WO2003075299A2 - Device for detecting charged particles and photons - Google Patents

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WO2003075299A2
WO2003075299A2 PCT/EP2003/002323 EP0302323W WO03075299A2 WO 2003075299 A2 WO2003075299 A2 WO 2003075299A2 EP 0302323 W EP0302323 W EP 0302323W WO 03075299 A2 WO03075299 A2 WO 03075299A2
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Marian Cholewa
Bernd Fischer
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Gesellschaft Fuer Schwerionenforschung Mbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
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    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/26—Measuring radiation intensity with resistance detectors

Definitions

  • the present invention relates to a device for the detection of charged particles and photons. More specifically, it relates to a device in which the particles to be detected are detected with the aid of emitted secondary particles. Ions, protons and electrons can be considered as charged particles to be detected.
  • ⁇ detection systems with thin detection layers of carbon, metal, in particular gold, or cesium iodide, which are applied to a substrate, are used, which release secondary electrons when the particles to be detected strike.
  • the secondary electrons are detected and amplified by a secondary electron multiplier, which is provided with an upstream, positively biased grid, and serve as a measure of the particles hitting the detection layer. It is generally necessary to amplify the detected secondary electrons, since most materials only emit little, for example 1-10, secondary electrons per incident ion.
  • the particles to be detected penetrate the detection layer (“vacuum window”), emerge from the evacuated detection system and are directed onto a target to be irradiated.
  • the detection efficiency of the secondary electron detector can be determined are determined by determining the ratio of the coincident events of the SSD detector and secondary electron detector and the number of events registered by the SSD detector multiplied by 100%.
  • a particular disadvantage of such detection systems is that, in the best case, a detection efficiency of 60% can be achieved with a single ion detection.
  • this accuracy is not acceptable for many practical applications of an ion beam, for example when examining the interaction of individual ions with individual cells in the course of studying radio-biological processes, or when examining / modifying semiconductor components.
  • a detection efficiency of almost 100% is required for this.
  • the detection layer is thick enough to withstand the atmospheric pressure at the vacuum window. This is generally only guaranteed for layer thicknesses above 5 ⁇ m, with the disadvantageous consequence of undesirable ion scattering effects due to the relatively thick detection layer.
  • a device for the detection of charged particles and photons by means of secondary particles which has a substrate, a diamond film applied to the substrate as a detection layer for the particles to be detected, a secondary electron detector for secondary electrons emitted by the diamond film when the charged particles and photons strike (“Channeltron”), and a signal processing unit for the secondary electron detector u - summarizes.
  • a chemical vapor deposition (CVD) method is preferably used to apply the diamond detection layer to the substrate.
  • the area of the diamond film is only limited by the possibilities of the CVD process and is usually in the range from 1 to 100 mm 2 .
  • Si 3 N can be used as the substrate.
  • the diamond film is doped with boron for the purpose of increasing the detection efficiency.
  • the thickness of the diamond layer can be chosen to be very thin; this is preferably less than 2 ⁇ m; in particular it is less than 1 ⁇ m, and it is also preferred that it is less than 0.5 ⁇ m.
  • the substrate is also advantageously very thin and has a thickness of the order of magnitude of 0.5 ⁇ m or less.
  • the diamond layer has a significantly higher strength than the conventional detection layers.
  • the layer thickness of the diamond layer is less than 2 ⁇ m according to the invention; in particular it is less than 1 ⁇ m, and it is also preferred that it is less than 0.5 ⁇ m. Typical areas of such a window are on the order of 5 mm 2 or less.
  • the device according to the invention therefore preferably additionally has a photomultiplier detector, including the associated signal processing unit, for photons emitted by the diamond film when the charged particles strike.
  • the detection device according to the invention enables high counting rates above 1 MHz.
  • FIG. 1 shows a diamond layer applied to a substrate for the detection of ions
  • FIG. 2 shows a diamond layer applied to a substrate for the detection of ions, which also serves as a vacuum window;
  • FIG. 3 shows a detection device according to the invention with a diamond layer applied to a substrate
  • FIG. 4 shows a detailed illustration of the coupling network from FIG. 3.
