(57)【要約】  本発明は、高エネルギー高強度粒子ビーム（２）の検出用の検出器および該検出器の製造方法に関し、この検出器は金属被膜（４）を有する結晶性半導体プレート（３）を具備すると共に、基板（５）上に配置してあり、半導体プレート（３）は、両面が金属構造（７，８）でコーティングされたダイヤモンドプレート（６）である。金属構造（７，８）は、アルミニウム及び／又はアルミニウム合金からなると共に、基板（５）上の導体トラック（１０）を介して種々の電位に接続されるように配置された電極を形成し、基板（５）は、セラミックプレート（１１）であって、ダイヤモンドプレート（６）によって覆われた中央オリフィス（２４）を有する。
2005515478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の特徴を有する、金属被膜（４）を有する結晶性半導体プレート（３）を含み、基板（５）上に配置されている、高強度高エネルギー粒子ビーム（２）の検出用の検出器
半導体プレート（３）が、両面が金属構造（７，８）でコーティングされたダイヤモンドプレート（６）であり、金属構造（７，８）が、アルミニウム及び／又はアルミニウム合金を含み、金属構造（７，８）が基板（５）上の導体トラック（１０）を介して種々の電位に接続されるように配置された電極（９）を含み、基板（５）が、ダイヤモンドプレート（６）によって覆われた中央オリフィス（２４）を有するセラミックプレート（１１）を含む。
【請求項２】
ダイヤモンドプレート（６）の上面の金属構造（７）と下面の金属構造（８）が、二つの非構造化連続金属層（１２，１３）を形成し、下面（３３）の金属層（１３）が、大地電位を有し、上面（３２）の金属層（１２）は、ダイヤモンドプレート（６）がマイクロメートル当たり0.5ボルトから5ボルトの範囲の電界強度を有する電位で提供されていることを特徴とする、請求項１の検出器。
【請求項３】
ダイヤモンドプレート（６）の上面（３２）と下面（３３）の金属構造（７，８）が非金属化周辺領域（５３）を有することを特徴とする、請求項２の検出器。
【請求項４】
ダイヤモンドプレート（６）が、その上面（３２）とその裏面（３３）に、少なくともダイヤモンドプレート（６）の厚みに相当する幅の非金属化周辺領域を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２の検出器。
【請求項５】
ダイヤモンドプレート（６）の下面（３３）の金属構造（８）が、連続金属層（１３）を有し、ダイヤモンドプレート（６）の上面（３２）の金属構造（７）が、多数の顕微鏡的に小さい接触表面（１４）または金属ストリップ（２０）を有し、該接触表面（１４）または金属ストリップ（２０）が、セラミックプレート（１１）上のボンディングワイヤ（１５）及び／又は導体トラック（１６）を介して、検出器（１００，２００，３００）の外部接続部に接続されていることを特徴する、前記請求項のいずれか１項の検出器。
【請求項６】
金属構造（７，８）が金属ストリップ（２０，２１）のグリッドネットワーク（１９）を備え、ダイヤモンドプレート（６）の下面（３３）の金属ストリップ（２１）が、ダイヤモンドプレート（６）の上面（３２）の金属ストリップ（２０）に直角に配置されることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項の検出器
【請求項７】
セラミックプレート（１１）は、接触接続表面（２２）を有し、該接触接続表面（２２）が同軸ケーブル（４１）を介して検出器（１００，２００，３００）の外部接続部に接続されていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項の検出器。
【請求項８】
検出器（１００）がキャリアフレーム（２３）を有し、該キャリアフレームの上にその検出器構成部品が固定されていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項の検出器。
【請求項９】
検出器（１００，２００，３００）が、大地電位におかれている検出器筐体（４３）内に配置され、セラミックプレート（１１）の金属化裏面が、導電性ゴムの弾性導電性バッファ（４８）を介して検出器筐体（４３）に電気的に接続されていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項の検出器。
【請求項１０】
セラミックプレート（１１）内のオリフィス（２４）が、円形またはほぼ四角形であることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項の検出器。
【請求項１１】
ダイヤモンドプレート（６）が、化学気相蒸着によって形成され、10μmから1000μmの範囲、好ましくは100μmから200μmの範囲の厚み（ｄ）を有する自立型多結晶ダイヤモンドプレート（６）であることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項の検出器。
【請求項１２】
ダイヤモンドプレート（６）が、10μmから1000μmの範囲、好ましくは100μmから200μmの範囲の厚み（ｄ）を有する自立型単結晶ダイヤモンドプレート（６）であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項の検出器。
【請求項１３】
セラミックプレート（１１）が、中間配線ラインまたは導体トラック（１０）としての印刷薄膜導体または印刷厚膜導体と、薄膜技術または厚膜技術での受動構成部品とを有することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項の検出器。
【請求項１４】
パルスパケット当たり105から1013個の粒子、好ましくはパルスパケット当たり107から1013個の粒子を有する高強度粒子ビームのためのビーム装置であって、請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の検出器（１００，２００，３００）を有するビーム装置。
【請求項１５】
以下のステップを含む、金属被膜（４）を有する結晶性半導体プレート（３）を含み、基板（５）上に配置される、高強度高エネルギー粒子ビーム検出用の検出器（１）の製造方法：
−  基板プレート（２７）を用意する、
−  基板プレート（２７）上に炭素のダイヤモンド層（２８）を化学気相蒸着する、
−  ダイヤモンド層（２８）から基板プレート（２７）を除去して、自立型ダイヤモンドプレート（６）を形成する、
−  ダイヤモンドプレート（６）の上面と裏面を金属構造（７，８）でコーティングする、
−  中央オリフィス（２４）を有すると共に、接触接続表面（２２）及び／又は受動構成部品の設けられた、中間配線ラインまたは導体トラックを有するセラミックプレート（１１）を作成する、
−  両面が金属化されたダイヤモンドプレート（６）をセラミックプレート（１１）上に取り付けて、中央オリフィス（２４）を覆う、
−  ダイヤモンドプレート（６）の金属構造（７，８）を、セラミックプレート（１１）上の導体トラック（１０）または金属層（１７）に接続する、
−  検出器構成部品をキャリアフレーム（２３）上に固定する。
【請求項１６】
基板プレート（２７）上に炭素のダイヤモンド層（２８）を化学気相蒸着するために、ガス状有機性炭素物質を使用することを特徴とする、請求項１５の方法。
【請求項１７】
ガス状物質が、水素と、体積で0.2%から2%のメタンとからなることを特徴とする、請求項１５又は請求項１６の方法。
【請求項１８】
自立型ダイヤモンド層（２８）から基板プレート（２７）を除去するためにプラズマエッチング法を使用することを特徴とする、請求項１５から請求項１７のいずれか１項の方法。
【請求項１９】
自立型ダイヤモンド層（２８）から基板プレート（２７）を除去するために化学ウェットエッチング法を使用することを特徴とする、請求項１５から請求項１８のいずれか１項の方法。
【請求項２０】
ダイヤモンドプレート（６）の上面（３２）と裏面（３３）を金属層（１２，１３）でコーティングするために、スパッタリング法、蒸着法、または焼結法を用いることを特徴とする、請求項１５から請求項１９のいずれか１項の方法。
【請求項２１】
ダイヤモンドプレート（６）の上面（３２）及び／又は裏面（３３）を金属構造（７，８）でコーティングするために、マスクを使用するスパッタリング法かマスクを使用する蒸着法を用いることを特徴とする、請求項１５から請求項２０のいずれか１項の方法。
【請求項２２】
ダイヤモンドプレート（６）の上面（３２）と裏面（３３）を金属構造（７，８）でコーティングするために、最初に金属層（１２，１３）を施し、それに続いて該金属層をフォトリソグラフィによって構造化することを特徴とする、請求項１５から請求項２１のいずれか１項の方法。
【請求項２３】
ダイヤモンドプレート（６）の上面（３２）と裏面（３３）を金属ストリップパターン（２０，２１）でコーティングするために、最初に金属層（１２，１３）を施し、それに続いて該金属層（１２，１３）に絶縁チャンネルまたは縦溝をフォトリソグラフィック手段によって導入することを特徴とする、請求項１５から請求項２２のいずれか１項の方法。
【請求項２４】
セラミックプレート（１１）上に、中間配線ラインまたは導体トラック（１０）、接触接続表面（２２）、及び／又は受動構成部品を被着するために、薄膜法か厚膜法を用いることを特徴とする、請求項１５から請求項２３のいずれか１項の方法。
【請求項２５】
ダイヤモンドプレート（６）の金属構造（７，８）をセラミックプレート（１１）の上の中間配線ラインまたは導体トラック（１０）に接続するためにボンディング法を用いることを特徴とする、請求項１５から請求項２４のいずれか１項の方法。
【請求項２６】
検出器構成部品をキャリアフレーム（２３）上に固定するために金属製保持フレーム（３４）を設け、同時に、該保持フレームをセラミックプレート（１１）上の導体トラックを介して大地電位に接続することを特徴とする、請求項１５から請求項２５のいずれか１項の方法。
【請求項２７】
パルスパケット当たり105から1013粒子のビーム強度、好ましくはパルスパケット当たり107から1013粒子のビーム強度を有するビーム装置の高強度粒子ビームの検出における請求項１から請求項１４のいずれか１項の検出器の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項前段に規定したような、粒子ビーム、特に高強度及び高エネルギー粒子ビームを検出するためのものであって、金属被膜を有する結晶性半導体プレートを備えると共に基板上に配置してある検出器と、該検出器の製造方法に関する。ここで、高強度粒子ビームは、パルスパケット当たり及びmm2当たり105個より多い粒子、好ましくはパルスパケット当たり及びmm2当たり107個より多い粒子であって、パルスパケット当たり及びmm2当たり最大1013個の粒子を有するパルスパケットからなる粒子ビームとする。
【背景技術】
【０００２】
「イオン源のハンドブック（Handbook of Ion Sources），CRC-Press, 1995, 頁385以下」（非特許文献１）の中でP. Strehlによって述べられているように、様々な検出器タイプが、粒子ビームを検出するために知られている。「ジャーナル核計測器方法（Journal Nuclear Instruments Methods）A 392, 頁1から11, 1997」（非特許文献２）の中でRoger Fourmeによって述べられいる検出器タイプの一つにおいては、ワイヤが用いられており、このワイヤは検出器ガスによって囲まれているので、粒子が検出器ガスまたは計数ガスを通過するときに、このワイヤから信号を得ることができる。ワイヤのグリッドを並べることによって、粒子ビームの局所的分布を測定することも可能である。しかしながら、分解能は、25μmの範囲内のワイヤの直径と、必要なワイヤ間間隔とによって制限される。更に、照射が高強度の場合、プラズマ形成の結果として、計数ガスが機能しなくなる。
【０００３】
もう一つの検出器タイプは、半導体プレート、特に、両面が金でコーティングされた単結晶シリコンプレートを含んでいる。しかしながら、そのような検出器には、粒子ビームによる高強度照射の場合に、シリコンプレートがそのダイヤモンド型シリコン格子に放射線損傷を受け、これにより、欠陥場所が形成され、シリコンの検出器の電荷収集効率が著しく減少し、故障電流が増加するという欠点がある。
【０００４】
高強度粒子ビームの測定のために、シリコンプレートの代わりに、多結晶ダイヤモンドプレートを使用する試みは、ダイヤモンドに良く接着する、チタンコーティングか、チタン／タングステンコーティングか、クロムコーティングを最初に含み、それに続く金の接触コーティングを備えたダイヤモンドプレートの金属被膜の複合構造にもかかわらず、成功しなかった。
【０００５】
これまでは、誘導巻線で粒子ビームを囲んでそれを検出する比較的感度の悪いビーム変換器を用いてのみ高強度粒子ビームを測定することが可能であった。
【非特許文献１】イオン源のハンドブック（Handbook of Ion Sources），CRC-Press, 1995, 頁385以下
【非特許文献２】ジャーナル核計測器方法（Journal Nuclear Instruments Methods）A 392, 頁1から11, 1997
【発明の開示】
【０００６】
本発明の課題は、ビーム変換器よりも感度が良く、従来技術の欠点を克服し、集中冷却することなしに高強度高エネルギー粒子ビームを検出することができる、高強度粒子ビーム検出用の検出器を提供することである。本発明の課題はまた、そのような種類の検出器の製造方法を提供することにある。
【０００７】
この課題は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な発展は従属請求項の中に見ることができる。
【０００８】
本発明によれば、この検出器は、半導体プレートとして、両面が金属構造でコーティングされたダイヤモンドプレートを含み、この金属構造がアルミニウム及び／又はアルミニウム合金を含む。この金属構造は、基板上の導体トラックを介して種々の電位に接続されるように配置された電極を形成している。基板は、ダイヤモンドプレートによって覆われた中央オリフィスを有するセラミックプレートからなっている。最も簡単な場合においては、両面の金属構造は、両面の金属被覆の周りの周辺ゾーンだけが覆われずに残っている、ダイヤモンドプレートの両面の全面コーティングとすることができる。
【０００９】
この検出器は、集中冷却することなしに、高強度粒子ビーム、特にイオンビームの強度を測定できるという利点がある。また、ダイヤモンドプレート上の電極は、高エネルギー粒子ビームの断面にわたっての強度分布を高分解能で測定することができるように構造化することができる。この検出器を用いて、更に、時間に亘って強度分布を測定することができ、アルミニウム金属構造を有するダイヤモンドプレートを備えたこの検出器の以下の重要な利点を生じる：
【００１０】
１）100nsから10sのパルス幅で、検出器の中に堆積された最大100テラeVまでのオーダエネルギーにおける、パルスパケット当たり及びmm2当たり最大1013粒子の最大強度に耐える検出器構造の予想外に高い放射線耐性；
２）ナノ秒未満の範囲の時間分解能を有する、粒子ビームパルスまたはパルスパケットの高時間分解能；
３）ミリメートル未満の範囲のビームの空間分布の高分解能；
４）10オーダ以上の大きさにわたって直線的であるビーム強度検出。従って、パルスパケット当たり及びmm2当たり約1013粒子の最高オーダの大きさにおいてさえ、集中冷却を必要とせず、単に１粒子/mm2でさえも本発明の検出器を用いて検出することができる；
５）従来のビーム変換器の測定信号より大きい１０の３乗より大きい測定信号の大きさ。
【００１１】
これらの予想外の利点は、ダイヤモンド材料の性質と金属被膜の性質に基づいている可能性があり、アルミニウムの原子番号Zは炭素の原子番号Zに接近しており、アルミニウムにおける電離損失はダイヤモンドにおける電離損失に非常に良く適合する。両面がアルミ化されたダイヤモンドプレートは、その体積内の適当な電子−ホール対形成によって信号発生を引き起こし、0.5V/マイクロメートルから5V/マイクロメートルの範囲の電極間電界強度における高電圧下の電極において結晶内で測定可能な電流の流れを形成する。ここで、更なる利点として、高エネルギー粒子ビームの強度と、検出器の電極における信号電流との間に予期しない比例関係があることが判明している。
【００１２】
高純度ダイヤモンドの検出器は、高強度高エネルギー粒子ビームの場合において、特に高強度イオンビームの場合において、大量の電子−ホール対形成がなされ、高電位に保持された電極が、オシログラフを直接駆動できる適当な高信号電流を生じることができるため、イオンビームの強度を中間増幅することなしに測定できるという利点がある。
