem Signalprozessor (nicht dargestellt) alle gleich sind.
Die Bandkabel sind durch starre Träger 323 gehalten, um Schwingungen zu reduzieren, die durch äußere Quellen verursacht
werden, welche in einem Fertigungsbetrieb vorhanden sind. Es hat sich gezeigt, daß Schwingungen ungewollte
Signalablesungen erzeugen, und die Anmelderin stellt die Theorie auf, daß die Schwingungen die Signale niedrigen
Pegels, welche die Bandkabel führen, nachteilig beeinflussen.
In dem Gebiet 312 in Fig. 24 geht die Matrix der Elemente 210 durch die Endplatte hindurch und ist an der Endplatte
durch die Epoxidharzdichtung 146 befestigt. Das heißt, es gibt eine mechanische Befestigung zwischen der Matrix von
Elementen und den Wänden des Schlitzes 128. Die körperliche Länge dieser Befestigung (Abmessung 326) ist vorzugsweise
so klein wie möglich, und zwar je nach den Festigkeitserfordernissen, die die Notwendigkeit verlangt, das unter Druck
stehende Gas in der Kammer 120 in Fig. 4 einzuschließen.
Die Länge 326 ist aus wenigstens zwei Gründen vorzugsweise klein. Erstens wird bevorzugt, daß die Strecke, auf welcher
die Epoxidharzdichtung die Matrix von Elementen berührt, so klein wie möglich ist. Ein Grund dafür ist, daß die Elemente
sehr klein sind, kleiner als ein menschliches Haar, und daher heikel sind. Die mechanische Befestigung zwischen
den Elementen und der Endplatte 114 über die Epoxidharzdichtung
hat zur Folge, daß die Elemente den mechanischen Spannungen der Endplatte ausgesetzt sind. Beispielsweise
wirken das Klaffen und Verbiegen, die oben beschrieben sind, zusammen mit der thermischen Expansion und Kontraktion auf
die Elemente ein.
Der zweite Grund für das Verringern der Länge 326 ist, daß die Konzentration der Goldinseln in dem Gebiet 312 unter den
weiter oben definierten Schwellenwert reduziert werden muß. Der Grund dafür ist, daß angenommen wird, daß sich die Elektronen
in dem Gebiet 312 sammeln. Das Reduzieren der Länge 326 reduziert außerdem die Länge der Matrix von Elementen,
die die Schwellenwertforderungen hinsichtlich der Goldinselkonzentration erfüllen muß. Diese Reduktion vergrößert den
Fertigungsausstoß an Detektorplatten, die pro Produktionslauf als brauchbare Platten erzeugt werden.
Daher wird rostfreier Stahl, der eine höhere Festigkeit als Aluminium hat, bei der Herstellung der Endplatte 114 bevorzugt,
weil das gestattet, die Länge 326 zu reduzieren und gleichzeitig die Festigkeit der Endplatte aufrechtzuerhalten.
Die Anmelderin hat herausgefunden, daß die Verwendung von Nickelelementen 210 eine größere mechanische Festigkeit der
Elemente ergibt, weil die Elektronenwanderungsprobleme, die mit Gold verbunden sind, reduziert werden. Die Elektronenwanderung
wird in Detektoren kleiner Abmessung wichtig. Die Anmelderin bemerkt, daß trotz des größeren spezifischen
Widerstands von Nickel gegenüber Gold (Nickel hat grob gesagt den dreifachen spezifischen Widerstand von Gold) die
Verwendung von Nickel die sehr kleinen Ströme, die beim Ablesen
der auf die Elemente 210 aufgebrachten Ladungen vorkommen, nicht nennenswert verschlechtert.
