DE8329180U1

DE8329180U1 - Microchannel plate detector with high spatial resolution

Info

Publication number: DE8329180U1
Application number: DE19838329180
Authority: DE
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1983-10-10
Filing date: 1983-10-10
Publication date: 1986-09-25

Description

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Kernforschungsanlage Julien
Gesellschaft mit beschränkter HaftungNuclear Research Facility Julien
Company with limited liability

Mikrokanalplatten-Detektor mit hoher OrtsauflösungMicrochannel plate detector with high spatial resolution

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrokanalplatten-Detektor mit hoher Ortsauflösung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a microchannel plate detector with high spatial resolution according to the preamble of claim 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. Sei. instrum. 53, Heft 7, (1982) S. 1020).Microchannel plate detectors are used in electron spectroscopy, mass spectroscopy, Nuclear physics, ion scattering spectroscopy, etc. to determine the location of the particle or photons hit a microchannel plate, used. The use of spatially resolving microchannel plate detectors increases the measurement sensitivity in the above-mentioned spectroscopy by several orders of magnitude (D.P. de Bruijn et al., Rev. Sci. instrum. 53, No. 7, (1982) p. 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 μ erreicht, die in manchen Fällen, wie z.B. in der Elektronen-Energie-Verlust-Spektroskopie, unbefriedigend ist.The spatial resolution of such microchannel plate detectors depends sensitively on the precision of the assembly and the distance between the individual components. With usual Detectors a resolution of no more than 200 μ is achieved, which in some cases such as in electron energy loss spectroscopy, is unsatisfactory.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mikrokanalplatten-Detektor anzugeben, der eine möglichst hohe Ortsauflösung aufweist, ö/haThe invention is therefore based on the object of specifying a microchannel plate detector, which has the highest possible spatial resolution, ö / ha

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 /150 μπι gegenüberstehende Oberfläche der Widerstandsplatte liegt.The detector of the type mentioned above, developed for this purpose, is marked through a resistance anode attachment and -contacting that is set back from the plane in which the microchannel plates are connected a distance of / 150 μπι opposite Surface of the resistance plate lies.

Mit einer solchen Anordnung und vorzugsweise mit den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen läßt sich eine Verbesserung der Ortsauflösung um .besser als 100 μ erreichen. With such an arrangement and preferably with the features mentioned in the subclaims it is possible to improve the spatial resolution by .besser than 100 μ.

Nachfolgend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand von unterschiedlichen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen schematisch:In the following, the invention will be described in greater detail on the basis of different embodiments explained with reference to the attached drawings. They show schematically:

Figur 1 die gehalterte Widerstandsanode; Figur 2 deren Profil und Zusammensetzung;FIG. 1 the held resistor anode; FIG. 2 its profile and composition;

Figur 3 die mit Isolator und Anschluß versehenen Mikrokanalplatten;FIG. 3 shows the microchannel plates provided with insulator and connection;

Figur 4 Vorderseite (a)* Rückseite (b) und Querschnitt 'des Isolators gemäß Figur 3;FIG. 4 front side (a) * rear side (b) and cross section 'of the insulator according to FIG Figure 3;

Figur 5 Aufsicht und Querschnitt-eines zusätzlich abgeschirmten Isolators; undFIG. 5 top view and cross section of an additionally shielded insulator; and

Figur 6 die Anordnungen der wesentlichen Elemente eines Mikrokanalplatten-Detektors. FIG. 6 shows the arrangements of the essential elements of a microchannel plate detector.

"Die Wirkung des erfindungsgemäßen Detektors läßt sich am einfachsten anhand von Figur 6"The effect of the detector according to the invention can be easiest on the basis of FIG

