电子倍增器的改进制造技术

本发明专利技术提供了一种用于放大由粒子与电子发射表面的撞击引起的电子信号的设备，所述设备包括：第一电子发射表面，其被配置成接收输入粒子并由此发射一个或多个二次电子；一系列第二和后续电子发射表面，其被配置成从由第一电子发射表面发射的一个或多个二次电子形成放大的电子信号；以及一个或多个电源，其被配置成向发射表面中的一个或多个施加偏置电压，所述偏置电压足以形成放大的电子信号，其中所述设备被配置成使得一系列第二和后续电子发射表面中的末端电子发射表面汲取比剩余电子发射表面的电流更高的电流。本设备可以用作例如质谱仪中检测器的一部分。

Improvement of Electronic Multiplier

The present invention provides a device for amplifying an electronic signal caused by an impact between a particle and an electronic emission surface. The device comprises a first electronic emission surface configured to receive an input particle and thereby emit one or more secondary electrons; a series of second and subsequent electronic emission surfaces configured to emit one or more electrons from the first electronic emission surface. The secondary electrons form an amplified electronic signal; and one or more power sources configured to apply a bias voltage sufficient to form an amplified electronic signal to one or more of the transmitting surfaces, wherein the device is configured to enable the terminal electron emission surfaces in a series of second and subsequent electron emission surfaces to absorb current from the remaining electron emission surfaces. Higher current. The device can be used as part of a detector in a mass spectrometer, for example.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电子倍增器的改进
本专利技术大体上涉及科学分析设备的部件。更具体地，本专利技术涉及用于从电子倍增器获得高线性输出电流的设备和方法。
技术介绍
在许多科学应用中，有必要放大电子信号。例如，在质谱仪中，分析物被电离以形成一定范围的带电粒子(离子)。然后，通常通过加速和暴露于电场或磁场，根据它们的质荷比分离得到的离子。分离的信号离子撞击在离子检测器表面上以产生一个或多个二次电子。结果显示为作为质荷比的函数的检测到的离子的相对丰度的光谱。在其他应用中，待检测的粒子可能不是离子，可能是中性原子、中性分子或电子。在任何情况下，仍然提供了粒子撞击在其上的检测器表面。由输入粒子撞击检测器的撞击表面产生的二次电子通常被电子倍增器放大。电子倍增器通常通过二次电子发射来操作，由此单个或多个粒子在倍增器撞击表面上的撞击导致与撞击表面的原子相关联的单个或(优选)多个电子被释放。一种类型的电子倍增器被称为分立打拿极电子倍增器(discrete-dynodeelectronmultiplier)。这种倍增器包括一系列称为打拿极的表面，其中该系列中的每个打拿极被设置为越来越正的电压。每个打拿极能够在受到从先前打拿极发射的二次电子的撞击时发射一个或多个电子。图1A示出了典型的现有技术分立打拿极电子倍增器的配置。当粒子撞击第一打拿极D1时，它可以发射二次电子，该二次电子然后以更正的电压被引导到下一打拿极D2上，在那里它以足够的能量撞击表面以引起一个或多个二次电子(信号电子或信号电流)的发射。如果发射的电子比入射的多，则称该打拿极放大了电子电流。