【００１３】
高純度ダイヤモンドの検出器は極めて低いレベルのノイズしか出さないので、適当な増幅器を用いて単一粒子を検出することも可能であるため、mm2当たり１粒子からパルスパケット当たり及びmm2当たり1013粒子までの全強度範囲を測定することができる。10オーダ以上の大きさまで広がるそのような広測定範囲は、従来の検出器では達成できない。パルスパケット当たり105粒子までの低強度範囲に対して、従来の複合金属被膜を有するダイヤモンド検出器を使用することは確かに可能である。パルスパケット当たり105粒子より大きく最大1013粒子までの強度範囲に対しては、ダイヤモンドプレート検出器かそれに代わる他の従来の検出器を用いてさえも、そのようなパルスパケットを、適当な高分解能で、再現可能かつ永続的に測定することは可能ではなかった。本発明による検出器の構造だけで、高強度粒子ビームに対する、特にパルスパケット当たり107から1013粒子までの範囲に対する強度測定問題が、驚異的に、予期せずに解決されたものである。
【００１４】
本発明の更なる好ましい実施形態においては、ダイヤモンドプレートの上面と下面の金属構造が二つの連続金属層を形成する。下面と上面のそのような連続金属層は、適当に薄いアルミニウム支持体と共に、そのように構造化された検出器が、高エネルギー粒子ビームの通過全粒子数または強度を検出することができるという利点を有している。そのため、下面の金属層を大地電位に保ち、上面の金属層を、0.5V/μmから5V/μmの範囲のダイヤモンドプレート内の電界強度を生じる電位に保つ。このことは、ダイヤモンドプレートが50μmの平均厚みを有する場合は、25Vから250Vの電圧を使用し、ダイヤモンドプレートの厚みがそれより大きい場合は、それに応じた高い電圧を使用することを意味する。
【００１５】
磁力線が検出器の周辺領域から出てくるのを防ぎ、それによる周辺領域内の絶縁破壊または沿面洩れ電流を防ぐために、検出器の下面と上面の金属層の周辺領域は非金属化周辺ゾーンを有する。この非金属化周辺ゾーンは、少なくともダイヤモンドプレートの厚みに相当する幅を有している。金属構造によって、検出器の沿面漏れに対する抵抗が有利に増加する。
【００１６】
ビームの断面にわたって高エネルギー粒子の強度分布を測定しようとする場合、二つの異なる金属構造配置を用いることができる。本発明の第１の有利な実施形態においては、連続的な金属層が、このために、ダイヤモンドプレートの下面に設けられ、ダイヤモンドプレートの上面の構造が、多数の顕微鏡的に小さい接触表面または金属ストリップを有している。ここで、顕微鏡的に小さいというのは、従来の顕微鏡的手段を用いた光学顕微鏡下で見て測定できる接触表面サイズまたはストリップ幅を意味するものとする。検出器の下面の金属層と反対側の検出器の上面に配置されたこれらの顕微鏡的に小さい接触表面または金属ストリップは、評価回路及び／又は検出器の外部接続部に順番に接続されたセラミックプレート上の中間配線ラインに、ボンディングワイヤを介して電気的に接続することができるか、あるいは、ダイヤモンドプレート上の絶縁層上の導体トラックを介して、および、セラミックプレート上の中間配線ラインを介して、評価回路に、あるいは検出器の外部接続部に接続される。本発明のこの実施形態において、多数の顕微鏡的に小さい接触表面は、できるだけ互いに接近するグリッド寸法で配置されるので、50マイクロメートル未満に至るまでの単位面積当たりの高分解能を得ることができる。
【００１７】
本発明の更なる実施形態においては、金属構造は金属ストリップのグリッドネットワークを有し、ダイヤモンドプレートの下面の金属ストリップは、ダイヤモンドプレートの上面の金属ストリップに直角に配置されている。この配置によって、ダイヤモンドプレートを、ワイヤ格子配置と同様に、小体積要素に分割することができ、各体積要素は互いに反対側に置かれた電極を有し、この電極を適当な電子供給評価回路によって列と行に走査することができるので、そのように構造化された検出器によって、イオンビームの断面にわたる強度分布の明確な像形成が可能となる。
【００１８】
個々のストリップは、簡単な手段で、ボンディングワイヤを介して、あるいは直接、セラミックプレート上の中間配線ラインに接続することができ、そのために、このセラミックプレートもまた、検出器の外部接続部に接続可能な接触接続表面を有している。各ストリップ配置において20μmから50μmのピッチ間隔の場合、1mmの非金属化周辺部を考慮した10×10mmのプレート上で、50μmのピッチで約160個のストリップを収容でき、上面と下面のストリップ間に25600個の交点を生じることができるので、25600個の測定点が可能となる。これにより、イオンビームの位置の正確な測定とイオンビームのプロフィールの正確な測定が可能となる。
【００１９】
本発明の更なる実施形態においては、検出器はキャリアフレームを有し、このキャリアフレームの上に検出器の構成部品が固定される。そのような種類のキャリアフレームは、それがセラミックプレートを適切に支持し、同時に、検出器を損傷から保護できるという利点がある。また、キャリアフレームは金属で作られ大地電位のための供給導体の役割を果たすことができる。この配置において、導電性ゴムの導電性弾性バッファがキャリアフレームとセラミックプレートの間に取り付けられ、張力の影響を受けやすいセラミックプレートを機械的応力から防ぐので、長期の検出器耐用寿命が達成される。
【００２０】
また、アルミニウムのキャリアフレームの代わりに、アルミニウムの密閉型検出器筐体が、検出器の構成部品を収容し、所定位置にそれらを固定することができる。アルミニウムの完全密閉型検出器筐体によって、ファラデーケージの場合におけるように電気的干渉に対する最適遮蔽を行うことができる。そのような検出器筐体は、それがセラミックプレートを適切に支持し、同時に、ダイヤモンドプレートを損傷から保護できるという利点がある。弾性導電性バッファを検出器筐体内に取り付けてセラミックプレートを機械的応力から保護することも可能である。また、アルミニウムの検出器筐体は大地電位のための供給導体として使用することもできる。
【００２１】
セラミックプレート内のオリフィスは、そのオリフィスを覆う検出器プレートまたはダイヤモンドプレートそれ自身よりも若干小さい外寸法を有している。本発明の好ましい実施形態において、セラミックプレート内のオリフィスは円形である。対応する検出器の設けられている種類の円形オリフィスは、高強度高エネルギー粒子ビームが円形断面を有すると想定されるときに使用される。しかしながら、粒子ビームが走査ビームであるならば、セラミックプレート内の四角形オリフィスが有利であると分かっているので、本発明の更なる好ましい実施形態においては、検出器とセラミックプレートオリフィスとは四角形構造のものである。
【００２２】
本発明の更なる実施形態において、ダイヤモンドプレートは、化学気相蒸着によって形成され、10μmから500μmの範囲、好ましくは50μmから200μmの範囲の厚みを有する自立型多結晶ダイヤモンドプレートである。ダイヤモンドは極めて強く硬い材料であるので、10μmの厚みのプレートレットまたはプレートでさえも確実に自立型となるように製造することができるため、10μmから500μmの厚みの範囲が達成可能である。金属被膜または金属構造を加えるために、そのようなダイヤモンドプレートの両面を磨くことができるので、完全に平らな表面が作られ、その場合、確実に上面と下面の平面が互いに平行となる。
【００２３】
しかしながら、この実施形態におけるダイヤモンドプレートの多結晶質性は、ダイヤモンドプレートの中に発生する結晶粒界の故に、信号の均質性を制限する。従って、本発明の更なる実施形態においては、50μmから500μmの範囲、好ましくは50μmから200μmの範囲の厚みを有する自立型単結晶ダイヤモンドプレートが使用される。ダイヤモンドプレートの各面上に適切に構造化された電極を有する検出器の場合、ビーム強度及び／又はビームプロフィールを測定できるのみならず、粒子ビームの衝突場所とは関係なく時間にわたってのビーム分布の測定を行うことが可能である。また、そのような種類のダイヤモンドプレートの場合、前述のcm2当たり25600測定点の測定分解能を有利に達成できる。そのため、単結晶ダイヤモンドプレートは、数センチメートルの周辺長さ、好ましくは、約5×5mm2から約15×15mm2までの面積に対応する2cmから6cmまでの周辺長さを有することができる。
