表面微結(jié)構(gòu)/微型質(zhì)譜儀加工應(yīng)用摘要。本文提出的概念及處理的一個微型質(zhì)譜儀,尺寸約只有幾厘米3。其制造是基于技術(shù)中使用細致的處理和在特別的各向異性腐蝕，薄膜沉積、電鍍、和陽極鍵合。質(zhì)譜儀的由一個等離子體電子源經(jīng)衡量電離以及離子光學(xué)和大規(guī)模分隔符專為系統(tǒng)的小維度。質(zhì)譜儀屬于最精確的工具用于生態(tài)分析。目前主要用于質(zhì)譜儀相對體積分隔符。大尺寸的幾個10厘米的長度需要低壓力的1/10000米欄或少來防止離子碰撞，這將減少該決議。下面的生產(chǎn)真空1/10000米酒吧一個兩階段泵aystem是必需的——通常由葉片型泵和一個渦輪分子的扶輪支持總體成本的分享。大量以及所需的電力供應(yīng)會降低可移植性和限制使用這些質(zhì)譜儀。質(zhì)譜儀捏造作為一個微型大大減少這些缺點。小分離器2.5毫米長度促進大眾分離壓力約為1到10pa,因此要求也大大減少了真空系統(tǒng)。由于體積小疏散使用微真空泵似乎可行。通過芯片上實現(xiàn)技術(shù)的運用細觀力學(xué)和薄膜技術(shù)的成本大規(guī)模生產(chǎn)可以大幅減少。小維度和使用集成電路的產(chǎn)生撓度電壓大大增強了可移植性。這些優(yōu)勢讓質(zhì)譜儀對許多現(xiàn)有和潛在的應(yīng)用程序，例如過程監(jiān)控在微電子技術(shù)、航空航天以及光學(xué)鍍膜行業(yè)以及一個擴張等領(lǐng)域的污染監(jiān)測（空氣質(zhì)量，排放監(jiān)測、識別和分析的氯氟化碳），位置的泄密在天然氣、石油和供水管道和坦克和醫(yī)學(xué)診斷。1分離原理有各種各樣的分離原則和技術(shù)設(shè)計。這兩個最著名和最廣泛的有“維也納過濾器”的使用靜態(tài)電場和磁場實現(xiàn)空間分隔不同的大規(guī)模［1］和四極矩過濾基于所使用的動態(tài)電場產(chǎn)生穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的軌跡為不同的群眾［2］。二者共有分離原則的要求高磁場強度來迫使離子到指定的軌跡。微型技術(shù)許可的很小的結(jié)構(gòu)的造型紀念它能夠獲得滿意的磁場強度適中的電壓。使用非常小的電壓大約10V允許應(yīng)用程序的集成電路產(chǎn)生更多復(fù)雜和更高的頻率信號作為常用的，例如，在一個四極矩分隔符。這允許開發(fā)大規(guī)模篩選尤其適合一個顯微機器系統(tǒng)把所有其優(yōu)勢ans局限性考慮［3］提出了使用的信號的質(zhì)譜圖所示Fig,1。重復(fù)的頻率的信號S1和S2的是12.5MHz和最高頻率的組件被傳輸?shù)氖?5MHz。當被應(yīng)用到電極分隔符，如圖2所示，信號S1到S3導(dǎo)致偶極旅行沿著通道并更改其極性從一個電極對未來（見圖3）。相鄰電極帶倒信號兩倍的電場強度。移動的偶極場有重復(fù)頻率為12.5兆赫，即。每80聲一個新的偶開始從入口通道的分隔符。偶極旅行的距離在此時間跨度四電極的速度一一相當于10000m/s。因此，離子注入以這樣的速度進入分離器影響橫向力方向相反但數(shù)量相等的一個電極對未來。這導(dǎo)致一個正弦軌跡穿過分隔符,從而檢測的離子（參見圖14）。較快或較慢的離子達到靜態(tài)字段地區(qū)、中和在電極。因此,大規(guī)模篩選是選擇性的速度相結(jié)合原則瞬時的軌跡穩(wěn)定性。離子的速度調(diào)整加速，所有離子靜電場獲得同樣的動能E=歐盟=1/2mv2和開發(fā)不同的速度與他們的群眾（比例為1/mi）o一個大規(guī)模掃描可以輕松獲得通過的變種靜電加速度字段。在通信的重復(fù)性的離子光束進入分離器。2微型系統(tǒng)一個示意圖質(zhì)譜儀的草圖顯示在圖4。進行測量的是在電離室的電離電子碰撞。完成最高可能的電離率在小尺寸、壓力室是大約10Pa-100Pa。這些電子產(chǎn)生的等離子體和微波刺激中提取等離子腔通過一個雙柵的系統(tǒng)工作時，加速度電極。同時，它可以防止血漿從燃燒的外部等離子腔和抑制電場穿透了電離室。提供一個空間限定區(qū)域的離子化，這是必要的，以保持能量分布的離子盡可能的窄,電子束聚焦在一個100pmX100pm小洞寬度和50pm的長度從而進入電離室。洞里充當一個壓力階段，為了最小化等離子氣體的混合與進行測量。一個靜電透鏡體系主要離子通道的分隔符。同時它作為一個壓力階段分離電離室和分隔符。這里的壓力1-10pa確保必要的自由路徑的長度在分離器通道大約2.5毫米長。作為一個探測器積分器半導(dǎo)體元件可能使用了一種低噪聲、整合幾個離子包。由于近乎無限的輸出電阻的分隔符、離子電流低于1pa是可以衡量的。檢測可以進一步增強被集成電子的乘數(shù)通道。3等離子腔實現(xiàn)系統(tǒng)的壽命長，避免必要的高真空條件下，電子束的生成的電離過熱蒸氣從等離子體而不是難事。雖然一代一微波刺激等離子是電的難度比一代的直流等離子體，兩個決定性的優(yōu)勢獲得應(yīng)用微波等離子體在微型質(zhì)譜儀：首先毀滅的商會由于保持低增長影響濺射系統(tǒng)壽命，其次，流浪字段分隔符渠道穿透進非關(guān)鍵因為離子是無法跟隨高頻率。一個示意圖的微波等離子腔如圖5所示。它由三層pyrex玻璃。底層攜帶微波飼料，微帶，加上經(jīng)驗確定匹配網(wǎng)絡(luò)組成的一個存根的合適的長度和距離室。微帶和網(wǎng)絡(luò)都是作為一個照片存入得病的圖形化結(jié)構(gòu)化薄膜金屬層（大約400海里）。在中心層實際的等離子腔形成了h和穿孔等離子氣體進口作為一個海溝通過化學(xué)蝕刻。這個結(jié)構(gòu)是通過使用50%高頻烷基聚一LPCVD——硅層作為蝕刻面具［4］。在上部側(cè)面地上的平面微帶沉積另一個薄膜層,這是意識到為一個網(wǎng)格高于洞使電子提取出來。在派熱克斯玻璃晶圓上，另一個小洞，形成一個第二提取網(wǎng)格用于加速電子電離作用室。由于小網(wǎng)格距離電子非關(guān)鍵和提取是,事實上，它可以觀察到,等離子體停止燃燒,因為電子損失當提取電壓驅(qū)動太高；因此增加電子電流可能當微波功率或等離子體壓力增加（見圖7）。派熱克斯玻璃被選為基材，原因有兩個。它有一個相對較低的相對電容率（er=4.3）和損失系數(shù),使功放和因此微波功率低。這是必要的概念中小型化包括微波源。第二,它可以用硅刻蝕面具的陽極鍵合為一個容易的方法連接三個層［4］。照片的等離子腔顯示在圖7。因為點燃了等離子體需要更高的微波功率比維持它，等離子點火的壓電火花放電。它充分增加電子濃度了很短一段時間來生成一個等離子體。圖7顯示了提取的電子電流對不同的微波權(quán)力。即使在中等強國適合細致、電子電流達到約100的巴勒斯坦權(quán)力機構(gòu)。4大眾分離器圖3和圖14顯示了工作原理的大規(guī)模分隔符。寬度撓度的電極和距離的相鄰，相反電極是100pm。較小尺寸的分隔符（幾毫米長）允許質(zhì)量分離在相對較高的壓力-10的pa,以及一代的高電場分離在低電壓下工作所必需的。較小尺寸的分隔符（幾毫米長）允許質(zhì)量分離在相對較高的壓力-10的pa,以及一代的高電場分離在低電壓下工作所必需的。一個大規(guī)模分離器原理圖的操作系統(tǒng)顯示在圖8。派熱克斯玻璃作為襯底確保電氣絕緣電極的偏轉(zhuǎn)。電極由銅增長了電鍍在突然得病的照片以圖形方式結(jié)構(gòu)化銅薄膜［6］。他們有一個100點的寬度和高度，每個相鄰的距離，也是loopm相反電極。來實現(xiàn)所需的100點的高度，每一樣。來實現(xiàn)所需的高度特殊的光阻劑（Epon-SU8）使用。這是在一個單一涂層工藝紡過程的高度超過100點,并充當一個面具的電鍍結(jié)構(gòu)［7］。圖9和10顯示SEM照片結(jié)構(gòu)化的光刻膠和形成的電極。頂部的分隔符是由一個被侵蝕的氫氧化鉀頻道密封硅覆蓋。在離子通道的另一個銅薄膜電極沉積在派熱克斯玻璃基質(zhì)。像它的封面攜帶電勢略高于平均旅行領(lǐng)域潛在的，從而迫使離子的旅游中心的通道，防止其液。分離器的設(shè)計是非常關(guān)鍵的，因為小電極距離和由此產(chǎn)生的電容。由于關(guān)系我=基民盟/dt,電容只有10pf會引起的最大電流10mAif撓度電壓玫瑰從0到20V（見圖1）這種數(shù)量級的電流在所需的頻率是至關(guān)重要的，因為一以下概念的小型化一一所有的控制信號應(yīng)提供一個集成電路。自提出了結(jié)構(gòu)的電容約0.5pf,集成在一個集成電路的偏轉(zhuǎn)信號是可行的。第一步措施實現(xiàn)業(yè)已實現(xiàn)［5］。5離子光學(xué)這個電離室和隨后的離子光學(xué)必須仔細設(shè)計，因為他們強烈影響質(zhì)譜儀的分辨率和檢測限。圖是顯示在圖11。有一個叫電離室的大小為300pmX300pm和150pm的高度。離子的插座，提取電極構(gòu)造非常?。ㄐ∮?0pm）當他們作為一個狹縫入口，在探測器上成像是通過一個2-電極浸入式鏡頭。此外出口孔徑和提取電極作為電離室里的壓力（大約10-100-pa）對比壓力分隔符夠高電離率（衡量和原子離子化每注入電子）中獲得小維度。同時壓力分隔符頻道足夠低（1-10pa）來保證必要的自由長度的路徑。圖12顯示了計算潛力發(fā)展兩個空間安排。之間的電位差電離室和提取電極是大約100V。它必須隨室和電極之間的距離，以及它們光圈大小。一個小的潛在差異或一個大的電極距離結(jié)果在一個小的普及率提取潛在進臥房，從而在降低離子收益率（定義為商的提取離子和生成離子）。反之亦然，更高的潛在差異或一個小電極距離造成較高的產(chǎn)量，但同時在離子更廣泛的能量分布的提取的離子減少的分辨率分離器尤其是在小質(zhì)量的范圍。圖12顯示了對于一個提取潛力繪制的電壓100伏在一個電極距離的50點，孔徑為50點也。這些值產(chǎn)生一個主要是單色的離子光束與半寬價值同一個數(shù)量級的給定麥克斯韋的能量分布的室溫。在隨后浸入式鏡頭第一電極有阻礙，從而將，效應(yīng)［8］。第二電極的潛力決定了離子注入的能量場旅行［9］。通過改變其電壓質(zhì)量掃描獲得。一個三維的計算離子光學(xué)及其特點是繪制在型材。電離室以及離子光學(xué)是電鍍在相同的過程步驟作為分隔符電極。這包括一個優(yōu)勢是不被低估。距離和方向的離子源到分隔符是精確地確定，因此調(diào)整平版印刷面具的單位是不必要的。6分辨率和檢測限圖14顯示了一個計算機模擬一個分辨率為一個分隔符由十個電極對，計算了SimIon3DV6.0分隔符是一個離子選擇性大規(guī)模的40個u,導(dǎo)致一項決議的m/Am=20。對于質(zhì)量更高的分辨率將是較少的，對于較低的較大規(guī)模的它會更高，因為橫向位移幅度的機會更高更低的質(zhì)量在給定的電場強度。此外，大規(guī)模的分隔符是速度一一敏感,與速度成反比的平方根大規(guī)模分隔符是速度敏感,與速度成反比的平方根質(zhì)量。該決議可能增加的代價不再分離器通道和其產(chǎn)生的局限性就意味著免費的路徑長度。檢測極限根據(jù)以下公式n丿n-L人（1-r）Isei totD、 ‘e-SopJep

因為商用乘數(shù)渠道板塊的尺寸的單通道內(nèi)的范圍的點,集成到一個微型機器質(zhì)譜儀似乎是可行的，并因此檢測極限可以進一步加強了兩到三個數(shù)量級［10］。7結(jié)論尺寸和微型機器質(zhì)譜儀的處理提出了?；镜挠嬎銠C模擬基于這些經(jīng)驗表明，實現(xiàn)一個原型質(zhì)譜儀依照提出了概念是有前途的。此外，概念存在的改進當前的組件和集成的額外組件，這將提高效率，使新的應(yīng)用程序可訪問分光計。結(jié)合不同的平版印刷口罩在生產(chǎn)過程顯示了調(diào)整的分辨率和檢測過程中允許調(diào)整的分辨率和檢測上限,根據(jù)應(yīng)用程序。解決方案是可行的，甚至成對的。rnarna⑴pn七_Q.E<tins]Fig.l.TravellingfieldsignalsSI,S3,aiidS3.ntimeS1S3S2S3S1S3S2S3_ jfcriipK ion-S1-S3-S2-S3-S1-S3-S2S3AlEachmentDftravellingfieldsgnalstDtheelectirodss+■41H11D1■l+l11□■+11■*1111■+■+■+11i4mm]I II II II II II I II I 1 15I II II II II I I1 1 1 1z01.02.0Fig.3.Principleafthemassseparationaccelerationelectrodeion-optlcDiW5mess-separatorionisatkirKJianiberacceleration-grid口拒5時自chambernirisasiirandPlasmaUHIIItlNilllion-packagedetector[TTBIIIIMIacceleration-grid Iaccelerationelectrodeion-optlcDiW5mess-separatorionisatkirKJianiberacceleration-grid口拒5時自chambernirisasiirandPlasmaUHIIItlNilllion-packagedetector[TTBIIIIMIacceleration-grid ItopumpA1I\aocel日他Ude^aLenbalFig.4.Principle口fthemassspecirDmeta-matchingFig.5.Principle口：theplasmachamber157Fig.6.MicrowavepJasmachaniba'S40I2C300ftiO20aFig?7?Electroncuirentextractedfromtheplasmachamberversuseztrac-tionvoltagefordifFerentmicrowavepowersFig.$?Massseparator

Fig.$?MassseparatorFig.9.SEMpicturecifphciEuresiststnictmefarclecti'ofoniiing.Length,width,anddepthDfthestnichJiresare500uinfIGOkirn,100|j.mrespectivelyFig.10.SEMpictureoftheelectroplateddefiediDnelectrodes

measurandinlet、一measurandinlet、一ionisationchamborFig.11.SchematicoftheiDili汨tiancliajnberv/iththesonopticFig.12.Patentiaisofthejenopticcomputed咗ithSimlonV6.Dionizationchanik>erFig.13.KiniiilatiDnofionbeainfbnuingionizationchanik>erFig.13.KiniiilatiDnofionbeainfbnuingFig.14.Simulation口fmassresolutionwithSimlonVfi.O1O0|imReferencesH.Bndzilcewicz:Massensp&kti'omeh'ie.-eineEinfiihrnrig(^TCH,Wein-heini1992)P.H.Dawison:QuadnipoieMassSpectiromefryand