该过程在倍增器中的每个连续打拿极处重复，以产生整体非常大的放大或增益。在分立打拿极电子倍增器中，打拿极表面可以采取一系列分立金属电极的形式，其中每个打拿极处的电压由分压器链设置，该分压器链用于将电压从高压电源分配到打拿极。(这似乎是多余的)该分压器链通常由在图1A中示出为R1至RN的一系列电阻器构成。另一种类型的电子倍增器与使用许多分立打拿极不同，而使用单个连续打拿极操作。在这些版本中，连续打拿极本身的电阻材料被用作分压器，以沿着发射表面的长度分布电压，如图1B所示。如图2A所示，向分压器链提供电压的高压电源可以被配置成在电路的阳极端连接到接地或参考电压，或者替代地如图2B所示，在电路的输入端连接到接地或参考电压。本领域的一个问题是，当打拿极受到高输出电流时，施加到打拿极的电压可能会从其最佳操作值扰动。为了允许电子倍增器在非常高的输出信号电流下线性操作，分压器链中使用的电阻器的电阻通常被减小到低值，以使得施加到每个打拿极的电压不太容易受到由从处于高输出电流的打拿极汲取的电流引起的扰动的影响。另一种常用于在较高输出电流时稳定打拿极电压和增益的方法是在打拿极之间使用齐纳二极管。这两种方法对于从电子倍增器获得高线性输出电流都有很大的局限性。在使用齐纳二极管的情况下，齐纳电压的温度依赖性可能对检测器的性能有害，并且由齐纳二极管产生的电噪声可能干扰低电平信号测量，并且可能需要被抑制。此外，流过(多个)齐纳二极管和相关打拿极的电流受到与齐纳二极管串联的电阻器的限制，从而对检测器输出信号电流设置上限。在使用低电阻分压器来增加泄放电流(分压器链中的电流)的情况下，由跨电阻分压器的电阻器耗散的功率在电子倍增器中产生的热量可能很大，并导致背景噪声升高。此外，该方法需要使用昂贵且相对高功率的高压电源。在本领域中，对于用于实现来自电子倍增器的高线性输出电流的改进的或者至少替代的手段有明确的需求。本专利技术的一个方面是提供改进的设备和方法，或者涉及至少提供现有技术手段的替代方案。在本说明书中包括的对文献、动作、材料、装置、制品等的讨论仅仅出于为本专利技术提供上下文的目的。并不建议或表示这些对象中的任何或全部构成现有技术基础的一部分，或者是本专利技术的相关领域的公知常识，因为其在本申请的每个权利要求的优先权日之前已存在。
技术实现思路
在第一方面中，但不一定是最广泛的方面，本专利技术提供了一种用于放大由粒子与电子发射表面的撞击引起的电子信号的设备，该设备包括：第一电子发射表面，其被配置成接收输入粒子并由此发射一个或多个二次电子；一系列第二和后续电子发射表面，其被配置成从由第一电子发射表面发射的一个或多个二次电子形成放大的电子信号，以及一个或多个电源，其被配置成向一个或多个发射表面施加(多个)偏置电压，该(多个)偏置电压足以形成放大的电子信号，其中该设备被配置成使得一系列第二和后续电子发射表面的(多个)末端电子发射表面汲取比(多个)剩余电子发射表面的电流更高的电流。在一个实施例中，该设备包括第一电源和至少第二电源，其每个被配置成独立地向(i)不同的电子发射表面和/或(ii)不同的电子发射表面组施加偏置电压。在该设备的一个实施例中，至少两个发射表面是分立发射表面。在该设备的一个实施例中，每个发射表面是分立发射表面。在该设备的一个实施例中，分立发射表面是分立打拿极。在该设备的一个实施例中，至少一个发射表面是连续发射表面。在该设备的一个实施例中，连续发射表面是连续打拿极。在该设备的一个实施例中，第二电源被配置成仅向末端的12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1个分立发射表面施加偏置电压，并且第一电源被配置成仅向剩余分立发射表面施加偏置电压。在该设备的一个实施例中，第二电源被配置成将偏置电压施加到发射表面的末端的约50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或5％，并且第一电源被配置成将偏置电压施加到发射表面的剩余部分。在一个实施例中，该设备还包括第三、第四或第五电源，其中第一、第二、第三、第四或第五电源中的每一个被配置成向不同的电子发射表面或不同发射表面的组施加偏置电压。在该设备的一个实施例中，根据以下方式施加偏置电压：第一最正(或最不负)偏置电压施加到最末端的发射表面或发射表面组，第二最正(或最不负)偏置电压施加到第二最末端的发射表面或发射表面组，第三最正(或最不负)偏置电压(如果存在)施加到第三最末端的发射表面或发射表面组(如果存在)，第四最正(或最不负)偏置电压(如果存在)施加到第四最末端的发射表面或发射表面组(如果存在)，并且第五最正(或最不负)偏置电压(如果存在)施加到第五最末端的发射表面或发射表面组(如果存在)。