【００２４】
セラミックプレート上の前述の中間配線ラインは、マイクロメートル範囲の極めて微細な構造を達成することが必要でない場合、印刷薄膜導体または印刷厚膜導体からなり、更に、同じ技術での抵抗器、コンデンサ、コイルなどの受動構成部品を備えることができる。従って、セラミックプレート上に、中間配線ラインに加えて、評価さえも行う回路か、インピーダンスを変更する回路を設けることができる。評価オシログラフの内部抵抗に相当する薄膜技術でのインピーダンスを設けることは特に有利である。そのオシログラフのその内部抵抗は通常50Ωである。
【００２５】
金属被膜を有する結晶性半導体プレートを備えると共に、基板上に配置してある、高エネルギー高強度粒子ビーム検出用の検出器の製造方法は、以下の方法ステップを備える：
−  基板プレート、好ましくは単結晶ダイヤモンド基板プレート、または単結晶シリコンプレート、または1000℃より大きい融点を持つ金属の金属プレートを設ける、
−  基板プレート上に炭素のダイヤモンド層を化学気相蒸着する、
−  自立型ダイヤモンド層から基板プレートを除去して、ダイヤモンドプレートを形成する、
−  ダイヤモンドプレートの上面と裏面を金属構造でコーティングする、
−  中央オリフィスを有すると共に、その上面に接触接続表面及び／又は受動構成部品が設けられ、その裏面に全表面にわたって金属化部が設けられた導体トラック及び／又は金属層を有するセラミックプレートを提供する、
−  両面が金属化されたダイヤモンドプレートをセラミックプレート上に取り付けて、中央オリフィスを覆う、
−  ダイヤモンドプレートの金属構造をセラミックプレート上の金属構造に接続するステップ
−  保持フレームを用いて検出器構成部品をキャリアフレーム上に固定する。
【００２６】
この方法は、これらのステップにおいて、最初に検出器の中心部、すなわちダイヤモンドプレートを製造するという利点がある。そのため、最初のステップにおいて、例えば単結晶ダイヤモンド基板プレートまたはシリコンキャリアプレートのダイヤモンド格子タイプを、そのような基板プレートのダイヤモンド格子タイプの上に炭素原子を配置することによって更に延長することが有利に可能となり、これにより、単結晶ダイヤモンド基板の場合には、単結晶ダイヤモンドプレートを生じる。しかしながら、シリコンキャリアプレートの場合には、ダイヤモンド格子タイプはもはや蒸着されたシリコン原子を含むのではなく、むしろ炭素原子を含んでいる。異なる格子定数を有する後者の格子構造は多結晶ダイヤモンド層を生じる。
【００２７】
この方法の更なる利点は、シリコンキャリアプレートまたは金属プレートの場合にダイヤモンドの適当な層を製造した後、そのプレートを除去できることにあり、特に、ダイヤモンド層が少なくとも10μmの適当な厚みを有する場合、そのダイヤモンド層が自立型プレートとなるという点において利点がある。1000℃より大きい融点を持つ金属からなる基板プレート、好ましくはモリブデンの基板プレートの利点は、できるだけ高い反応温度がダイヤモンドコーティング蒸着法において用いられ、このことが気相からの炭素蒸着を加速できるということにある。除去後、10μmから1000μmの厚みを有する多結晶ダイヤモンドプレートが後に残る。基板プレートは、100μmと1000μmの間、好ましくは100μmと500μmの間の適当な厚みが得られた場合、その上面と裏面を磨くことができるので、完全に平らな表面が金属構造のために利用することができる。
【００２８】
アルミニウムまたはアルミニウム合金が、ダイヤモンドプレート上の金属構造の金属として有利に用いられ、アルミニウムの原子番号Zは炭素の原子番号Zに接近しているので、アルミニウムにおける電離損失はダイヤモンドにおける電離損失に一致する。
【００２９】
この方法の更なる利点はセラミックプレートの使用にあり、このセラミックプレートは、一方で、ダイヤモンドプレート上の顕微鏡的部分構造を肉眼的金属構造に変えることができるので、検出器のための適当な大きさの外部接続部をセラミックプレート上に取り付けることができる。ここで、肉眼的というのは、その構造の寸法が裸眼で見て測定できるほど十分大きいことを意味する。セラミックプレート上の適切に設けられた中間配線ラインまたは導体トラックは、アクセス素子を拡大するためにも役立つ。そのような中間配線ラインなしに、従って、セラミックプレート上の利用可能なそのような領域なしに、ダイヤモンドプレート上の顕微鏡的に小さい構造にアクセスすることはできないであろう。
【００３０】
検出器構成部品をキャリアフレーム上に固定することは、アルミニウムフレームのような金属フレームによって有利に達成できる。そのようなアルミニウムフレームは組み立てが簡単であるため、例えば穴などの適切に設けられた構造がキャリアフレーム上にある場合、セラミックプレートを調整し固定することができる。更に、アルミニウムは高い熱伝導性を有しているので、ダイヤモンドプレート内に生じた熱を、セラミックプレートを介して、アルミニウムフレームに、更に、中で検出器が使用されているシステムの筐体に伝達することができる。
【００３１】
単結晶シリコンキャリアプレートを設けるために、最初に、単結晶シリコンウェハーを単結晶シリコン柱から切り取る。そして、ダイヤモンドプレートがその上に蒸着されるウェハーのその表面を、化学的機械的手段によって研磨する。その間、単結晶シリコン柱を製造するときと、単結晶シリコンウェハーを切り取るときのいずれのときにも、確実に結晶方位がダイヤモンドの蒸着に有利になるように注意を払う。このことは、単結晶シリコンウェハーの表面が、ダイヤモンド格子タイプのシリコンウェハー上のダイヤモンド格子における、結晶性ダイヤモンドの一定方向に一様に並んだ成長にとって、好都合な方位を有することができるという利点がある。
【００３２】
基板プレート上に炭素のダイヤモンド層を化学気相蒸着するステップにおいて、本発明の更なる実施形態においては、ガス状有機性炭素物質が反応ガスとして用いられ、水素がキャリアガスとして用いられる。通常、有機性炭素物質は、水素ガスに0.5%から2%の体積比で付加されたメタンガスであり、炭素がガス状有機性炭素物質から基板プレート上に蒸着される。
【００３３】
単結晶ダイヤモンド格子を有する基板プレートの上に多結晶ダイヤモンド層を蒸着させた後、基板プレートを、本発明の更なる典型的な実施形態においては、プラズマエッチング法によって自立型ダイヤモンド層から除去する。プラズマエッチング法の代わりにウェット化学法を用いることもできる。この場合、シリコンキャリアプレートを基板プレートとして使用した場合、フッ化水素酸と硝酸の混合物が用いられ、これがシリコンを溶かすかエッチング除去し、ダイヤモンド層を自立型ダイヤモンドプレートとしてあとに残す。
【００３４】
上記エッチング法は、自立型多結晶ダイヤモンドプレートを露出させるという利点があり、このダイヤモンドプレートは、100μmと500μmの間の適当な厚みを有する場合、その上面と裏面を化学機械手段（chemo-mechanical means）によって磨くことができる。
【００３５】
ダイヤモンドプレートの上面と裏面を金属層でコーティングするために、スパッタリング法、蒸着法、またはその代わりとして焼結法を用いることができる。スパッタリング法の場合、金属プレートを気化させ、気化した原子をダイヤモンドプレートの上面と裏面に蒸着させ、金属層を形成する。
【００３６】
蒸着法の場合、アルミニウムを真空化で溶融るつぼの中で溶かし、ダイヤモンドプレートを溶融るつぼの上に置くので、アルミニウム蒸気を金属層の形でダイヤモンドプレート上に蒸着させることができる。焼結法の場合、アルミニウムペーストをダイヤモンドウェハーに塗り、適当な焼結炉の中で、アルミニウムペーストの結合剤を蒸発させ、同時に、アルミニウムコーティングをダイヤモンドプレート上に焼結させる。
【００３７】
これらの方法のいずれにおいても、最初に連続金属層をダイヤモンドプレート上に蒸着させ、検出器の上面に局所分解構造を持たせようとする場合は、それに続いてその金属層を構造化することができる。
【００３８】
従って、ダイヤモンドプレートの上面と裏面を金属構造でコーティングするために、最初に金属層を施し、それに続いてその金属層をフォトリソグラフィによって構造化する。そのため、感光性レジストを金属層に加え、光学マスクによって感光性レジスト層を構造化し、その結果として、最後に、感光性レジストが、ダイヤモンドプレートの上面に接触層または導体トラックとしてあとに残される金属層のその部分だけを保護する一方、感光性レジストによって裸で残された領域は、照射と、適当なバスしばしばアルカリバスの中での感光性レジストの成長との結果として分解除去される。
【００３９】
これらの方法は、ダイヤモンドプレート上に、非常に微細に構造化された導体トラックと接触表面を生成することができ、これらは顕微鏡的に小さい寸法で生成することができる。金属ストリップ配置を上面と裏面の両方に設けた場合、検出器のもっと大きい局所分解能も達成することができる。上面と裏面のストリップ配置またはグリッド配置は、フォトリソグラフィック手段またはレーザ除去によって金属層に縦溝を導入することによって、金属層内に含められ、マイクロメートル範囲の金属ストリップと、マイクロメートル未満の範囲の絶縁チャンネルか絶縁溝を生成することが可能である。
【００４０】
二つの面に金属グリッド構造を有するそのような種類のダイヤモンドプレートは、高強度粒子ビームの位置分布を検出するために、局所分解能のための実質的にもっと複雑な評価と制御を必要とするが；同時に、イオンビームの強度分布を、マイクロメートルレンジで、好ましくは、25×25μm2から250×250μm2までのマイクロメートルレンジ内のピクセルによって、分解できるという利点を有している。
【００４１】
しかしながら、材料をマスクまたはテンプレートを使用して加える場合は、構造化金属層を直接施すことも可能である。
【００４２】
ダイヤモンドプレート上の接触表面と導体トラックの形態での顕微鏡的に小さい構造から、肉眼で見える構造に変えることができるように、中間配線ラインと接触接続表面及び／又は受動構成部品を、肉眼で見える寸法を持った比較的大きいセラミックプレート上に生成する。それらは、受動構成部品と接触接続表面に関する限り、部分的に薄膜技術または厚膜技術のものであることが可能であるが、顕微鏡的寸法から、肉眼で見える構成部品と接続素子に導こうとする中間配線ラインは、ダイヤモンドプレート上の対応する構造と同じ高分解能で作成しなければならない。
【００４３】
イオンビームパルスパケットの全体強度を測定しようとする検出器に対して、数ミリメートルの厚みを有する薄い金属層を、金属化されたダイヤモンドプレートの両面に施し、上部金属層は適当な高電圧への接続のために設けられなければならず、下部金属層はセラミックプレート上のフレーム導体への接続のために設けられる。
【００４４】
この方法の更なる好ましい典型的な実施形態においては、ダイヤモンドプレートの上面の金属構造をセラミックプレート上の中間配線ラインに接続するためにボンディング法を用いる。そのため、適当なボンディング表面をセラミックプレート上に設けて、ボンディングワイヤをダイヤモンドプレート上の適当な接触表面からセラミックプレート上のボンディング表面までボンディングする。
【００４５】
この方法の更なる実施形態においては、キャリアフレーム上の検出器構成部品を固定するために金属保持フレームを設ける。この金属保持フレームは、キャリアフレームに有利にネジ止めされ、セラミックプレートとキャリアフレームの間およびセラミックプレートと当該保持フレームの間に配置された導電性ゴム製の導電性弾性バッファ素子と一緒になって、セラミックプレートをキャリアフレームと当該保持フレームの間に保持、固定することができる。この導電性ゴムは、信頼性の高い接触を確実にすると共に、張力の影響を受けやすいセラミックプレートを検出器の据付けと動作の間の損傷から保護する。そのため、導体ゴム素子、キャリアプレート、および保持フレームに関してセラミックプレートの正確な位置合わせを達成するために、適当な穴をセラミックプレート内に設ける。
【００４６】
同時に、保持フレームとキャリアフレームの間のネジ接続を、導電性ゴムのバッファ素子の有利な使用により、フレーム接続のために用いることができる。従って、金属保持フレームから金属キャリアフレームへのネジ接続が同様に金属ネジで構成されている場合は、保持フレームへの、セラミックプレート上の適当な中間配線ラインを設けることだけが必要であり、セラミックプレートの裏面が金属化されている場合は、ダイヤモンドプレートの下面の金属被膜への接続を設けることだけが必要である。
【００４７】
この検出器は、その上面または裏面が損傷を被ることなく、高強度高エネルギー粒子ビームに対して使用することができ、材料が、スパッターされることも、原子に分解されることも、蒸発することもない。また、意外にも、この検出器は、高強度高エネルギーイオンビームの測定のために何度も使った後に、たとえ一時的にパルスパケットに圧縮されたそのような集束粒子ビームが検出器プレートの極度の機械的衝撃応力を生じるとしても、その検出器の中にどんな穴も見つけることができなかった。この検出器のダイヤモンドプレート内の黒鉛格子領域内のダイヤモンド格子の部分的な結晶再構築さえも、そのような極端な負荷での使用の場合に観察することができなかった。
【００４８】
添付図面を参照する実施形態によって本発明を更に詳細に説明する。
【００４９】
図１は、本発明の実施形態による検出器の断面図である。
図２は、本発明の更なる実施形態による検出器の平面図である。
図３は、検出器のダイヤモンドプレートの断面図である。
図４は、本発明の第３実施形態による検出器の断面図である。
図５は、検出器の更なるダイヤモンドプレートの斜視図である。
図６は、ダイヤモンドプレート上面の金属構造領域の平面図である。
図７は、図６のＡ−Ａ線に沿ったダイヤモンドプレートの部分断面図である。
図８は、ダイヤモンドプレート上面の金属構造領域の平面図である。
図９は、図８のＢ−Ｂ線に沿ったダイヤモンドプレートの部分断面図である。
図１０〜１５は、本発明の実施形態のダイヤモンドプレートの製造段階の間に形成される中間製品の概略図である。
図１６は、ビーム変換器を備えた従来の誘導ビームモニタの測定信号を、本発明による検出器の測定信号であって、高強度パルスパケットによってトリガーされた測定信号と比較したグラフである。
【００５０】
図１は、本発明の実施形態による検出器１００の断面図である。符号２は、本発明のこの実施形態において検出器１００を通過する高強度高エネルギー粒子ビームの方向を示す矢印をである。イオンビーム方向２に対して上流側にある検出器１００の構成部品のすべての表面を上面と呼び、イオンビーム方向２に対して下流側にある検出器の構成部品のすべての表面を裏面と呼ぶ。
【００５１】
符号３は半導体プレートを示す。符号４は半導体プレート３の二面に施された金属被膜を示す。符号５は二面に金属被膜を有する基板を示し、この基板の上に、二面に金属皮膜４を施した半導体プレート３が配置されている。符号６は本発明のこの実施形態において半導体プレート３として用いられているダイヤモンドプレートを示す。ダイヤモンドプレート６の材料は炭素のダイヤモンド格子からなっている。符号７はダイヤモンドプレート６の上面３２の金属構造を示し、符号８はダイヤモンドプレート６の裏面３３の金属構造を示す。符号９は電極を示し、この電極は、本発明の第１実施形態においては、金属被膜４と同じであって、ダイヤモンドプレート６の上面３２の連続金属層１２と、ダイヤモンドプレート６の裏面３３の連続金属層１３とからなり、上面３２と裏面３３の周辺領域には金属被膜はない。
【００５２】
ダイヤモンドプレート６の上面３２の電極９は、基板５の上の接触接続表面２２にボンディング接続１５を介して接続されており、ダイヤモンドプレート６の裏面３３の電極９は、基板５の上の金属層１７に金属ストリップブリッジ５４を介して接続されている。符号１１は本実施例において基板５として用いられているセラミックプレートを示す。
【００５３】
本発明のこの実施形態において、セラミックプレート１１は、アルミニウムの金属保持フレーム３４によって、金属キャリアフレーム２３上に保持されており、この金属保持フレームが事実上検出器の筐体を形成している。導電性弾性バッファ素子４８と４９は、それぞれ、キャリアフレーム２３とセラミックプレート１１の間と、導体フレーム３４とセラミックプレート１１の間に配置され、セラミックプレート１１を機械的応力から保護し、ここで、少なくとも、セラミックプレート１１の裏面４０とキャリアプレート２３との間のバッファ４８は、キャリアフレーム２３が本システム（図示せず）の大地電位に接続されているので、大地電位に保持される。大地電位は、ネジ接続３５と金属保持フレーム３４を介してセラミックプレート１１の裏面４０に加えられ、金属ストリップブリッジ５４を介してダイヤモンドプレート６の裏面３３の金属層１３に加えられる。基板５の接触接続表面２２は、別の受動構成部品２６（図示せず）に接続された印刷薄膜面または印刷厚膜面とすることができる。
