Інноваційна розробка координатно-чутливого детектора сфокусованих іонних пучків для спектроскопії

Сидоренко, ВП
Радкевич, ОІ
Прокоф’єв, ЮВ
Таякін, ЮВ
Єременко, ВМ
Nauka innov. 2019, 15(4):47-61
https://doi.org/10.15407/scin15.04.047
Рубрика: Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Мова: Українська
Анотація: 
Вступ. Актуальним завданням для сучасної аналітичної апаратури, призначеної для кількісного аналізу багатоелементних за складом речовин, є створення багатоканальних координатно-чутливих детекторів (КЧД) заряджених частинок для спектроскопії, які працюють в реальному масштабі часу.
Проблематика. В Інституті мікроприладів (ІМП) НАНУ було розроблено велику інтегральну схему (ВІС) для КЧД, на базі якої та з використанням мікроканальних пластин (МКП) було спроектовано й виготовлено експериментальні зразки приладів КЧД. Виконані в Інституті прикладної фізики (ІПФ) НАНУ дослідження показали позитивні характеристики приладу, зокрема його високу чутливість. Було підтверджено доцільність подальшого проведення робіт.
Мета. Створення багатоканальних приладів КЧД нового покоління з розширеним полем аналізу та покращеними технічними характеристиками.
Матеріали й методи. В розробленому приладі КЧД використано МКП F4772-01 фірми Hamamatsu, Японія. ВІС виготовлено за КМОН-технологією з проектними нормами 1 мкм, кишенями n-типу, 384 електродами-датчиками і 218603 транзистора на кристалі розміром 9,8×8,9 мм. Мікросхему виконано в бескорпусном варіанті на гнучких носіях типу алюміній-поліімід (модифікація 2).
Результати. Cтворення п’ятикристального КЧД нового покоління з покращеними технічними характеристиками забезпечило розширення поля одночасного аналізу просторового розподілу іонних пучків довільного складу та, відповідно, діапазон елементів, які аналізуються одночасно, дозволило підвищити швидкодію при аналізі і при зчитуванні інформації в 5 і 2,5 рази відповідно.
Висновки. Використання схемотехнічного рішення, яке захищено патентом України No 117788, значно зменшило залежність чутливості детектора від розбіжностей конструктивних параметрів транзисторів підсилювача-формувача, що дало можливість створити п’ятикристальний прилад КЧД нового покоління і забезпечило розширення діапазону елементів, які одночасно аналізуються. Використання для виготовлення кристалів ВІС сучасної КМОН-технології, оптимізація схемотехнічних і топологічних рішень дозволили одержати високі технічні характеристики приладу КЧД.
Ключові слова: велика інтегральна схема, КМОН-технологія, координатно-чутливий детектор, мас-спектрометрія
Посилання: 
1. Birkinshaw K. Detector Arrays in Spectroscopy. International  Reviews in Physical Chemistry. 1996. No. 15. P. 13–40.
2. Сидоренко В.П., Вербицкий В.Г., Прокофьев Ю.В., Кизяк А.Ю., Николаенко Ю.Е. СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора приборов элементного анализа материалов. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2009. № 2. С. 25–29.
3. Сидоренко В.П., Вербицкий В.Г., Прокофьев Ю.В. Схемотехника СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора для элементного анализа материалов.  Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2012. № 4. С. 39–46.
4. Сидоренко В.П., Прокофьев Ю.В., Мурченко Д.С., Еременко В.М., Шелехов А.В. Координатно-чувствительный детектор заряженных частиц для спектроскопии. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2016. № 4–5. С. 53–60.
5. Борискин А.И., Еременко В.М., Мордик С.Н., Савин О.Р., Скрипченко А.Н., Сторижко В.Е., Хоменко С.Н.  Исследование ионно-оптических характеристик лазерного масс-спектрометра с координатно-чувствительным микроэлектронным детектором. Журнал технической физики. 2008. Т. 78б № 7. С. 111–117.
6. Кулов С.К. Физика и применение МКП.
URL: http://www.baspik.com (дата звернення: 04.11.2018).
7. Сидоренко В.П., Жора В.Д., Радкевич А.И., Грунянская В.П., Прокофьев Ю.В., Таякин Ю.В., Вирозуб Т.М. Особенности конструкции и технологии сборки микроэлектронных координатно-чувствительных детекторов. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2018. № 1. С. 20–27.
8. Патент України № 94103. Борискін О.І., Вербицький В.Г., Забродіна О.І., Єременко В.М., Ніколаєнко Ю.Є., Прокоф’єв Ю.В.   Шелехов А.В. Мікроелектронний координатно-чутливий детектор масспектрометра. 
9. Сидоренко В.П., Радкевич А.И., Прокофьев Ю.В., Таякин Ю.В., Вирозуб Т.М. СБИС для микроэлектронного координатно-чувствительного детектора нового поколения с расширенным полем анализа для масс-спектрометриию. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2018. № 1. С. 13–20.
10. Патент України № 117788. Єременко В.М., Мурченко Д.С., Прокоф’єв Ю.В., Радкевич О.І., Сидоренко В.П., Скрипченко О.М. Шелехов А.В.  Мікроелектронний координатно-чутливий детектор для  спектрометрії.