DE29707204U1 - Langzeitstabiler Sensor für extrem kurzwellige Ultraviolettstrahlung mit Fluoreszenzkollektor aus einkristallinem Aluminiumoxid - Google Patents
Langzeitstabiler Sensor für extrem kurzwellige Ultraviolettstrahlung mit Fluoreszenzkollektor aus einkristallinem AluminiumoxidInfo
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Description
Langzeitstabiler Sensor für extrem kurzwellige Ultraviolettstrahlung
mit Fluoreszenzkollektor aus einkristallinem Aluminiumoxid
Die Verwendung von flächigen Fluoreszenzkollektoren zur Detektion energiereicher bzw.
ionisierender Strahlung ist ein aus der Hochenergiephysik lange bekanntes Meßverfahren (B.
Barish et al., IEEE Trans. Nucl. Sei NS 25 (1978) 532; Nuclear Enterprises Broschüre
"Scintillation Materials", (1977)). Dabei fällt die energiereiche Strahlung auf den im
allgemeinen flächig ausgeführten Fluoreszenzkollektor und wird dabei ganz oder teilweise
absorbiert. Bei der Absorption der energiereichen Strahlung wird im Fluoreszenzkollektor ein
relativ langwelliges Fluoreszenzlicht erzeugt, welches
im Gegensatz zur anregenden, energiereichen Strahlung eine sehr geringe optische
Absorption im Material des Fluoreszenzkollektors erfährt und deshalb
sich im Fluoreszenzkollektor innerhalb des Grenzwinkels der Totalreflexion flächig
ausbreitet und konzentriert an den begrenzenden Kanten des flächigen Fluoreszenzkollektors austritt.
An die Kanten des Fluoreszenzkollektors wird ein Wandler (üblicherweise ein Photomultiplier,
eine Photodiode, ein Photoelement (US Pt. 4,935,631 bzw. 4,149,902) oder ein weiterer,
linearer Fluoreszenzkollektor (B. Barish et al. bzw. US Pt. 4,292,959)) optisch angekoppelt.
Aufgrund der typischen Ausgestaltung kommuniziert der Wandler optisch nur mit der
Kantenemission des Fluoreszenzkollektors und erfährt keine andere Lichtbestrahlung. Der
Wandler wird insbesondere auch nicht der ionisierenden Strahlung ausgesetzt (vgl. US Pt.
4,061,922) und degradiert demzufolge auch nicht durch Akkumulation von Strahlenschädigungen.
Die üblicherweise verwendeten Fluoreszenzkollektoren (B. Barish et al.) sind aus organischen
Kunststoffen mit einer oder mehrerer Dotierungen von organischen Fluoreszenzfarbstoffen
ausgeführt. Diese Systeme sind geeignet zur Erfassung kleiner Strahlungsdosen. Der im
normalen Sonnenlicht enthaltene Anteil von ultravioletter Strahlung (UV-Strahlung) entspricht
in diesem Sinne einer kleinen Dosisleistung.
Die Bestrahlung eines solchen organischen Fluoreszenzkollektors mit hohen Dosen harter
UV-Strahlung aus künstlichen Strahlungsquellen mit Lichtwellenlängen kleiner als 240 nm
führt zu einer irreversiblen Degradation (Strahlenschädigung) und Beeinträchtigung der
optischen Eigenschaften des Fluoreszenzkollektors. Eine Verwendung als Sensor bei hohen
Strahlungsleistungen im VUV (<185 nm) und extrem kurzwelligen UVC (185 - 240 nm) ist
deshalb nicht sinnvoll. Im UVC und UVB kann dieses Problem durch die Verwendung von
strahlungsstabilen Fluoreszenzkollektoren aus mineralischem Spezialglas (GM 297 03 196.1)
gelöst werden.
Im extrem kurzwelligen UVC < 240 nm und im VUV ist hingegen besonders geeignet ein
Fluoreszenzkollektor aus einkristailinem Aluminiumoxid: Das hier zu verwendende Aluminiumoxid enthält erfindungsgemäß nur sehr geringe Konzentrationen an Fremdstoffen
und Kristallbaufehlern. Einkristallines Aluminiumoxid ist eines der härtesten und beständigsten
Materialien überhaupt und weist auch eine hohe Bestrahlungsresistenz auf.
Eine weitere Verbesserung kann durch eine gezielte Dotierung des Kristalls mit gerigen
Konzentrationen kleiner als 1 %o von Chrom, Mangan und/oder Titan erreicht werden. Die in
den Kristall eingebauten Ionen wirken als Aktivatoren und emittieren im rotem oder infrarotem
Spektralbereich. Dieser Spektralbereich ist besonders günstig für die Detektion durch Si-Photodioden.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß hohe Dosisleistungen extrem harter UV-Strahlung ohne
eintretende Degradation des Detektorsystems nach Anspruch 2 gemessen werden können. Dies
ist für eine Vielzahl von neuartigen UV-basierten Prozeßschritten (&zgr;. B. die
Mikrochiplithographie im tiefen UV bei 193 nm) von Bedeutung, denn auch die verwendeten
UV-Lichtquellen und Strahlführungssysteme unterliegen im Laufe der Zeit einer Degradation
und machen eine sichere Messung und Nachregelung der für viele Prozesse eng tolerierten
Bestrahlungsdosen erforderlich.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird anhand Figur 1 (Darstellung im Querschnitt)
erläutert. Der einkristalline und flächige Fluoreszenzkollektor (1) befindet sich zusammen mit
dem Wandler (2) in einem so gestalteten und lichtundurchlässigen Gehäuse (3), daß
kurzwellige UV-Strahlung (4) ausschließlich auf die Oberfläche des Fluoreszenzkollektors (1)
auftreffen kann. Eine direkte und schädigende Bestrahlung (4) des Wandlers (2) ist aufgrund
der Geometrie des Aufbaues ausgeschlossen. Ein Teil des im kristallinen Fluoreszenzkollektor
generierten und relativ langwelligen Fluoreszenzlichtes (5) propagiert im Raumwinkel der
Totalreflexion zur Kante des Fluoreszenzkollektors. Dieses Fluoreszenzlicht trifft auf den
Wandler (2) und führt zu einem elektrischem Meßsignal entsprechend der UV-Intensität.
