Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии
Разработан, изготовлен и исследован координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии, который может использоваться в аналитической аппаратуре, обеспечивая одновременный анализ всего элементного состава материалов с высокой чувствительностью и точностью. Детектор построен на ос...
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2016 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115695 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии / В.П. Сидоренко, Ю.В. Прокофьев, Д.С. Мурченко, В.М. Еременко, А.В. Шелехов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2016. — № 4-5. — С. 53-60. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-115695 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Сидоренко, В.П. Прокофьев, Ю.В. Мурченко, Д.С. Еременко, В.М. Шелехов, А.В. 2017-04-09T17:51:01Z 2017-04-09T17:51:01Z 2016 Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии / В.П. Сидоренко, Ю.В. Прокофьев, Д.С. Мурченко, В.М. Еременко, А.В. Шелехов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2016. — № 4-5. — С. 53-60. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2016.4-5.53 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115695 539.1.074 Разработан, изготовлен и исследован координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии, который может использоваться в аналитической аппаратуре, обеспечивая одновременный анализ всего элементного состава материалов с высокой чувствительностью и точностью. Детектор построен на основе разработанной специализированной большой интегральной схемы и микроканальных пластин. Розроблено, виготовлено та досліджено координатно-чутливий детектор заряджених частинок для спектроскопії, який може використовуватися в аналітичній апаратурі, забезпечуючи одночасний аналіз всього елементного складу матеріалів з високою чутливістю і точністю. Детектор побудовано на основі розробленої спеціалізованої великої інтегральної схеми і мікроканальних пластин. The authors have designed, manufactured and tested a coordinate-sensitive detector for charged particle spectroscopy. The detector can be used in the devices for the elemental analysis of materials, providing simultaneous analysis of all the elemental composition with high sensitivity and precision. The designed device is based on an integrated circuit (IC) and a microchannel plate (MCP) electron multiplier. The IC is mounted on a ceramic substrate. Ions fall on the MCP mounted above the IC. Giving rise to a pulse which typically exceeds 106 electrons, each ion falls on the detector electrodes and these pulses are counted. In this research, a two stage stack of MCPs (Hamamatsu) was used. The MCPs have a channel diameter of 12 μm on a 15 μm pitch. The results of tests carried out in a mass spectrometer are presented. The designed detector is small, light, and low-power. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Функциональная микро- и наноэлектроника Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии Координатно-чутливий детектор заряджених частинок для спектроскопії Coordinate-sensitive charged particle detector for spectroscopy Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии |
| spellingShingle |
Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии Сидоренко, В.П. Прокофьев, Ю.В. Мурченко, Д.С. Еременко, В.М. Шелехов, А.В. Функциональная микро- и наноэлектроника |
| title_short |
Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии |
| title_full |
Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии |
| title_fullStr |
Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии |
| title_full_unstemmed |
Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии |
| title_sort |
координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии |
| author |
Сидоренко, В.П. Прокофьев, Ю.В. Мурченко, Д.С. Еременко, В.М. Шелехов, А.В. |
| author_facet |
Сидоренко, В.П. Прокофьев, Ю.В. Мурченко, Д.С. Еременко, В.М. Шелехов, А.В. |
| topic |
Функциональная микро- и наноэлектроника |
| topic_facet |
Функциональная микро- и наноэлектроника |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Координатно-чутливий детектор заряджених частинок для спектроскопії Coordinate-sensitive charged particle detector for spectroscopy |
| description |
Разработан, изготовлен и исследован координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии, который может использоваться в аналитической аппаратуре, обеспечивая одновременный анализ всего элементного состава материалов с высокой чувствительностью и точностью. Детектор построен на основе разработанной специализированной большой интегральной схемы и микроканальных пластин.
Розроблено, виготовлено та досліджено координатно-чутливий детектор заряджених частинок для спектроскопії, який може використовуватися в аналітичній апаратурі, забезпечуючи одночасний аналіз всього елементного складу матеріалів з високою чутливістю і точністю. Детектор побудовано на основі розробленої спеціалізованої великої інтегральної схеми і мікроканальних пластин.
The authors have designed, manufactured and tested a coordinate-sensitive detector for charged particle spectroscopy. The detector can be used in the devices for the elemental analysis of materials, providing simultaneous analysis of all the elemental composition with high sensitivity and precision. The designed device is based on an integrated circuit (IC) and a microchannel plate (MCP) electron multiplier. The IC is mounted on a ceramic substrate. Ions fall on the MCP mounted above the IC. Giving rise to a pulse which typically exceeds 106 electrons, each ion falls on the detector electrodes and these pulses are counted. In this research, a two stage stack of MCPs (Hamamatsu) was used. The MCPs have a channel diameter of 12 μm on a 15 μm pitch. The results of tests carried out in a mass spectrometer are presented. The designed detector is small, light, and low-power.
|
| issn |
2225-5818 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115695 |
| citation_txt |
Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии / В.П. Сидоренко, Ю.В. Прокофьев, Д.С. Мурченко, В.М. Еременко, А.В. Шелехов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2016. — № 4-5. — С. 53-60. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT sidorenkovp koordinatnočuvstvitelʹnyidetektorzarâžennyhčasticdlâspektroskopii AT prokofʹevûv koordinatnočuvstvitelʹnyidetektorzarâžennyhčasticdlâspektroskopii AT murčenkods koordinatnočuvstvitelʹnyidetektorzarâžennyhčasticdlâspektroskopii AT eremenkovm koordinatnočuvstvitelʹnyidetektorzarâžennyhčasticdlâspektroskopii AT šelehovav koordinatnočuvstvitelʹnyidetektorzarâžennyhčasticdlâspektroskopii AT sidorenkovp koordinatnočutliviidetektorzarâdženihčastinokdlâspektroskopíí AT prokofʹevûv koordinatnočutliviidetektorzarâdženihčastinokdlâspektroskopíí AT murčenkods koordinatnočutliviidetektorzarâdženihčastinokdlâspektroskopíí AT eremenkovm koordinatnočutliviidetektorzarâdženihčastinokdlâspektroskopíí AT šelehovav koordinatnočutliviidetektorzarâdženihčastinokdlâspektroskopíí AT sidorenkovp coordinatesensitivechargedparticledetectorforspectroscopy AT prokofʹevûv coordinatesensitivechargedparticledetectorforspectroscopy AT murčenkods coordinatesensitivechargedparticledetectorforspectroscopy AT eremenkovm coordinatesensitivechargedparticledetectorforspectroscopy AT šelehovav coordinatesensitivechargedparticledetectorforspectroscopy |
| first_indexed |
2025-11-26T06:23:07Z |
| last_indexed |
2025-11-26T06:23:07Z |
| _version_ |
1850615280124821504 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2016, ¹ 4-5
53
ÔóíêöèîíàëüíàЯ ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêà
ISSN 2225-5818
ÓÄÊ ÓÄÊ 539.1.074
К. ò. í. В. П. СидоренКо1, Ю. В. ПроКофьеВ1, д. С. МурченКо1, В. М. ереМенКо2,
А. В. ШелехоВ2
Óêðàèíà, ã. Êèåâ, 1НИИ мèêðîïðèбîðîâ НАНÓ; ã. Сóмы, 2Иíñòèòóò ïðèêëàдíîé фèзèêè НАНÓ
E-mail: sidorenko@imd.org.ua
ÊООРÄИНАÒНО-ЧÓВСÒВИÒЕЛЬНЫЙ ÄЕÒЕÊÒОР
ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСÒИЦ ÄЛЯ СПЕÊÒРОСÊОПИИ
Сîздàíèå êîîðдèíàòíî-чóâñòâèòåëьíыõ дå-
òåêòîðîâ (êЧД) зàðÿжåííыõ чàñòèц дëÿ ñïåê-
òðîñêîïèè ÿâëÿåòñÿ àêòóàëьíîé зàдàчåé дëÿ ñîз-
дàíèÿ ñîâðåмåííîé àíàëèòèчåñêîé àïïàðàòóðы,
ïðåдíàзíàчåííîé дëÿ êîëèчåñòâåííîãî àíàëèзà
мíîãîýëåмåíòíыõ âåщåñòâ [1—6]. Пðèмåíÿåмыå
â íàñòîÿщåå âðåмÿ мåòîд фîòîðåãèñòðàцèè è
мåòîд ïîñëåдîâàòåëьíîãî èзмåðåíèÿ ïî êàждî-
мó êàíàëó ñ ïðèмåíåíèåм цèëèíдðîâ Фàðàдåÿ
ÿâëÿюòñÿ мåдëåííымè è зàòðàòíымè è íå дàюò
âîзмîжíîñòè ïðîâîдèòь àíàëèз â мàñшòàбå ðå-
àëьíîãî âðåмåíè. Пðèбîðы, ñ ïîмîщью êîòîðыõ
мîжíî îдíîâðåмåííî ïîëóчàòь èíфîðмàцèю ïðî
âåñь ýëåмåíòíыé ñîñòàâ ïóòåм àíàëèзà ñïåêòðà
â мàñшòàбå ðåàëьíîãî âðåмåíè è ñ âыñîêîé òîч-
íîñòью бåз ñïåцèàëьíîé ïîдãîòîâêè ïðîб, ïî-
зâîëÿюò îïåðàòèâíî óïðàâëÿòь ïðîцåññîм àíà-
ëèзà, ïðîâîдÿ юñòèðîâêó мàññ-ñïåêòðîмåòðà ïî
êîíêðåòíым èзîòîïàм ïðèмåñíыõ ýëåмåíòîâ.
Вñëåдñòâèå ýòîãî óâåëèчèâàåòñÿ òîчíîñòь è чóâ-
ñòâèòåëьíîñòь àíàëèзà, зíàчèòåëьíî ñîêðàщàåòñÿ
âðåмÿ àíàëèзà è зàòðàòы èññëåдóåмîãî мàòåðè-
àëà, чòî îñîбåííî âàжíî ïðè ñîздàíèè íàíîмà-
òåðèàëîâ, ïîëóчåíèè ñâåðõчèñòыõ мàòåðèàëîâ.
Нà îñíîâå ðàзðàбîòàííîé íàмè ñïåцèàëèзè-
ðîâàííîé бîëьшîé èíòåãðàëьíîé ñõåмы [7, 8] è
мèêðîêàíàëьíыõ ïëàñòèí ñîздàí êîîðдèíàòíî-
чóâñòâèòåëьíыé дåòåêòîð зàðÿжåííыõ чàñòèц,
îïèñàíèю êîòîðîãî ïîñâÿщåíà дàíàÿ ñòàòьÿ.
îсновные узлы и технические
характеристики êЧД
Оñíîâíымè фóíêцèîíàëьíымè óзëàмè ðàзðà-
бîòàííîãî дåòåêòîðà ÿâëÿюòñÿ ñëåдóющèå:
— âõîдíàÿ àïåðòóðíàÿ щåëь, âыбèðàющàÿ
àíàëèзèðóåмыé óчàñòîê фîêàëьíîé ïëîñêîñòè;
— èîí-ýëåêòðîííыé ïðåîбðàзîâàòåëь — óмíî-
жèòåëь âòîðèчíыõ ýëåêòðîíîâ («èîí — ëàâèíà
ýëåêòðîíîâ»), êîòîðыé ñîñòîèò èз дâóõ мèêðî-
êàíàëьíыõ ïëàñòèí (ìêП) â шåâðîííîé ñбîðêå;
разрабоòаí, изгоòовлеí и исследоваí коордиíаòíо-чувсòвиòельíый деòекòор заряжеííых часòиц
для спекòроскопии, коòорый можеò использоваòься в аíалиòической аппараòуре, обеспечивая од-
íовремеííый аíализ всего элемеíòíого сосòава маòериалов с высокой чувсòвиòельíосòью и òочíо-
сòью. деòекòор посòроеí íа осíове разрабоòаííой специализироваííой большой иíòегральíой схе-
мы и микрокаíальíых пласòиí.
Ключевые слова: коордиíаòíо-чувсòвиòельíый деòекòор, спекòроскопия, элемеíòíый аíализ,
большая иíòегральíая схема, микрокаíальíая пласòиíа.
— ñïåцèàëèзèðîâàííàÿ бîëьшàÿ èíòåãðàëь-
íàÿ ñõåмà (БèС), ñîдåðжàщàÿ 384 ñчåòíыõ êà-
íàëà, ÓБ5709ИÊ01-2.11 ШЖГÊ.431214.111 ÒÓ;
— мíîãîñëîéíîå êåðàмèчåñêîå îñíîâàíèå, íà
êîòîðîм ðàзмåщåíы óзëы ïðèбîðà è èíòåðфåéñ-
íыå ðàзъåмы;
— ðàзъåмы дëÿ ïîдêëючåíèÿ êîíòðîëëåðà
ïðèбîðà, íàïðÿжåíèÿ ïèòàíèÿ БИС è âыñîêîãî
íàïðÿжåíèÿ ïèòàíèÿ МÊП;
— мåòàëëèчåñêèé íåмàãíèòíыé ýêðàí дëÿ зà-
щèòы îò ïîïàдàíèÿ èîíîâ íà ýëåмåíòы êîíñòðóê-
цèè ïðèбîðà, êðîмå фîêàëьíîé ïëîñêîñòè;
— òåñòîâыå âыâîды дëÿ ïðîâåðêè ðàбîòîñïî-
ñîбíîñòè â îòñóòñòâèå èîííыõ ïóчêîâ.
Оñíîâíыå òåõíèчåñêèå õàðàêòåðèñòèêè ÊЧÄ:
— îбåñïåчèâàåò îдíîâðåмåííîå дåòåêòèðîâà-
íèå èîíîâ èзîòîïîâ ýëåмåíòîâ â шèðîêîм ñïåê-
òðå мàññ èññëåдóåмîãî âåщåñòâà è â шèðîêîм дè-
àïàзîíå êîíцåíòðàцèé (îò 10–7 дî 100%);
— óчàñòîê ñïåêòðà îдíîâðåмåííî дåòåêòèðó-
åмыõ èîíîâ ñîñòàâëÿåò 9,6 мм;
— ñîдåðжèò 384 íåзàâèñèмыõ ñчåòíыõ êàíàëà;
— ñêîðîñòь ñчåòà дåòåêòèðóåмыõ чàñòèц 3 МГц;
— мèíèмàëьíыé зàðÿд, ðåãèñòðèðóåмыé дå-
тектором, 1,6•10–13 Êë;
— íàïðÿжåíèå ïèòàíèÿ БИС 5 В;
— ïîòðåбëÿåмыé òîê íå бîëåå 30 мА;
— íàïðÿжåíèå ïèòàíèÿ МÊП 2000 В;
— ãàбàðèòы 45×48 мм, òîëщèíà 5 мм (бåз
óчåòà âыñîòы ñòîåê).
Принцип работы детектора
Òåðмèí «êîîðдèíàòíî-чóâñòâèòåëьíыé дåòåê-
òîð зàðÿжåííыõ чàñòèц» îбîзíàчàåò âыïîëíåí-
íîå íà ïîëóïðîâîдíèêîâîм êðèñòàëëå óñòðîé-
ñòâî, ïðåдíàзíàчåííîå дëÿ îдíîâðåмåííîãî дå-
òåêòèðîâàíèÿ ðàздåëåííîãî â ïðîñòðàíñòâå ñïåê-
òðà зàðÿжåííыõ чàñòèц è ðàñïîëîжåííîå â фî-
DOI: 10.15222/TKEA2016.4-5.53
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2016, ¹ 4-5
54
ÔóíêöèîíàëüíàЯ ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêà
ISSN 2225-5818
êàëьíîé ïëîñêîñòè ñïåêòðîмåòðà, ðàзмåðы êîòî-
ðîãî îïðåдåëÿюòñÿ чèñëîм дåòåêòîðîâ è шàãîм
ïåðèîдèчåñêîé ñòðóêòóðы ÊЧÄ.
Нà рис. 1 ïðèâåдåíà óïðîщåííàÿ ñõåмà
êîîðдèíàòíî-чóâñòâèòåëьíîãî дåòåêòîðà зàðÿ-
жåííыõ чàñòèц, ïîñòðîåííîãî íà ñïåцèàëьíî
ðàзðàбîòàííîé БИС, êîòîðàÿ ïîдðîбíî îïèñà-
íà â [7, 8].
