DE3644820A1

DE3644820A1 - Anordnung und verfahren zur erfassung von teilchen

Info

Publication number: DE3644820A1
Application number: DE19863644820
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: GYULAI MARIA DOBOSNE
Current assignee: GYULAI MARIA DOBOSNE
Priority date: 1986-12-31
Filing date: 1986-12-31
Publication date: 1988-11-03

Description

Die heute eingesetzten chemischen Sensoren funktio nieren in den meisten Fällen durch einigermaßen spezifische Adsorbtion veränderte Leitfähigkeit oder Elektronaustrittsarbeit oder durch elektrochemische Prozesse.

Durch diese Prozesse sind zahlreiche Sensoren reali siert worden, Halbleiter (Halbleiteroxid, Zinnoxid) Figaro-TGS-Sensoren oder Halbleiter-MOS-FET-Sensoren oder elektrochemische Gassensoren. Alle diese Sensoren sind vom Prinzip her nicht selektiv. Sie weisen mehr (TGS) oder weniger (elektrochemische Sensoren) Quer empfindlichkeiten auf. Gegen diese Querempfindlich keiten versucht man durch bestimmte chemische Filter vorzugehen, aber diese Filter werden verbraucht und die prinzipbedingte Unselektivität tritt wieder auf.

Nach unserem Lösungsweg sollte der Sensor gleich zwei Funktionen beinhalten, einmal eine Separation und zweitens eine Detektion. Wenn diese beiden Funktionen so wie nach unserem Vorschlag auf physikalischem Weg geschehen, kann man davon ausgehen, daß durch Aus schaltung von chemischen Prozessen ein Verbrauch, eine Veralterung des Sensors sehr verlangsamt wird und da durch die Lebensdauer des Sensors deutlich erhöht wird.

Die Separation von den aufzuweisenden Teilchen ge schieht dadurch, daß die Teilchen ionisiert werden. Diese Ionisierung kann durch große elektrische Felder, Magnetfelder, elektronische Felder, durch Aufheizung, durch Bestrahlung usw. geschehen. Durch diese Ioni sierung werden die Teilchen an einer Separatoreinheit eingeführt. Die Separatoreinheit kann eine räumliche oder zeitliche Trennung bei verschiedenen Ionen und/ oder Massen und/oder Ladung pro Massen hervorrufen.

Ein Teil der Patentidee ist, daß die nachzuweisende Detektoreinheit sehr kleine geometrische Abmessungen (Abmessungen) aufweist. Dadurch ist eine sehr geringe Räumlichkeitstrennung genügend im Gegenteil zu groß analytischen Geräten wie Massenspektrometer oder Quadropolspektrometer.

Da die Abmessung der Detektionsvorrichtung im Mikro meterbereich liegen kann, es ist nur eine Trennung von verschiedenen Ionen, genügt es, die verschiedenen Teilchen im Mikrometerabstand zu trennen, was wiederum erlaubt, diese Vorrichtung nicht im Hochvakuum zu betreiben, (im Gegensatz zu großanalytischen Geräten) sondern im niedrigen Vakuumbereich oder im bestimmten Fall sogar bei Normaldruck. Durch diese Möglichkeit ist natürlich eine enorme Vereinfachung für das ganze Meßverfahren gegeben. Zur Detektion ist es notwendig, die entsprechenden Ionen als Ladungen zu detektieren. Dazu eignen sich vorzugsweise elektronische Bauele mente, die mit Hilfe der Halbleitertechnologie her gestellt werden wie Dioden, MOS-Transistoren, Bipolar- Transistoren, Kondensatoren, J-FET usw. oder mit diesen Sensoren verbundene leitfähige Ableit- oder Detektorstreifen, die in sehr kleinen Abmessungen hergestellt werden können.

Die ganze Einheit kann mit Hilfe des Dick-, Dünn-, Halbleitertechnologieverfahrens hergestellt und so in sehr kleinen Abmessungen realisiert werden. Dadurch kann dieses Nachweisverfahren als Sensor eingesetzt werden.

