基于TGV技术的高灵敏高集成平板离子收集器及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种基于TGV技术的高灵敏度高集成平板离子收集器及其工作方法。该收集器包括间隔设置的第一基板与第二基板、设置在第一基板上的致偏电极以及设置在第二基板上的检测电极；第一基板的相对两个面上分别设置有第一外部屏蔽电极和第一内部屏蔽电极；第一外部屏蔽电极通过第一TGV电极与第一内部屏蔽电极相连；第二基板的相对两个面上分别设置有第二内部屏蔽电极和第二外部屏蔽电极；第二外部屏蔽电极通过第二TGV电极与第二内部屏蔽电极相连。本发明专利技术能够同时抑制垂直和水平方向的噪声信号，屏蔽效果优异，提高了离子收集器的灵敏度，并且可实现高精度微型化制作。并且可实现高精度微型化制作。并且可实现高精度微型化制作。

【技术实现步骤摘要】
基于TGV技术的高灵敏高集成平板离子收集器及其工作方法


[0001]本专利技术涉及离子收集
，具体涉及一种基于TGV技术的高灵敏高集成平板离子收集器及其工作方法。

技术介绍

[0002]近年来，大气环境、公共安全、生物等领域对检测的需求日益强烈，质谱、色谱、离子迁移谱等分析技术得到广泛的研究和应用。这一类技术的工作方式基本相似，均是需要将待测样品离子化、离子分离和离子收集。其中，样品离子化已经发展了如真空紫外灯、电晕源、放射源、电喷雾源等诸多离子源，能够完全满足气体、液体和固体目标物质的离子化。样品离子分离主要受电场强度和分布的影响，目前已经发展了如单一分离、多级分离方式，结构包括平板、圆筒等结构，可实现上千种物质离子的分离。
[0003]离子收集器是收集离子并传输信号的装置，被广泛地应用在质谱、色谱、离子迁移谱等分析技术中。离子收集器的作用是收集分离后的样品离子。当样品离子经过分离后到收集器中，在收集器电极施加特定的直流电压，形成的电场将离子牵引至检测电极表面，产生的微弱离子流经弱信号放大系统后输出至显示系统，获取所需要的样品谱图，其中谱图的峰高和基线噪声强度直接代表分析技术对目标样品的收集灵敏度。目前，常用的离子收集器仍然采用传统的平板电极结构，该结构是由一对平行电极组成，具有离子捕获效率高、结构简单、易与分析技术分离结构集成等优点。但是，离子平板收集结构的屏蔽能力有限，极易受到分析仪器内部电场和外部工频噪声等干扰，导致分析技术的收集灵敏度大幅度下降。为了提高分析技术的灵敏度，必须有效抑制噪声对离子收集器的干扰。离子收集器对离子收集灵敏度主要受到施加电场幅值、结构以及电场串扰带来的噪声等因素的影响，通过参数优化可以解决施加电场幅值、结构等问题的影响，然而解决噪声对离子收集器的干扰影响一直是需要探索的难题。
[0004]现有降低离子收集器噪声影响的方法主要是金属外壳包裹，而金属外壳屏蔽仅包裹离子收集器部分，存在屏蔽有限、离子注入困难和体积大不易与器件集成等问题。以MEMS工艺的表面环绕电极噪声屏蔽方法在近年来被提出并使用，例如唐飞，王晓浩，张亮.用于高场非对称波形离子迁移谱系统的阵列式微法拉第筒离子检测器[J].光学精密工程，2010,18(12):6.DOI:10.3788/OPE.20101812.2597，提出了在检测电极四周表面溅射一层金属屏蔽电极和阵列式微法拉第筒结构的设计，虽然这些离子收集器与MEMS工艺相兼容，而且在垂直方向一定程度上降低了电场干扰对离子收集器的影响，但是屏蔽效果并不突出，主要是因为分析器件内部电场和工频电场依然可以通过水平方向干扰离子收集器。水平方向的噪声屏蔽依然是当前离子收集器需要攻克的难题，中国专利CN111370291A公开了一种单片集成多针板放电离子源与FAIMS分析器的装置及工作方法，其中TGV制作方法是通过阵列通孔金属填充方法，通孔金属可屏蔽水平方向的噪声对离子收集器的干扰影响，而部分噪声电场线可通过玻璃非通孔金属区域干扰离子收集，因此该方法无法实现水平方向的噪声全屏蔽。
[0005]基于此，实现一种垂直和水平的多维高效干扰屏蔽，同时可集成化微型化制造的离子收集器具有重要的应用价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于TGV技术的高灵敏度高集成平板离子收集器及其工作方法，该离子收集器及其工作方法能够解决现有技术中的不足，能够同时抑制垂直和水平方向的噪声信号，屏蔽效果优异，提高了离子收集器的灵敏度，并且可实现高精度微型化制作。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0008]在本专利技术的第一方面，公开了一种基于TGV技术的高灵敏度高集成平板离子收集器。