Êàждыé èз 384 ýëåêòðîдîâ дåòåêòîðà ïðåд-
ñòàâëÿåò ñîбîé ïîëîñêó àëюмèíèÿ íà ïîâåðõíî-
ñòè êðèñòàëëà БИС, ñîåдèíåííóю ñ êîмïàðàòî-
ðîм. Чèñëî òàêèõ ïîëîñîê îïðåдåëÿåò чèñëî дå-
òåêòîðîâ íà êðèñòàëëå. Êîмïàðàòîð ïðåдñòàâ-
ëÿåò ñîбîé óñòðîéñòâî, чóâñòâèòåëьíîå ê зàðÿ-
дó ïîòîêà ýëåêòðîíîâ, ïîïàдàющèõ íà ïîâåðõ-
íîñòь àëюмèíèåâîé ïîëîñêè. Сëåдîâàòåëьíî,
дëÿ òîãî чòîбы íàõîдÿщèéñÿ â фîêàëьíîé ïëî-
ñêîñòè мàññ-ñïåêòðîмåòðà èîí быë зàðåãèñòðè-
ðîâàí êàê åдèíèчíîå ñîбыòèå (îдèí èîí — îдèí
èмïóëьñ ñчåòчèêà), íåîбõîдèмî óñòàíîâèòь ïå-
ðåд дåòåêòîðîм ïðåîбðàзîâàòåëь «èîí — ëàâè-
íà ýëåêòðîíîâ». Лàâèíà ýëåêòðîíîâ дîëжíà èз-
мåíèòь ïîòåíцèàë ýëåêòðîдà, ïðîòèâ êîòîðîãî
íàõîдèòñÿ èîí, дî зíàчåíèÿ íèжå ïîðîãà ñðàбà-
òыâàíèÿ êîмïàðàòîðà — òîëьêî â ýòîм ñëóчàå
êîмïàðàòîð ïåðåêëючèòñÿ, ñфîðмèðóåò åдèíèч-
íыé èмïóëьñ ñчåòà дëÿ êîíêðåòíîãî ñчåòчèêà è
зà ñчåò îбðàòíîé ñâÿзè óñòàíîâèò âõîд êîмïà-
ðàòîðà â èñõîдíîå ñîñòîÿíèå. Пðè ýòîм âî èз-
бåжàíèå ïðîñчåòîâ дåòåêòîðà âåñь ïðîцåññ дîë-
жåí ïðîõîдèòь дîñòàòîчíî быñòðî, дî ïðèõîдà
ñëåдóющåãî èîíà íà дåòåêòîð.
èон-электронный преобразователь
на микроканальных пластинах
Òèïîâàÿ МÊП [9] ïðåдñòàâëÿåò ñîбîé ñòå-
êëÿííóю ïëàñòèíó ñ ñîòîâîé ñòðóêòóðîé èз бîëь-
шîãî чèñëà (500—1000) ðåãóëÿðíî ðàñïîëîжåí-
íыõ è ñïåчåííыõ âмåñòå шåñòèóãîëьíыõ мèêðîêà-
íàëьíыõ ñîò. Êàждàÿ ñîòà ñîñòîèò èз мíîжåñòâà
(5000—10000) ðåãóëÿðíî ðàñïîëîжåííыõ è ñïå-
чåííыõ âмåñòå мèíèàòюðíыõ òðóбчàòыõ êàíàëîâ
дèàмåòðîм 5—25 мêм, ïëîòíîñòь èõ ðàзмåщåíèÿ
(0,5—5)∙106 ñм–2. Êîíñòðóêòèâíî â ñîñòàâå МÊП
мîжíî âыдåëèòь àêòèâíыé ýëåмåíò — мèêðî-
êàíàëьíóю âñòàâêó è мîíîëèòíîå îбðàмëåíèå.
Оñíîâíым мàòåðèàëîм МÊП ÿâëÿюòñÿ ñâèí-
цî âî-ñèëèêàòíыå ñòåêëà. Ê ãëàдêîñòè è чèñòî-
òå ïîâåðõíîñòåé òîðцîâ è êàíàëîâ ïðåдъÿâëÿ-
юòñÿ жåñòêèå òðåбîâàíèÿ. Äëÿ ïàðàëëåëьíî-
ãî ýëåêòðèчåñêîãî ñîåдèíåíèÿ êàíàëîâ íà îбå
ñòîðîíы MÊП òåðмèчåñêè íàïыëÿюò â âàêóó-
мå êîíòàêòíîå мåòàëëèчåñêîå ïîêðыòèå (îбыч-
íî íèõðîм, õðîм èëè ñïëàâ «Inconel») òîëщè-
íîé 0,2—0,4 мêм, êîòîðîå зàãëóбëÿюò íà âõî-
дå è âыõîдå êàíàëîâ. Êàíàëы МÊП îбычíî íà-
клонены на 4—13° относительно нормали к тор-
цàм. Вñÿ êîíñòðóêцèÿ дîëжíà быòь мåõàíèчå-
ñêè ïðîчíîé, ñ мàêñèмàëьíî ñîâåðшåííîé ãåî-
мåòðèчåñêîé ñòðóêòóðîé êàíàëîâ è мèíèмóмîм
ñòðóêòóðíыõ дåфåêòîâ.
Сóммàðíîå ñîïðîòèâëåíèå мåждó ýëåêòðî-
дàмè ñîñòàâëÿåò 108—109 Ом è îïðåдåëÿåòñÿ
õèмèчåñêèм ñîñòàâîм ñòåêëà, à òàêжå ñîïðî-
òèâëåíèåм ðåзèñòèâíî-ýмèññèîííîãî ñëîÿ íà
ïîâåðõíîñòè ñòåíîê êàíàëîâ. Фîðмèðîâàíèå
ðåзèñòèâíî-ýмèññèîííîãî ñëîÿ ïðîèñõîдèò ïó-
òåм òåðмîâîдîðîдíîãî âîññòàíîâëåíèÿ íà ýòàïå
ïðîèзâîдñòâà МÊП.
Сîâðåмåííыå мèêðîêàíàëьíыå ïëàñòèíы, èñ-
ïîëьзóåмыå îòдåëьíî èëè â ñбîðêå, ïîзâîëÿюò
îдíîâðåмåííî дîñòèчь êîýффèцèåíòà ýëåêòðîí-
íîãî óмíîжåíèÿ ïîðÿдêà 104—107 è îчåíь âыñî-
êèõ зíàчåíèé âðåмåííîãî ðàзðåшåíèÿ (<100 ïñ)
è ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàзðåшåíèÿ, êîòîðîå îãðà-
íèчåíî òîëьêî ðàзмåðàмè êàíàëà è шàãîм ñîòî-
âîé ñòðóêòóðы.
Бàзîâым ýëåмåíòîм МÊП ÿâëÿåòñÿ òðóбчà-
òыé êàíàë дèàмåòðîм d, дëèíîé l, êàëèбðîм a
= l/d. Оñîбåííîñòью мèêðîêàíàëьíîé ñòðóêòó-
ðы МÊП ÿâëÿåòñÿ òî, чòî êîýффèцèåíò óмíî-
жåíèÿ íå ÿâëÿåòñÿ фóíêцèåé дëèíы êàíàëà
èëè åãî дèàмåòðà, à зàâèñèò îò èõ îòíîшåíèÿ,
ò. å. êàëèбðà.
Пðè èзãîòîâëåíèè МÊП íà ïîâåðõíîñòè êà-
íàëà фîðмèðóåòñÿ ðåзèñòèâíî-ýмèññèîííыé ñëîé
(ðýС) òîëщèíîé 0,2—0,3 мêм, ñîñòîÿщèé â ïåð-
âîм ïðèбëèжåíèè èз дâóõ ñëîåâ: âåðõíåãî, îчåíь
òîíêîãî (ïîðÿдêà 10 íм) ýмèññèîííîãî (îбåñïå-
чèâàющåãî âòîðèчíóю ýëåêòðîííóю ýмèññèю),
ïîчòè дèýëåêòðèчåñêîãî ñëîÿ íà îñíîâå êðåмíå-
зåмà SiO2 è íèжíåãî, бîëåå òîëñòîãî, ðåзèñòèâíî-
ãî, â êîòîðîм ñîñðåдîòîчåí âîññòàíîâëåííыé ñâè-
íåц è êîòîðыé îбëàдàåò ýëåêòðîïðîâîдíîñòью.