  • the diamond layer 1 which shows a diamond layer 1 applied to a substrate 2 for the detection of ions 3.
  • the diamond layer 1 is doped with boron. It was applied to the substrate 2 by a CVD process and has a layer thickness between 1 and 2 ⁇ m.
  • the substrate consists of Si 3 N.
  • the diamond layer 1 has an area of approximately 100 mm 2 . When the ions 3 hit the diamond Layer 1 secondary electrons 4 are emitted, which serve to detect the ions 3 encountered.
  • FIG. 2 shows a variant of the embodiment of the invention shown in FIG. 1.
  • the substrate 2 has an opening for the passage of the ions 3.
  • the part of the diamond film 1 located above the opening in the substrate 2 can be penetrated by the ions 3 and at the same time serves as a vacuum window 5 for the separation between an evacuated area and an area under atmospheric pressure for the irradiation of a target, for example living cells.
  • the strength of the diamond film which is between 1 and 2 ⁇ m thin, is sufficient to withstand the atmospheric pressure at the vacuum window.
  • secondary electrons 4 are emitted by the diamond film 1, which serve to detect the ions passing through the vacuum window 5.
  • a detection efficiency of almost 100% ensures reliable single ion detection.
  • FIG. 3 shows a device according to the invention for the detection of ions 3 with the diamond film 1 and substrate 2 from FIG. 1.
  • the ions 3 striking the diamond film 1 trigger the emission of the secondary electrons 4.
  • These are detected and amplified via a secondary electron detector 6 (“channeltron”), the secondary electrons first being attracted to a positively biased grating and then being fed to a secondary electron multiplier connected downstream.
  • the secondary electron detector ⁇ is positioned at a distance of 20 mm from the diamond film at an angle of 135 ° to the incident ion beam.
  • a bias of +200 V was applied.
  • Downstream of the channeltron is a coupling network 7 whose output signal is fed to a conventional preamplifier and additional electronics for further processing of the signal.
  • FIG. 4 shows the coupling network 7 from FIG. 3 in detail in a specially adapted configuration.
  • a high voltage of 2.4 kV in FIG. 8 and the output signal of the channeltron in FIG. 9 are fed separately to the coupling network for further processing.
  • the coupling network 7 is in particular provided with diodes 10, Zener diodes 11 and a switch 13. At 12, the output signal is fed to a preamplifier and additional electronics for further processing.
  • the device according to the invention can be used in particular as a high-speed single ion counting system. This allows the use of an ion beam in applications that require practically reliable detection of the ions. Such a device can also be part of a system for determining the flight time of the ions. Furthermore, the device according to the invention can be used within secondary ion mass spectroscopy systems. The high durability of the diamond film also enables the device according to the invention to be used in a highly radiating environment.

Abstract

The invention relates to a device for detecting charged particles (3) and photons by using secondary particles (4). Said device comprises: a substrate (2); a diamond film (1), which is applied to the substrate and serves as a detection layer for the particles to be detected; a secondary electron detector (channeltron) for detecting secondary electrons emitted from the diamond film as the charged particles and photons strike this film, and; a signal processing unit for the secondary electron detector.

Description

Vorrichtung zur Detektion von geladenen Teilchen und Photonen Device for the detection of charged particles and photons
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von geladenen Teilchen und Photonen. Genauer betrifft sie eine Vorrichtung, bei welcher die zu detektierenden Teilchen mithilfe von emittierten Sekundärteilchen erfasst werden. Als zu detektierende geladene Teilchen kommen Ionen, Protonen und Elektronen in Betracht.The present invention relates to a device for the detection of charged particles and photons. More specifically, it relates to a device in which the particles to be detected are detected with the aid of emitted secondary particles. Ions, protons and electrons can be considered as charged particles to be detected.