在该设备的一个实施例中，由电源中的每一个供电的每组打拿极具有泄放电流(其为分压器链中的电流)，并且由第二电源供电的电路的泄放电流高于由第一电源供电的电路的泄放电流。在该设备的一个实施例中，泄放电流根据如下：第一最高泄放电流在包括最末端的发射表面或发射表面组的电路中，第二最高泄放电流在包括第二最末端的发射表面或发射表面组的电路中，第三最高泄放电流(如果存在)在包括第三最末端的发射表面或发射表面组(如果存在)的电路中，第四最高泄放电流(如果存在)在包括第四最末端的发射表面或发射表面组(如果存在)的电路中，并且第五最高泄放电流(如果存在)在包括第五最末端的发射表面或发射表面组(如果存在)的电路中。在该设备的一个实施例中，第二电源，或第三、第四或第五电源(如果存在)中的任何一个或多个，电连接在一系列电子发射表面中，使得与具有至少少一个电源的相同设备相比，该设备的增益是更线性的或在更大的操作范围内是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于放大由粒子与电子发射表面的碰撞引起的电子信号的设备，所述设备包括：第一电子发射表面，其被配置成接收输入粒子并由此发射一个或多个二次电子，一系列第二和后续电子发射表面，其被配置成从由所述第一电子发射表面发射的所述一个或多个二次电子形成放大的电子信号，以及一个或多个电源，其被配置成向所述发射表面中的一个或多个施加偏置电压，所述偏置电压足以形成所述放大的电子信号，其中，所述设备被配置成使得所述一系列第二和后续电子发射表面中的末端电子发射表面汲取比剩余电子发射表面的电流更高的电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.09 US 62/3477131.一种用于放大由粒子与电子发射表面的碰撞引起的电子信号的设备，所述设备包括：第一电子发射表面，其被配置成接收输入粒子并由此发射一个或多个二次电子，一系列第二和后续电子发射表面，其被配置成从由所述第一电子发射表面发射的所述一个或多个二次电子形成放大的电子信号，以及一个或多个电源，其被配置成向所述发射表面中的一个或多个施加偏置电压，所述偏置电压足以形成所述放大的电子信号，其中，所述设备被配置成使得所述一系列第二和后续电子发射表面中的末端电子发射表面汲取比剩余电子发射表面的电流更高的电流。2.根据权利要求1所述的设备，包括第一电源和至少第二电源，电源中的每一个被配置成独立地向(i)不同的电子发射表面和/或(ii)不同的电子发射表面组施加偏置电压。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述发射表面中的至少两个是分立发射表面。4.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述发射表面中的每一个是分立发射表面。5.根据权利要求3或4所述的设备，其中，所述分立发射表面是分立打拿极。6.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述发射表面中的至少一个是连续发射表面。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述连续发射表面是连续打拿极。8.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，其中，所述第二电源被配置成仅向末端的12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1个分立发射表面施加偏置电压，并且所述第一电源被配置成仅向剩余分立发射表面施加偏置电压。9.根据权利要求6或7所述的设备，其中，所述第二电源被配置成将偏置电压施加到发射表面的末端的约50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或5％，并且所述第一电源被配置成将偏置电压施加到所述发射表面的剩余部分。10.根据权利要求2至9中任一项所述的设备，还包括第三电源、第四或电源第五电源，其中，所述第一电源、第二电源、第三电源、第四电源或第五电源中的每一个被配置成向不同的电子发射表面或不同发射表面的组施加偏置电压。11.根据权利要求2至10中任一项所述的设备，其中，所述偏置电压根据以下方式施加：最不负偏置电压被施加到最末端的发射表面或发射表...

【专利技术属性】
技术研发人员：W谢尔斯，K亨特，
申请(专利权)人：ETP离子检测私人有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU