Ein Mikromassenspektrometer in MEMS Technologie für mobile und stationäre Anwendungen

Abstract:
Ein vollständig integriertes Massenspektrometer hergestellt in MEMS Technologie wird vorgestellt. Auf Grund der geringen Größe des Systems von nur 5x10mm² kann das Massenspektrometer bei einem Druck von 1 Pa betrieben werden, und damit vereinfacht sich das Vakuumpumpensystem wesentlich. Der Preis des beschriebenen Systems ist durch die Herstellung in Mikrosystemtechnik um Größenordnungen geringer als bei herkömmlichen Systemen. Das planar integrierte Mikromassenspektrometer (piMMS) vereint alle notwendigen Komponenten eines Massenspektrometers auf einem Chip: Eine Mikrowellen-Plasma-Elektronenquelle zur Erzeugung der Elektronen für die Elektronenstoßionisation, die Ionenoptik zur Beschleunigung und Fokussierung des Elektronenstrahls, der speziell für die Herstellung optimierte ‚Synchronous Ion Shield’ Massenseparator, ein elektrostatisches Energiefilter, sowie der Detektor. Die Herstellung dieser funktionalen Komponenten in Silizium erfolgt in einem einzigen DRIE Ätzschritt, wodurch die Justage der Komponenten zueinander entfällt. Mechanisch stabilisiert werden die Siliziumstrukturen durch zwei Glassubstrate, auf denen sich strukturierte Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung befinden. Massenspektren die mit dem piMMS gemessen wurden zeigen die Funktion dieses Systems.