Gattungsgemäße Vorrichtungen sind bekannt. Beispielsweise werden Detektionssysteme mit auf ein Substrat aufgebrachten dünnen Detektionsschichten aus Kohlenstoff, Metall, insbesondere Gold, oder Cäsiumjodid eingesetzt, welche bei Auftreffen der zu detektierenden Teilchen Sekundärelektronen freisetzen. Die Sekundärelektronen werden von einem, mit einem vorgeschalteten positiv vorgespannten Gitter versehenen, Sekundärelektronenvervielfacher erfasst und verstärkt, und dienen als Maß für die auf die Detektionsschicht auftreffenden Teilchen. Eine Verstärkung der erfassten Sekundärelektronen ist allgemein notwendig, da die meisten Materialien pro einfallendem Ion nur wenig, beispielsweise 1- 10, Sekundärelektronen emittieren. An einer Durchbrechung des Substrats durchdringen die zu detektierenden Teilchen die Detektionsschicht ("Vakuumfenster") , treten aus dem evakuierten Detektionssystem aus und werden auf ein zu bestrahlendes Target gelenkt.Generic devices are known. For example, detection systems with thin detection layers of carbon, metal, in particular gold, or cesium iodide, which are applied to a substrate, are used, which release secondary electrons when the particles to be detected strike. The secondary electrons are detected and amplified by a secondary electron multiplier, which is provided with an upstream, positively biased grid, and serve as a measure of the particles hitting the detection layer. It is generally necessary to amplify the detected secondary electrons, since most materials only emit little, for example 1-10, secondary electrons per incident ion. At an opening in the substrate, the particles to be detected penetrate the detection layer (“vacuum window”), emerge from the evacuated detection system and are directed onto a target to be irradiated.
In Verbindung mit einem hinter dem Vakuumfenster befindlichen Silizium-Oberflächenteilchendetektor (SSD-Detektor) kann die Detektionseffizienz des Sekundärelektronendetektors bestimmt werden, indem das Verhältnis der koinzidenten Ereignisse von SSD-Detektor und Sekundärelektronendetektor und der Anzahl der von dem SSD-Detektor registrierten Ereignisse, multipliziert mit 100% bestimmt wird.In conjunction with a silicon surface particle detector (SSD detector) located behind the vacuum window, the detection efficiency of the secondary electron detector can be determined are determined by determining the ratio of the coincident events of the SSD detector and secondary electron detector and the number of events registered by the SSD detector multiplied by 100%.
Nachteilig bei derartigen Detektionssystemen ist insbesondere, dass bei einer Einzelionendetektion im besten Falle eine Detektionseffizienz von 60% erreicht werden kann. Diese Genauigkeit ist jedoch für viele praktische Anwendungen eines Ionenstrahls, beispielsweise bei der Untersuchung der Wechselwirkung einzelner Ionen mit einzelnen Zellen im Rahmen des Studiums radio-biologischer Prozesse, oder bei der Untersuchung/Modifizierung von Halbleiterbauteilen, nicht akzeptabel. Hierfür ist eine Detektionseffizienz von nahezu 100%, d. h. eine zuverlässige Einzelionendetektion, notwendig.A particular disadvantage of such detection systems is that, in the best case, a detection efficiency of 60% can be achieved with a single ion detection. However, this accuracy is not acceptable for many practical applications of an ion beam, for example when examining the interaction of individual ions with individual cells in the course of studying radio-biological processes, or when examining / modifying semiconductor components. A detection efficiency of almost 100% is required for this. H. reliable single ion detection, necessary.
Zudem muss sichergestellt sein, dass die Detektionsschicht dick genug ist, damit diese dem am Vakuumfenster anliegenden Atmosphärendruck standhält. Dies ist im allgemeinen nur bei Schichtdicken oberhalb von 5 μm gewährleistet, mit der nachteiligen Folge von unerwünschten Ionenstreueffekten aufgrund der relativ dicken Detektionsschicht.In addition, it must be ensured that the detection layer is thick enough to withstand the atmospheric pressure at the vacuum window. This is generally only guaranteed for layer thicknesses above 5 μm, with the disadvantageous consequence of undesirable ion scattering effects due to the relatively thick detection layer.
Darüber hinaus werden die bei diesen Detektionssystemen eingesetzten Detektionsschichten durch eine Strahlung sehr hoher Dosis (z. B. 107 Ionen/μm2) oder schwere Ionen einer hohen Energie (im Bereich GeV) stark beschädigt. Deren Einsatzbereich ist deshalb auf eine Strahlung mit vergleichsweise geringer Dosis bzw. niedriger Energie beschränkt. Demgegenüber ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die genannten Nachteile der im Stand der Technik bekannten gattungsgemäßen Detektionsvorrichtungen zu überwinden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der 'Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.In addition, the detection layers used in these detection systems are severely damaged by radiation of very high doses (e.g. 10 7 ions / μm 2 ) or heavy ions of high energy (in the GeV range). Their area of application is therefore limited to radiation with a comparatively low dose or low energy. In contrast, it is an object of the present invention to overcome the disadvantages of the generic detection devices known in the prior art. This object is solved by the features of claim 1. Advantageous refinements of the 'invention are specified in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Detektion von geladenen Teilchen und Photonen mittels Sekundärteilchen gezeigt, welche ein Substrat, einen auf das Substrat aufgebrachten Diamantfilm als Detektionsschicht für die zu detektierenden Teilchen, einen Sekundärelektronen-Detektor für von dem Diamantfilm bei Auftreffen der geladenen Teilchen und Photonen emittierte Sekundärelektronen ("Channeltron"), sowie eine Signalverarbeitungseinheit für den Sekundärelektronen-Detektor u - fasst .According to the invention, a device for the detection of charged particles and photons by means of secondary particles is shown, which has a substrate, a diamond film applied to the substrate as a detection layer for the particles to be detected, a secondary electron detector for secondary electrons emitted by the diamond film when the charged particles and photons strike ("Channeltron"), and a signal processing unit for the secondary electron detector u - summarizes.
Zum Aufbringen der Diamantdetektionsschicht auf das Substrat wird bevorzugt ein Chemical-Vapour-Deposition (CVD) -Verfahren eingesetzt. Die Fläche des Diamantfilms ist nur durch die Möglichkeiten des CVD-Verfahrens beschränkt, und liegt zumeist im Bereich von 1 bis 100 mm2. Als Substrat kann Si3N verwendet werden.A chemical vapor deposition (CVD) method is preferably used to apply the diamond detection layer to the substrate. The area of the diamond film is only limited by the possibilities of the CVD process and is usually in the range from 1 to 100 mm 2 . Si 3 N can be used as the substrate.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Diamantfilm zum Zwecke einer Erhöhung der Detektionseffizienz mit Bor dotiert.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the diamond film is doped with boron for the purpose of increasing the detection efficiency.
Da die Emission von Sekundärteilchen ein Oberflächeneffekt ist, kann die Dicke der Diamantschicht sehr dünn gewählt werden; diese ist vorzugsweise geringer als 2 μm; insbesondere ist sie geringer als 1 μm, und ebenso bevorzugt ist sie geringer als 0,5 μm. Vorteilhaft ist auch das Substrat sehr dünn und weist eine Dicke in der Größenordnung von 0,5 μm oder darunter auf.Since the emission of secondary particles is a surface effect, the thickness of the diamond layer can be chosen to be very thin; this is preferably less than 2 μm; in particular it is less than 1 μm, and it is also preferred that it is less than 0.5 μm. The substrate is also advantageously very thin and has a thickness of the order of magnitude of 0.5 μm or less.
Ferner hat sich gezeigt, dass die Diamantschicht gegenüber den herkömmlichen Detektionsschichten eine wesentlich höhere Festigkeit hat. Dient die Diamant-Detektionsschicht zugleich als Vakuumfenster, etwa zur Bestrahlung eines Targets mit den zu detektierenden Teilchen außerhalb des evakuierten Detektions- systems, so beträgt die Schichtdicke der Diamantschicht erfindungsgemäß weniger als 2 μm; insbesondere ist sie geringer als 1 μm, und ebenso bevorzugt ist sie geringer als 0,5 μm. Typische Flächen eines solchen Fensters liegen in der Größenordnung von 5 mm2 oder darunter.It has also been shown that the diamond layer has a significantly higher strength than the conventional detection layers. If the diamond detection layer also serves as a vacuum window, for example for irradiating a target with the particles to be detected outside the evacuated detection system, the layer thickness of the diamond layer is less than 2 μm according to the invention; in particular it is less than 1 μm, and it is also preferred that it is less than 0.5 μm. Typical areas of such a window are on the order of 5 mm 2 or less.