erläutern! der auf die Mikrokanalplatten 1 tuftreffende Elektronenstrahl der Breite b löst dort Sekundärelektronen aus, die vervielfacht Hit der Breite b + 21 auf die Widerstandsanode Auftreffen, wobei χ die Difussionslänge bedeutet. I>ie Lokalisierung der Elektronen erfolgt nun durch Messung der elektrischen Ladungen an den beiden Enden der Widerstandsplatte oder durch Messung der Anstiegszeit der Elektronen-Impulse an den Enden der Widerstandsplatte (J. L. Wiza, Nucl. Instr. and Meth. 162 (1979) f. 587). Die Höhe der Ortsauflösung wird dabei Eun grundsätzlich durch die Verbreiterung des Elektronenstrahls von b auf (b + 21) zwischen den beiden Mikrokanalplatten und zwischen der MikrokanaIplatte und der Widerstandsanode l>estimmt.explain! the electron beam of width b striking the microchannel plates 1 triggers secondary electrons there, which hit the resistance anode multiplied by the width b + 21, where χ denotes the diffusion length. The electrons are localized by measuring the electrical charges at the two ends of the resistance plate or by measuring the rise time of the electron pulses at the ends of the resistance plate (JL Wiza, Nucl. Instr. And Meth. 162 (1979) f. 587). The level of spatial resolution is basically determined by the broadening of the electron beam from b to (b + 21) between the two microchannel plates and between the microchannel plate and the resistance anode.

theoretische Abschätzungen zeigen, daß durch die Verkleinerung der Abstände zwischen den Hikrokanalplatten sowie zwischen der MikrokanaIplatte und der Widerstands-Anode bei Simultaner Nachbeschleunigung der Elektronen In diesen Bereichen eine Verbesserung der Ortsauflösung erreicht werden kann (J.L. Wiza, t.R. Henkel, and R.L. Roy, Rev. Sei. Instrum. 48, (1977), 1217). Trotz der bekannten Zielsetzung waren die Ergebnisse jedoch bislang unbefriedigend. Theoretical estimates show that by reducing the distances between the microchannel plates and between the microchannel plate and the resistance anode with simultaneous post-acceleration of the electrons, an improvement in the spatial resolution can be achieved in these areas (JL Wiza, tR Henkel, and RL Roy, Rev. Sci. Instrum. 48 , (1977), 1217). Despite the known objective, the results have so far been unsatisfactory.

Eine wesentliche Verbesserung läßt sich nun durch die in Figur 1 und 2 gezeigte Profilwiderstandsanode erreichen, die eine AnnäherungA significant improvement can now be achieved by the profile resistor anode shown in FIGS achieve that an approximation

der Oberfläche der Widerstandsplatte an den MikrokanaIplattenausgang auf ^ 150 μπι erlaubt.the surface of the resistance plate to the MikrokanaIplattenausgabe to ^ 150 μπι allowed.

Zweckmäßigerweise wird gleichzeitig ein beidseitig leitend beschichteter Isolator zwischen den Mikrokana!platten vorgesehen, wie aus Figur hervorgeht. Mit einem solchen beidseitig leitend beschichteten Isolator, der z.B. aus Glimmer besteht, kann der Abstand zwischenAt the same time, an insulator with a conductive coating on both sides is expediently between the Micro-channel plates provided, as shown in the figure emerges. With such an insulator with a conductive coating on both sides, e.g. If there is mica, the distance between

i\ den Mikrokanalplatten auf etwa 50 pm begrenzt in the microchannel plates is limited to about 50 pm

\_:l werden. \ _: l will be.

Gemäß Figur 1 umfaßt die Profilwiderstandsanode eine Profilwiderstandsplatte 3 mit aus der der MikrokanaIplatte 1 zugewandten Ebene zurückversetzten Montageenden 3¹ 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 4¹ 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 eich ein Abstand d₁ zwischen der Oberfläche der Widerstandsplatte und dem Ausgang der Mikrokahalplatte 1. Dieser Abstand setzt sich zusammen aus der Dicke des Isolators 6, der durch einen Glimmerring von 50 pm Dicke gebildet werden kann und des Teils der Mikrokanalplattenhalterung 7, auf dem die Mikrokanalplatte 1 liegt. Der Isolator wird benötigt, um eineAccording to FIG. 1, the profile resistor anode comprises a profile resistor plate 3 with mounting ends 3 ^{1 set} back from the plane facing the micro-channel plate 1 for fastening and contacting the plate 3 in a holder 4 with the aid of pins 5 which enable the measurement signals to be picked up. The resistance plate is embedded in the holder, and the surface of the outer limiting ring 4 ^{1 is} essentially flush with the surface of the resistance plate 3. An insulator 6 is provided between the holder 4 of the resistance plate and the holder 7 of the microchannel plate. After assembling the parts, there is a distance d ₁ between the surface of the resistance plate and the exit of the micro-kahal plate 1. This distance is made up of the thickness of the insulator 6, which can be formed by a mica ring with a thickness of 50 μm, and the part of the Microchannel plate holder 7 on which the microchannel plate 1 lies. The isolator is needed to make a

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.Post-acceleration of the electrons between the microchannel plate and the resistance anode Ensure application of a voltage difference. The voltage difference between each Elements of a microchannel plate detector are indicated in FIG.