【００５４】
ダイヤモンドプレート６の裏面３３の金属構造８が、金属ストリップブリッジ５４を介して大地電圧に保持される一方、電圧が、接触接続表面２２とボンディングワイヤ１５を介してダイヤモンドプレートの上面３２の電極９に印加される。この電圧は、ダイヤモンドプレート６の厚みによって左右され、本発明のこの実施形態においては、厚み1μm当たり約1Vである。この実施形態におけるダイヤモンドプレート６の厚みは約200μmであるので、200Vの電圧が、ボンディングワイヤ１５を介してダイヤモンドプレート６の上面３２の金属構造７に印加される。この電圧は、シース４２が大地電位に保持された同軸ケーブル４１を介して供給される。
【００５５】
粒子ビームが矢印２の方向にダイヤモンドプレート６を通過するとき、電子ホール対（electron hole-pairs）が生成され、この電子ホール対は、高電界強度によって分離され、イオンビームの強度に比例した電流を生じる。イオンビームの局所分解検出のために、すなわち、イオンビームのその断面にわたるプロフィールの検出のために、ダイヤモンドプレート６の上面３２の金属構造７を多くの個々の電極に構造化して、対応する多くのボンディングワイヤ１５が、測定信号を対応する評価回路へ向けるようにすることができる。そのため、セラミックプレート１１上の接触接続表面２２は、それに対応して増加し、対応する検出器１００の外部接続部（図示せず）に接続される。この外部接続部は大地電位から絶縁され、外側に通じている。
【００５６】
本発明の更なる実施形態においては、符号７と８によって示された、ダイヤモンドプレート６の上面金属構造と裏面金属構造またはそのいずれかは、金属層ではなく、むしろ、グリッドの形状の金属ストリップであり、ダイヤモンドプレート６の上面３２の金属ストリップは、一つの方向に平行に走っており、その方向に対して直角に、ダイヤモンドプレート６の裏面３３の金属ストリップの方向が並んでいる。その場合、セラミックプレート１１上の導体トラックの数は、ダイヤモンドプレート６の裏面の金属構造８の金属ストリップの数に対応している。
【００５７】
ダイヤモンドプレート６の上面３２と裏面３３の金属被膜４のストリップ構造またはグリッド形状構造によって、最大局所分解能を達成することができるが、二つのストリップ配置またはグリッド配置の交点の評価と制御のために、複雑な制御評価回路が必要である。このような種類の検出器によって、粒子の高強度ビーム、すなわち、粒子ビームかイオンビームか電子ビームを、ナノ秒の時間分解能とマイクロメートル範囲の局所分解能で検出することができる。適当な増幅手段を用いて個々の粒子を検出することもできるので、この検出器を用いて、パルスパケット当たり及びmm2当たり1から約1013粒子までの、10オーダより大きい大きさの強度範囲を検出することができる。この場合、パルスパケット当たり及びmm2当たり105粒子からパルスパケット当たり及びmm2当たり1013粒子までのオーダの大きさの高強度パルスパケットが、検出器に何らかの損傷を生じることは予想されない。パルスパケット当たり及びmm2当たり107粒子とパルスパケット当たり及びmm2当たり1013粒子の間の好ましい範囲においてさえも、検出器信号は粒子ビームの強度に比例させることができる。
【００５８】
本発明のこの実施形態において、ダイヤモンドプレート６は、気相から多結晶状で蒸着される。セラミックプレート１１内の中央オリフィス２４は、ダイヤモンドプレート６のサイズに従って寸法が決められ、数cm2とすることができる。走査イオンビームを測定するために、その中央オリフィス２４はダイヤモンドプレート６と同じように四角形である。円形イオンビームに対しては、ダイヤモンドプレート６と中央オリフィス２４は円形構造とすることができる。
【００５９】
図２は、本発明の更なる実施形態による検出器２００の平面図である。図１のものと同じ機能を有する構成部品は同じ符号で示し、別に説明しない。
【００６０】
検出器２００の中央に、ダイヤモンドプレート６によって覆われた中央オリフィス２４があり、この中央オリフィス２４を粒子ビーム２が通過する。ダイヤモンドプレート６の上面３２は金属化されていて、ボンディング接続１５と接触接続表面２２を介して同軸ケーブル４１に接続されており、この同軸ケーブル４１によって測定電圧が供給され、検出器信号が取り出される。同軸ケーブル４１の同軸シース４２はキャリアフレーム２３上のマウンティング５５に固定されており、大地電位に保たれている。
【００６１】
ダイヤモンドプレート６の裏面３３は、セラミックプレート１１上の金属ストリップブリッジ（ここでは図示せず）を介して、セラミックプレート１１の裏面１７に接続されている。保持フレーム３４をネジ接続３５によってキャリアフレーム２３にしっかりとネジ止めして、セラミックプレートの裏面を筐体に電気的に接続するようにしているので、ダイヤモンドプレートの裏面を大地電位に保つことができる。イオンビームが、ダイヤモンドプレート６を通過すると、同軸ケーブル４１と、この場合金属キャリアプレート２３に接続されている同軸シース４２との間に電流が発生し、この電流は粒子ビーム２の強度に対応し、10オーダより大きい大きさにわたって粒子ビーム強度に比例する。
【００６２】
図３は、検出器１００のダイヤモンドプレート６の断面図である。前述の図面のものと同じ機能を有する構成部品は同じ符号で示し、別に説明しない。
【００６３】
ダイヤモンドプレート６は厚みｄを有し、この厚みはまた、ダイヤモンドプレート６の裏面３３の連続金属層８と上面３２の連続金属層７との間の電位差を決定する。ダイヤモンドプレート６の裏面３３の金属層１３はセラミックプレート（図示せず）の上に置かれており、金属ストリップブリッジ５４を介して、セラミックプレートの裏面の金属被膜（図示せず）に接続されており、ダイヤモンドプレート６の上面の金属層１２はボンディングワイヤ１５によって、セラミック基板の上面の接触接続表面に接続されている。
【００６４】
図３に示す実施形態は、ビーム強度を判定するためのダイヤモンドプレート６の比較的簡単な実施形態である。しかしながら、局所的にイオンビームを測定するために、金属被膜４の少なくとも一つは、顕微鏡的に小さいため光学顕微鏡のもとでのみ測定することができる個々の接触表面に構造化され、細分化されている。そして、局所分解測定のため、ダイヤモンドプレート６の上面３２のこれらの接触表面のそれぞれは、検出器の対応する外部接続部（図示せず）に接続されている。
【００６５】
図４は、本発明の第３実施形態の検出器３００を示す。前述の図面のものと同じ機能を有する構成部品は同じ符号で示し、別に説明しない。
【００６６】
図４において、図１に示すキャリアフレームが延びて金属製の検出器筐体４３を形成しており、この検出器筐体４３は金属製の筐体カバー４４によって閉じられている。金属製の筐体カバー４４はオリフィス４５を有し、このオリフィス４５は、形、サイズがダイヤモンドプレート６に対応しており、セラミックプレート１１の中央オリフィス２４の寸法を少なくとも有し、その中央オリフィス２４と位置合わせされている。検出器筐体４３は、その筐体のベース内にオリフィス５０を有している。このオリフィス５０もまた、セラミックプレート１１の中央オリフィス２４の寸法を少なくとも有し、それと位置合わせされている。筐体カバーオリフィス４５と筐体ベースオリフィス５０はそれぞれ、金属化カプトン膜５１と５２によってシールされている。従って、大地電位に保たれた金属製のほぼ密閉型検出器筐体のために、ダイヤモンドプレート６は、ファラデーケージの中におけるように、迷走電波から保護される。
【００６７】
ダイヤモンドプレート６は、その非金属化周辺領域５３において、絶縁性接着剤４６を用いてセラミックプレート１１の上面３６にボンディングされている。本発明のもう一つの好ましい実施形態においては、セラミックプレート１１は、その裏面４０が金属でコーティングされており、中央オリフィス２４の壁も金属被膜４７を有している。この金属被膜４７は、ダイヤモンドプレート６の裏面３３の金属被膜１３と、セラミックプレート１１の裏面４０の金属被膜１７に接触している。
