DE102021123004A1

DE102021123004A1 - Sample carrier and sample holder for holding a sample in an evacuated environment or a gas atmosphere

Info

Publication number: DE102021123004A1
Application number: DE102021123004.7A
Authority: DE
Inventors: Oliver Schaff; Karsten Dierschke; Kai Kunze; David Schumacher; Martin Johansson
Original assignee: SPECS Surface Nano Analysis GmbH
Current assignee: SPECS Surface Nano Analysis GmbH
Priority date: 2021-09-06
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2023-03-09
Also published as: WO2023030581A1

Abstract

Ein Probenträger 100 zur Aufnahme einer Probe in einer evakuierten Umgebung oder einer definierten Gasatmosphäre umfasst eine Deckplatte 10 und eine elektrische Betriebseinrichtung 20, die mit der Deckplatte 10 verbunden und für eine Einstellung von Betriebsbedingungen des Probenträgers 100 eingerichtet ist, wobei die Betriebseinrichtung 20 einen ersten metallischen Leiter 21, erste Kontaktelemente 22 und eine erste Keramikplatte 23 umfasst, die vorzugsweise aus Hochtemperatur-Mehrlagenkeramik (HTCC) oder Niedertemperatur-Einbrandkeramik (LTCC) gebildet ist, wobei der erste metallische Leiter 21 schichtförmig auf der ersten Keramikplatte 23 angeordnet und mit den ersten Kontaktelementen 22 verbunden ist, die erste Keramikplatte 23 mit der Deckplatte 10 verbunden ist, so dass ein stapelförmiger Plattenverbund 30 gebildet wird, in dem der erste metallische Leiter 21 gasdicht eingeschlossen ist, und die ersten Kontaktelemente 22 über leitfähige Verbindungen 12 mit ersten Kontaktflächen 11 verbunden sind, die an mindestens einer Oberfläche des Plattenverbundes 30 angeordnet und zum Anlegen von Klemmkontakten konfiguriert sind. Es werden auch ein Verfahren zur Herstellung des Probenträgers und ein Probenhalter zur Aufnahme und Positionierung des Probenträgers 100 beschrieben.A sample carrier 100 for receiving a sample in an evacuated environment or a defined gas atmosphere comprises a cover plate 10 and an electrical operating device 20, which is connected to the cover plate 10 and set up for setting the operating conditions of the sample carrier 100, the operating device 20 having a first metal Conductor 21, first contact elements 22 and a first ceramic plate 23, which is preferably formed from high-temperature multilayer ceramic (HTCC) or low-temperature single-fired ceramic (LTCC), the first metallic conductor 21 being arranged in layers on the first ceramic plate 23 and having the first contact elements 22 is connected, the first ceramic plate 23 is connected to the cover plate 10, so that a stacked plate assembly 30 is formed, in which the first metallic conductor 21 is enclosed in a gas-tight manner, and the first contact elements 22 via conductive connections 12 with first contact surfaces 11 are connected, which are arranged on at least one surface of the composite plate 30 and configured for the application of clamping contacts. A method for manufacturing the sample carrier and a sample holder for receiving and positioning the sample carrier 100 are also described.

Description

Die Erfindung betrifft einen Probenträger, der zur Aufnahme einer Probe in einer evakuierten Umgebung oder einer definierten Gasatmosphäre eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Probenhalter, mit dem der Probenträger koppelbar ist. Der Probenhalter ist vorzugsweise in einem Analyseinstrument, das zur Untersuchung einer Probe in einer evakuierten Umgebung oder einer definierten Gasatmosphäre eingerichtet ist, insbesondere in einem Photoelektronen-Spektrometer oder einem Elektronenmikroskop, vorgesehen. Anwendungen der Erfindung sind bei der Untersuchung von Proben, z. B. bei Oberflächenanalysen, gegeben.The invention relates to a sample carrier that is designed to hold a sample in an evacuated environment or in a defined gas atmosphere. The invention also relates to a sample holder with which the sample carrier can be coupled. The sample holder is preferably provided in an analysis instrument that is set up for examining a sample in an evacuated environment or a defined gas atmosphere, in particular in a photoelectron spectrometer or an electron microscope. Applications of the invention are in the examination of samples, e.g. B. given in surface analysis.

Oberflächenanalysen von Proben, z. B. mit einem Photoelektronen-Spektrometer oder einem Elektronenmikroskop sind allgemein bekannt. Typischerweise ist ein Analyseinstrument für die Oberflächenanalyse mit einem Probenhalter ausgestattet, der vor oder in dem Analyseinstrument positioniert ist, um die Probe für die Oberflächenanalyse in einem Vakuum oder einer definierten Gasatmosphäre anzuordnen. Am Probenhalter ist typischerweise ein Probenträger vorgesehen, auf dem die Probe fixiert wird. Der Probenträger hat neben der Trägerfunktion auch die Funktion, Analysebedingungen, wie z. B. eine Probentemperatur, einzustellen.Surface analysis of samples, e.g. B. with a photoelectron spectrometer or an electron microscope are well known. Typically, an analysis instrument for surface analysis is equipped with a sample holder positioned in front of or in the analysis instrument to place the sample for surface analysis in a vacuum or a defined gas atmosphere. A sample carrier, on which the sample is fixed, is typically provided on the sample holder. In addition to the carrier function, the sample carrier also has the function of analyzing conditions, such as e.g. B. a sample temperature to set.

Bekannte Verfahren zur Einstellung der Probentemperatur insbesondere durch eine Probenträger-Heizung umfassen eine Elektronenstoßheizung, eine Heizung mit Wärmestrahlung (z. B. aus einer Glühwendel oder einer IR-Strahlungsquelle), eine Heizung mit einem Bornitrid-Heizelement, oder eine Widerstandsheizung. Diese Verfahren haben eine Reihe von Nachteilen, da sie teilweise nur im Vakuum funktionieren oder zu unerwünschten Verschmutzungen im Analyseinstrument durch Ausgasen führen. Das Ausgasen kann eine Abgabe von Gas aus der Probenträger-Heizung, und/oder aus umgebenden Teilen umfassen, die beim Heizen der Probe ebenfalls erwärmt werden. Des Weiteren sind die herkömmlichen Verfahren oft mit hohen Kosten der Herstellung des Probenträgers und/oder einem hohen Platzbedarf des Probenträgers verbunden.Known methods for setting the sample temperature, in particular by heating the sample carrier, include electron impact heating, heating with thermal radiation (e.g. from a filament or an IR radiation source), heating with a boron nitride heating element, or resistance heating. These methods have a number of disadvantages, since some of them only work in a vacuum or lead to undesirable contamination in the analysis instrument due to outgassing. The outgassing can include an emission of gas from the sample carrier heater and/or from surrounding parts which are also heated when the sample is heated. Furthermore, the conventional methods are often associated with high costs for the production of the sample carrier and/or a large space requirement for the sample carrier.

Ein weiterer Nachteil kann sich daraus ergeben, dass mit der Probenträger-Heizung nur ein beschränkter Temperaturbereich einstellbar ist. Beispielsweise gibt ein Bornitrid-Heizelement Stickstoff ab, wenn es über 600°C erwärmt wird. Dieses Ausgasen ist nachteilig für die Analyse der Probe, da durch den Stickstoff die Messergebnisse verfälscht werden können. Bornitrid-Heizelemente haben typischerweise Kontaktelemente aus Kohlenstoff, so dass sie für den Betrieb in oxidierenden Umgebungen ungeeignet sind.A further disadvantage can result from the fact that only a limited temperature range can be set with the sample carrier heating. For example, a boron nitride heater emits nitrogen when heated above 600°C. This outgassing is disadvantageous for the analysis of the sample, since the measurement results can be falsified by the nitrogen. Boron nitride heaters typically have carbon contact elements, making them unsuitable for operation in oxidizing environments.

Es sind des Weiteren aus der Praxis knopfförmige Substratheizelemente (so genannte Button-Heizer) bekannt, die auch als Probenträger-Heizung verwendbar sind. Eine Widerstandsheizung ist in einen Keramik-Button eingebettet, wobei Platin-Anschlussdrähte vorgesehen sind, die aus dem Keramik-Button herausragen. Button-Heizer haben Nachteile aufgrund ihres großen Platzbedarfes und ihrer beschränkten Anwendbarkeit in Gasumgebungen. Platin ist ein katalytisch aktives Material und darf nicht in Kontakt mit der Gasumgebung im Analyseinstrument kommen, da sonst die Messergebnisse verfälscht werden können. Button-Heizer sind daher für eine Vielzahl von Anwendungen ungeeignet, bei denen eine Probe in einem Gas gehaltert wird.Furthermore, button-shaped substrate heating elements (so-called button heaters) are known from practice, which can also be used as sample carrier heating. A resistive heater is embedded in a ceramic button, with platinum lead wires protruding from the ceramic button. Button heaters have disadvantages due to their large footprint and limited applicability in gas environments. Platinum is a catalytically active material and must not come into contact with the gas environment in the analysis instrument, otherwise the measurement results could be falsified. Button heaters are therefore unsuitable for a variety of applications where a sample is held in a gas.

Ein weiterer genereller Nachteil herkömmlicher Probenträger kann sich aus der elektrischen Kontaktierung des Probenträgers ergeben. Die Kontaktierung kann beispielsweise vorgesehen sein, um eine Heizung zu versorgen oder Sensorsignale, wie z. B. Signale von Thermoelementen, abzuleiten. In der Praxis sind oft Kontaktstifte vorgesehen, die einen hohen Platzbedarf haben und zu unerwünschten Aufladungserscheinungen und Feldverformungen im Analyseinstrument führen können.Another general disadvantage of conventional sample carriers can result from the electrical contacting of the sample carrier. The contact can be provided, for example, to supply a heater or sensor signals such. B. signals from thermocouples derive. In practice, contact pins are often provided, which require a lot of space and can lead to undesirable charging phenomena and field deformations in the analysis instrument.

Die oben genannten Nachteile sind nicht nur von Probenträgern bekannt, die mit einer Probenträger-Heizung ausgestattet sind, sondern auch von Probenträgern, die andere Zusatzfunktionen, wie z. B. die Erzeugung eines elektrischen und/oder eines magnetischen Feldes, haben.The disadvantages mentioned above are known not only from sample carriers that are equipped with a sample carrier heater, but also from sample carriers that have other additional functions, such as e.g. B. the generation of an electric and / or a magnetic field have.