Bei Auftreffen der zu detektierenden Teilchen auf die Diamant- Detektionsschicht werden im allgemeinen nicht nur Sekundärelektronen, sondern auch Photonen emittiert, die wie die Sekundärelektronen zum mittelbaren Nachweis der zu detektierenden Teilchen dienen können. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung deshalb zusätzlich einen Photomultiplier- Detektor, einschließlich zugehöriger Signalverarbeitungseinheit, für von dem Diamantfilm bei Auftreffen der geladenen Teilchen emittierte Photonen auf.When the particles to be detected strike the diamond detection layer, not only secondary electrons are generally emitted, but also photons which, like the secondary electrons, can be used for indirect detection of the particles to be detected. The device according to the invention therefore preferably additionally has a photomultiplier detector, including the associated signal processing unit, for photons emitted by the diamond film when the charged particles strike.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung sind vor allem darin zu sehen, dass ein praktisch sicherer Einzelnachweis von geladenen Teilchen und Photonen ermöglicht ist, d. h. die Detektionseffizienz beträgt annähernd 100%. Es können ferner geladene Teilchen im Bereich keV, MeV oder GeV zu- verlässig detektiert werden, ohne dass hierbei eine Beschädigung der Detektionsschicht bei hohen Dosen und/oder hohen Energien der auftreffenden Teilchen zu befürchten ist. Darüber hinaus ermöglich die erfindungsgemäße Vorrichtung hohe Zählraten oberhalb von 1 MHz.The advantages of the detection device according to the invention can be seen above all in the fact that a practically reliable individual detection of charged particles and photons is made possible, ie the detection efficiency is approximately 100%. Charged particles in the keV, MeV or GeV range can also be be reliably detected without fear of damage to the detection layer at high doses and / or high energies of the incident particles. In addition, the device according to the invention enables high counting rates above 1 MHz.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen:Further features and advantages of the invention result from the description of two exemplary embodiments which now follows, reference being made to the attached figures. Show it:
Fig. 1 eine auf ein Substrat aufgebrachte Diamantschicht zur Detektion von Ionen;1 shows a diamond layer applied to a substrate for the detection of ions;
Fig. 2 eine auf ein Substrat aufgebrachte Diamantschicht zur Detektion von Ionen, welche zugleich als ein Vakuumfenster dient;2 shows a diamond layer applied to a substrate for the detection of ions, which also serves as a vacuum window;
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung mit einer auf ein Substrat aufgebrachten Diamantschicht;3 shows a detection device according to the invention with a diamond layer applied to a substrate;
Fig. 4 eine ausführliche Darstellung des Kopplungsnetzes von Fig. 3.FIG. 4 shows a detailed illustration of the coupling network from FIG. 3.
Sei zunächst Fig. 1 betrachtet, worin eine auf ein Substrat 2 aufgebrachte Diamantschicht 1 zur Detektion von Ionen 3 dargestellt ist. Die Diamantschicht 1 ist mit Bor dotiert. Sie wurde durch ein CVD-Verfahren auf das Substrat 2 aufgebracht und weist eine Schichtdicke zwischen 1 und 2 μm auf. Das Substrat besteht aus Si3N . Die Diamantschicht 1 hat eine Fläche von ungefähr 100 mm2. Bei Auftreffen der Ionen 3 auf die Diamant- schicht 1 werden Sekundärelektronen 4 emittiert, welche zum Nachweis der aufgetroffenen Ionen 3 dienen.1, which shows a diamond layer 1 applied to a substrate 2 for the detection of ions 3. The diamond layer 1 is doped with boron. It was applied to the substrate 2 by a CVD process and has a layer thickness between 1 and 2 μm. The substrate consists of Si 3 N. The diamond layer 1 has an area of approximately 100 mm 2 . When the ions 3 hit the diamond Layer 1 secondary electrons 4 are emitted, which serve to detect the ions 3 encountered.
In Fig. 2 ist eine Variante zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hierbei weist das Substrat 2 eine Durchbrechung zum Durchtritt der Ionen 3 auf. Der über der Durchbrechung des Substrats 2 befindliche Teil des Diamantfilms 1 kann von den Ionen 3 durchdrungen werden und dient zugleich als Vakuumfenster 5 zur Abtrennung zwischen einem evakuierten Bereich und einem unter Atmosphärendruck stehenden Bereich zur Bestrahlung eines Targets, beispielsweise lebende Zellen. Die Festigkeit des zwischen 1 und 2 μm dünnen Diamantfilms reicht aus, um dem am Vakuumfenster anliegenden Atmosphärendruck standzuhalten. Bei Auftreffen der Ionen 3 auf das Vakuumfenster 5 werden von dem Diamantfilm 1 Sekundärelektronen 4 emittiert, die zum Nachweis der das Vakuumfenster 5 passierenden Ionen dienen. Eine Detektionseffizienz von annähernd 100% gewährleistet einen zuverlässigen Einzelionennachweis .FIG. 2 shows a variant of the embodiment of the invention shown in FIG. 1. Here, the substrate 2 has an opening for the passage of the ions 3. The part of the diamond film 1 located above the opening in the substrate 2 can be penetrated by the ions 3 and at the same time serves as a vacuum window 5 for the separation between an evacuated area and an area under atmospheric pressure for the irradiation of a target, for example living cells. The strength of the diamond film, which is between 1 and 2 μm thin, is sufficient to withstand the atmospheric pressure at the vacuum window. When the ions 3 strike the vacuum window 5, secondary electrons 4 are emitted by the diamond film 1, which serve to detect the ions passing through the vacuum window 5. A detection efficiency of almost 100% ensures reliable single ion detection.
In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion von Ionen 3 mit dem Diamantfilm 1 und Substrat 2 von Fig. 1 dargestellt. Die auf den Diamantfilm 1 auftreffenden Ionen 3 lösen die Emission der Sekundärelektronen 4 aus. Diese werden über einen Sekundärelektronen-Detektor 6 ("Channeltron") erfasst und verstärkt, wobei die Sekundärelektronen zunächst von einem positiv vorgespannten Gitter angezogen und dann einem nachgeschalteten Sekundärelektronenvervielfacher zugeführt werden. Der Sekundärelektronen-Detektor β ist in einem Abstand von 20 mm von dem Diamantfilm mit einem Winkel von 135° zu dem einfallenden Ionenstrahl positioniert. Auf das Vorspanngitter wurde eine Vorspannung von +200 V angelegt. Dem Channeltron nachgeschaltet ist ein Kopplungsnetz 7 dessen Ausgangssignal einem herkömmlichen Vorverstärker und zusätzlicher Elektronik zur weiteren Verarbeitung des Signals zugeführt wird.FIG. 3 shows a device according to the invention for the detection of ions 3 with the diamond film 1 and substrate 2 from FIG. 1. The ions 3 striking the diamond film 1 trigger the emission of the secondary electrons 4. These are detected and amplified via a secondary electron detector 6 (“channeltron”), the secondary electrons first being attracted to a positively biased grating and then being fed to a secondary electron multiplier connected downstream. The secondary electron detector β is positioned at a distance of 20 mm from the diamond film at an angle of 135 ° to the incident ion beam. On the leader board a bias of +200 V was applied. Downstream of the channeltron is a coupling network 7 whose output signal is fed to a conventional preamplifier and additional electronics for further processing of the signal.
In Fig. 4 schließlich ist das Kopplungsnetz 7 von Fig. 3 in einer speziell angepassten Konfiguration ausführlich dargestellt. Dem Kopplungsnetz wird separat eine Hochspannung von 2,4 kV in 8, sowie das Ausgangssignal des Channeltrons in 9 zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Das Kopplungsnetz 7 ist insbesondere mit Dioden 10, Zenerdioden 11 und einem Schalter 13 versehen. Das Ausgangssignal wird bei 12 einem Vorverstärker und zusätzlicher Elektronik zur weiteren Verarbeitung zugeführt .Finally, FIG. 4 shows the coupling network 7 from FIG. 3 in detail in a specially adapted configuration. A high voltage of 2.4 kV in FIG. 8 and the output signal of the channeltron in FIG. 9 are fed separately to the coupling network for further processing. The coupling network 7 is in particular provided with diodes 10, Zener diodes 11 and a switch 13. At 12, the output signal is fed to a preamplifier and additional electronics for further processing.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere als ein Hochgeschwindigkeits-Einzelionen-Zählsystem eingesetzt werden. Dies erlaubt den Einsatz eines Ionenstrahls bei Anwendungen, die einen praktisch sicheren Nachweis der Ionen erfordern. Ein solche Vorrichtung kann auch Teil eines Systems zur Bestimmung der Flugzeit der Ionen sein. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung innerhalb von Sekundärionen-Massenspektroskopie- Systemen eingesetzt werden. Die hohe Beständigkeit des Diamantfilms ermöglicht zudem die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer hochstrahlenden Umgebung einzusetzen. The device according to the invention can be used in particular as a high-speed single ion counting system. This allows the use of an ion beam in applications that require practically reliable detection of the ions. Such a device can also be part of a system for determining the flight time of the ions. Furthermore, the device according to the invention can be used within secondary ion mass spectroscopy systems. The high durability of the diamond film also enables the device according to the invention to be used in a highly radiating environment.

Claims

Schutzansprüche protection claims
1. Vorrichtung zur Detektion von geladenen Teilchen und Photonen mittels Sekundärteilchen, welche ein Substrat, einen auf das Substrat aufgebrachten Diamantfilm als Detektionsschicht für die zu detektierenden Teilchen, einen Sekundärelektronen-Detektor für von dem Diamantfilm bei Auftreffen der geladenen Teilchen und Photonen emittierte Sekundärelektronen ("Channeltron"), sowie eine Signalverarbeitungseinheit für den Sekundärelektronen-Detektor um- fasst .1. Device for the detection of charged particles and photons by means of secondary particles, which have a substrate, a diamond film applied to the substrate as a detection layer for the particles to be detected, a secondary electron detector for secondary electrons emitted by the diamond film when the charged particles and photons strike (" Channeltron ") and a signal processing unit for the secondary electron detector.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen Photomultiplier-Detektor, einschließlich zugehöriger Signalverarbeitungseinheit, für von dem Diamantfilm bei Auftreffen der geladenen Teilchen emittierte Photonen aufweist.2. The apparatus of claim 1, further comprising a photomultiplier detector, including associated signal processing unit, for photons emitted from the diamond film upon impact of the charged particles.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantfilm eine Dicke von weniger als 2 μm hat.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the diamond film has a thickness of less than 2 microns.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantfilm eine Dicke von weniger als 1 μm hat.4. The device according to claim 3, characterized in that the diamond film has a thickness of less than 1 micron.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantfilm eine Dicke von weniger als 0,5 μm hat. 5. The device according to claim 4, characterized in that the diamond film has a thickness of less than 0.5 microns.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantfilm mit Bor dotiert ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the diamond film is doped with boron.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantfilm eine Fläche im Bereich von 1 bis 100 mm2 hat.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the diamond film has an area in the range of 1 to 100 mm 2 .
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantfilm durch ein Chemical-Vapour-Deposition (CVD) -Verfahren aufgebracht ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the diamond film is applied by a chemical vapor deposition (CVD) method.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Si3N4 besteht.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate consists of Si 3 N 4 .
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Dicke in der Größenordnung von 0,5 μm oder darunter hat.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate has a thickness in the order of 0.5 microns or less.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geladenen Teilchen eine Energie im Bereich von keV, MeV oder GeV haben.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the charged particles have an energy in the range of keV, MeV or GeV.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis12. Device according to one of the preceding claims 3 to
11, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat an wenigstens einer Stelle eine Durchbrechung aufweist und der Diamantfilms an dieser Stelle ein Vakuumfenster bildet. 11, characterized in that the substrate has an opening at least at one point and the diamond film forms a vacuum window at this point.
3. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumfenster eine Fläche in der Größenordnung von 5 mm2 oder darunter hat . 3. Device according to claim 12, characterized in that the vacuum window has an area of the order of 5 mm 2 or less.
PCT/EP2003/002323 2002-03-07 2003-03-06 Device for detecting charged particles and photons WO2003075299A2 (en)

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