【００６８】
導電性弾性バッファ４８が、検出器筐体４３と、セラミックプレート１１の裏面４０の金属被膜１７との間に設けられている。一方で、このバッファ４８は、検出器筐体４３と、セラミックプレート１１の裏面４０とを導電性を持つように接続しており、他方で、この導電性ゴムのバッファ４８は、応力、特に引張荷重に対してセラミックプレートを保護している。
【００６９】
更に、導電性弾性バッファワッシャ４９を、締付けネジ４９と、セラミックプレート１１の上面３６との間に設けることができる。測定電圧供給と測定信号出力のための同軸ケーブル４１は、絶縁性を持つように検出器筐体４３に通され、そのケーブルの同軸シース４２は検出器筐体４３の大地電位に保たれる。
【００７０】
図５は、検出器の更なるダイヤモンドプレート６の斜視図である。図１〜図４には、好ましくは、その上に連続的に金属化された上面３２と裏面３３を有する、ダイヤモンドプレート６が示されているが、図５による実施形態における上面３２の金属被膜７は25μmのピッチを有する金属ストリップ２０に構造化されており、下面３３の金属層８は大面積電極を形成している。このような構造化により、粒子ビームの幅の一次元局所的測定が可能となる。一方が他方の上に重なったそのような種類の二つのダイヤモンドプレート６により、粒子ビームの局所強度分布の二次元局所測定が可能となる。
【００７１】
図６は、ダイヤモンドプレート６の上面３２の金属構造７の領域の平面図である。前述の図面のものと同じ機能を有する構成部品は同じ符号で示し、別に説明しない。
【００７２】
金属構造７は、粒子ビームまたはイオンビームの二次元局所分解測定が可能なように構造化されている。そのため、180×180μm2の表面積を有する顕微鏡的に小さい電極９が、ダイヤモンドプレート６の表面３２に一定のグリッド寸法で一様に分布されて配置されている。その間に幅0.5μmの導体トラック１６が0.5μm間隔で配置されているので、互いに並べて配置された20個の導体トラックに対して、160個の高感度電極をダイヤモンドプレート６の周辺領域内の接触表面１４に接続するために、幅180μmの高感度電極間に、20μmの非感知ストリップが必要である。これら160個の接触表面１４から、それぞれのボンディングワイヤ１５が、その下に設置された、セラミックプレートの形態での基板（図示せず）の上の対応する接触接続表面に通じている。これらの電極のそれぞれにはボンディングワイヤ１５と導体トラック１６を介して測定電圧が供給されるので、これらの電極９のそれぞれにおいて、イオンビームまたは粒子ビームの局所強度を二次元法で測定することができる。
【００７３】
図７は、図６のＡ−Ａ線に沿ったダイヤモンドプレート６の部分断面図である。前述の図面のものと同じ機能を有する構成部品は同じ符号で示し、別に説明しない。
【００７４】
このダイヤモンドプレート６の断面図は、ダイヤモンドプレート６の裏面３３がフレーム電極としてのサブ顕微鏡的厚みの（顕微鏡的厚みより薄い）連続金属層によって覆われていることを示している。大地電位は、基板（図示せず）上の導体トラック１０を介して、ダイヤモンドプレート６の裏面３３に印加することができる。180×180μm2の面積を有する電極９における局所分解測定結果を誤り伝えないようにするために、図４に示す幅0.5μmの導体トラック１６と接触接続表面１４が絶縁層３７の上に配置されていて、この絶縁層がダイヤモンドプレート６の表面を電気的に絶縁し不動態化する。
【００７５】
絶縁層３７は、サファイア、窒化珪素、炭化珪素、窒化硼素、または二酸化珪素から作ることができる。重要な点は、高強度かつ高エネルギーまたはそのいずれかの粒子ビームの場合においても、絶縁層が放射線抵抗性を維持し、導電性にならないことである。
【００７６】
図８は、ダイヤモンドプレート６の上面３２の金属構造７の領域の平面図である。前述の図面のものと同じ機能を有する構成部品は同じ符号で示し、別に説明しない。
【００７７】
符号１９は、ダイヤモンドプレート６の上面３２の金属ストリップ２０のグリッドネットワークを示す。上面３２に配置された金属ストリップは実線で示し、ダイヤモンドプレート６の裏面の金属ストリップは破線で示してある。このストリップ構造は、各ストリップを、ダイヤモンドプレート６の上面３２の図６に示すような導体トラックを設ける必要なしに、周辺領域内で平形導体の形態のボンディングワイヤ１５によって接触させることができるという利点がある。
【００７８】
図６による実施形態以上の本発明のこの実施形態の更なる利点は、絶縁層を設ける必要がなく、局所分解結果が導体トラックまたは接触接続表面により誤らされることがないことにある。このことは、ダイヤモンドプレートの下面が、金属ミラーの形態の連続金属表面を持たないが、同様に金属ストリップに構造化されるということによって達成される。しかしながら、ダイヤモンドプレートを有するそのような種類の検出器のための制御測定電子機器は、特に、最大局所分解能を確保するために各交点を個別にしかも連続してアドレス指定しなければならないので、前の実施形態におけるものよりも複雑で高価となる。検出器プレート６の平方センチメートル当たりのストリップ数がたった10個のストリップ構造でさえも、連続してアドレス指定しなければならない測定点または交点が100個となる。上面と下面のストリップ数が２倍あると、測定点は４倍にもなる。従って、たとえ高密度の測定点を達成できるとしても、制御検出回路のための経費は、当然のことながら、ダイヤモンドプレート６の上面７の金属ストリップの数と共に二次関数的に増大する。
【００７９】
図９は、図８のＢ−Ｂ線に沿ったダイヤモンドプレート６の部分断面図である。前述の図面のものと同じ機能を有する構成部品は同じ符号で示し、別に説明しない。
【００８０】
図９は、上部ストリップ構造２０と下部ストリップ構造が互いに反対側にあり、下部ストリップ構造の金属ストリップ２１が基板（図示せず）上の導体トラック１０を介して直接電気的に接続されることを示している。一方、上部ストリップ２０は、ボンディング接続１５を介して基板上の対応する中間配線ラインに最初に接続される必要がある。局所分解測定のために、測定電圧（信号パルス）は、それぞれの場合に、二つのストリップ２０と２１、すなわち、上面３２のストリップ２０と下面３３のストリップ２１において、粒子が検出器のその点を通過した場合に、読み出される。この測定電圧は、例えばシフトレジスタを用いて、影響を受けた各交点から次々と読み取られ、メモリに格納されるので、ダイヤモンドプレート６上のすべての測定点が1μs未満に検出可能である。しかしながら、そのような種類の配置は、特に、パルス動作の場合に、高強度で束ねられるか集められた粒子ビームがコンマ何マイクロ秒の間しかダイヤモンドプレートを通過しない場合、測定点の数を自由に増やすことができないという制限がある。
【００８１】
図１０から図１５は、本発明の実施形態のダイヤモンドプレート６の製造段階の間に形成される中間製品の概略図である。前述の図面のものと同じ機能を有する構成部品は同じ符号で示し、別に説明しない。
【００８２】
図１０は基板プレート２７を示す。このような種類の基板プレート２７は、1000℃より大きい融点を持つモリブデンなどの金属の金属プレートから作るか、単結晶シリコンウェハーとすることができる。
【００８３】
図１１において、表面が機械式エッチング手段によってラッピングされた基板プレート２７の上面３１に、付加有機性炭素物質を有するキャリア水素ガスであるガス流３８から基板プレート２７上に炭素が蒸着されるので、多結晶ダイヤモンド層２８が上面３１の上に厚みｄで蒸着される。
【００８４】
この実施形態において、200μmの厚みｄは、50μmから500μmの範囲にあり、非常に安定しているので、図１２に示すように、基板プレート２７をエッチングにより取り除くことができるため、最初に、多結晶材の粗いダイヤモンドプレートが現れる。100μmと500μmの間の適当な厚みｄが現れるならば、このダイヤモンドプレートの上面３２と下面３３を機械式エッチング手段によって磨くことができるので、検出器のための均一な厚みｄのダイヤモンドプレート６を形成することができる。
【００８５】
化学気相蒸着とオプションとしての上面３２および下面３３の研磨の後で、図１３に示すように、構造化絶縁層３７を上面３２に施し、この構造化絶縁層３７の中で、例えば180×180μm2の層ウィンドウ３９がダイヤモンドプレート６の上面３２に対して開かれたままになっているので、図１４に示す次の方法ステップにおいて、連続金属被膜４を絶縁層３７の上面およびウィンドウ３９の中にも施すことができる。同時に、または、その後で、裏面３３にも連続金属層を設けることができる。