Ein Aspekt der Erfindung beinhaltet die Anwendung von Fertigungstechniken
ähnlich denjenigen bei der bekannten Herstellung von gedruckten Schaltungsplatten. Ein wichtiges
Merkmal der Erfindung ist jedoch die Differenz in der Funktion zwischen ihr und den bekannten gedruckten Schaltung
splatten. Allgemein werden bekannte Platten benutzt, um große Spannungen zu handhaben (im Vergleich zu denjenigen
bei der Erfindung), und zwar in der Größenordnung von 2,5 + 0,015 V, und außerdem benutzt, um große Ströme in
der Größenordnung von Milliampere zu handhaben. Die Erfindung befaßt sich dagegen mit der Handhabung von extrem kleinen
Spannungen in der Größenordnung von 100 mV und befaßt sich in gewissem Sinne nicht mit der Übertragung von Strömen,
sondern mit der Erfassung von Ladungen, die sich auf den Elementen angesammelt haben. Es ist zwar genau richtig, daß
bei der Erfindung Ladung in Form eines Stroms über den Widerstand 401 in Fig. 25 übertragen wird, die Ströme sind
jedoch klein und liegen im Nano- und Pikoamperebereich,so daß
andere Prinzipien der Schaltungsplattenauslegung und der Schaltungsplattenfertigung entwickelt werden mußten. Die
funktionalen Unterschiede zwischen dem Stromverhalten in gedruckten Schaltungsplatten nach dem Stand der Technik und
in der Detektormatrix nach der Erfindung erwiesen sich als so beträchtlich, daß die bekannten Fertigungsstandards und
Reinheitstoleranzen nicht ausreichend waren. Infolgedessen war die Anmelderin gezwungen, unabhängige Untersuchungen
durchzuführen, um die Unzulänglichkeiten zu analysieren und die oben beschriebenen Korrekturlösungen zu entwickeln.
Die Anmelderin stellt fest, daß die win/.lgr-n Abitio»;au)q<'n äfi
Detektorelemente bei der Erfindung leicht unter Verwendung der Fertigungstechnik für integrierte Schaltungen erzielt
werden könnten. Die vorhandene Ausrüstung, die zur Herstellung von integrierten Schaltungen auf Siliziumscheiben benutzt
wird, ist jedoch hinsichtlich der Scheibengröße, die verarbeitet werden kann, begrenzt. Scheiben mit einem Durchmesser
von mehr als etwa 102 mm (four inches) können nicht verarbeitet werden. Da das Detektorplattensubstrat 212 diese
Grenze überschreitet, weil es etwa 102 χ 152 mm (4 χ 6 inches) mißt, konnten diese Fertigungstechniken nicht angewandt
werden.
Die Anmelderin weist weiter auf ein wichtiges Merkmal der Erfindung hin. Es zeigte sich, daß ein Typ von Schaltungsplatte, der zuerst getestet wurde, ein Verhältnis von Goldinselflächeninhalt
zu freiliegendem Substratflächeninhalt von 0,01 (1%) hatte. Diese Platte erzeugte den oben beschriebenen
unerwünschten Strom. Eine gleiche Schaltungsplatte wurde hergestellt, die eine Goldinselkonzentration unterhalb
des Schwellenwertes hatte, und wurde dann auf oben beschriebene Weise geschrubbt und mittels Ultraschall gereinigt. Der
ungewollte Strom war bei der letztgenannten Platte im wesentlichen eliminiert. Die Anmelderin sieht es als überraschend
an, daß eine Reduzierung des Flächeninhalts der Goldinseln um einen Faktor von 4 (d.h. eine Änderung von einem Flächeninhalt
sverhältnis von 0,01 auf 0,0025) die Zeitkonstante (d.h. die Abklingzeit) des ungewollten Stroms um einen Faktor
von 1800 verringerte. Die Verringerung der Zeitkonstante des ungewollten Stroms ist im Vergleich zu der Verringerung
der Golsinselkonzentration unverhältnismäßig groß.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist die Eliminierung von für Röntgenstrahlen undurchlässigen Barrieren in dem Dielektrikum
oberhalb der Elemente 210. Bekannte Vorrichtungen der oben erwähnten Art haben die Barrieren 3A in Fig. 1,
die manchmal aus Wolfram hergestellt werden, und zwar basierend auf der Theorie, daß die Barrieren das Ion (oder Elektron)
, das aus einem Ionisationsereignis resultiert, zwingen, auf ein Element direkt unter ihm und nicht neben ihm aufzu-
treffen. Die Anmelderin hat jedoch festgestellt, daß sogar
unter dem oben beschriebenen schmalen Abstand von 25,4 μπι
(one mil) diese Barrieren nicht notwendig sind. Die Anmelderin verwendet daher ein homogenes Dielektrikum zwischen
den Detektoren 210 und der Spannungsplatte 308. Das Dielektrikum ist homogen in dem Sinne, daß es ein Xenon-Gas ist,
das so frei wie möglich von Verunreinigungen ist und nicht durch oberhalb der Zwischenräume zwischen den Detektoren
angeordnete Barrieren unterbrochen ist.