Aus der Praxis sind auch schichtförmige Keramikheizer bekannt, die aus „Low-Temperature Co-fired Ceramic“ (LTCC) oder aus „High Temperature Co-Fired Ceramic“ (HTCC) hergestellt sind. LTCC und HTCC ermöglichen es, Widerstands-Heizschichten z.B. aus Platin auf einer LTCC- oder HTCC-Keramikplatte aufzudrucken, oder in einem Stapel aus Keramikplatten gasdicht einzuschließen. Diese Keramikheizer haben den Vorteil, auch bei erhöhten Temperaturen, z. B. > 800°C, keine Gase durch Zersetzung des Materials abzugeben und eine stabile Heizung zu ermöglichen. LTCC- oder HTCC-Keramiken sind beispielsweise im Datenblatt „Public Material- und Designrules for Working Group Microsystems, LTCC and HTCC“ vom 15.02.2017 (heruntergeladen unter https://www.ikts.fraunhofer.de) charakterisiert. LTCC- oder HTCC-Keramikheizer werden bisher aufgrund ihrer kompakten Bauform nur für spezielle Aufgaben, z. B. als Heizelemente in Haushaltsgeräten, verwendet.Layered ceramic heaters made from “low-temperature co-fired ceramic” (LTCC) or from “high-temperature co-fired ceramic” (HTCC) are also known from practice. LTCC and HTCC make it possible to print resistance heating layers, e.g. made of platinum, on an LTCC or HTCC ceramic plate, or to enclose them gas-tight in a stack of ceramic plates. These ceramic heaters have the advantage, even at elevated temperatures, e.g. B.> 800 ° C, not to emit gases by decomposition of the material and to enable stable heating. LTCC or HTCC ceramics are characterized, for example, in the data sheet “Public Material and Design Rules for Working Group Microsystems, LTCC and HTCC” dated February 15, 2017 (downloaded from https://www.ikts.fraunhofer.de). LTCC or HTCC ceramic heaters have so far only been used for special tasks, e.g. B. used as heating elements in household appliances.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Probenträger bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Probenträger vermieden werden. Der Probenträger soll sich insbesondere durch eine kompakte Bauform, einen geringen Platzbedarf, verringerte Kosten, ein verringertes Ausgasen, und/oder einen vergrößerten Anwendungsbereich, insbesondere einen vergrößerten Temperaturbereich einer Heizung, auszeichnen. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung des Probenträgers und einen verbesserten Probenhalter bereitzustellen, mit dem der Probenträger koppelbar ist, wobei mit dem Verfahren und dem Probenhalter Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden sollen.The object of the invention is to provide an improved sample carrier with which the disadvantages of conventional sample carriers are avoided. The sample carrier should be characterized in particular by a compact design, a small space required, reduced costs, reduced outgassing, and/or an increased range of application, in particular an increased temperature range of a heater. The object of the invention is also to provide an improved method for producing the sample carrier and an improved sample holder with which the sample carrier can be coupled, the disadvantages of conventional techniques being avoided with the method and the sample holder.

Diese Aufgaben werden jeweils durch einen Probenträger, ein Verfahren zu seiner Herstellung und einen Probenhalter gelöst, welche die Merkmale der unabhängigen Ansprüche aufweisen. Bevorzugte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These objects are each achieved by a sample carrier, a method for its production and a sample holder, which have the features of the independent claims. Preferred embodiments and applications of the invention result from the dependent claims.

Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch einen Probenträger gelöst, der zur Aufnahme einer Probe in einer evakuierten Umgebung oder einer definierten Gasatmosphäre eingerichtet ist, und eine Deckplatte und eine elektrische Betriebseinrichtung, wie z. B. eine Heizeinrichtung oder eine Magnetfeldeinrichtung, umfasst, die mit der Deckplatte verbunden und für eine Einstellung von Betriebsbedingungen des Probenträgers eingerichtet ist.According to a first general aspect of the invention, the above object is achieved by a sample carrier that is set up to hold a sample in an evacuated environment or a defined gas atmosphere, and a cover plate and an electrical operating device such. B. a heating device or a magnetic field device, which is connected to the cover plate and set up for setting operating conditions of the sample carrier.

Gemäß der Erfindung umfasst die Betriebseinrichtung einen ersten metallischen Leiter, erste Kontaktelemente und eine erste Keramikplatte, wobei der erste metallische Leiter schichtförmig auf der ersten Keramikplatte angeordnet und mit den ersten Kontaktelementen verbunden ist, die erste Keramikplatte mit der Deckplatte verbunden ist, so dass ein stapelförmiger Plattenverbund gebildet wird, in dem der erste metallische Leiter gasdicht eingeschlossen ist, und die ersten Kontaktelemente über leitfähige Verbindungen mit ersten Kontaktflächen verbunden sind, die an mindestens einer Oberfläche des Plattenverbundes angeordnet und zum Anlegen von Klemmkontakten konfiguriert sind.According to the invention, the operating device comprises a first metal conductor, first contact elements and a first ceramic plate, the first metal conductor being arranged in layers on the first ceramic plate and connected to the first contact elements, the first ceramic plate being connected to the cover plate, so that a stacked Plate composite is formed, in which the first metallic conductor is enclosed in a gas-tight manner, and the first contact elements are connected via conductive connections to first contact surfaces which are arranged on at least one surface of the plate composite and configured for applying clamping contacts.

Die Deckplatte und die erste Keramikplatte sind, feste, z. B. ebene, Platten, deren laterale, flächenhafte Ausdehnung eine Hauptebene des Probenträgers definiert. Die ersten Kontaktelemente sind über elektrisch leitende Brücken, so genannte Vias (leitfähige Verbindungen), die z. B. senkrecht zur Hauptebene des Probenträgers durch die Keramikplatte verlaufen, mit den ersten Kontaktflächen verbunden. Vorzugsweise sind die ersten Kontaktelemente an Enden des ersten metallischen Leiters vorgesehen. Des Weiteren sind die Kontaktflächen bevorzugt mit mindestens einer der Oberflächen parallel zur Hauptebene fluchtend, d. h. senkrecht zur Stapelrichtung im Plattenverbund, angeordnet. Die ersten Kontaktflächen sind zum Anlegen von Klemmkontakten konfiguriert, und sie haben eine Dicke (vorzugsweise mindestens 5 µm) und eine laterale Ausdehnung (vorzugsweise mindestens 0,2 mm), die ein zuverlässiges Anlegen der Klemmkontakte ermöglicht. Das Anlegen von Klemmkontakten kann einen Kontakt der Klemmkontakte direkt mit den Kontaktflächen oder mit Kontaktblechen umfassen, die auf den Kontaktflächen angeordnet sind.The cover plate and the first ceramic plate are fixed, e.g. B. flat, plates whose lateral, areal extent defines a main plane of the sample carrier. The first contact elements are electrically conductive bridges, so-called vias (conductive connections), z. B. perpendicular to the main plane of the sample carrier through the ceramic plate, connected to the first contact surfaces. The first contact elements are preferably provided at ends of the first metallic conductor. Furthermore, the contact surfaces are preferably aligned with at least one of the surfaces parallel to the main plane, i. H. arranged perpendicular to the stacking direction in the composite panel. The first contact pads are configured for the application of clamping contacts and have a thickness (preferably at least 5 µm) and a lateral extent (preferably at least 0.2 mm) that enables reliable application of the clamping contacts. The application of clamp contacts can include contact of the clamp contacts directly with the contact surfaces or with contact sheets that are arranged on the contact surfaces.

Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung des Probenträgers gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung oder einer seiner Ausführungsformen gelöst. Das Herstellungsverfahren umfasst die Schritte Bereitstellung der Deckplatte, Verbindung der ersten Keramikplatte der elektrischen Betriebseinrichtung mit der Deckplatte, so dass der stapelförmige Plattenverbund gebildet wird, in dem der erste metallische Leiter der elektrischen Betriebseinrichtung gasdicht eingeschlossen ist, und Herstellung der ersten Kontaktflächen, die an mindestens einer Oberfläche des Plattenverbundes angeordnet sind.According to a second general aspect of the invention, the stated object is achieved by a method for producing the sample carrier according to the first general aspect of the invention or one of its embodiments. The manufacturing method comprises the steps of providing the cover plate, connecting the first ceramic plate of the electrical operating device to the cover plate so that the stacked plate assembly is formed, in which the first metallic conductor of the electrical operating device is enclosed in a gas-tight manner, and manufacturing the first contact surfaces, which are connected to at least are arranged on a surface of the composite panel.

Gemäß einem dritten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch einen Probenhalter gelöst, der zur Aufnahme und Positionierung des Probenträgers gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung oder einer seiner Ausführungsformen in einer evakuierten Umgebung oder einer definierten Gasatmosphäre eingerichtet ist. Gemäß der Erfindung umfasst der Probenhalter Klemmkontakte, die bei Kopplung des Probenträgers mit dem Probenhalter elektrisch mit den Kontaktflächen verbunden sind und den Probenträger am Probenhalter lösbar fixieren. Vorzugsweise umfasst der Probenhalter einen beweglichen Trägerarm, mit dem der Probenträger lösbar koppelbar ist, wobei die Klemmkontakte an einem Probenhalterrahmen angeordnet sind, der mit dem Trägerarm verbunden ist. Besonders bevorzugt umfassen die Klemmkontakte Kontaktfedern.According to a third general aspect of the invention, the stated object is achieved by a sample holder that is set up to hold and position the sample carrier according to the first general aspect of the invention or one of its embodiments in an evacuated environment or a defined gas atmosphere. According to the invention, the sample holder comprises clamping contacts which, when the sample carrier is coupled to the sample holder, are electrically connected to the contact surfaces and detachably fix the sample carrier on the sample holder. The sample holder preferably comprises a movable support arm to which the sample support can be detachably coupled, with the clamping contacts being arranged on a sample holder frame which is connected to the support arm. The clamping contacts particularly preferably comprise contact springs.

Vorteilhafterweise wird durch den Aufbau des Probenträgers aus mehreren Platten im Plattenverbund eine kompakte Bauform mit einem geringen Platzbedarf geschaffen, so dass der Probenträger einfach und ohne Behinderung eines Zugriffs auf die Probe am Probenhalter fixiert werden kann. Die kompakte Bauform bietet des Weiteren den Vorteil, dass ein Ausgasen aus dem Probenträger minimiert wird. Insbesondere ein flacher Aufbau im Plattenverbund ist vorteilhaft für unterschiedliche Analysemethoden, damit die Probe aus allen Richtungen zugängig ist, und damit der Probenträger mit integrierter Betriebseinrichtung eine geringe Dicke hat.Advantageously, the structure of the sample carrier from several plates in the plate assembly creates a compact design with a small space requirement, so that the sample carrier can be fixed to the sample holder easily and without impeding access to the sample. The compact design also offers the advantage that outgassing from the sample carrier is minimized. In particular, a flat structure in the composite plate is advantageous for different methods of analysis, so that the sample is accessible from all directions, and so that the sample carrier with integrated operating equipment has a small thickness.

Des Weiteren bietet der Plattenverbund Vorteile aufgrund verringerter Herstellungskosten des Probenträgers. Die Keramik ist ein günstiger Verbrauchsartikel und kann leicht vom Nutzer ersetzt werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem verringerten Ausgasen, insbesondere bei höheren Temperaturen, z. B. oberhalb von 600°C. Der Probenträger erlaubt ein Heizen bis zu oberhalb von 900 °C, ohne sich zu zersetzen.Furthermore, the composite plate offers advantages due to reduced manufacturing costs of the sample carrier. The ceramic is a cheap consumable and can be easily replaced by the user. Another advantage results from the reduced outgassing, especially at higher temperatures, e.g. B. above 600°C. The sample carrier allows heating up to over 900 °C without decomposing.