Claims (3)
1. Fluoreszenzkollektoren (1) aus Aluminiumoxidscheiben zum Aufbau von
langzeitstabilen Sensoren entsprechend Figur 1 zur Detektion extrem kurzwelliger
und intensiver Ultraviolettstrahlung (4), wobei die Aluminiumoxidscheiben
aus einkristallinem Aluminiumoxid (AI2O3) bestehen, welches nur sehr geringe
Fremdatom- und Kristallbaufehler-konzentrationen wesentlich kleiner als 100 ppm enthält,
erst bei extrem kurzwelliger Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen
< 240 nm eine nennenswerte optische Absorption bezogen auf 1 mm Dicke aufweisen,
bei Bestrahlung mit der entsprechenden extrem kurzwelligen Ultraviolettstrahlung (4) ein intensives Fluoreszenzlicht im blauen
(450 - 400 nm) und nahem ultravioletten (< 400 nm) Spektralbereich (5) emittieren,
aufgrund der Materialeigenschaften eine geringe Neigung zur Bildung von
strahlungsinduzierten Defekten und Degradationserscheinungen aufweisen,
und aufgrund guten optischen Homogenität und Farblosigkeit eine geringe
optische Dämpfung und Lichtstreuung bei der Wellenlänge der Fluoreszenzstrahlung aufweisen.
2. Fluoreszenzkollektoren (1) aus fluoreszenzdotierten Aluminiumoxidscheiben zum
Aufbau von langzeitstabilen Sensoren entsprechend Figur 1 zur Detektion extrem kurzwelliger und intensiver Ultraviolettstrahlung (4), wobei die
Aluminiumoxidscheiben
aus einkristallinem Aluminiumoxid (AI2O3) bestehen, welches nur sehr geringe
Verunreinigungs- und Kristallbaufehler-konzentrationen wesentlich kleiner als 100 ppm enthält und geringe Konzentrationen unter 1 %o an fluoreszenzaktiven
Metallionen in der Wertigkeitsstufe 3 enthält. Bevorzugt verwendbare Metallionen sind Cr (3+), Ti (3+) und Mn (3+),
erst bei extrem kurzwelliger Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen
< 240 nm eine nennenswerte optische Absorption bezogen auf 1 mm Dicke aufweisen,
bei Bestrahlung mit der entsprechenden extrem kurzwelligen Ultraviolettstrahlung (4) ein intensives Fluoreszenzlicht im rotem
(500 - 700 nm) und nahem infraroten (> 700 nm) Spektralbereich (5) emittieren,
aufgrund der Materialeigenschaften eine geringe Neigung zur Bildung von
strahlungsinduzierten Defekten und Degradationserscheinungen aufweisen,
und aufgrund guten optischen Homogenität eine geringe optische Dämpfung und Lichtstreuung bei der Wellenlänge der
Fluoreszenzstrahlung aufweisen.
3. Ultraviolettstrahlungs-Sensor mit geringer Strahlungsdegradation entsprechend
Figur 1 auf der Basis von Fluoreszenzkollektoren aus Aluminiumoxid nach Anspruch 1
und 2, wobei
der einkristalline Fluoreszenzkollektor (1) und Wandler (2) in einem
lichtundurchlässigen Gehäuse (3) so untergebracht werden, daß die degradierende Ultraviolettstrahlung (4) nicht direkt auf den Wandler (2) fällt,
sondern ausschließlich auf die Oberfläche des strahlungsunempfindlichen und
einkristallinen Fluoreszenzkollektors (1) trifft,
der Wandler (2) ausschließlich der relativ langwelligen Kantenemission (5)
des einkristallinem Fluoreszenzkollektors (1) ausgesetzt wird,
das Signal des Wandlers deshalb ein Maß für die Ultraviolettstrahlungsintensität bei extrem kurzen Wellenlängen ist
und bevorzugt Photodioden oder Photoelemente als Wandler verwendet
werden.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29707204U DE29707204U1 (de) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | Langzeitstabiler Sensor für extrem kurzwellige Ultraviolettstrahlung mit Fluoreszenzkollektor aus einkristallinem Aluminiumoxid |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE29707204U DE29707204U1 (de) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | Langzeitstabiler Sensor für extrem kurzwellige Ultraviolettstrahlung mit Fluoreszenzkollektor aus einkristallinem Aluminiumoxid |
Publications (1)
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|---|---|
| DE29707204U1 true DE29707204U1 (de) | 1997-07-24 |
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ID=8039329
Family Applications (1)
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| DE29707204U Expired - Lifetime DE29707204U1 (de) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | Langzeitstabiler Sensor für extrem kurzwellige Ultraviolettstrahlung mit Fluoreszenzkollektor aus einkristallinem Aluminiumoxid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29707204U1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009007784A3 (en) * | 2006-12-22 | 2009-06-11 | Sabic Innovative Plastics Ip | Luminescent solar collector having customizable viewing color |
-
1997
- 1997-04-22 DE DE29707204U patent/DE29707204U1/de not_active Expired - Lifetime
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