Weiter erstrecken sich die sammelnden Teile der Elemente 210 durch den Schlitz 128 und längs des Substrats in dem
Gebiet 312 in Fig. 24 außerhalb der Kammer, aber mit unveränderter
Querschnittsgeometrie: die Elemente sind gemäß Fig. 24 an allen Stellen auf dem Substrat, innerhalb der Kam
mer (in dem Gebiet 313), innerhalb des Schlitzes (in dem Gebiet 313A) und außerhalb der Kammer (in dem Gebiet 314)
im Querschnitt rechteckig.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Elemente nicht parallel wie in Fig. 24, sondern sind längs
Radien auf einen Mittelpunkt 330 wie in Fig. 25 ausgerichtet. Diese radiale Ausrichtung berücksichtigt die Tatsache, daß
Röntgenstrahlungsquellen, wie beispielsweise eine Röntgenstrahlungsquelle, die unter der Bezeichnung Philips Xray
unit MCN 421 von der Ridge, Inc., Atlanta, Ga., erhältlich ist, als eine Punktquelle betrachtet werden können, wenn sie
in einer Entfernung von mehr als etwa 3m (10 feet) von der
Detektormatrix angeordnet sind.
Gemäß der Darstellung in Fig. 25 erzeugt eine solche Punktquelle ein fächerartiges Röntgenstrahlungsbündel, das die
Elemente wie dargestellt kreuzt. Demgemäß sind die Röntgenstrahlen zu den radial angeordneten Elementen 210 insgesamt
parallel. Das dient zum Vergrößern der Auflösung, weil ein bestimmter Strahl 440 sich über ein und nur über ein Element
210 bewegt. In einem solchen Fall erzeugt ideal nur ein
Klommt 210 r;in Signal auf Ionisationsereignisse hin, die
durch den Strahl 440 erzeugt werden, im Gegensatz zu zwei oder mehr als zwei Elementen, wie in dem Fall der parallelen
Elemente 6A-C in Fig. 1 in dem Fall, in welchem die Barrieren 3A nicht vorhanden sind.
- Leerseite -
Claims (4)
- Patentansprüche :(1J Verfahren zum Herstellen einer Matrix von insgesamt parallelen, gegenseitigen Abstand aufweisenden Ionisationsdetektorelementen, die Signale auf die Ionisation eines Ionisierungsmediums hin erzeugen, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:a) Verringern der Tendenz der Matrix, sich wie eine Stromquelle hoher Impedanz zu verhalten, durch Schrubben der Matrix mit einer abschleifenden Aufschlämmung, um die Konzentration von metallischen Überbleibseln, die in den Zwischenräumen zwischen den Elementen enthalten sind, unter einen vorbestimmten Wert zu verringern.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ultraschallreinigen sämtlicher Oberflächen, mit denen das Ionisirungsmedium in Kontakt kommt, um das organische Material darauf zu verringern und dadurch die Tendenz der Anordnung, sich wie eine Stromquelle hoher Impedanz zu verhalten, zu verringern.
- 3. Verfahren zum Herstellen eines Ionisationsdetektors, gekennzeichnet durch folgende Schritte:a) Aufbringen von mehreren im wesentlichen parallelen, gegenseitigen Abstand aufweisenden, langgestreckten, elektrisch leitenden Elementen auf ein Substrat;b) Schrubben der Detektormatrix, die im Schritt a) aufgebracht worden ist, mit einer abschleifenden Aufschlämmung, um Überbleibsel zu entfernen, die zwischen den Elementen vorhanden sind, um dadurch die Konzentration der Überbleibsel unter einen vorbestimmten Wert zu verringern;c) Ultraschallreinigen der Elemente und des Substrats, um dadurch die Mengen an organischen Materialien, die mit ihm in Kontakt sind, zu verringern;d) Hindurchführen des Substrats durch einen Schlitz in einer langgestreckten Endplatte, die eine langgestreckte erste Konkavität hat, welche sich längs des Schlitzes erstreckt;e) Aufweiten des Schlitzes von d);f) Einführen eines Dichtmittels, das mit der Zeit erstarrt, zwischen das Substrat und den Schlitz;g) Zusammendrückenlassen des Dichtmittels durch den Schlitz, nachdem das Dichtmittel einen vorbestimmten Grad an Erstarrung erreicht hat;h) Befestigen der Endplatte an einem langgestreckten Gehäuse, das eine langgestreckte zweite Konkavität hat, wobei die erste und die zweite langgestreckte Konkavität gemeinsam eine Kammer bilden; undi) Füllen der Kammer mit Xenongas bis zu einem Druck von über 34,5 bar (500 pounds per square inch), um dadurch das zusammengedrückte Dichtmittel von g) auf Scherung zu beanspruchen.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte des Ultraschallreinigens der Substrat-Matrix-Baugruppe und der ersten und der zweiten Konkavität, um organische Materialien von ihnen zu entfernen.
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