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 Kontraktierschrauben 5 zu ermöglichen.Both the resistance plate 3 and its holder 4 can be made from a single piece of ceramic be made. The contact surfaces 3 ' for the measuring resistor 3 ″ can thereby through Milling can be worked out in order to enable the contracting screws 5 to be countersunk.

Zur Erzielung von hohen Ortsauflösungen wird bislang 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 μπι. 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. Glimmer), so daß ein Abstand von 50 μπι erreicht wird.In order to achieve high spatial resolutions, it has hitherto been known that between the microchannel plates a combination of metallic conductor, insulator and metallic conductor is used. In this way, the output of the first microchannel plate and the input of the second Microchannel plates are electrically separated from each other and the electrons are accelerated in this area which contributes to the reduction of the diffusion width. The distance between the two microchannel plates is equal to the sum of the thickness of the two metallic ones Head and the thickness of the insulator and usually greater than 150 μπι. Will now be this three-part Arrangement by an insulator with a conductive coating on both sides, as in Fig. 3 and 4, the distance between the microchannel plates is practically the same as that Thickness of the insulator used (e.g. mica), so that a distance of 50 μm is achieved.

Figur 3 zeigt den zwischen den Mikrokanalplatten 1 angeordneten beidseitig leitend beschichteten Isolator 8, der seitlich über die Kanalplatten-Halterungen 7 hinausragt.Figure 3 shows the arranged between the microchannel plates 1 conductive on both sides coated insulator 8, which protrudes laterally beyond the channel plate holders 7.

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.In Figure 4, the conductive coating 9 of the front and 10 of the hatching Back indicated. You can also see those protruding beyond the brackets 7 Extensions 11 and 12, which are only coated on one side, and a contact option include.

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.The arrangement shown has the great advantage that the otherwise extremely difficult alignment of five parts (two microchannel plates, two metallic conductors and an insulator) the alignment of only three parts is replaced and facilitated. The conductive on both sides coated insulator allows a voltage difference to be applied between the two Microchannel plates so that the electrons can be accelerated in this area and a reduction in the diffusion width can be achieved.

Zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen den Halterungen der Mikrokanalplatten und dem beidseitig leitend beschichteten Isolator kann dieser sandwichartig zwischen zwei Isolator scheiben 13 (z.B. Glimmer) vorgesehen sein, wie in Figur 5 gezeigt ist. Der Innendurchmesser s der Isolatorscheiben entspricht demTo avoid short circuits between the holders of the microchannel plates and the insulator with a conductive coating on both sides, it can be sandwiched between two insulators discs 13 (e.g. mica) may be provided as shown in FIG. The inside diameter s of the isolator disks corresponds to

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Durchmesser der Mikrokanalplatten 1, die nach der Montage somit an dem beidseits leitend beschichteten Isolator 8 anliegen.Diameter of the microchannel plates 1, which according to the assembly thus rest on the insulator 8, which is conductively coated on both sides.

Versuche haben gezeigt, daß durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Ortsauflösung eines Mikrokanalplatten-Detektors erheblich erhöht wird.Experiments have shown that by the invention Measures significantly increases the spatial resolution of a microchannel plate detector will.

Claims

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1. Microchannel plate detector with high spatial resolution with a resistor anode closely adjacent to the microchannel plates, characterized by a resistor anode attachment and contact that is set back from the plane in which the microchannel plates (1) are spaced apart (d. .) of jL 150 μπι opposite surface of the resistance plate (3).

2. microchannel plate detector according to claim 1, characterized by two microchannel plates (1), which are separated by an isolator (8) with two after different Directions leading to the outside extensions (11, 12) are kept at a distance, the Contact surface with one or the other microchannel plate (1) a conductive layer (9, 10) which extends over one or the other extension (11 or 12).

3. Microchannel plate detector according to claim 2, characterized in that the insulator (8) is formed by a mica disk with a thickness of 4. 50 μπι.

4. Microchannel plate detector according to claim 2 or 3, characterized in that that the insulator (8), which is conductively coated on both sides, is between two insulator disks (13) which prevent a short circuit to the microchannel plate holder (7).