[发明专利]集成检测装置

说明书

本申请涉及集成检测装置。该检测装置形成在具有第一面、第二面和腔的半导体材料的本体中。检测区域形成在腔中，并且气泵集成在本体中并且被配置成迫使气体朝向检测区域运动。光学型检测系统或者阿尔法粒子检测器至少部分地布置在检测区域中。

技术领域

本申请涉及集成检测装置，特别是对于包含在气体中的诸如颗粒或者阿尔法粒子等粒子的检测器。

背景技术

已知例如用于检测具有小于预设值的直径的粒子的粒子检测器。例如，可获得用于测量粒子或者颗粒PM的设备。存在于大气中并且例如由灰尘、烟雾、气溶胶微滴等等形成的这种微观粒子可能呈现对健康的威胁并且形成影响气候变化的环境风险。

为了检测粒子，一些设备使空气样本穿过具有例如由激光器生成的光束的通道，光束通过撞击包含在空气中的粒子使其发生散射。沿着散射光的路径布置的检测器基于检测信号测量粒子的直径，并且对其数量进行计数。

例如，由Grimm Aerosol Technik GmbH&Co.,KG制造的型号为1.108/1.109的设备“Portable Laser Aerosol Spectrometer and Dust Monitor”是包括将光聚集在检测器中的反射镜的便携式设备(也参见http://www.wmo-gaw-wcc-aerosol-physics.org/files/OPC-Grimm-model--1.108-and-1.109.pdf)。

然而，上述检测天然浓度的粒子的系统，在相当长的测量时间方面可以得到改善。此外，随着待检测的浓度的降低，系统几乎不可应用，需要更高激光功率，并且由于分立结构而笨重且成本高昂。

由Contec Engineering Srl制造的另一商业设备“DustMonit”包括受控的容量恒定的泵，其通过辐射对称的探针吸入空气并且将其传送至室内，在室内经运送的粒子由激光束单独地击打。正比于其大小的、由每个粒子反射的能量经由光电二极管被检测并且被计数(也参见http://www.conteng.it/Bollettini/DustMonit_En.pdf)。

上述检测器具有逐个检测粒子的缺点，并且因此具有长检测时间。此外，当粒子沿着连接检测器和源的线对准时，它引入误差。

因此期望具有改进的检测器，其增加检测效率，具有高灵敏度以及短测量时间、小尺寸及低成本。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了半导体材料的集成检测装置、用于在半导体本体中制造光学系统的工艺以及用于检测粒子的方法。

在实践中，本粒子检测器包括集成了气泵的半导体本体，气泵对诸如空气等气体和包含在其中的粒子进行加速，将它们聚集在形成检测区域的本体腔中，在本体腔中粒子通过由光源发出的光击打以引起光散射，这经由光检测器进行检测。散射光的空间分布与空气中的粒子大小相关联，所以从关于光波长的散射的Mie理论开始并且基于粒子的光学性质(折射率和吸收系数；参见，例如，Bohren C.F.and Huffman D.R.,1983,“Absorptionand Scattering of Light by Small Particles”,John Wiley&Sons,530页)，通过适当的算法(Wiscombe W.J.,1980:“Improved Mie scattering algorithms”,Appl.Opt.,19,pp.1505-1509)，可以计算包含在空气中的粒子的大小分布。备选地，在对于由例如氡气发出的阿尔法粒子的检测器的情况下，粒子检测器被布置在检测区域中，并且气体被加速和/或通过气泵聚集。

特别地，气泵可以是离子型的，其中诸如空气之类的气体通过例如可能具有尖部的电离栅格的结构被电离，并且接着通过例如适当偏置的栅格的结构被引向检测区域。备选地，气泵可以是热学型的，其具有被配置成在检测区域的两个末端之间创建温度差的结构。