Die Keramik hat eine hohe mechanische Stabilität, so dass die Deck- und Keramikplatten eine geringe Dicke, z. B. gleich oder kleiner als 0,11 mm aufweisen können. Die geringe Dicke erlaubt, dass Energie und/oder Felder nahe der auf dem Probenträger montierten Probe freigesetzt und/oder erzeugt werden. Dadurch wird eine Beeinflussung, z. B. Erwärmung, anderer Teile minimiert.The ceramic has a high mechanical stability, so that the cover and ceramic plates have a low thickness, e.g. B. equal to or smaller than 0.11 mm. The small thickness allows energy and/or fields to be released and/or generated close to the sample mounted on the sample stage. As a result, an influence, z. B. heating, other parts minimized.

Der Stapelverbund ermöglicht einen hermetisch dichten Einschluss der Betriebseinrichtung. Die Kontaktflächen können z. B. aus einem in Sauerstoff inerten Metall, insbesondere Gold aufgebracht, vorzugsweise gedruckt, werden. Der Probenträger kann daher ohne unerwünschte Oberflächenreaktionen in einer reaktiven, z. B. Sauerstoff-haltigen Atmosphäre angewendet werden. Der Probenträger kann vorteilhafterweise auch im Ultrahochvakuum oder in allen Gassorten, wie z. B. einem chemisch reduzierenden oder oxidierenden Gas, einem toxischen Gas und/oder einem explosiven Gas angewendet werden. Vorteilhafterweise ist der Probenträger, anders als z. B. ein Probenträger mit Elektronenstoßheizung, nicht auf Anwendungen in Vakuum beschränkt, sondern auch in erhöhtem Druck, z. B. in Atmosphärendruck, betriebsfähig.The stacked connection enables a hermetically sealed enclosure of the operating equipment. The contact surfaces can, for. B. applied from an oxygen-inert metal, especially gold, preferably printed. The sample carrier can therefore be used in a reactive, e.g. B. oxygen-containing atmosphere can be applied. The sample carrier can advantageously also be used in ultra-high vacuum or in all types of gas, e.g. a chemically reducing or oxidizing gas, a toxic gas and/or an explosive gas. Advantageously, the sample carrier, unlike z. B. a sample carrier with electron impact heating, not limited to applications in vacuum, but also in elevated pressure, z. B. in atmospheric pressure, operational.

Vorteilhafterweise kann der Probenträger mit einem einzigen metallischen Leiter ausgestattet sein. Mit einem Leiter können bevorzugte Funktionen der Betriebseinrichtung, wie das Heizen, das Anlegen von Kontakten an die Probe, oder die Felderzeugung, erfüllt werden.Advantageously, the sample carrier can be equipped with a single metallic conductor. Preferred functions of the operating equipment, such as heating, applying contacts to the sample, or generating a field, can be fulfilled with a conductor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Betriebseinrichtung einen zweiten metallischen Leiter, der im Plattenverbund gasdicht eingeschlossen und mit zweiten Kontaktelementen verbunden ist, die mit zweiten Kontaktflächen verbunden sind, die an mindestens einer Oberfläche des Plattenverbundes angeordnet und zum Anlegen von Klemmkontakten konfiguriert sind. Die zweiten Kontaktelemente und die zweiten Kontaktflächen sind vorzugsweise wie die ersten Kontaktelemente und die ersten Kontaktflächen gebildet. Die zweiten Kontaktflächen sind vorzugsweise mit einem Abstand von den ersten Kontaktflächen, z. B. an einem entgegengesetzten Rand des Probenträgers, freiliegend oder von Kontaktblechen bedeckt angeordnet. Mit dem zweiten metallischen Leiter können vorteilhafterweise weitere Funktionen des Probenträgers realisiert und/oder die mit einem Leiter realisierbaren Funktionen verbessert werden. Beispielsweise kann eine zusätzliche Sensorfunktion eingeführt oder mit dem zweiten metallischen Leiter die Formung eines magnetischen Feldes beeinflusst werden.According to a preferred embodiment of the invention, the operating device comprises a second metallic conductor, which is enclosed in the plate assembly in a gas-tight manner and is connected to second contact elements which are connected to second contact surfaces which are arranged on at least one surface of the plate assembly and are configured for applying clamping contacts. The second contact elements and the second contact surfaces are preferably formed like the first contact elements and the first contact surfaces. The second contact areas are preferably spaced apart from the first contact areas, e.g. B. arranged on an opposite edge of the sample carrier, exposed or covered by contact plates. Advantageously, further functions of the sample carrier can be implemented with the second metal conductor and/or the functions that can be implemented with a conductor can be improved. For example, an additional sensor function can be introduced or the formation of a magnetic field can be influenced with the second metallic conductor.

Vorteilhafterweise bestehen verschiedene Varianten, den zweiten metallischen Leiter anzuordnen. Gemäß einer ersten Variante ist der zweite metallische Leiter schichtförmig auf der ersten Keramikplatte derart angeordnet, dass der zweite metallische Leiter im Plattenverbund gasdicht eingeschlossen ist. Der zweite metallische Leiter kann auf derselben Seite der ersten Keramikplatte wie der erste metallische Leiter neben diesem oder mit diesem verschachtelt oder auf der entgegengesetzten Seite der ersten Keramikplatte angeordnet sein. Vorteilhafterweise wird damit eine besonders flache Bauform des Probenträgers erhalten.There are advantageously different variants for arranging the second metal conductor. According to a first variant, the second metallic conductor is arranged in layers on the first ceramic plate in such a way that the second metallic conductor is enclosed in a gas-tight manner in the composite plate. The second metallic conductor may be located on the same side of the first ceramic sheet as the first metallic conductor, adjacent to or interleaved with it, or on the opposite side of the first ceramic sheet. A particularly flat design of the sample carrier is advantageously obtained in this way.

Gemäß einer zweiten Variante weist die Betriebseinrichtung eine zweite Keramikplatte auf, die im Plattenverbund mit der ersten Keramikplatte oder der Deckplatte verbunden ist, und der zweite metallische Leiter ist schichtförmig auf der zweiten Keramikplatte derart angeordnet, dass der zweite metallische Leiter im Plattenverbund gasdicht eingeschlossen ist. Die zweite Keramikplatte ist wie die erste Keramikplatte als ebene, feste Platte gebildet. Die Verwendung der zweiten Keramikplatte kann Vorteile für die Gestaltung des zweiten metallischen Leiters oder für die Herstellung des Probenträgers bieten.According to a second variant, the operating device has a second ceramic plate, which is connected to the first ceramic plate or the cover plate in the plate assembly, and the second metallic conductor is arranged in layers on the second ceramic plate in such a way that the second metallic conductor is enclosed in a gas-tight manner in the plate assembly. Like the first ceramic plate, the second ceramic plate is formed as a flat, solid plate. The use of the second ceramic plate can offer advantages for the design of the second metallic conductor or for the production of the sample carrier.

Gemäß weiteren Varianten der Erfindung kann der Probenträger mit mehr als zwei metallischen Leitern ausgestattet sein, die auf einer oder mehreren Keramikplatten angeordnet sind. Jeder metallische Leiter weist Kontaktelemente auf, die mit zugehörigen Kontaktflächen auf einer Oberfläche des Probenträgers verbunden sind.According to further variants of the invention, the sample carrier can be equipped with more than two metallic conductors, which are arranged on one or more ceramic plates. Each metallic conductor has contact elements that are connected to associated contact pads on a surface of the sample carrier.

Vorzugsweise sind alle Platten des Probenträgers, d. h. die Deckplatte und die ersten und ggf. weiteren Keramikplatten aus Keramik gebildet. Alle Platten können aus derselben Keramik gebildet sein, oder verschiedene Platten können aus verschiedenen Keramiken gebildet sein.Preferably, all plates of the sample carrier, i. H. the cover plate and the first and optionally further ceramic plates are made of ceramic. All plates can be made of the same ceramic, or different plates can be made of different ceramics.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jede Keramikplatte der Betriebseinrichtung aus Hochtemperatur-Mehrlagenkeramik (HTCC) oder Niedertemperatur-Einbrandkeramik (LTCC) gebildet. Besonders bevorzugt ist auch die Deckplatte aus Hochtemperatur-Mehrlagenkeramik (HTCC) oder Niedertemperatur-Einbrandkeramik (LTCC) gebildet. Die HTCC- oder LTCC-Keramik kann z. B. gebildet sein, wie im oben zitierten Datenblatt „Public Material- und Designrules for Working Group Microsystems, LTCC and HTCC“ vom 15.02.2017 beschrieben ist. Die Verwendung von HTCC- oder LTCC-Keramik hat besondere Vorteile für die Hochtemperatur-Stabilität des Probenträgers und die Herstellung der Betriebseinrichtung durch Aufdrucken des mindestens einen metallischen Leiters, und den hermetischen Einschluss der Leiter in die Plattenstruktur.According to a preferred embodiment of the invention, each ceramic plate of the operating device is formed from high-temperature multi-layer ceramic (HTCC) or low-temperature single-fired ceramic (LTCC). The cover plate is also particularly preferably made of high-temperature multi-layer ceramic (HTCC) or low-temperature fired-in ceramic (LTCC). The HTCC or LTCC ceramic can, for. B. be formed as in the data cited above sheet "Public Material and Design Rules for Working Group Microsystems, LTCC and HTCC" dated February 15, 2017. The use of HTCC or LTCC ceramics has special advantages for the high-temperature stability of the sample carrier and the production of the operating equipment by imprinting the at least one metallic conductor and the hermetic enclosure of the conductors in the plate structure.

Vorzugsweise sind die Kontaktflächen aus einem chemisch inerten Metall, d. h. einem nicht reaktiv und nicht katalytisch wirkenden Metall, gebildet. Besonders bevorzugt sind jeder metallische Leiter der Betriebseinrichtung aus Platin und die Kontaktflächen aus Gold gebildet. Vorteilhafterweise werden bei diesen Ausführungsformen der Erfindung unerwünschte Einflüsse auf die Probe bei Betrieb des Probenträgers unterdrückt oder vollständig ausgeschlossen.Preferably, the contact surfaces are made of a chemically inert metal, e.g. H. a non-reactive and non-catalytic metal. Each metallic conductor of the operating device is particularly preferably made of platinum and the contact surfaces are made of gold. In these embodiments of the invention, undesired influences on the sample during operation of the sample carrier are advantageously suppressed or completely ruled out.

Vorteilhafterweise kann ein metallischer Leiter aus Platin sowohl als Widerstandsheizelement als auch gleichzeitig als Temperatur-Messwiderstand benutzt werden. Platin hat den Vorteil, ein gebräuchliches Material für Widerstandsthermometer zu sein. Aus einer Änderung des Widerstands des Keramikheizelements mit der Temperatur kann sehr präzise die Temperatur ermittelt werden, da der Zusammenhang von Widerstandsänderung und Temperatur bei Platin sehr genau bekannt ist.A metallic conductor made of platinum can advantageously be used both as a resistance heating element and at the same time as a temperature measuring resistor. Platinum has the advantage of being a common material for resistance thermometers. The temperature can be determined very precisely from a change in the resistance of the ceramic heating element with the temperature, since the relationship between the change in resistance and the temperature in the case of platinum is known very precisely.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die metallischen Leiter mäanderförmig gebildet. Mäanderförmige Leiter haben den besonderen Vorteil, dass sie eine Anordnung einzelner Leiterabschnitte derart erlauben, dass sich an den Leiterabschnitten erzeugte Magnetfelder gegenseitig weitestgehend kompensieren. Ein Magnetfeld, das durch den Heizstrom entsteht, kann entsprechend minimiert werden, indem der Probenträger passend ausgelegt wird. Die Leiterabschnitte können eng mit geringen Abständen, insbesondere im Bereich von 100 µm bis 0,3 mm, aufgebracht werden. Des Weiteren kann das Design mehrlagig derart ausgeführt werden, dass sich die Magnetfelder der unterschiedlichen Lagen weitestgehend kompensieren. Diese Vorteile können mit herkömmlichen Probenträger-Heizungen nicht erzielt werden. According to a further advantageous embodiment of the invention, the metal conductors are formed in a meandering shape. Meander-shaped conductors have the particular advantage that they allow individual conductor sections to be arranged in such a way that magnetic fields generated on the conductor sections largely compensate one another. A magnetic field that is created by the heating current can be minimized accordingly by designing the sample carrier appropriately. The conductor sections can be applied closely with small distances, in particular in the range from 100 μm to 0.3 mm. Furthermore, the design can be multi-layered in such a way that the magnetic fields of the different layers compensate each other as far as possible. These advantages cannot be achieved with conventional sample carrier heaters.

Besonders bevorzugt sind die metallischen Leiter mit mehreren, in zwei Lagen angeordneten Mäanderformen gebildet, die das Magnetfeld im Zentrum des Heizers minimieren und gleichzeitig zur Erzeugung eines elektrischen Quadrupolfeldes konfiguriert sind. Das elektrische Quadrupolfeld hat den Vorteil, dass es die aus der Probe austretenden Elektronen bei Anwendung in einem Elektronenspektrometer oder Elektronenmikroskop minimal ablenkt.Most preferably, the metallic conductors are formed with a plurality of meander shapes arranged in two layers, which minimize the magnetic field in the center of the heater and at the same time are configured to generate a quadrupole electric field. The quadrupole electric field has the advantage of minimally deflecting the electrons emanating from the sample when used in an electron spectrometer or electron microscope.

Gemäß weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist der Probenträger mit einem Probenträgerrahmen, der den Plattenverbund aufnimmt, und/oder einer Abschirmplatte ausgestattet, die auf einer freien Oberfläche des Plattenverbundes angeordnet ist. Der Probenträgerrahmen hat Vorteile für eine mechanische Stabilisierung des Plattenverbundes insbesondere unter thermischer Beanspruchung unter den Betriebsbedingungen des Probenträgers. Die Abschirmplatte ist vorzugsweise auf einer zu der Betriebseinrichtung entgegengesetzten Seite der Deckplatte angeordnet. Mit der Abschirmplatte können vorteilhafterweise unerwünschte Einflüsse auf den Probenträger im Analyseinstrument, z. B. Einflüsse der Probe auf die Deckplatte, oder Einflüsse der keramischen Deckplatte auf das Analyseinstrument, wie z. B. Ablenkung der zu analysierenden Elektronen durch eine elektrostatische Aufladung der keramischen Deckplatte, unterdrückt werden.According to further advantageous embodiments of the invention, the sample carrier is equipped with a sample carrier frame, which accommodates the plate assembly, and/or a shielding plate, which is arranged on a free surface of the plate assembly. The sample carrier frame has advantages for a mechanical stabilization of the plate assembly, in particular under thermal stress under the operating conditions of the sample carrier. The shielding plate is preferably arranged on a side of the cover plate which is opposite to the operating device. With the shielding can advantageously unwanted influences on the sample carrier in the analysis instrument, z. B. Influences of the sample on the cover plate, or influences of the ceramic cover plate on the analysis instrument, such. B. deflection of the electrons to be analyzed by electrostatic charging of the ceramic cover plate can be suppressed.

Vorteilhafterweise sind verschiedene Anwendungen des erfindungsgemäßen Probenträgers verfügbar, die einzeln oder in Kombination realisiert werden können. Gemäß einer ersten Variante umfasst die Betriebseinrichtung eine Heizeinrichtung, die für eine Widerstandsheizung des Probenträgers eingerichtet ist, wobei jeder metallische Leiter, d. h. der erste metallische Leiter oder, falls mehrere metallische Leiter vorgesehen sind, auch die weiteren metallischen Leiter, ein Widerstandsheizelement umfasst. Die Heizeinrichtung hat den Vorteil, mit einer einfach dimensionierten Versorgungsschaltung, z. B. Netzteil, betrieben werden zu können. Im Unterschied z. B. zu einem Netzteil für eine Elektronenstoß-Heizung ist keine Hochspannung erforderlich. Die Heizeinrichtung kann mit geringen Spannungen und Strömen (z. B. gleich oder kleiner 50V, gleich oder kleiner 1A) betrieben werden.Various applications of the sample carrier according to the invention are advantageously available, which can be implemented individually or in combination. According to a first variant, the operating device comprises a heating device which is set up for resistance heating of the sample carrier, with each metallic conductor, i. H. the first metallic conductor or, if several metallic conductors are provided, also the further metallic conductors, comprises a resistance heating element. The heater has the advantage with a simply dimensioned supply circuit, z. B. Power supply to be operated. In difference z. B. to a power supply for an electron impact heater no high voltage is required. The heating device can be operated with low voltages and currents (e.g. less than or equal to 50V, less than or equal to 1A).

Vorzugsweise ist bei Realisierung der Heizeinrichtung die Deckplatte und jede Keramikplatte der Betriebseinrichtung mit seitlichen Ausnehmungen derart geformt, dass die Heizeinrichtung sich nahezu über die gesamte laterale Ausdehnung des Plattenverbundes erstreckt. Vorteilhafterweise werden dadurch thermische Spannungen bei Betrieb des Probenträgers als Heizer vermieden und die Stabilität und Haltbarkeit des Probenträgers erhöht. Die thermischen Spannungen können entstehen, wenn die Heizeinrichtung nur einen Teil der Keramik erwärmt, so dass in der Keramik aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung des beheizten Bereichs relativ zum unbeheizten Bereich eine mechanische Zug- und/oder Druckspannung entsteht. Durch die seitlichen Ausnehmungen wird vermieden, dass die Zug-/Druckspannungen so hoch werden, dass die Keramik beschädigt wird.When the heating device is implemented, the cover plate and each ceramic plate of the operating device are preferably formed with lateral recesses in such a way that the heating device extends almost over the entire lateral extent of the plate assembly. This advantageously avoids thermal stresses when the sample carrier is operated as a heater and increases the stability and durability of the sample carrier. The thermal stresses can arise when the heating device only heats part of the ceramic, so that mechanical tensile and/or compressive stress arises in the ceramic due to the different thermal expansion of the heated area relative to the unheated area. The lateral recesses prevent the tensile/compressive stresses from becoming so high that the ceramic is damaged.

Gemäß einer zweiten Variante umfasst die Betriebseinrichtung eine Magnetfeldeinrichtung, die für eine Beaufschlagung des Probenträgers mit einem Magnetfeld eingerichtet ist, wobei jeder metallische Leiter, d. h. der erste metallische Leiter oder, falls mehrere metallische Leiter vorgesehen sind, auch die weiteren metallischen Leiter, ein Spulenelement oder ein Teil eines Spulenelements umfasst. Die Magnetfeldeinrichtung hat den Vorteil einer kompakten, flachen Spulenform.According to a second variant, the operating device comprises a magnetic field device which is set up to apply a magnetic field to the sample carrier, with each metallic conductor, ie the first metallic conductor or, if several metallic conductors are provided, also the further metallic conductors, a coil element or comprises part of a coil element. The magnetic field device has the advantage of a compact, flat coil shape.

Gemäß einer dritten Variante umfasst die Betriebseinrichtung eine Kontaktierungseinrichtung zur Kontaktierung der Probe zum Anlegen von elektrischen Potentialen und/oder Strömen an die Probe. In diesem Fall ist der Probenträger vorzugsweise mit mindestens zwei metallischen Leitern ausgestattet.According to a third variant, the operating device includes a contacting device for contacting the sample in order to apply electrical potentials and/or currents to the sample. In this case, the sample carrier is preferably equipped with at least two metallic conductors.

Bevorzugte Anwendungen eines erfindungsgemäßen Probenträgers oder Probenhalters sind bei der Probenhalterung in einem Analyseinstrument gegeben, das zur Untersuchung einer Probe in einer evakuierten Umgebung oder einer definierten Gasatmosphäre eingerichtet ist, insbesondere in einem Photoelektronen-Spektrometer oder einem Elektronenmikroskop.Preferred applications of a sample carrier or sample holder according to the invention are in the sample holder in an analysis instrument that is set up for examining a sample in an evacuated environment or a defined gas atmosphere, in particular in a photoelectron spectrometer or an electron microscope.

Die in Zusammenhang mit dem Probenträger und seinen Ausführungsformen offenbarten Merkmale stellen ebenfalls bevorzugte Merkmale des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens und des erfindungsgemäßen Probenhalters dar und umgekehrt. Die vorgenannten Aspekte und erfinderischen und bevorzugten Merkmale, insbesondere hinsichtlich des Aufbaus des Probenträgers sowie der Abmessungen und Zusammensetzungen der einzelnen Komponenten, die in Zusammenhang mit dem Probenträger beschrieben werden, gelten daher auch für den Probenhalter. Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten und Merkmale der Erfindung sind miteinander kombinierbar.The features disclosed in connection with the sample carrier and its embodiments also represent preferred features of the manufacturing method according to the invention and the sample holder according to the invention and vice versa. The aforementioned aspects and inventive and preferred features, in particular with regard to the structure of the sample carrier and the dimensions and compositions of the individual components, which are described in connection with the sample carrier, therefore also apply to the sample holder. The preferred embodiments, variants and features of the invention described above can be combined with one another.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen schematisch in:

1 und 2: Merkmale von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Probenträgers mit einer einlagigen Heizeinrichtung in auseinandergezogenen Darstellungen;
3 und 4: Merkmale von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Probenträgers mit einer zweilagigen Heizeinrichtung in auseinandergezogenen Darstellungen;
5 bis 7: Varianten des Probenträgers gemäß 2 mit einer eingesetzten Probe;
8: Merkmale von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Probenträgers mit einer Magnetfeldeinrichtung;
9 und 10: Merkmale von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Probenhalters; und
11: Mäander-Anordnungen von metallischen Leitern gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Probenträgers.

Further details and advantages of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. The drawings show schematically in:

1 and 2 : Features of embodiments of the sample carrier according to the invention with a single-layer heating device in exploded representations;
3 and 4 : Features of embodiments of the sample carrier according to the invention with a two-layer heating device in exploded representations;
5 until 7 : Variants of the sample carrier according to 2 with an inserted sample;
8th : features of embodiments of the sample carrier according to the invention with a magnetic field device;
9 and 10 : features of embodiments of the sample holder according to the invention; and
11 : Meander arrangements of metallic conductors according to an embodiment of the sample carrier according to the invention.

Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf Probenträger mit einer ein- oder zweilagigen Heiz- oder Magnetfeldeinrichtung beschrieben, die zur Probenhalterung in einem Analyseinstrument vorgesehen sind. Es wird betont, dass die Anwendung der Erfindung nicht auf diese Beispiele und Anwendungen beschränkt ist, sondern auch andere Gestaltungen von Probenträgern, z. B. mit einer mindestens dreilagigen Betriebseinrichtung und/oder einer anderen Betriebseinrichtung, wie z. B. einer Sensoreinrichtung und/oder einer Kontaktierungseinrichtung, und/oder andere Anwendungen, wie z. B. die Bereitstellung von elektrischen Kontakten zur Probe, die Bereitstellung von Strömen zum Erzeugen von gepulsten magnetischen Feldern in geeignet geformten Leitern, die Bereitstellung von Kontakten zum Betrieb von zusätzlichen elektrischen Einrichtungen, die auf dem Probenträger angeordnet oder in der Probe integriert sind, die Bereitstellung von Strömen zur Kühlung der Probe mit einem thermoelektrischen Element, und/oder die Bereitstellung von elektrischer Energie zum Betrieb einer elektro-mechanischen Einrichtung, die im Probenträger integriert ist, einschließt. Einzelheiten der Anwendung des Probenträgers in einem Analyseinstrument, wie z. B. die Vorbereitung und Fixierung einer Probe und die Heizung der Probe werden nicht beschrieben, soweit dies an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Wenn die Betriebseinrichtung eine Kontaktierungseinrichtung umfasst, wird der Probenträger derart angepasst, dass mindestens eine elektrische Verbindung zwischen der Betriebseinrichtung und der Probe, z. B. über zusätzliche Vias und/oder Halteelemente an der Probe bereitgestellt wird.Features of embodiments of the invention are described below with exemplary reference to sample carriers with a one- or two-layer heating or magnetic field device, which are provided for holding samples in an analysis instrument. It is emphasized that the application of the invention is not limited to these examples and applications, but also other designs of sample carriers, e.g. B. with at least three-layer operating equipment and / or other operating equipment, such as. B. a sensor device and / or a contacting device, and / or other applications such. B. the provision of electrical contacts to the sample, the provision of currents for generating pulsed magnetic fields in suitably shaped conductors, the provision of contacts for the operation of additional electrical devices that are arranged on the sample carrier or integrated into the sample, the provision of currents to cool the sample with a thermoelectric element, and/or the provision of electrical energy to operate an electro-mechanical device that is integrated in the sample carrier. Details of the application of the sample carrier in an analytical instrument such. B. the preparation and fixation of a sample and the heating of the sample are not described insofar as this is known from the prior art. If the operating device includes a contacting device, the sample carrier is adapted in such a way that at least one electrical connection between the operating device and the sample, e.g. B. is provided via additional vias and / or holding elements on the sample.

Die Zeichnungen sind schematische Illustrationen, welche die Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Einzelheiten der beschriebenen Konfigurationen, wie z. B. Größen und Formen der Probenträger und des Probenhalters können insbesondere zur Anpassung an konkrete Anwendungsbedingungen modifiziert werden. Beispielsweise kann der Probenträger anstelle der gezeigten Rechteckform eine runde Form aufweisen.The drawings are schematic illustrations showing features of embodiments of the invention. Details of the configurations described, e.g. B. sizes and shapes of the sample carrier and the sample holder can be modified in particular to adapt to specific application conditions. For example, the sample carrier can have a round shape instead of the rectangular shape shown.

Die 1 und 2 zeigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Probenträgers 100 mit einer Deckplatte 10 und einer einlagigen elektrischen Betriebseinrichtung 20 in Gestalt einer Heizeinrichtung (Widerstandsheizung, Heizwendel). Die Deckplatte 10 umfasst eine Keramikplatte aus einer HTCC-Keramik mit einer Dicke von 0,166 mm und einer rechteckigen Fläche von 1,01 cm * 1,78 cm (1) oder einer nahezu quadratischen Fläche von 1,59 cm * 1,78 cm (2). Bei der Variante gemäß 2 weist die Deckplatte 10 ein Griffteil 10A auf, das zur manuellen Handhabung des Probenträgers 100 beim Einsetzen in den Probenhalter 200 (siehe 5 bis 7) vorgesehen ist. Die Deckplatte 10 und die Betriebseinrichtung 20 sind zur Illustration voneinander getrennt gezeigt, bilden im kompletten Probenträger 100 jedoch einen Plattenverbund 30, der z. B. in den 5 bis 7 gezeigt ist.The 1 and 2 also show embodiments of the sample carrier 100 according to the invention a cover plate 10 and a single-layer electrical operating device 20 in the form of a heating device (resistance heating, heating coil). The top plate 10 comprises a ceramic plate made of an HTCC ceramic with a thickness of 0.166 mm and a rectangular area of 1.01 cm * 1.78 cm ( 1 ) or an almost square area of 1.59 cm * 1.78 cm ( 2 ). In the variant according to 2 the cover plate 10 has a handle part 10A, which is used for manual handling of the sample carrier 100 when it is inserted into the sample holder 200 (see FIG 5 until 7 ) is provided. The cover plate 10 and the operating device 20 are shown separately from one another for illustration purposes, but form a composite plate 30 in the complete sample carrier 100, which z. Tie 5 until 7 is shown.

Auf der Oberseite der Deckplatte 10 sind Kontaktflächen 11 vorgesehen, die der Kontaktierung des Probenträgers 100 im Probenhalter 200 dienen (siehe 9 und 10). Die Kontaktflächen 11 sind aus Gold mit einer Dicke von z. B. 10 µm hergestellt. In den Kontaktflächen 11 sind Durchgangslöcher 11A durch die Deckplatte 10 zur Aufnahme von Schrauben zur Anbringung von Kontaktblechen eingebracht. Der Verlauf der elektrischen Verbindungen der Kontaktflächen 11 mit der Betriebseinrichtung 20 ist durch die Vias 12 dargestellt. Die Vias 12 sind z. B. dünne Löcher in der Deckplatte 10 unterhalb der der Kontaktflächen 11, die mit Metall gefüllt sind. Bei der Variante gemäß 2 ist auf der Deckplatte 10 eine Abschirmplatte 41 vorgesehen, die sowohl dem Schutz der Deckplatte 10 dient, als auch elektrische Aufladung der Deckplatte im Betrieb verhindert, und z. B. aus Gold mit einer Dicke von 10 µm hergestellt ist. Die Abschirmplatte 41 kann ein mit der Deckplatte 10 fest verbundenes oder ein separates Bauteil, z.B. aus Edelstahl mit einer Dicke von 0,1 mm sein. Die Abschirmplatte 41 ist mit seitlichen Ausnehmungen ausgestattet, so dass die Kontaktflächen 11 freiliegen. Alternativ können die Kontaktflächen 11 in den Ausnehmungen mit Kontaktblechen bedeckt sein (siehe 5 bis 7).Contact surfaces 11 are provided on the upper side of the cover plate 10 and are used for contacting the sample carrier 100 in the sample holder 200 (see FIG 9 and 10 ). The contact surfaces 11 are made of gold with a thickness of z. B. 10 microns produced. Through-holes 11A are made in the contact surfaces 11 through the cover plate 10 for receiving screws for attaching contact plates. The course of the electrical connections between the contact areas 11 and the operating device 20 is represented by the vias 12 . The vias 12 are z. B. thin holes in the cover plate 10 below that of the contact pads 11, which are filled with metal. In the variant according to 2 a shielding plate 41 is provided on the cover plate 10, which serves both to protect the cover plate 10 and to prevent the cover plate from being charged during operation, and e.g. B. is made of gold with a thickness of 10 microns. The shielding plate 41 can be a component which is firmly connected to the cover plate 10 or can be a separate component, for example made of stainless steel with a thickness of 0.1 mm. The shielding plate 41 is equipped with lateral recesses so that the contact surfaces 11 are exposed. Alternatively, the contact surfaces 11 in the recesses can be covered with contact sheets (see 5 until 7 ).

Die Betriebseinrichtung 20 umfasst einen ersten metallischen Leiter 21 und erste Kontaktelemente 22, z.B. die verbreiterten Enden des metallischen Leiters, die auf einer ersten Keramikplatte 23 angeordnet sind. Die erste Keramikplatte 23 ist z. B. aus einer HTCC-Keramik mit der gleichen Form und den gleichen Maßen wie die Deckplatte 10 hergestellt. Entsprechend weist die erste Keramikplatte 23 auch ein Griffteil 23A auf, das passend zum Griffteil 10A der Deckplatte 10 gebildet ist.The operating device 20 comprises a first metallic conductor 21 and first contact elements 22, e.g. the widened ends of the metallic conductor, which are arranged on a first ceramic plate 23. The first ceramic plate 23 is z. B. from a HTCC ceramic with the same shape and the same dimensions as the cover plate 10 made. Correspondingly, the first ceramic plate 23 also has a handle part 23A which is formed to match the handle part 10A of the cover plate 10 .

Der erste metallische Leiter 21 und das erste Kontaktelement 22 sind aus Platin mit einer Breite von etwa 120 µm mit einer Dicke von etwa 10 µm auf der zur Deckplatte 10 weisenden Oberfläche der ersten Keramikplatte 23 angeordnet. Die erste Kontaktelemente 22 umfassen Verbreiterungen an den Enden des ersten metallischen Leiters 21. An den ersten Kontaktelementen 22 sind Durchgangslöcher 22A durch die erste Keramikplatte 23 vorgesehen. Die elektrische Verbindung zwischen den ersten Kontaktelementen 22 und den Kontaktflächen 11 erfolgt z. B. mittels Vias in HTCC Technologie. Dies sind dünne Löcher von z.B. 0,17 mm Durchmesser, die in der Deckplatte unterhalb der Kontaktflächen eingebracht sind und die mit Metall, z.B. Platin, gefüllt sind.The first metallic conductor 21 and the first contact element 22 are made of platinum with a width of approximately 120 μm and a thickness of approximately 10 μm on the surface of the first ceramic plate 23 facing the cover plate 10 . The first contact elements 22 comprise enlargements at the ends of the first metallic conductor 21. Through-holes 22A through the first ceramic plate 23 are provided at the first contact elements 22. FIG. The electrical connection between the first contact elements 22 and the contact surfaces 11 is z. B. vias in HTCC technology. These are thin holes with a diameter of 0.17 mm, for example, which are made in the cover plate below the contact surfaces and which are filled with metal, e.g. platinum.

