Integriertes Massenspektrometer in Mikrosystemtechnik

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Jörg Müller
• Subject Area: Microsystems
• Term: from 2004 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5438756

Ziel des Vorhabens ist die Dimensionierung, Realisierung und Charakterisierung eines Massenspektrometers in Mikrosystemtechnik, in das alle für seine Funktion notwendigen Teilsysteme in einer Kombination von Silizium-, Glas-, und UV-Liga-Technik integriert sind. Dies sind die Mikrowellen-Plasma-Elektronenquelle mit Hochspannungs-Entladungs-Zündung, der Elektronenbeschleuniger, die Ionisationskammer, die Ionenoptik, der Ionenbeschleuniger mit anschließendem Massenseparator sowie ein Ionenfänger mit - zur Erhöhung der Empfindlichkeit - nachgeschaltetem Elektronenvervielfacher. Die in den Teilsystemen erforderlichen unterschiedlichen Drücke werden durch Elektrodenanordnungen erreicht, die gleichzeitig als Druckstufen fungieren. Zur Vermeidung jeglicher Totvolumina erfolgt die Zufuhr- der Analysegases sowie der Gasmischung (Ar:N2) für die Plasmaquelle über Kapillaren, die an Kanalstrukturen in die Massenflussmesser, Flusswiderstände und Membranventile sowie in der Ionisationskammer, der Plasmakammer und dem Separator Pirani-Druckaufnehmer zur Regelung und Überwachung von Flüssen und Druck zu integrieren sind. Da das Gesamtsystem nur Dimensionen von wenigen 10 mm3 aufweist, kann es in ein hermetisch dichtes Gehäuse - ähnlich denen für integriert optische Systeme - integriert werden, das auf einen - wegen der kleinen Dimensionen ausreichenden - Druck um 1 Pa evakuiert wird. Zum Erreichen dieser Ziele ist es notwendig, weitere umfangreiche Simulationen zur Auslegung der Elektrodengeometrien, zur gezielten Einstellung von Elektronen- und Ionen-Strömen, Energien und deren Ablenkung und Fokussierung sowie der Kanäle, Druckstufen und Gas- und Druck-Messsysteme durchzuführen, Technologien und Prozessabläufe zum Aufbau und der Integration der Teilsysteme zu generieren und eine auf die spezifischen Anforderungen des Systems adoptierte Aufbau- und Verbindungstechnik zu realisieren, die die Kombination stark unterschiedlicher elektrischer Felder und Signale (größer als 100dB) und Frequenzen (109) auf kleinstem Raum mit ausreichender Trennung zulässt.

• DFG Programme: Research Grants