JP2016062735A - イオンフィルター及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
電子を増幅させる際には、増幅した電子と同数の陽イオンが発生する。電子増幅フォイルの貫通孔内部の電場の影響により、陽イオンは電子の移動方向とは逆方向に進行する。
また、質量が相対的に大きい陽イオンの移動速度は、電子の移動速度よりも遅いため、ガス電子増幅器の内部に平板状に集まって留まり、電場を生成する場合がある。
陽イオンにより形成される電場は測定する電子の移動方向を変化させるため、三次元飛跡検出器(TPC:Time Projection Chamber)などの検出精度に影響を与えるという、いわゆる陽イオン問題が生じる。
この陽イオン問題に関し、従来は、電子増幅器の上にワイヤー電極を設置し、ワイヤー電極から発生した電場によって、陽イオンの進行を防止する手法が知られている。
また、陽イオンの進行を防止する際に、電子の移動までもが妨げられると、検出精度が低下するという問題がある。
このように、従来においては、電子の移動及び移動する電子の軌道に与える影響を抑制しつつ、陽イオンの進行を防ぐ手段が求められていた。
図1に示すように、本実施形態の電子増幅器100は、チャンバCB内に配置された電極5と、イオンフィルター10と、電子増幅フォイル2と、検出電極3とを有する。図示しない電源は、電極5、イオンフィルター10、電子増幅フォイル2、及び検出電極3に電力を供給する。電子増幅器100は、検出電極3から検出信号を取得する検出器4を備える。各構成について、以下に説明する。
本実施形態において用いられる電子増幅フォイル2は、シート状の絶縁性基材の両主面が銅などの導電層が形成され、多数の貫通孔を有する。電子増幅フォイル2の貫通孔は、絶縁性基材の主面に対して略垂直方向に延在する。絶縁性基材の両主面に形成された導電層に数百Vの電位差を与えることで、貫通孔の内部には高電場が形成される。この貫通孔内部に電子が入ると、急激に加速される。加速した電子は、周囲のガス分子を電離させ、貫通孔内部において電子が雪崩式に増幅される(電子なだれ効果)。なお、電子増幅フォイル2は、GEM:Gas Electorn Multiplierとも呼ばれる。
図2Aは、本実施形態のイオンフィルター10の斜視図であり、図2Bは、本実施形態のイオンフィルター10の平面図である。各図に示すように、本実施形態のイオンフィルター10は貫通孔30を備える。隣り合う貫通孔30の間にはリム20が形成される。貫通孔30はリム20に囲われている。リム20が貫通孔30の内壁を構成する。貫通孔30は、イオンフィルター10の主面に沿う開口部31を形成する。
本発明の本実施形態では、これらの条件を満たすイオンフィルター10を提供する。
図2Cに示すように、本実施形態のイオンフィルター10は、絶縁性基材11の一方主面に形成された第1導電層12の第1厚さth1と、他方主面に形成された第2導電層13の第2厚さth2とが異なるように構成される。第1導電層12と第2導電層13とを同じ厚さとする場合よりも、第1導電層12と第2導電層13とを異なる厚さとした方が、電子透過率が向上するためである。電子透過率が向上することにより、電子増幅器100を用いた測定結果の精度を向上させることができる。例えば、電子の飛跡を測定する場合におけるその位置検出精度を向上させることができる。
つまり、第1導電層12を第2導電層13よりも厚く構成したイオンフィルター10は、第1導電層12と第2導電層13の厚さが同じイオンフィルターよりも、電子の軌道に影響を与えるものの、イオンフィルター10を通過した後の電子の位置を元の位置に戻す(通過前の位置に戻す)力が強いので、電子の軌道の最終的なずれ量(xy方向:yは電子の流れの方向に沿うずれ量)を小さくできる。
アルミニウムは、その軽さにおいて第1導電層12の表面部121、第2導電層13の表面部131に適している。イオンフィルター10、ひいては電子増幅器100の重量を軽減できる。
ニッケルは、その剛性(強さ)において第1導電層12の表面部121、第2導電層13の表面部131に適している。剛性は、イオンフィルター10の強度向上に貢献する。また、ニッケルは、その寸法安定性において第1導電層12の表面部121、第2導電層13の表面部131に適している。寸法安定性は、イオンフィルター10の平坦性に貢献する。
タングステンは、その硬さにおいて第1導電層12の表面部121、第2導電層13の表面部131に適している。硬性は、イオンフィルター10の引っ張り強度の向上に貢献する。
まず、第1の製造方法について説明する。
第1の製造方法では、図3(A)に示すように、絶縁性基材11Aの一方主面(図中上側面)に導電層12Aが形成され、その他方主面(図中下側面)に導電層13Aが形成された基材10Aを準備する。導電層12Aの厚さth1´は、導電層13Aの厚さth2´よりも厚い。特に限定されないが、本実施形態では、絶縁性基材11Aの厚さが12[μm]以上〜25[μm]以下の基材10Aを用いる。また、特に限定されないが、本実施形態では、導電層12Aの厚さth1´が13[μm]以上であり、導電層13Aの厚さth2´が6[μm]未満の基材10Aを用いる。
図3(C)に示すように、第1導電層12が形成された一方主面側(図中上側)から波長が500[nm]以下のUV−YAGレーザーを照射する。例えば、第三高調波(波長355[nm])のUV−YAGレーザーを照射する。一方主面側から照射されるレーザーに対し、所定のハニカムパターンに形成された第1導電層12がマスクとなり、所定領域に対応する領域(本例では六角形の領域)の絶縁性基材11が除去される。一方主面側から他方主面側までの絶縁性基材11を除去して、貫通孔30を形成する。
続いて、図4に基づいて、第2の製造方法について説明する。この第2の製造方法は、先述した第1の製造方法と基本的な工程は共通するので、図3の記載及び第1の製造方法の説明を援用しつつ説明する。
第1の製造方法と同様に、図4(A)に示すように、絶縁性基材11Aの一方主面(図中上側面)に導電層12Aが形成され、その他方主面(図中下側面)に導電層13Aが形成された基材10Aを準備する。導電層12Aを形成する第1の材料と、導電層13Aを形成する第2の材料とは、同じ材料である。第1の材料と第2の材料は、いずれも導電性材料である。本例において、第1及び第2の材料は銅である。導電層12A,導電層13Aは、めっき、スパッタリング、蒸着などの薄膜形成技術を用いて作製できる。
第1の製造方法と同様に、図4(D)に示すように、第1導電層12が形成された一方主面側(図中上側)から波長が500[nm]以下のUV−YAGレーザーを照射する。そして、一方主面側から他方主面側までの絶縁性基材11を除去して、貫通孔を形成する。第1の製造方法と同様に、この絶縁性基材11を除去する工程は、エッチング液を用いて行ってもよい。その後、第1の製造方法と同様に、プラズマデスミヤ処理などのデスミヤ処理を実施する。
さらに、第3の製造方法について説明する。
第3の製造方法の工程は、第1の製造方法及び第2の製造方法と基本的な工程は共通する。第3の製造方法では、第1及び第2の製造方法における、絶縁性基材11Aをレーザーにより除去し、デスミヤ処理をした後の工程として、エッチングレジストを形成する以下の工程に行う。
10…イオンフィルター
11…絶縁性シート
12…第1導電層
121…第1導電層の表面部
122…第1導電層の基礎部
13…第2導電層
131…第2導電層の表面部
132…第2導電層の基礎部
20…リム
30…貫通孔
31…開口部
2…電子増幅フォイル
3…検出電極
4…検出器
5…電極
DR…ドリフト領域
E…電子の流れ方向
Claims (8)
- 電子増幅器に用いられるイオンフィルターであって、
絶縁性基材と、
前記絶縁性基材の一方主面に形成された第1導電層と、
前記絶縁性基材の他方主面に形成された第2導電層と、
前記絶縁性基材の厚さ方向に沿って形成された複数の貫通孔と、を有し、
前記第1導電層の第1厚さと、前記第2導電層の第2厚さとが異なるイオンフィルター。 - 前記絶縁性基材の一方主面は、前記電子増幅器における電子の移動方向の下流側に配置され、前記絶縁性基材の他方主面は、前記電子増幅器における電子の移動方向の上流側に配置され、
前記絶縁性基材の一方主面に形成された前記第1導電層の前記第1厚さは、前記第2導電層の前記第2厚さよりも厚い請求項1に記載のイオンフィルター。 - 前記イオンフィルターは、前記電子増幅器が備える電子増幅フォイルに併設され、
前記絶縁性基材の一方主面は前記電子増幅フォイル側に配置され、当該一方主面に形成された前記第1導電層の前記第1厚さは、前記他方主面に形成された前記第2導電層の前記第2厚さよりも厚い請求項1又は2に記載のイオンフィルター。 - 前記第1導電層の表面部が第1の材料で形成され、前記第2導電層の表面部が第1の材料とは異なる第2の材料で形成されたイオンフィルター。
- 前記第1導電層の前記第1厚さは、前記第2導電層の前記第2厚さの30倍以下である請求項1〜4の何れか一項に記載のイオンフィルター。
- 前記貫通孔の開口率は、75%以上である請求項1〜5の何れか一項に記載のイオンフィルター。
- 絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方主面に形成された導電層と、前記絶縁性基材の他方主面に形成され、前記一方主面に形成された導電層よりも厚さが薄い導電層と、を備えた基材を準備する工程と、
前記一方主面に形成された導電層の所定領域を除去して所定パターンの第1導電層を形成する工程と、
前記一方主面側からレーザーを照射して又はエッチング液を用いて、前記絶縁性基材の前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、
前記所定領域が除去された前記基材の両面側からエッチング液を作用させて、前記他方主面に形成された導電層のうち前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、を有するイオンフィルターの製造方法。 - 絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方主面に形成された導電層と、前記絶縁性基材の他方主面に形成され、前記一方主面に形成された導電層よりも厚さが薄い導電層と、を備えた基材を準備する工程と、
前記一方主面に形成された導電層の所定領域を除去して所定パターンの第1導電層を形成する工程と、
前記一方主面側からレーザーを照射して又はエッチング液を用いて、前記絶縁性基材の前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、
前記絶縁性基材の前記他方主面に形成された導電層の表面をエッチングレジストで覆う工程と、
前記所定領域が除去された前記基材の前記一方主面側からエッチング液を作用させて、前記他方主面に形成された導電層のうち前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、を有するイオンフィルターの製造方法。
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