Da die Probenträger 100 gemäß den 1 und 2 einlagige Betriebseinrichtungen 20 mit nur zwei Kontaktelementen 22 aufweisen, werden an der Deckplatte 10 nur zwei Kontaktflächen 11 benötigt, während die übrigen Kontaktflächen ungenutzt bleiben und wegfallen können. Zur Vereinfachung des Zusammenbaus des Probenträgers 100 kann es aber auch von Vorteil sein, die Kontaktflächen 11 wie dargestellt an allen potentiell nutzbaren Positionen der Deckplatte 10 vorzusehen.Since the sample carrier 100 according to the 1 and 2 have single-layer operating devices 20 with only two contact elements 22, only two contact surfaces 11 are required on the cover plate 10, while the other contact surfaces remain unused and can be omitted. However, in order to simplify the assembly of the sample carrier 100, it can also be advantageous to provide the contact surfaces 11, as shown, at all potentially usable positions of the cover plate 10.

Der erste metallische Leiter 21 hat eine Mäanderform aus mehreren Leiterabschnitten, wobei benachbarte Leiterabschnitte jeweils mit entgegengesetzten Richtungen vom elektrischen Strom durchflossen werden. Im Ergebnis heben sich an den stromdurchflossenen Leiterabschnitten gebildete Magnetfelder gegenseitig auf, so dass eine Probe 1 auf dem Probenträger 100 (siehe 5 bis 7) in einem Raum geheizt werden kann, in dem ein minimales Magnetfeld gebildet ist.The first metallic conductor 21 has a meandering shape made up of a plurality of conductor sections, with the electric current flowing through adjacent conductor sections in opposite directions. As a result, magnetic fields formed on the current-carrying conductor sections cancel each other out, so that a sample 1 on the sample carrier 100 (see 5 until 7 ) can be heated in a room where a minimum magnetic field is formed.

Die 3 und 4 zeigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Probenträgers 100 mit einer Deckplatte 10 und einer zweilagigen elektrische Betriebseinrichtung 20, die ebenfalls eine Heizeinrichtung bildet. Die Deckplatte 10 ist wie bei der Ausführungsform von 1 rechteckig gebildet, und sie ist ebenfalls aus einer HTCC-Keramik mit einer Dicke von 0,166 mm und einer rechteckigen Fläche von 1,01 cm * 1,78 cm hergestellt. Die Deckplatte 10 und die Betriebseinrichtung 20 bilden bei dieser Ausführungsform einen Plattenverbund 30 aus drei Platten.The 3 and 4 show embodiments of the sample carrier 100 according to the invention with a cover plate 10 and a two-layer electrical operating device 20, which also forms a heating device. The cover plate 10 is as in the embodiment of 1 is formed rectangular and is also made of HTCC ceramic with a thickness of 0.166 mm and a rectangular area of 1.01 cm * 1.78 cm. In this embodiment, the cover plate 10 and the operating device 20 form a composite plate 30 made up of three plates.

Auf der Oberfläche der Deckplatte 10 sind erste Kontaktflächen 11 und zweite Kontaktflächen 15 jeweils mit Durchgangslöchern 11A, 15A gebildet, die wie bei den Ausführungsformen der 1 und 2 zur Montage von Kontaktblechen vorgesehen sind. Die ersten Kontaktflächen 11 sind über Vias 12 mit dem ersten metallischen Leiter 21 elektrisch verbunden, und die zweiten Kontaktflächen 15 sind über Vias 12 mit dem zweiten metallischen Leiter 24 elektrisch verbunden.On the surface of the top plate 10, first pads 11 and second pads 15 are formed with through holes 11A, 15A, respectively, which are formed as in the embodiments of FIGS 1 and 2 intended for the assembly of contact sheets. The first contact pads 11 are electrically connected to the first metal conductor 21 via vias 12 , and the second contact pads 15 are electrically connected to the second metal conductor 24 via vias 12 .

Die elektrische Betriebseinrichtung 20 umfasst wie in 1 eine erste Keramikplatte 23 mit einem ersten metallischen Leiter 21 und ersten Kontaktelementen 22 und zusätzlich eine zweite Keramikplatte 26 mit einem zweiten metallischen Leiter 24 und zweiten Kontaktelementen 25. Die ersten und zweiten metallischen Leiter 21, 24 sind jeweils mäanderförmig gebildet. Die Mäander sind relativ zueinander derart entgegengesetzt orientiert, dass die ersten Kontaktelemente 22 und die zweiten Kontaktelemente 25 an den Enden der ersten und zweiten metallischen Leiter 21, 24 an gegenüberliegenden Rändern der ersten und zweiten Keramikplatten 23, 26 angeordnet sind. Dadurch weisen in Dickenrichtung des Plattenverbundes 30 benachbarte Leiterabschnitte der metallischen Leiter 21, 24 zueinander entgegengesetzte Stromrichtungen auf, so dass sich die jeweils erzeugten Magnetfelder gegenseitig kompensieren.The electrical operating device 20 comprises, as in 1 a first ceramic plate 23 with a first metallic conductor 21 and first contact elements 22 and, in addition, a second ceramic plate 26 with a second metallic conductor 24 and second contact elements 25. The first and second metallic conductors 21, 24 are each formed in a meandering shape. The meanders are oriented in opposite directions relative to one another such that the first contact elements 22 and the second contact elements 25 are arranged at the ends of the first and second metallic conductors 21, 24 on opposite edges of the first and second ceramic plates 23, 26. As a result, conductor sections of the metallic conductors 21, 24 that are adjacent to one another in the direction of thickness of the plate assembly 30 have current directions that are opposite to one another, so that the magnetic fields generated in each case compensate one another.

Bei der Variante gemäß 4 weist die Deckplatte 10 zwischen den Kontaktflächen 11, 15 Ausnehmungen 14 auf, und die ersten und zweiten Keramikplatten 23, 26 weisen an ihren Rändern Ausnehmungen 27, 28 auf, die mit den Ausnehmungen 14 in der Deckplatte 10 fluchten. Die Ausnehmungen 14, 27, 28 sind so geformt, dass jeder der Leiter 21, 24 nahezu die gesamte Oberfläche der zugehörigen Keramikplatte 23, 26 bedeckt und nicht direkt geheizte Abschnitte der Deck- und Keramikplatten 10, 23, 26 minimiert werden.In the variant according to 4 the cover plate 10 has recesses 14 between the contact surfaces 11, 15, and the first and second ceramic plates 23, 26 have recesses 27, 28 at their edges, which are aligned with the recesses 14 in the cover plate 10. The recesses 14, 27, 28 are shaped in such a way that each of the conductors 21, 24 covers almost the entire surface of the associated ceramic plate 23, 26 and non-directly heated sections of the cover and ceramic plates 10, 23, 26 are minimised.

Die Probenträger gemäß den 1 bis 4 werden vorzugsweise unter Anwendung von bekannten Verfahren zur Herstellung von LTCC- und/oder HTCC-Keramikstrukturen hergestellt. Derartige Verfahren sind z. B. in der Vorlesung „Einführung in die keramische Hybridtechnik SS 2018“ von Dr. L. Rebenklau (im Dokument https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/ifww/anw/ressourcen/dateien/studium/keramische_funktionswerkstoffe/termine_und_skripte/Vorlesung_Hybridtechnik-Multilayerkeramik_SS18.pdf) beschrieben. Die keramischen Platten 10, 23, 26 werden voneinander getrennt hergestellt. Die optional vorgesehenen Aussparungen und die Vias werden mit Formungsverfahren in den einzelnen Keramiklagen angelegt. Die Leiterbahnen werden auf die Keramikplatten mit einem geeigneten Druckverfahren aufgebracht. Die Keramikplatten werden zu einem Plattenverbund zusammengefügt und bei hoher Temperatur gesintert. Anschließend wird der Plattenverbund mit weiteren Formungsverfahren, wie z. B. Laserschneiden oder Sägen, weiterbearbeitet.The sample carrier according to 1 until 4 are preferably made using known methods for making LTCC and/or HTCC ceramic structures. Such methods are z. B. in the lecture "Introduction to ceramic hybrid technology SS 2018" by Dr. L. Rebenklau (described in the document https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/ifww/anw/sources/files/studies/ceramic_function-materials/termine_und_scripts/Vorlesung_Hybridtechnik-Multilayerkeramik_SS18.pdf). The ceramic plates 10, 23, 26 are manufactured separately from each other. The optionally provided recesses and the vias are created in the individual ceramic layers using shaping processes. The conductor tracks are applied to the ceramic plates using a suitable printing process. The ceramic plates are joined together to form a composite plate and sintered at high temperatures. Subsequently, the panel composite with other forming processes, such. B. laser cutting or sawing, further processed.

Die metallischen Leiter 21, 24 der Ausführungsformen gemäß den 1 bis 4 sind beispielsweise so dimensioniert, dass das Magnetfeld und auch das elektrische Feld durch die Form und Anordnung der Heizdrähte minimiert werden. Der Widerstand der metallischen Leiter 21, 24 ist durch die Wahl der Leiterbreite und -länge so gewählt, dass bei einem Heizstrom kleiner 0,5 Ampere mit einer Heizleistung von etwa 12 Watt eine Heiztemperatur von 800 °C erreicht wird, wobei das Magnetfeld ausreichend klein bleibt, um die Messung an einer Probe nicht zu stören.The metallic conductors 21, 24 of the embodiments according to 1 until 4 are, for example, dimensioned in such a way that the magnetic field and also the electric field are minimized by the shape and arrangement of the heating wires. The resistance of the metallic conductors 21, 24 is selected by selecting the conductor width and length so that a heating temperature of 800° C. is reached with a heating current of less than 0.5 amperes and a heating power of about 12 watts, with the magnetic field being sufficiently small remains in order not to disturb the measurement on a sample.

Die 5 bis 7 illustrieren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Probenträgers 100 mit einer eingesetzten Probe 1. Der Probenträger 100 umfasst den Plattenverbund 30 aus der Deckplatte 10 und der einlagigen (6) oder zweilagigen (7) Betriebseinrichtung 20 mit ein oder zwei metallischen Leitern 21, 24, wobei zusätzlich auf der Deckplatte die Abschirmplatte 41 vorgesehen ist. Es sind zwei Paare von Kontaktflächen 11, 15 vorgesehen, die jeweils mit Kontaktblechen 42 bedeckt sind. Die Kontaktflächen 11, 15 der metallischen Leiter sind mit den Kontaktelementen 22, 25 über Kontaktschrauben 43 verbunden. Die Probe 1 ist mit mehreren elastischen Halteelementen 44, z. B. Haltefedern oder Halteklammern, am Probenträger 100 lösbar befestigt. Einzelheiten der Varianten des Probenträgers 100 gemäß 5 sind in den 6 und 7 gezeigt.The 5 until 7 illustrate embodiments of the sample carrier 100 according to the invention with an inserted sample 1. The sample carrier 100 comprises the composite plate 30 from the cover plate 10 and the single-layer ( 6 ) or two-layer ( 7 ) Operating equipment 20 with one or two metallic conductors 21, 24, the shielding plate 41 being additionally provided on the cover plate. Two pairs of contact surfaces 11, 15 are provided, each of which is covered with contact plates 42. The contact surfaces 11, 15 of the metallic conductors are connected to the contact elements 22, 25 via contact screws 43. The sample 1 is provided with a plurality of elastic holding elements 44, e.g. B. retaining springs or retaining clips on the sample carrier 100 releasably attached. Details of the variants of the sample carrier 100 according to 5 are in the 6 and 7 shown.

6 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Probenträgers 100 in auseinandergezogen Darstellung, wobei der Probenträger 100 die Deckplatte 10, die einlagige Betriebseinrichtung 20, die Abschirmplatte 41 und einen Probenträgerrahmen 40 umfasst. Die Deckplatte 10, die erste Keramikplatte 23 der Betriebseinrichtung 20 und die Abschirmplatte 41 sind aufgebaut, wie oben unter Bezug auf die 1 bis 2 beschrieben ist. Insbesondere trägt die erste Keramikplatte 23 einen metallischen Leiter 21 in Mäanderform mit zwei Kontaktelementen 22 und Durchgangslöchern 22A. Die Probe 1 ist mit den elastischen Halteelementen 44 auf der freien Oberseite der Abschirmplatte 41 lösbar befestigt. 6 shows an embodiment of the sample carrier 100 according to the invention in an exploded representation, the sample carrier 100 comprising the cover plate 10, the single-layer operating device 20, the shielding plate 41 and a sample carrier frame 40. The top plate 10, the first ceramic plate 23 of the fixture 20 and the shielding plate 41 are constructed as above with reference to FIG 1 until 2 is described. In particular, the first ceramic plate 23 supports a metal conductor 21 in a meander shape with two contact elements 22 and through holes 22A. The sample 1 is detachably fastened to the free upper side of the shielding plate 41 with the elastic holding elements 44 .

Der Probenträgerrahmen 40 ist zur Aufnahme des Plattenverbundes 30 aus der Deckplatte 10 und der ersten Keramikplatte 23 vorgesehen. Der Probenträgerrahmen 40 hat eine rechteckige Form mit vier geraden Rahmenteilen und einem Griffteil. Es sind Kontaktschrauben 43 vorgesehen, die entsprechend den Durchgangslöchern 11A, 15A in der Deckplatte 10 und den Durchgangslöchern 22A in der ersten Keramikplatte 23 angeordnet sind. Sie verbinden die Kontaktbleche 42 mit den Kontaktflächen 11. Die Kontaktflächen 15 sind ebenfalls mit Kontaktblechen versehen, sind aber nicht mit einem Leiter kontaktiert. Sie dienen nur der verbesserten Klemmung des Probenträgers 100 im Probenhalter. Die Fixierung der Abschirmplatte 41 am Probenträgerrahmen 40 erfolgt mit Halteschrauben 46. Die Abschirmplatte 41 fixiert den Plattenverbund 30 mit seinen Kontaktblechen 42 und den Schrauben und Muttern 43, 45 im Probenträgerrahmen 40.The sample carrier frame 40 is provided for accommodating the composite plate 30 made up of the cover plate 10 and the first ceramic plate 23 . The sample carrier frame 40 has a rectangular shape with four straight frame parts and a handle part. Contact screws 43 are provided, which are arranged corresponding to the through-holes 11A, 15A in the top plate 10 and the through-holes 22A in the first ceramic plate 23. FIG. They connect the contact plates 42 to the contact surfaces 11. The contact surfaces 15 are also provided with contact plates, but are not contacted with a conductor. They only serve to improve the clamping of the sample carrier 100 in the sample holder. The shielding plate 41 is fixed to the sample carrier frame 40 with retaining screws 46. The Shielding plate 41 fixes the plate assembly 30 with its contact plates 42 and the screws and nuts 43, 45 in the sample carrier frame 40.

Die Kontaktbleche 42 haben den Vorteil, bei Kontaktierung des Probenträgers 100 im Probenhalter (siehe 9 und 10) einen verbesserten mechanischen Schutz aufzuweisen als die Kontaktflächen 11 allein. Bei abgewandelten Ausführungsformen der Erfindung kann jedoch auf die Kontaktbleche 42 verzichtet werden und eine Kontaktierung direkt an den Kontaktflächen 11 erfolgen.The contact plates 42 have the advantage, when contacting the sample carrier 100 in the sample holder (see 9 and 10 ) to have improved mechanical protection than the contact surfaces 11 alone. In modified embodiments of the invention, however, the contact plates 42 can be dispensed with and contact can be made directly on the contact surfaces 11 .

7 illustriert in auseinandergezogener Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Probenträgers 100, bei dem der Plattenverbund 30 aus der Deckplatte 10 und der Betriebseinrichtung 20 an dem Probenträgerrahmen 40 befestigt ist, wobei in diesem Fall die Betriebseinrichtung 20 zweilagig mit der ersten Keramikplatte 23 und der zweiten Keramikplatte 26 konfiguriert ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind alle Kontaktflächen 11, 15 mit Kontaktblechen 42, Schrauben 43 und Muttern 45 versehen und dienen jeweils der Kontaktierung von metallischen Leitern. Entsprechend ist der erste metallische Leiter 21 mit den Kontaktflächen 11 elektrisch verbunden, während der zweite metallische Leiter 24 mit den zweiten Kontaktflächen 15 verbunden ist. Im Übrigen ist der Probenträger aufgebaut, wie in 6 gezeigt ist. 7 illustrates an exploded view of an embodiment of the sample carrier 100 according to the invention, in which the composite plate 30 of the cover plate 10 and the operating device 20 is attached to the sample carrier frame 40, in which case the operating device 20 is configured in two layers with the first ceramic plate 23 and the second ceramic plate 26 is. In this embodiment of the invention, all contact surfaces 11, 15 are provided with contact plates 42, screws 43 and nuts 45 and each serve to contact metallic conductors. Correspondingly, the first metal conductor 21 is electrically connected to the contact areas 11 , while the second metal conductor 24 is connected to the second contact areas 15 . Otherwise, the sample carrier is constructed as in 6 is shown.

8 zeigt Merkmale von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Probenträgers 100, bei dem eine zweilagige Betriebseinrichtung 20 in Gestalt einer Magnetfeldeinrichtung vorgesehen ist. Der Plattenverbund 30 der Probenträgers 100 setzt sich aus der Deckplatte 20, der ersten Keramikplatte 23 und der zweiten Keramikplatte 26 zusammen. Der erste metallische Leiter 21 hat eine Spiral- oder Spulenform mit einem äußeren Ende, das ein äußeres erstes Kontaktelement 22 bildet, und mit einem inneren Ende, das ein inneres erstes Kontaktelement 22 bildet. Der zweite metallische Leiter 24 ist ein gerader Verbindungsleiter mit einem inneren Ende, das ein inneres zweites Kontaktelement 25 bildet und mit dem inneren ersten Kontaktelement 22 elektrisch verbunden ist, und mit einem äußeren Ende, das ein äußeres zweites Kontaktelement 25 bildet. Die ersten und zweiten äußeren Kontaktelemente 22, 25 sind durch die Vias 12 elektrisch mit den Kontaktflächen 11 der Deckplatte 10 verbunden. Bei Beaufschlagung der Kontaktflächen 11 mit einem elektrischen Strom wird mit dem ersten metallischen Leiter 21 ein Magnetfeld erzeugt, das eine auf dem Probenträger angeordnete Probe (in 8 nicht gezeigt), z. B. während einer Messung in einem Analyseinstrument, beeinflusst. 8th 12 shows features of embodiments of the sample carrier 100 according to the invention, in which a two-layer operating device 20 in the form of a magnetic field device is provided. The composite plate 30 of the sample carrier 100 is composed of the cover plate 20 , the first ceramic plate 23 and the second ceramic plate 26 . The first metal conductor 21 has a spiral or coil shape with an outer end forming an outer first contact member 22 and an inner end forming an inner first contact member 22 . The second metallic conductor 24 is a straight connection conductor having an inner end forming an inner second contact element 25 and electrically connected to the inner first contact element 22 and having an outer end forming an outer second contact element 25 . The first and second outer contact elements 22 , 25 are electrically connected to the contact areas 11 of the cover plate 10 by the vias 12 . When an electric current is applied to the contact surfaces 11, a magnetic field is generated with the first metallic conductor 21, which a sample (in 8th not shown), e.g. B. during a measurement in an analysis instrument affected.

9 illustriert eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Probenhalters 200, der zur Aufnahme und Positionierung eines Probenträgers 100, zum Beispiel in einem Analyseinstrument, eingerichtet ist. Der Probenhalter 200 umfasst Klemmkontakte 211, die relativ zueinander elektrisch isoliert an einem Probenhalterahmen 212 fixiert sind und den Probenträger 100 mit der Probe 1 simultan in Probenhalterahmen 212 mechanisch positionieren und eine elektrische Verbindung der Kontaktflächen des Probenträgers 100 oder der Kontaktbleche 42 des Probenträgers 100 mit einer Stromversorgungseinrichtung (nicht dargestellt) bereitstellen. Die Klemmkontakte 211 sind über Kontaktfedern 213 am Probenhalterahmen 212 befestigt. Jede Kontaktfeder 213 ist mit einem elektrischen Anschluss 215 verbunden. Zur gegenseitigen elektrischen Isolation sind Isolationsscheiben 214, zum Beispiel aus Keramik, vorgesehen. 9 illustrates an embodiment of a sample holder 200 according to the invention, which is set up for receiving and positioning a sample carrier 100, for example in an analysis instrument. The sample holder 200 comprises clamping contacts 211, which are fixed in an electrically insulated manner relative to one another on a sample holding frame 212 and mechanically position the sample carrier 100 with the sample 1 simultaneously in the sample holding frame 212 and electrically connect the contact surfaces of the sample carrier 100 or the contact plates 42 of the sample carrier 100 with a Provide power supply device (not shown). The clamping contacts 211 are attached to the sample holding frame 212 via contact springs 213 . Each contact spring 213 is connected to an electrical connection 215 . Insulation discs 214, for example made of ceramic, are provided for mutual electrical insulation.

