Mikro-miniaturisierte Elektronenbeschleuniger für die mobile Gas-Ionisations-Sensorik

Abstract:
Mobilen preiswerten Gaswarngeräten kommt nicht zuletzt im Bereich der zivilen Sicherheit – beispielsweise beim Einsatz von Feuerwehreinsatzkräften in unklaren Gefahrenumgebungen [1] – eine zunehmende Bedeutung zu. Zur Detektion der Gase werden hier überwiegend sogenannte Photo-Ionisationsdetektoren (PID) eingesetzt. Ihr Funktionsprinzip beruht auf der Ionisation der zu messenden Gase durch Photonen, welche mit einer Energie von 10-11 eV von einer UV-Gasentladungslampe ausgesendet werden. Neben dem Nachteil einer vergleichsweise unspezifischen Detektion – sämtliche Gase mit einem Ionisationspotential unterhalb der bereitgestellten Photonenenergie werden ionisiert – besitzen diese Sensoren den Nachteil einer nur geringen Lebensdauer bei vergleichsweise hohem Preis [2]. Abhilfe schafft hier das Konzept eines elektronisch unterstützten Photo-Ionisationsdetektors (ePID) [3]. Es besteht aus einer langlebigen UV-LED mit einem darüber angeordneten, in Planartechnologie auf Glassubstrat gefertigten Beschleunigerchip. Die durch das UV-Licht aus der Bodenelektrode herausgelösten Photoelektronen werden hierbei über eine nachgelagerte mikrominiaturisierte Beschleunigerstrecke auf das Ionisationspotential des zu detektierenden Gases beschleunigt. Die Ionisation des Analyten erfolgt somit durch Photoelektronen an Stelle von Photonen. Das Durchstimmen der an das Gitter angelegten Beschleunigerspannung ermöglicht eine stoffspezifische Ermittlung der Gaszusammensetzung. Der Einsatz neuartiger Abscheide- und Opferschichtprozesse ist eine grundlegende Voraussetzung für die Herstellung von nahezu freitragenden Gitterstrukturen.