【００８６】
上面３２の連続金属被膜４はそれから図１５に示すように構造化され、導体トラック構造２９が絶縁層３７の上面に形成される一方、互いと絶縁された個々の電極９がウィンドウ３９の中に残ったままとなる。これにより生成された構造は、図６と図７を参照して前に述べた構造と対応している。
【００８７】
図１６は、従来の誘導ビームモニタの測定信号と本発明による検出器の測定信号の比較を示す。従来の金属被膜を有する従来のダイヤモンドプレートはそのような高強度において機能しなくなるので、これまで、パルスパケット当たり105粒子より大きいビーム強度は、ビーム変換器によって誘導ビームモニタを用いて測定された。測定信号の比較のために、ビーム強度を連続的にパルスパケット当たり1010粒子まで上げた。
【００８８】
図１６に示す比較のために測定された粒子ビームは、300MeV/amuの運動エネルギーとパルスパケット当たり2×108イオンの強度を有する６倍にチャージされた酸素ビーム（16O, 6+）であった。この場合、曲線ａは本発明によるダイヤモンド検出器を用いて記録され、曲線ｂは従来のビームモニタを用いて判定された。しかしながら、図１６に示す比較のために、図１６の共通表示において、ビームモニタの測定信号を有意義に、本発明によるダイヤモンド検出器の2000倍大きい信号と比較するために、従来のビームモニタの測定信号を1000倍しなければならなかった。この図から、曲線ａとｂは同じ時間強度分布を示し、各分布は、それぞれ３つのピーク値a1, a2, a3とb1, b2, b3を有するが、この測定比較においてビームモニタがダイヤモンド検出器の上流側に配置されているために、互いに時間的にずれていることが明らかである。この比較のために、このダイヤモンド検出器の測定信号は、従来の誘導結合ビームモニタのかなり弱い測定信号とは異なり、倍率を用いての乗算も増幅もしていない。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施形態による検出器の断面図である。
【図２】本発明の更なる実施形態による検出器の平面図である。
【図３】検出器のダイヤモンドプレートの断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態による検出器の断面図である。
【図５】検出器の更なるダイヤモンドプレートの斜視図である。
【図６】ダイヤモンドプレート上面の金属構造領域の平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿ったダイヤモンドプレートの部分断面図である。
【図８】ダイヤモンドプレート上面の金属構造領域の平面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線に沿ったダイヤモンドプレートの部分断面図である。
【図１０】本発明の実施形態のダイヤモンドプレートの製造段階の間に形成される中間製品の概略図である。
【図１１】本発明の実施形態のダイヤモンドプレートの製造段階の間に形成される中間製品の概略図である。
【図１２】本発明の実施形態のダイヤモンドプレートの製造段階の間に形成される中間製品の概略図である。
【図１３】本発明の実施形態のダイヤモンドプレートの製造段階の間に形成される中間製品の概略図である。
【図１４】本発明の実施形態のダイヤモンドプレートの製造段階の間に形成される中間製品の概略図である。
【図１５】本発明の実施形態のダイヤモンドプレートの製造段階の間に形成される中間製品の概略図である。
【図１６】ビーム変換器を備えた従来の誘導ビームモニタの測定信号を、本発明による検出器の測定信号であって、高強度パルスパケットによってトリガーされた測定信号と比較したグラフである。
【符号の説明】
【００９０】
１００    検出器
２００    検出器
３００    検出器
２    粒子のビームまたは粒子ビーム
３    半導体プレート
４    金属被膜
５    基板
６    ダイヤモンドプレート
７    ダイヤモンドプレートの上面の金属構造
８    ダイヤモンドプレートの下面の金属構造
９    電極
１０    基板上の導体トラック
１１    セラミックプレート
１２    上面の金属層
１３    下面の金属層
１４    ダイヤモンドプレートの接触表面
１５    ボンディングワイヤ
１６    ダイヤモンドプレート上の導体トラック
１７    セラミックプレートの下面の金属層
１９    グリッドネットワーク
２０    上面の金属ストリップ
２１    ダイヤモンドプレートの下面の金属ストリップ
２２    セラミックプレート上の接触接続表面
２３    キャリアフレーム
２４    セラミックプレートの中央オリフィス
２７    ダイヤモンドの蒸着のための基板プレート
２８    ダイヤモンド層
２９    導体トラック構造
３１    基板プレートの表面
３２    ダイヤモンドプレートの上面
３３    ダイヤモンドプレートの裏面
３４    保持フレーム
３５    ネジ接続
３６    セラミックプレートの上面
３７    ダイヤモンドプレート上の絶縁層
３８    ガス流
３９    ウィンドウ
４０    セラミックプレートの裏面
４１    同軸ケーブル
４２    同軸ケーブルのシース
４３    検出器筐体
４４    筐体カバー
４５    筐体カバーオリフィス
４６    絶縁接着剤
４７    壁の金属被膜
４８    弾性導電性バッファ
４９    弾性導電性バッファワッシャ
５０    筐体ベース内オリフィス
５１    筐体カバーオリフィス上のカプトン膜
５２    筐体ベースオリフィス上のカプトン膜
５３    ダイヤモンドプレートの周辺領域
５４    金属ストリップブリッジ
５５    マウンティング
a    検出器を用いて測定された測定曲線
b    ビーム変換器を用いて測定された測定曲線
a1,a2,a3    検出器を用いて測定されたピーク値
b1,b2,b3    ビーム変換器を用いて測定されたピーク値
ｄ    ダイヤモンドプレートの厚み
Ａ−Ａ    図６の断面線
Ｂ−Ｂ    図８の断面線
【００９１】
参考文献：
１．マルチワイヤカウンタ：
ａ）Roger Fourme による「位置に敏感なガス検出器：MWPCとその優れた改良品（Position-sensitive gas detectors: MWPCs and their gifted descendants）」（核計測器方法（Nuclear Instruments Methods）A 392 (1997) 1-11）
２．ダイヤモンドカウンタ：
ａ）E. Berdermann 他による「重イオン検出のためのCVDダイヤモンドの使用（The use of CVD-diamond for heavy-ion detection）」（ダイヤモンドと関連材料（Diamond and Related Material）10 (2001) 1770-1777）
ｂ）W. Adam 他による「照射CVDダイヤモンドマイクロストリップセンサーの性能（Performance of irradiated CVD diamond micro-strip sensors）」（核計測器方法（Nuclear Instruments Methods）A 476 (2002) 706-712）
３．Berdermann 他による「ダイヤモンド検出器2001−最小イオン化粒子の応用（Diamond Detectors 2001 - Application for Minimum Ionizing Particles）」（GSI年次報告 2001, p.214）
４．P. Strehl による「イオンビーム診断（Ion beam diagnosis）」（B. Wolf (Ed.)イオン源のハンドブック（B. Wolf (Ed.) Handbook of Ion Sources），CRC Press (1995) p. 385）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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