[0009]具体地说，该收集器包括间隔设置的第一基板与第二基板、设置在第一基板上的致偏电极以及设置在第二基板上的检测电极；
[0010]所述第一基板的相对两个面上分别设置有第一外部屏蔽电极和第一内部屏蔽电极；所述第一外部屏蔽电极通过第一TGV电极与所述第一内部屏蔽电极相连；
[0011]所述第二基板的相对两个面上分别设置有第二内部屏蔽电极和第二外部屏蔽电极；所述第二外部屏蔽电极通过第二TGV电极与所述第二内部屏蔽电极相连。
[0012]进一步的，所述第一基板、所述第二基板、所述第一内部屏蔽电极和所述第二内部屏蔽电极围成收集腔体。
[0013]进一步的，所述第一基板和所述第二基板均采用玻璃材质。
[0014]进一步的，所述致偏电极与离子牵引电源相连。
[0015]进一步的，所述检测电极与放大器相连。
[0016]进一步的，所述第一TGV电极和所述第二TGV电极均为基于导电硅的TGV电极；
[0017]所述第一外部屏蔽电极通过第一TGV电极与所述第一内部屏蔽电极垂直互连；
[0018]所述第二外部屏蔽电极通过第二TGV电极与所述第二内部屏蔽电极垂直互连。
[0019]进一步的，所述收集腔体上设置有入口和出口。
[0020]在本专利技术的第二方面，公开了一种上述离子收集器的工作方法。
[0021]具体地说，该方法包括：
[0022]待收集离子进入离子收集器的收集腔体中后，在致偏电极的作用下到达检测电极，由检测电极进行收集检测；在此过程中，外部噪声被第一外部屏蔽电极、第一内部屏蔽电极、第二外部屏蔽电极和第二内部屏蔽电极吸收，内部噪声在第一TGV电极和第二TGV电极上湮灭。
[0023]和现有技术相比，本专利技术的优点为：
[0024](1)本专利技术结合导电硅基的易集成以及可实现水平和垂直方向电场、内部和外部噪声完全屏蔽的特点，设计了基于TGV技术的高隔离平板离子收集器，该离子收集器能够大幅度降低仪器系统和工频等产生的噪声干扰，提高离子探测器的离子收集性能。本专利技术利用导电硅基TGV设计了全新的离子收集器，通过TGV的垂直互联并结合MEMS工艺，在水平和垂直方向实现外部(工频噪声、环境噪声等)和内部(设备电源噪声等)噪声的完全屏蔽，提高了离子收集器的离子收集灵敏度，同时可实现高精度微型化制作。
[0025](2)本专利技术利用基于导电硅的TGV技术制作离子收集器的屏蔽电极，该屏蔽电极具有易集成化、小型化的特点，并且可以在水平和垂直方向实现对外部和内部噪声的完全屏蔽，将解决检测电极屏蔽能力差的问题，提高离子检测器的离子收集效率和灵敏度。与金属外壳包裹离子收集器的屏蔽方法相比，本专利技术制作的离子收集器可以和离化区、分离区等其他区域集成，有利于实现离子迁移谱、质谱等谱学类分析技术的小型化、批量化制作。与在检测电极周围的表面环绕屏蔽电极相比，本专利技术制作的屏蔽电极不仅能完全屏蔽水平方向的噪声干扰，而且可以完全屏蔽垂直方向的噪声干扰，屏蔽效果显著提高，可以实现离子的高灵敏检测。
[0026](3)本专利技术在TGV电极的材料选择性和结构设计性均具有创新性。TGV技术是一种新型垂直互联技术，目前主要应用于先进3D封装，并没有用于离子收集装置的MEMS制造。本专利技术基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TGV技术的高灵敏度高集成平板离子收集器，其特征在于，该收集器包括间隔设置的第一基板与第二基板、设置在第一基板上的致偏电极以及设置在第二基板上的检测电极；所述第一基板的相对两个面上分别设置有第一外部屏蔽电极和第一内部屏蔽电极；所述第一外部屏蔽电极通过第一TGV电极与所述第一内部屏蔽电极相连；所述第二基板的相对两个面上分别设置有第二内部屏蔽电极和第二外部屏蔽电极；所述第二外部屏蔽电极通过第二TGV电极与所述第二内部屏蔽电极相连。2.根据权利要求1所述的离子收集器，其特征在于，所述第一基板、所述第二基板、所述第一内部屏蔽电极和所述第二内部屏蔽电极围成收集腔体。3.根据权利要求1所述的离子收集器，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板均采用玻璃材质。4.根据权利要求1所述的离子收集器，其特征在于，所述致偏电极与离子牵引电源相连。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈池来，胡郑蕊，李山，刘友江，张瑞，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：