Нà êàíàë ïîдàåòñÿ íàïðÿжåíèå ïèòàíèÿ U, è
ïî РЭС òåчåò òîê ïðîâîдèмîñòè Iï = U/R. Òîê
ñîздàåò ïàдåíèå íàïðÿжåíèÿ, è â êàíàëå âîзíè-
êàåò îдíîðîдíîå ýëåêòðèчåñêîå ïîëå ñ ëèíåéíî
íàðàñòàющèм ïîòåíцèàëîм (U/l)x, íàïðÿжåí-
íîñòь êîòîðîãî е = U/l íàïðàâëåíà ïî îñè êàíà-
ëà x. Вëåòàющèé â êàíàë ýëåêòðîí, ñòàëêèâàåòñÿ
âбëèзè âõîдà ñ ïîâåðõíîñòью — îñóщåñòâëÿåòñÿ
ïåðâîå ñîóдàðåíèå. Пðè ýòîм â ñðåдíåм âыбèâà-
åòñÿ бîëьшå îдíîãî âòîðèчíîãî ýëåêòðîíà: êî-
ýффèцèåíò âòîðèчíîé ýëåêòðîííîé ýмèññèè ïðè
Рèñ. 1. Óïðîщåííàÿ ñõåмà êîîðдèíàòíî-чóâñò âè-
òåëьíîãî дåòåêòîðà зàðÿжåííыõ чàñòèц (îдèí êàíàë) :
1 — êîмïàðàòîð; 2 — ðàзðÿд; 3 — èмïóëьñ; 4 — ñчåòчèê;
5 — óïðàâëåíèå
Эëåêòðîд
дåòåêòîðà
Шèíà дàííыõ Шèíà
óïðàâëåíèÿ
Зàðÿд
ñ МÊП
Оïîðíîå íàïðÿжåíèå Uîï
Пðåîбðàзîâàòåëь
«зàðÿд — èмïóëьñ»
1
2
3 4 5
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2016, ¹ 4-5
55
ÔóíêöèîíàëüíàЯ ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêà
ISSN 2225-5818
ïåðâîм ñîóдàðåíèè σ1 > 1. Пîïàâ â ýëåêòðèчå-
ñêîå ïîëå, âòîðèчíыé ýëåêòðîí íàбèðàåò ýíåð-
ãèю, óâåëèчèâàåò ïîд дåéñòâèåм îñåâîé ñèëы
F = ее îñåâóю ñîñòàâëÿющóю ñêîðîñòè vx, ïåðå-
мåщàåòñÿ âдîëь êàíàëà ê âыõîдó, íàбèðàÿ ýíåð-
ãèю, à ïîд âëèÿíèåм ïîïåðåчíîé ñîñòàâëÿющåé
íàчàëьíîé ñêîðîñòè v0y, íà êîòîðóю ïîëå â êà-
íàëå íå дåéñòâóåò, îí ñмåщàåòñÿ åщå è â ïîïå-
ðåчíîм íàïðàâëåíèè. В îбщåм ñëóчàå òðàåêòî-
ðèåé âòîðèчíîãî ýëåêòðîíà ÿâëÿåòñÿ ïàðàбîëà,
âèд êîòîðîé îïðåдåëÿåòñÿ íàчàëьíымè óñëîâè-
ÿмè (ýíåðãèåé è óãëîм âыëåòà ýëåêòðîíà) è íà-
ïðÿжåííîñòью ïîëÿ â êàíàëå. В ðåзóëьòàòå âòî-
ðèчíыå ýëåêòðîíы âíîâь ñòàëêèâàюòñÿ ñî ñòåí-
êîé è âíîâь ãåíåðèðóюò ýëåêòðîíы. Óêàзàííыé
ïðîцåññ ïðîèñõîдèò ëàâèíîîбðàзíî, è ëàâèíà
ýëåêòðîíîâ зà âðåмÿ ïîðÿдêà 10–9 ñ îêàзыâàåò-
ñÿ íà âыõîдå êàíàëà [10].
Êîýффèцèåíò óмíîжåíèÿ êàíàëà МÊП êàëè-
бðîм а â ïðåдïîëîжåíèè, чòî ýëåêòðîíы âыëå-
òàюò ïåðïåíдèêóëÿðíî ñòåíêàм êàíàëà, âычèñ-
ëÿåòñÿ êàê [8] 0
0
24
2
V
VAV
G
V
,
ãдå cA V ;
Vc — ýíåðãèÿ ýëåêòðîíà дî ñòîëêíîâåíèÿ ñî
ñòåíêîé êàíàëà;
δ — êîýффèцèåíò âòîðèчíîé ýмèññèè;
V — íàïðÿжåíèå íà МÊП;
V0 — íàчàëьíàÿ ýíåðãèÿ âòîðèчíîãî ýëåêòðîíà
(1—2 ýВ).
Аíàëèз ïîêàзыâàåò, чòî êîýффèцèåíò óñèëå-
íèÿ зàâèñèò îò íàïðÿжåíèÿ ïèòàíèÿ (íàïðÿжåí-
íîñòè ïîëÿ â êàíàëå), êàëèбðà êàíàëà, âòîðèчíî-
ýмèññèîííыõ ñâîéñòâ ðåзèñòèâíî-ýмèññèîííîãî
ñëîÿ è íåêîòîðыõ дðóãèõ фàêòîðîâ.
Óñòðàíèòь èîííóю îбðàòíóю ñâÿзь [11] è ïî-
ëóчèòь дîñòàòîчíîå óñèëåíèå дëÿ ðàбîòы â ðå-
жèмå ïðÿмîãî ñчåòà èîíîâ ïîзâîëÿåò èñïîëьзî-
âàíèå дâóõ МÊП â шåâðîííîé ñбîðêå (рис. 2).
В ÊЧÄ èñïîëьзóюòñÿ мèêðîêàíàëьíыå ïëà-
ñòèíы F2370-01 фèðмы Hamamatsu (Яïîíèÿ).
Эòà МÊП, ñòðîåíèå êîòîðîé ïîêàзàíî íà рис. 3,
èмååò ðàзмåðы, îïòèмàëьíыå дëÿ ðàзмåщåíèÿ
íàд зàðÿдîчóâñòâèòåëьíым óчàñòêîм êðèñòàë-
ëà, à дîñòàòîчíî мàëыé дèàмåòð êàíàëà (мåíьшå
шèðèíы îдíîãî зàðÿдîчóâñòâèòåëьíîãî ýëåêòðî-
дà БИС) ïîзâîëÿåò îбåñïåчèâàòь âыñîêîå ðàз-
ðåшåíèå ïðèбîðà.
Пàðàмåòðы МÊП F2370-01:
— âíåшíèå ðàзмåðы А—А' 15,9×9,4 мм;
— ðàбîчàÿ îбëàñòь С—С' 13×6,5 мм;
— òîëщèíà 0,48 мм;
— дèàмåòð êàíàëà 12 мм;
— шàã ÿчååê 15 мêм;
— угол наклона каналов 8°;
— êîýффèцèåíò ðàбîчåé ïîâåðõíîñòè 60%;
— мàòåðèàë ýëåêòðîдîâ “Inconel”;
Рèñ. 2. Обðàзîâàíèå ýëåêòðîííîé ëàâèíы â шåâðîííîé ñбîðêå (íà êàждîé МÊП V ≈ 1 êВ):
1, 2 — МÊП; 3 — шåâðîííàÿ ñбîðêà; 4 — êàíàëы; 5 — ïåðâèчíîå èзëóчåíèå; 6 — ýëåêòðîííàÿ ëàâèíà;
7 — àíîд (ýëåêòðîд ÊЧÄ)
1
2
3
4
5
6
7 R
Выõîдíîé
èмïóëьñ
Рèñ. 3. Сòðîåíèå МÊП F2370-01:
1 — ñòåêëîâèдíàÿ ñòðóêòóðà; 2 — êàíàëы; 3 — îбëàñòь
ýëåêòðîдîâ
1
2
3
С
'А
'
С
А
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2016, ¹ 4-5
56
ÔóíêöèîíàëüíàЯ ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêà
ISSN 2225-5818
— мèíèмàëьíîå óñèëåíèå 104;
— ñîïðîòèâëåíèå 20—120 МОм;
— òåмíîâîé òîê 0,5 ïА/ñм2;
— íàïðÿжåíèå ïèòàíèÿ 1,0 êВ;
— температура окружающей среды: –50...+70°С.
Иîí-ýëåêòðîííыé ïðåîбðàзîâàòåëь ñîñòîèò
èз дâóõ òàêèõ ïëàñòèí, ñîбðàííыõ â îòдåëьíыé
фóíêцèîíàëьíыé è êîíñòðóêòèâíыé óзåë (шåâ-
ðîííàÿ ñбîðêà), ïðîмåжóòîê мåждó МÊП ñî-
ставляет 100+5 мкм (рис. 4).
Пî ïðèчèíå õðóïêîñòè мèêðîêàíàëьíыõ ïëà-
ñòèí è èõ âыñîêîé ñòîèмîñòè быëè ïðåдïðèíÿòы
íåîбõîдèмыå êîíñòðóêòèâíыå мåðы, íàïðàâëåí-
íыå íà зàщèòó МÊП îò мåõàíèчåñêèõ íàãðóзîê,
âîзíèêàющèõ ïðè èõ óñòàíîâêå â êîíñòðóêцèю è
ïðè ýêñïëóàòàцèè â ñîñòàâå ïðèбîðà â шèðîêîм
температурном диапазоне (0—150°С). Каждая
МÊП быëà óñòàíîâëåíà â ñïåцèàëьíóю êåðà-
мèчåñêóю ðàмêó èз âàêóóмíîé êåðàмèêè ВÊ-96
ñ îòâåðñòèåм ïîд ðàзмåðы МÊП ïëюñ 100 мêм,
òîëщèíîé 0,48 мм ñ дîïóñêîм мèíóñ 10 мêм.
Рàмêè дëÿ МÊП èзãîòàâëèâàëèñь àíàëîãèчíî
ýëåмåíòàм êîðïóñà.
Эëåêòðèчåñêèé êîíòàêò â МÊП îбåñïåчèâàåò-
ñÿ дâóмÿ ñëîÿмè мåòàëëèзèðîâàííîãî ïîëèèмè-
дà òîëщèíîé 50 мêм êàждыé, èз êîòîðîãî èзãî-
òîâëåíы ãèбêèå ýëåêòðîды дëÿ ïîдâîдà ê МÊП
âыñîêîãî íàïðÿжåíèÿ. Нèжíèé ïðîмåжóòîчíыé
ýëåêòðîд óñòàíîâëåí мåòàëëèчåñêîé ñòîðîíîé
âíèз è îбåñïåчèâàåò ïîдàчó ïîòåíцèàëà íà âåðõ-
íюю ïîâåðõíîñòь íèжíåé МÊП, âåðõíèé ïðî-
мåжóòîчíыé ýëåêòðîд — мåòàëëèзàцèåé ââåðõ è
îбåñïåчèâàåò ïîдàчó ïîòåíцèàëà íà íèжíюю ïî-
âåðõíîñòь âåðõíåé МÊП [12, 13]. Êîíцы ýëåê-
òðîдîâ мåòîдîм óëьòðàзâóêîâîé ñâàðêè ïðèñîå-
дèíåíы ê мåòàëëèзèðîâàííым дîðîжêàм íà êå-
ðàмèчåñêîé îñíîâå êîðïóñà. Зà ñчåò ïîëèèмèдà
òàêàÿ êîíñòðóêцèÿ îбåñïåчèâàåò «мÿãêîñòь» ïî-
ñàдêè МÊП ïðè ïðèжèмàíèè.
Êåðàмèчåñêèå ýëåмåíòы êîðïóñà èзãîòîâëåíы
èз êåðàмèêè ВÊ-96 ëàзåðíîé ðåзêîé ñ ïîñëåдó-
ющèм шëèфîâàíèåм дëÿ îбåñïåчåíèÿ íåîбõîдè-
мîé òîчíîñòè ðàзмåðîâ.
Вñå îïåðàцèè ïî ñбîðêå ýëåмåíòîâ ïðèбî-
ðà ïðîâîдÿòñÿ ïîд мèêðîñêîïîм òèïà МБС-9
дëÿ îïòèчåñêîãî ïîзèцèîíèðîâàíèÿ дåòàëåé.
Эëåмåíòы êîðïóñà ñîåдèíÿюòñÿ ñêëåèâàíèåм
êîмïàóíдîм СИЭЛ 159-322А, îбëàдàющèм âы-
ñîêîé òåêóчåñòью, ñ ïîñëåдóющèм âыñóшèâàíè-
ем при температуре 150°С в течение трех часов.
Òîëщèíà êîмïàóíдà ïðè òàêèõ îïåðàцèÿõ îбыч-
íî ñîñòàâëÿåò 10 мêм. Пîñëå ñóшêè êîðïóñ ãî-
òîâ ê óñòàíîâêå êðèñòàëëà БИС, ïðèâàðåííîãî
ê ãèбêîмó íîñèòåëю.
Пåðåд óñòàíîâêîé â êîðïóñ мèêðîñõåмà èз-
âëåêàåòñÿ èз òàðы-ñïóòíèêà. С ïîмîщью ñêàëь-
ïåëÿ îò ãèбêîãî íîñèòåëÿ îòдåëÿюòñÿ òåõíîëî-
ãèчåñêèå îбëàñòè ïî êðàÿм. Мåòàëëèзèðîâàííîå
дíî êîëîдцà ñмàчèâàåòñÿ êðåмíèéîðãàíèчåñêèм
êîмïàóíдîм, ïîñëå чåãî â íåãî óñòàíàâëèâàåò-
ñÿ êðèñòàëë, ïðè ýòîм íîñèòåëь óêðыâàåò бîëь-
шóю чàñòь ïëîщàдè âíóòðè дåðжàòåëÿ шåâðîí-
íîãî óзëà. Äëÿ ïîзèцèîíèðîâàíèÿ êðèñòàëëà
íà ãèбêîм íîñèòåëå ïðåдóñмîòðåíы ñïåцèàëь-
íыå âыñòóïы, êîòîðыå ñîâмåщàюòñÿ ñ ãðàíÿмè
êîëîдцà ïîд мèêðîñêîïîм, ïîñëå чåãî êðèñòàëë
ïðèжèмàåòñÿ. Òàê жå, êàê è ïðè ñбîðêå êîðïó-
ñà, ñóшêà ïðîâîдèòñÿ â òåчåíèå òðåõ чàñîâ ïðè
температуре 150°С.
Рàмêè ñ МÊП è ïðîмåжóòîчíыå ýëåêòðîды
ïîñëåдîâàòåëьíî óêëàдыâàюòñÿ â дåðжàòåëь шåâ-
ðîííîãî óзëà — ñïåцèàëьíóю âыåмêó íà êîðïó-
ñå. Вõîдíàÿ ïîâåðõíîñòь âåðõíåé МÊП, êóдà ïî-
ïàдàåò èîííыé ïóчîê, ÿâëÿåòñÿ фîêàëьíîé ïëî-
ñêîñòью дåòåêòîðà.
Äëÿ зàêðåïëåíèÿ ýêðàíà â êîðïóñå óñòàíàâ-
ëèâàюòñÿ чåòыðå ñòîéêè èз дèýëåêòðèêà (фòî-
ðîïëàñòà) ñ цåëью îбåñïåчåíèÿ ýëåêòðèчåñêîé
èзîëÿцèè мåждó ýêðàíîм è мåòàëëèчåñêîé ïå-
ðåдâèжíîé êàðåòêîé мàññ-ñïåêòðîмåòðà. Сòîéêè
èз фòîðîïëàñòà óñòàíàâëèâàюòñÿ чåðåз îòâåð-
ñòèÿ â îñíîâàíèè êîðïóñà è зàêðåïëÿюòñÿ ñ ïî-
мîщью фòîðîïëàñòîâыõ ãàåê, âыñîòà êîòîðыõ
îбåñïåчèâàåò ðàññòîÿíèå â 1,5 мм мåждó ýêðà-
íîм è фîêàëьíîé ïëîñêîñòью è 3,2 мм îò íèж-
íåé (бàзîâîé) ïëîñêîñòè.
Оñíîâíыå óзëы ÊЧÄ ïîêàзàíы íà рис. 5, à
íà рис. 6 — åãî фîòîãðàфèÿ â ñбîðå.
èсследование экспериментальных образцов
координатно-чувствительных детекторов заря-
женных частиц в составе масс-спектрометра
Изãîòîâëåííыå â Иíñòèòóòå мèêðîïðè-
бîðîâ НАНÓ ýêñïåðèмåíòàëьíыå îбðàзцы
êîîðдèíàòíî-чóâñòâèòåëьíîãî дåòåêòîðà ïðîш-
ëè èññëåдîâàíèÿ â Иíñòèòóòå ïðèêëàдíîé фè-
зèêè НАН (ã. Сóмы) â êàчåñòâå ðåãèñòðàòîðîâ
èîíîâ дëÿ îïðåдåëåíèÿ êîмïîíåíòíîãî ñîñòàâà
âåщåñòâà â ñîñòàâå ëàзåðíîãî мàññ-ñïåêòðîмåòðà
ñ óдëèíåííîé фîêàëьíîé ïëîñêîñòью àíàëèзàòî-
ðà МС3103 [1, 14].
Рèñ. 4. Шåâðîííыé óзåë:
1 — дåðжàòåëь âåðõíåé МÊП; 2 — âåðõíÿÿ МÊП;
3 — дåðжàòåëь íèжíåé МÊП; 4 — ïðîмåжóòîчíыé ýëåê-
òðîд; 5 — êîíòàêòы
1
2
3
4
5
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2016, ¹ 4-5
57
ÔóíêöèîíàëüíàЯ ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêà
ISSN 2225-5818
Рèñ. 5. Оñíîâíыå óзëы ÊЧÄ:
1 — ïðîмåжóòîчíыé ýëåêòðîд ê МÊП (h = 100 мêм);
2 — ãèбêèé íîñèòåëь ñ êðèñòàëëîм БИС; 3 — ZIF-ðàзъåм
XF-2M 2415; 4 — êåðàмèчåñêîå îñíîâàíèå; 5 — ïåчàòíàÿ
ïëàòà (ñòåêëîòåêñòîëèò); 6 — ñòîéêà êðåïëåíèÿ ýêðàíà;
7, 8 — МÊП ñ êåðàмèчåñêèм îбðàмëåíèåм; 9 — ïðè-
жèмíàÿ ðàмêà; 10 — ýêðàí
1
2
3
4
5
10
9
8
7
6 Рèñ. 6. Фîòîãðàфèÿ ÊЧÄ â ñбîðå
Рèñ. 7. Фîòîãðàфèÿ ÊЧÄ â êàмåðå мàññ-ñïåêòðîмåòðà
Рèñ. 8. Бëîê-ñõåмà ëàзåðíîãî мàññ-ñïåêòðîмåòðà ñ ÊЧÄ зàðÿжåííыõ чàñòèц:
1 — ëàзåð; 2 — èñòîчíèê èîíîâ (èññëåдóåмыé мàòåðèàë; 3 — êîмïьюòåð; 4 — îòêëîíÿющàÿ ñèñòåмà (ýëåêòðîмàã-
íèò); 5 — èíòåðфåéñ RS-232; 6 — êîíòðîëëåð (32 bit AVR-based); 7 — ëåãêèå èîíы; 8 — òÿжåëыå èîíы; 9 — êà-
ðåòêà; 10 — ÊЧÄ; 11 — èíòåðфåéñíыé êàбåëь
1
2
3
4
5
9
8
7
11
6
10
Вàêóóмíàÿ êàмåðà мàññ-ñïåêòðîмåòðà
S
N
îñ
ь
x
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2016, ¹ 4-5
58
ÔóíêöèîíàëüíàЯ ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêà
ISSN 2225-5818
Фîòîãðàфèÿ дåòåêòîðà, óñòàíîâëåííîãî â êà-
мåðå мàññ-ñïåêòðîмåòðà â фîêàëьíîé ïëîñêîñòè
мàãíèòíîãî àíàëèзàòîðà, ïðèâåдåíà íà рис. 7, à
íà рис. 8 — бëîê-ñõåмà ñïåêòðîмåòðà ñ ðàзðà-
бîòàííым ÊЧÄ.
Иññëåдóåмîå âåщåñòâî ðàñïыëÿåòñÿ ïîд дåé-
ñòâèåм ëàзåðíîãî èзëóчåíèÿ, îòêëîíÿющàÿ ñè-
ñòåмà мàññ-ñïåêòðîмåòðà èзмåíÿåò òðàåêòîðèю
чàñòèц òàêèм îбðàзîм, чòî â зàâèñèмîñòè îò èõ
êîîðдèíàò íà îñè х мîжíî îдíîзíàчíî ñдåëàòь
âыâîд î ñîñòàâå мàòåðèàëà è íàëèчèè ïðèмåñåé
â íåм. Êîîðдèíàòíî-чóâñòâèòåëьíыé дåòåêòîð,
ïåðåмåщàÿñь ïî êàðåòêå, фèêñèðóåò íàëèчèå è
èíòåíñèâíîñòь èîííыõ ïóчêîâ âдîëь âñåé фî-
êàëьíîé ïëîñêîñòè (îñè х), ðåãèñòðèðóÿ òàêèм
îбðàзîм âåñь ñïåêòð èîíîâ.
Пðîâåдåííыå èññëåдîâàíèÿ ïðèбîðà ÊЧÄ
ïîдòâåðдèëè åãî âыñîêóю чóâñòâèòåëьíîñòь —
зàфèêñèðîâàíы èзîòîïы ñóðьмы 121Sb è 123Sb,
àòîмíàÿ дîëÿ êîòîðыõ ñîñòàâëÿëà, ñîîòâåòñòâåí-
íî, âñåãî 0,0008 è 0,0006%.
Нà рис. 9 ïðèâåдåíы ñïåêòðы, ïîëóчåí-
íыå ïðè èññëåдîâàíèè îбðàзцà бðîíзы М662.
Сïåêòðы èññëåдóåмыõ èзîòîïîâ ñчèòыâàëèñь
êàждыå 2 ñ è íàêàïëèâàëèñь 45 ñ. Аòîмíàÿ дîëÿ
зàðåãèñòðèðîâàííыõ èзîòîïîâ быëà ñëåдóющåé:
0,043% 31Р; 0,023% 204Рb; 0,36% 206Рb; 0,37%
207Рb; 0,83% 208Рb.
Заключение
Пðîâåдåííыå èññëåдîâàíèÿ ïîêàзàëè, чòî
èñïîëьзîâàíèå ðàзðàбîòàííîãî êîîðдèíàòíî-
чóâñòâèòåëьíîãî дåòåêòîðà зàðÿжåííыõ чàñòèц
â ñîñòàâå ëàзåðíîãî мàññ-ñïåêòðîмåòðà ñ óдëè-
íåííîé фîêàëьíîé ïëîñêîñòью àíàëèзàòîðà ïî-
зâîëÿåò îдíîâðåмåííî ïîëóчàòь èíфîðмàцèю
ïðî âåñь ýëåмåíòíыé ñîñòàâ àíàëèзèðóåмîãî âå-
щåñòâà â мàñшòàбå ðåàëьíîãî âðåмåíè. Эòî ïî-
зâîëÿåò зíàчèòåëьíî ñîêðàòèòь мàññó, ãàбàðèòы
è ïîòðåбëåíèå ýíåðãèè дåòåêòîðîм, óмåíьшèòь
âðåмÿ àíàëèзà è зàòðàòы èññëåдóåмîãî мàòåðèàëà
ïî ñðàâíåíèю ñ èñïîëьзóåмымè â íàñòîÿщåå âðå-
мÿ мåòîдîм фîòîðåãèñòðàцèè è мåòîдîм ïîñëåдî-
âàòåëьíîãî èзмåðåíèÿ ïî êàждîмó êàíàëó ñ ïðè-
мåíåíèåм цèëèíдðîâ Фàðàдåÿ. Пðè ýòîм ïðåдëî-
жåííыé ÊЧÄ мîжåò быòь èñïîëьзîâàí íå òîëь-
êî дëÿ êîмïëåêòàцèè íîâыõ мàññ-ñïåêòðîмåòðîâ,
íî è дëÿ ïåðåîñíàщåíèÿ òåõ, чòî óжå íàõîдÿò-
ñÿ â ýêñïëóàòàцèè.
Сëåдóåò òàêжå îòмåòèòь, чòî àðõèòåê-
òóðà фóíêцèîíàëьíîé ñõåмы è êîíñòðóê-
цèÿ èñïîëьзóåмîé ñïåцèàëèзèðîâàííîé БИС
ÓБ5709ИÊ01-2.11 ðàññчèòàíы íà âîзмîжíîñòь
ñîздàíèÿ мíîãîêðèñòàëëèчåñêèõ дåòåêòîðîâ ñ
èñïîëьзîâàíèåм ñîîòâåòñòâóющèõ мèêðîêàíàëь-
íыõ ïëàñòèí. Òàê, ïðè èñïîëьзîâàíèè дâóõ МÊП
Hamamatsu F4772-01 è ïÿòè òàêèõ БИС мîжíî
ðåàëèзîâàòь êîîðдèíàòíî-чóâñòâèòåëьíыé дåòåê-
òîð ñ дëèíîé фîêàëьíîé ïëîñêîñòè мàãíèòíîãî
àíàëèзàòîðà 5 ñм, óâåëèчèâ дî 1920 чèñëî êà-
íàëîâ, îдíîâðåмåííî óчàñòâóющèõ â àíàëèзå.
Сîздàíèå ñïåцèàëèзèðîâàííîé БИС дëÿ
êîîðдèíàòíî-чóâñòâèòåëьíыõ дåòåêòîðîâ ñ ïðî-
åêòíымè íîðмàмè 1 мêм è мåíåå дàñò âîзмîж-
íîñòь óâåëèчèòь åмêîñòь ñчåòчèêîâ â 16 è бîëåå
ðàз, ïîâыñèòь быñòðîдåéñòâèå è чóâñòâèòåëь-
íîñòь, óмåíьшèòь êîëèчåñòâî БИС â дåòåêòîðå
ñ 5-ñм дëèíîé фîêàëьíîé ïëîñêîñòè.
Рàзðàбîòàííыé êîîðдèíàòíî-чóâñòâèòåëьíыé
дåòåêòîð мîжåò быòь èñïîëьзîâàí è â дðóãèõ
ïðèбîðàõ, ïðåдíàзíàчåííыõ дëÿ ðåãèñòðàцèè
ïðîфèëåé è ïðîñòðàíñòâåííîãî ïîëîжåíèÿ ïóч-
êîâ íåéòðàëьíыõ è зàðÿжåííыõ чàñòèц è íàïðàâ-
ëåííыõ ïîòîêîâ фîòîíîâ, ïðèмåíÿющèõ â êàчå-
ñòâå âòîðèчíыõ ïðåîбðàзîâàòåëåé цèфðîâыå мè-
êðîýëåêòðîííыå ïîзèцèîííî-чóâñòâèòåëьíыå ðå-
ãèñòðàòîðы ïðîñòðàíñòâåííîãî ïîëîжåíèÿ è èí-
òåíñèâíîñòè ýëåêòðîííыõ ïóчêîâ. Еñòь ñîîбщå-
Рèñ. 9. Сïåêòðы èзîòîïîâ фîñфîðà (а) è ñâèíцà (б),
ïîëóчåííыå ïðè èññëåдîâàíèè îбðàзцà бðîíзы ñ ïî-
мîщью ÊЧÄ â ñîñòàâå мàññ-ñïåêòðîмåòðà
31P
204Рb
206Рb
207Рb
208Рb
б)
à)
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2016, ¹ 4-5
59
ÔóíêöèîíàëüíàЯ ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêà
ISSN 2225-5818
íèÿ îб èñïîëьзîâàíèè àíàëîãèчíыõ ïðèбîðîâ â
фîòîýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè [15].
Иñïîëьзîâàíèå òàêîãî дåòåêòîðà ïîзâîëèò
ñîздàòь ñîâðåмåííыå ïðèбîðы ýëåмåíòíîãî àíà-
ëèзà âåщåñòâ, â òîм чèñëå мàññ-ñïåêòðîмåòðы è
дðóãèå ïðèбîðы ðåãèñòðàцèè ïðîфèëÿ è ïðî-
ñòðàíñòâåííîãî ïîëîжåíèÿ ïóчêîâ íåéòðàëьíыõ
è зàðÿжåííыõ чàñòèц, êîòîðыå íàéдóò шèðîêîå
ïðèмåíåíèå âî мíîãèõ îòðàñëÿõ ïðîмышëåííî-
ñòè, â òîм чèñëå ãîðíîдîбыâàющåé, мåòàëëóðãè-
чåñêîé, õèмèчåñêîé, фàðмàцåâòèчåñêîé, àòîмíîé
ýíåðãåòèêå, мàòåðèàëîâåдåíèè, мåдèцèíå, êðè-
мèíàëèñòèêå, îõðàíå îêðóжàющåé ñðåды, êîñмè-
чåñêèõ èññëåдîâàíèÿõ, íàóчíыõ èññëåдîâàíèÿõ.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ
1. Сèдîðåíêî В.П. С îïыòîм ïðîшëыõ ëåò â íîâыé âåê
// В ñб. «Сòðàòåãèÿ âыбîðà. 50 ëåò Êèåâñêîмó НИИ мè-
êðîïðèбîðîâ (1962—2012)».— Êèåâ: Êîðíіéчóê, 2012.— С.
475 — 480.
2. Пàòåíò Óêðàїíè 94103. Міêðîåëåêòðîííèé
êîîðдèíàòíî-чóòëèâèé дåòåêòîð мàññ-cïåêòðîмåòðà /
Бîðèñêіí О.І., Вåðбèцьêèé В.Г., Єðåмåíêî В.М. òà іí.—
11.04.2011.
3. Пàòåíò США 5296816. Integrated circuit sensor and
detector and spectrometers incorporating the sensor / K.
Birkinshaw.— 22.03 1994.
4. Birkinshaw Ê. Detector Arrays in Spectroscopy
// International Reviews in Physical Chemistry.—
1996.— Vol. 15, iss. 1.— P. 13—40. http://dx.doi.
org/10.1080/01442359609353172
5. Langstaff, D.P., Bushell A., Chase T., Evans D.A.
A fully integrated multi-channel detector for electron
spectroscopy // Nuclear Instruments and Methods B.
— 2005. — Iss. 1—4 — P. 219—223. http://dx.doi.
org/10.1016/j.nimb.2005.06.187
6. Langstaff D.P., Evans D.A., Roberts O.R., Zhu Xi.
Progress on the Aberystwyth Electron Counting Array //
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section
A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated
Equipment.— 2009.— Vol. 604, no. 1-2.— P. 133—135.
http://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2009.01.040
7. Сèдîðåíêî В.П., Вåðбèцêèé В.Г., Пðîêîфьåâ
Ю.В. è дð. СБИС дëÿ мèêðîýëåêòðîííîãî êîîðдèíàòíî-
чóâñòâèòåëьíîãî дåòåêòîðà ïðèбîðîâ ýëåмåíòíîãî àíàëèзà
мàòåðèàëîâ // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîí-
íîé àïïàðàòóðå.— 2009.— ¹ 2.— С. 25 — 29.
8. Сèдîðåíêî В.П., Вåðбèцêèé В.Г., Пðîêîфьåâ Ю.В.
Сõåмîòåõíèêà СБИС дëÿ мèêðîýëåêòðîííîãî êîîðдèíàòíî-
чóâñòâèòåëьíîãî дåòåêòîðà дëÿ ýëåмåíòíîãî àíàëèзà мàòå-
ðèàëîâ // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé
àïïàðàòóðå.— 2012.— ¹4.— С. 39—46.
9. Êóëîâ С.Ê. Фèзèêà è ïðèмåíåíèå МÊП // http://
www.baspik.com Пî ýòîé ññыëêå íå ïîëóчàåòñÿ íàéòè íóж-
íыé мàòåðèàë, è íèêàêèм дðóãèм ïóòåм òîжå. Мîжíî ëè
зàмåíèòь èñòîчíèê íà дðóãîé, бîëåå дîñòóïíыé?
10. Schagen P. In “Advances in Image Pickup and Display”
/ Ed. by B. Kazan.— Vol. 1.— P. 16.— New York: Academic
Press, 1974.
11. Wiza J.L. Microchannel plate detectors //
Nuclear Instruments and Methods.— 1979.— Vol. 162,
iss. 1–3.— P. 587-601. http://dx.doi.org/10.1016/0029-
554X(79)90734-1
12. Шåðåâåíÿ А.Г., Цóêàíîâ Л.Н., Òóчèíñêèé И.А.,
Жîðà В.Ä. Òåõíîëîãèÿ èзãîòîâëåíèÿ ñèñòåм âыâîдîâ íà
íîñèòåëå дëÿ бåñïðîâîëîчíîé ñбîðêè ИС // В ñб.: Нàóчíî-
òåõíèчåñêèå дîñòèжåíèÿ.— Мîñêâà: ВИМИ, 1984.— ¹ 4.—
С. 34—41.
13. Гðóíÿíñêàÿ В.П., Жîðà В.Ä., Сîëдàòåíêî Л.М.,
Òóчèíñêèé И.А. Сïåцèàëèзèðîâàííыå БИС íà îñíîâå бàзî-
âыõ мàòðèчíыõ êðèñòàëëîâ // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðî-
âàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.— 2000.— ¹ 1.— С. 3—5.
14. Бîðèñêèí А.И., Еðёмåíêî В.М., Мîðдèê С.Н. è дð.
Иññëåдîâàíèå èîííî-îïòèчåñêèõ õàðàêòåðèñòèê ëàзåðíîãî
мàññ-ñïåêòðîмåòðà ñ êîîðдèíàòíî-чóâñòâèòåëьíым мèêðî-
ýëåêòðîííым дåòåêòîðîм // Жóðíàë òåõíèчåñêîé фèзè-
êè. — 2008. — Ò. 78, ¹ 7. — С. 111—117.
15. Langstaff D.P., Chase T., Roberts O.R. et al. A
768-channel detector for photoelectron spectroscopy using
synchrotron radiation // Proc. of the 5th Int. Conf. on
Synchrotron Radiation in Materials Science.— SRMS5- 297.—
Chicago, 2006.
даòа посòуплеíия рукописи
в редакцию 15.09 2016 г.
В. П. СидоренКо1, Ю. В. ПроКоф’єВ1, д. С. МурченКо1,
В. М. єреМенКо2, А. В. ШелехоВ2
Óêðàїíà, м. Êèїâ, 1НÄІ міêðîïðèëàдіâ НАНÓ; м. Сóмè, 2Іíñòèòóò ïðèêëàдíîї фізèêè НАНÓ
E-mail: sidorenko@imd.org.ua
ÊООРÄИНАÒНО-ЧÓÒЛИВИЙ ÄЕÒЕÊÒОР ЗАРЯÄЖЕНИХ ЧАСÒИНОÊ
ÄЛЯ СПЕÊÒРОСÊОПІЇ
розроблеíо, вигоòовлеíо òа досліджеíо коордиíаòíо-чуòливий деòекòор заряджеíих часòиíок для
спекòроскопії, який може викорисòовуваòися в аíаліòичíій апараòурі, забезпечуючи одíочасíий аíаліз
всього елемеíòíого складу маòеріалів з високою чуòливісòю і òочíісòю. деòекòор побудоваíо íа осíові
розроблеíої спеціалізоваíої великої іíòегральíої схеми і мікрокаíальíих пласòиí.
Ключові слова: коордиíаòíо-чуòливий деòекòор, спекòроскопія, елемеíòíий аíаліз, склад маòеріалу,
велика іíòегральíа схема, мікрокаíальíа пласòиíа.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2016, ¹ 4-5
60
ÔóíêöèîíàëüíàЯ ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêà
ISSN 2225-5818
REFERENCES
1. Sidorenko V.P. In book «Strategiyа vybora. 50
let Kievskomu NII mikropriborov (1962-2012». Kiev,
Kornіichuk, 2012, pp. 475-480. (Ukr, Rus)
2. Boryskin O.I. et al. [Microelectronic position sensitive
detector of a mass-spectrometer]. Patent UA, no. 94103, 2011.
3. Birkinshaw K. Integrated circuit sensor and detector
and spectrometers incorporating the sensor. Patent USA, no.
5296816, 1994.
4. Birkinshaw Ê. Detector Arrays in Spectroscopy.
International Reviews in Physical Chemistry, 1996, vol. 15, iss.
1, pp.13-40. http://dx.doi.org/10.1080/01442359609353172
5. Langstaff, D.P., Bushell, A., Chase T., Evans, D.A. A
fully integrated multi-channel detector for electron spectros-
copy. Nuclear Instruments and Methods B, 2005, iss. 1-4, pp.
219-223. http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2005.06.187
6. Langstaff D.P., Evans D.A., Roberts O.R., Zhu Xi.
Progress on the Aberystwyth Electron Counting Array.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research
Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and
Associated Equipment, 2009, vol. 604, no. 1-2, pp. 133-135.
http://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2009.01.040
7. Sidorenko V. P., Verbitskiy V. G., Prokofiev Yu. V.,
Kyziak A. Yu., Nikolayenko Yu. E.[VLSI for microelectronic
coordinate-sensitive detector of the devices for element analysis
of substance]. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi
Apparature, 2009, no. 2, pp. 25-29. (Rus)
8. Sidorenko V. P., Verbitskiy V. G., Prokofiev Yu. V.
[Circuit design of VLSI for microelectronic coordinate-sensi-
tive detector for material element analysis]. Tekhnologiya i
Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2012, no. 4, pp.
39-46. (Rus)
9. Kulov S.K. Fizika i primenenie MKP
10. Schagen P. In “Advances in Image Pickup and
Display”, ed. by B. Kazan, vol. 1, p. 16, Academic Press,
New York, 1974.
11. Wiza J.L. Microchannel plate detectors. Nuclear
Instruments and Methods, 1979, vol. 162, iss. 1–3, pp. 587-
601. http://dx.doi.org/10.1016/0029-554X(79)90734-1
12. Sherevenyà A.G., Tsukanov L.N., Tuchinskii I.A.,
Zhora V.D. In: Nauchno-tekhnicheskie dostizheniyа. Мoskow,
VIMI, 1984, no. 4, pp. 34-41. (Rus)
13 Grunyànskayà V.P., Zhora V.D., Soldatenko
L.M., Tuchinskii I.A. [Specialized LSI based gate array].
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature,
2000, no. 1, pp. 3-5. (Rus)
14. Boriskin A. I., Eremenko V. M., Mordyk S. N., Savin
O. R., Skripchenko A. N., Storizhko V. E., Khomenko S. N.
Ion-optical characteristics of a laser mass spectrometer with
a coordinate-sensitive microelectronic detector. Technical
Physics, 2008, vol. 53, iss. 7, pp. 927-933.
15. Langstaff D.P., Chase T., Roberts O.R., McGlynn A.,
Veary-Roberts A.R., Evans D.A., Greaves G.N. A 768-channel
detector for photoelectron spectroscopy using synchrotron ra-
diation. Proc. of the 5th Int. Conf. on Synchrotron Radiation
in Materials Science, Chicago, 2006, SRMS5- 297.
.
V.P. SIDoRENKo1, Yu. V. PRoKoFIEV1,
D. S. MURChENKo1, V. M. YEREMENKo2,
A. V. ShElEhoV2
Ukraine, Kyiv, RI of Microdevices of NAS of Ukraine;
2Sumy, Institute of Applied Physics of NAS of Ukraine
E-mail: sidorenko@imd.org.ua
COORDINATE-SENSITIVE CHARGED PARTICLE DETECTOR
FOR SPECTROSCOPY
The authors have designed, manufactured and tested a coordinate-sensitive detector for charged particle
spectroscopy. The detector can be used in the devices for the elemental analysis of materials, providing
simultaneous analysis of all the elemental composition with high sensitivity and precision. The designed
device is based on an integrated circuit (IC) and a microchannel plate (MCP) electron multiplier. The IC
is mounted on a ceramic substrate. Ions fall on the MCP mounted above the IC. Giving rise to a pulse which
typically exceeds 106 electrons, each ion falls on the detector electrodes and these pulses are counted. In this
research, a two stage stack of MCPs (hamamatsu) was used. The MCPs have a channel diameter of 12 mm
on a 15 mm pitch. The results of tests carried out in a mass spectrometer are presented. The designed detector
is small, light, and low-power.
Keywords: coordinate-sensitive detector, spectroscopy, elemental analysis, material composition, large scale
integrated circuit, microchannel plate.
DOI: 10.15222/TKEA2016.4-5.53
UDC 539.1.074
|