Claims

1. Eine Anordnung und Verfahren zur Erfassung von Gas- Flüssig- und Feststoffen, die ionisiert und/oder aufgeladen werden und dann getrennt und detektiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung und/oder die Ionisation und/oder die Trennung und/oder die Detektion und/oder die Signalverarbeitung im Vacuum und/oder bei geringem Gasdruck und/oder bei normalem Gasdruck und/oder in der Flüssigphase und/oder in Plasma auf eine miniaturisierte, integrierte Form geschieht.

2. Anspruch 2 nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung und die Detektion mit so hoher Auflösung geschieht, daß kein hohes Vakuum gebraucht wird, sondern es genügt, daß die durchschnittliche Länge des Freifluges des Moleküls vergleichbar ist mit den Abmessungen des Trennfeldes.

3. Anspruch 3 nach 1-2, eine Massenquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen in einem Kapillar und/oder in einem kleinen Kanal, Knudsenrohr, Diffusionsbarriere geführt werden, die mit Hilfe der Dünn und/oder Dickfilm Technologie und/oder der Halbleiter Technologie gemacht werden.

4. Anspruch 4 nach 1-3, eine Massenquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen ionisiert werden, während der Durchführung von zwei oder mehr gegeneinander angeordneten Flächen und/oder Spitzen aus leitendem und/oder halbleitendem Material und/oder während der Durchführung in der Nähe eines aufgeheizten Widerstandes und/oder eines Elektrodenkanals, einem Ionenfeld, hochenergetischer Lampe, einem Laser, starkem Magnetfeld, wo diese Teile der Ionenquelle teils oder ganz in einer Dünn oder Dickfilm und/oder in einer monolytischen Ausführung vorliegen.

5. Anspruch 5 nach 1-4, eine Blende und Beschleunigungsstraße, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende und/oder die Beschleunigungsstraße in einer Dünn- Dickfilm und/oder Halbleiter Ausführung vorliegt.

6. Anspruch 6 nach 1-5 eine Trennvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein starkes Magnetfeld die Teilchen nur geringfügig auseinandertreibt, aber durch eine superdünne Separaterblende (hergestellt durch photolitographisches, röntgenlithographisches Ätzverfahren und/oder Laserausbrennung und/oder Ionen-Implantation und/oder Ionen- und/oder Elektronenätzverfahren oder andere "mikromechanische" Bearbeitungsmethoden) große Trenneffekte verursacht.

7. Anspruch 7 nach 1-6, eine Trennvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilchenstrahl auf eine oder mehrere kreis und/oder spiralförmige Bahn gedrängt wird, wodurch seitlich angeordnete Trenndüsen die Teilchen das Beschleunigungsfeld verlassen können.

8. Anspruch 8 nach 1-7, eine Trennvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß aus den ionisierten Teilchen durch elektrisches und/oder magnetisches Feld ein Ionenpaket ausgezogen wird und nach einer Beschleunigung auf einer freien Bahn laufen, wo die verschiedenen Teile verschiedene Zeit für die gleiche Entfernung brauchen.

9. Anspruch 9 nach 1-8, eine Blendvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Ende der Trennvorrichtung montiert ist und mit einem sehr dünnen Spalt versehen ist, der mit einem photolithographischen Ätzprozeß und/oder Ionenimplantation, und/oder mit Hilfe des Laserstrahles gefertigt wurde.

10. Anspruch 10 nach 1-9, eine Detektionsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein MOS Transistor ist.

11. Anspruch 11 nach 1-10, eine Detektionsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Feldeffekt und /oder ein bipalarer Transistor und/oder eine Verlängerung der Steuerelektrode dieser Bauelemente ist.

12. Anspruch 12 nach 1-11, eine Detektionsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine Diode ist.

13. Anspruch 13 nach 1-12, eine Detektionsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Kondensator beliebiger Art ist.

14. Anspruch 14 nach 1-13, eine Detektionsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine freischwebende Elektrode eines MOS Transistors und/oder Kondensators ist.

15. Anspruch 15 nach 1-14, eine Detektionsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Widerstand oder eine Vorrichtung für die Messung von Leitfähigkeitsveränderung beliebiger Art ist.