Für die Positionierung im Analyseinstrument ist der Probenhalterahmen 212 vorzugsweise am freien Ende eines beweglichen Trägerarms 220 befestigt, der an einem Manipulator (nicht dargestellt) im Analyseinstrument fixiert ist (siehe 10). Mit dem Manipulator ist der Trägerarm 220 in allen drei Raumrichtungen beweglich und optional auch verschwenkbar. Der Trägerarm 220 umfasst vorzugsweise zwei Stützen 221, 222 in Gestalt von Hohlrohren, durch die Gas oder Wasser zur Kühlung des Probenhalterahmens geleitet werden kann.For positioning in the analysis instrument, the sample holding frame 212 is preferably attached to the free end of a movable support arm 220 which is fixed to a manipulator (not shown) in the analysis instrument (see FIG 10 ). With the manipulator, the carrier arm 220 can be moved in all three spatial directions and optionally also pivoted. The support arm 220 preferably comprises two supports 221, 222 in the form of hollow tubes through which gas or water can be passed to cool the sample holding frame.

11 illustriert Mäanderformen von metallischen Leitern gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Probenträgers. Diese Mäanderformen können als Heizeinrichtungen mit einem Probenträger mit einer zweilagigen Betriebseinrichtung bereitgestellt werden, wobei der erste metallische Leiter 21 auf einer ersten Keramikplatte (nicht dargestellt) und der zweite metallische Leiter 24 auf einer zweiten Keramikplatte (nicht dargestellt) angeordnet sind. 11 illustrates meandering shapes of metallic conductors according to a further embodiment of the sample carrier according to the invention. These meander shapes can be provided as heating devices with a sample carrier with a two-layer operating device, with the first metallic conductor 21 being arranged on a first ceramic plate (not shown) and the second metallic conductor 24 being arranged on a second ceramic plate (not shown).

Die Mäanderformen der ersten und zweiten metallischen Leiter 21, 24 sind so konfiguriert, dass ein bei Betrieb des Probenträgers erzeugtes Magnetfeld minimiert und an den Kontaktflächen auf der Oberseite des Probenträgers ein für Photoelektronenemission möglichst unschädliches elektrisches Feld erzeugt werden. Mit den Mäanderformen wird ein elektrisches Quadrupolfeld erzeugt, das den Vorteil hat, dass es von der Probe emittierte Elektronen, die im Analyseinstrument analysiert werden sollen, minimal ablenkt.The meandering shapes of the first and second metallic conductors 21, 24 are configured such that a magnetic field generated during operation of the sample carrier is minimized and an electrical field that is as harmless as possible for photoelectron emission is generated at the contact surfaces on the upper side of the sample carrier. A quadrupole electric field is created with the meander shapes, which has the advantage of minimally deflecting electrons emitted by the sample that are to be analyzed in the analysis instrument.

Die Mäanderformen sind mit acht Mäanderabschnitten 21A, 21B, 21C, 21D, 24A,24B, 24C, 24D mit jeweils zwei verschachtelten Mäandern wie folgt gebildet. Vier Kontaktelemente sind annähernd in einem Quadrat angeordnet, und die jeweils benachbarten Kontaktelemente sind durch Leiterstrecken gleichen Widerstands miteinander verbunden. Die jeweils diagonal gegenüberliegenden Kontaktelemente werden mit dem gleichen elektrischen Potenzial belegt.The meander shapes are formed with eight meander sections 21A, 21B, 21C, 21D, 24A, 24B, 24C, 24D each with two nested meanders as follows. Four contact elements are arranged approximately in a square, and the respective adjacent contact elements are connected to one another by conductor paths of the same resistance the. The diagonally opposite contact elements are assigned the same electrical potential.

Die einzelnen Leiterabschnitte sind auf zwei Ebenen (siehe erste und zweite Keramikplatten, z. B. gemäß 2) so angeordnet, dass sich die Magnetfelder der Leiterabschnitte, die nicht auf den direkten Verbindungslinien zwischen den Kontakten liegen, weitgehend kompensieren, weil jeweils übereinander liegende Leiterabschnitte immer entgegengesetzt durchflossen werden und jeweils benachbarte Leiterabschnitte immer entgegengesetzt durchflossen werden. Da die jeweils diagonal liegenden Kontakte mit dem gleichen elektrischen Potenzial belegt werden und der Widerstand der acht Mäanderabschnitte 21A, 21B, 21C, 21D, 24A, 24B, 24C, 24D gleich ist, wird sich das magnetische Feld der Leiterabschnitte, die geometrisch nicht kompensiert werden können, im Zentrum aufheben. Außerdem hebt sich auch das elektrische Feld der offen liegenden Kontakte im Zentrum auf, und es entsteht ein elektrisches Quadrupolfeld.The individual conductor sections are on two levels (see first and second ceramic plates, e.g. according to 2 ) arranged in such a way that the magnetic fields of the conductor sections that are not on the direct connecting lines between the contacts largely compensate each other, because the conductor sections lying on top of each other always flow in opposite directions and adjacent conductor sections always flow in opposite directions. Since the diagonal contacts have the same electrical potential and the resistance of the eight meander sections 21A, 21B, 21C, 21D, 24A, 24B, 24C, 24D is the same, the magnetic field of the conductor sections, which are not geometrically compensated, will change can cancel in the center. In addition, the electric field of the exposed contacts in the center also cancels out and a quadrupole electric field is created.

Im zentralen Bereich der ersten und zweiten metallischen Leiter 21, 24 wird ein Bereich mit annähernd homogener Temperaturverteilung erreicht, indem die Leiterabschnitte im inneren Teil der Struktur in engem Abstand parallel geführt werden und die Umkehrungen, Verbindungsstrecken und Durchkontaktierungen am Rand der Struktur liegen.In the central area of the first and second metallic conductors 21, 24, an area with an approximately homogeneous temperature distribution is achieved by the conductor sections being guided in parallel at a narrow distance in the inner part of the structure and the reversals, connecting paths and vias being located at the edge of the structure.

Die Mäanderformen umfassen in der oberen Lage einen ersten Mäander, der sich über die gesamte Fläche erstreckt und in der Mitte unterbrochen ist, und einen zweiten Mäander, der sich ebenfalls über die gesamte Fläche erstreckt, mit dem ersten Mäander verschachtelt und auch in der Mitte unterbrochen ist. In der unteren Lage sind ein dritter Mäander, der sich über die gesamte Fläche erstreckt und in der Mitte unterbrochen ist, und ein vierter Mäander vorgesehen, der sich ebenfalls über die gesamte Fläche erstreckt, mit dem dritten Mäander verschachtelt und auch in der Mitte unterbrochen ist. Durch die Unterbrechungen werden die acht Mäanderabschnitte 21A, 21B, 21C, 21D, 24A, 24B, 24C, 24D gebildet. Die Mittenkontakte der Mäander sind so miteinander verbunden, dass ein elektrischer Strom aufeinanderfolgend durch alle Mäander mit einer derartigen Stromrichtung fließt, dass das gewünschte Quadrupolfeld erzeugt wird.The meander shapes comprise in the upper layer a first meander which extends over the entire surface and is interrupted in the middle and a second meander which also extends over the entire surface, interleaved with the first meander and also interrupted in the middle is. In the lower layer there are provided a third meander which extends over the entire surface and is interrupted in the middle and a fourth meander which also extends over the entire surface, interleaved with the third meander and also interrupted in the middle . The eight meander sections 21A, 21B, 21C, 21D, 24A, 24B, 24C, 24D are formed by the interruptions. The center contacts of the meanders are interconnected in such a way that an electric current flows sequentially through all the meanders with a current direction such that the desired quadrupole field is generated.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination oder Unterkombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features of the invention disclosed in the above description, the drawings and the claims can be important both individually and in combination or sub-combination for the realization of the invention in its various configurations.

Claims

Probenträger (100), der zur Aufnahme einer Probe (1) in einer evakuierten Umgebung oder einer definierten Gasatmosphäre eingerichtet ist, umfassend: - eine Deckplatte (10), und - eine elektrische Betriebseinrichtung (20), die mit der Deckplatte (10) verbunden und für eine Einstellung von Betriebsbedingungen des Probenträgers (100) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Betriebseinrichtung (20) einen ersten metallischen Leiter (21), erste Kontaktelemente (22) und eine erste Keramikplatte (23) umfasst, wobei - der erste metallische Leiter (21) schichtförmig auf der ersten Keramikplatte (23) angeordnet und mit den ersten Kontaktelementen (22) verbunden ist, - die erste Keramikplatte (23) mit der Deckplatte (10) verbunden ist, so dass ein stapelförmiger Plattenverbund (30) gebildet wird, in dem der erste metallische Leiter (21) gasdicht eingeschlossen ist, und - die ersten Kontaktelemente (22) über leitfähige Verbindungen (12) mit ersten Kontaktflächen (11) verbunden sind, die an mindestens einer Oberfläche des Plattenverbundes (30) angeordnet und zum Anlegen von Klemmkontakten konfiguriert sind.Sample carrier (100) set up to hold a sample (1) in an evacuated environment or a defined gas atmosphere, comprising: - a cover plate (10), and - an electrical operating device (20) connected to the cover plate (10). and is set up for setting operating conditions of the sample carrier (100), characterized in that - the operating device (20) comprises a first metallic conductor (21), first contact elements (22) and a first ceramic plate (23), wherein - the first metallic conductors (21) are arranged in layers on the first ceramic plate (23) and connected to the first contact elements (22), - the first ceramic plate (23) is connected to the cover plate (10), so that a stacked plate assembly (30) is formed in which the first metallic conductor (21) is enclosed in a gas-tight manner, and - the first contact elements (22) are connected to first contact surfaces (11) via conductive connections (12), d ie are arranged on at least one surface of the plate assembly (30) and configured for the application of clamping contacts.

Probenträger gemäß Anspruch 1, bei dem - die Betriebseinrichtung (20) einen zweiten metallischen Leiter (24) umfasst, der im Plattenverbund (30) gasdicht eingeschlossen und mit zweiten Kontaktelementen (25) verbunden ist, die mit zweiten Kontaktflächen (15) verbunden sind, die an mindestens einer Oberfläche des Plattenverbundes (30) freiliegend angeordnet und zum Anlegen von Klemmkontakten konfiguriert sind.Sample carrier according to claim 1 , in which - the operating device (20) comprises a second metallic conductor (24) which is enclosed in the plate assembly (30) in a gas-tight manner and is connected to second contact elements (25) which are connected to second contact surfaces (15) which are connected to at least one Surface of the plate composite (30) are arranged exposed and configured for the application of terminal contacts.

Probenträger gemäß Anspruch 2, bei dem - der zweite metallische Leiter (24) schichtförmig auf der ersten Keramikplatte (23) derart angeordnet ist, dass der zweite metallische Leiter (24) im Plattenverbund (30) gasdicht eingeschlossen ist.Sample carrier according to claim 2 , in which - the second metal conductor (24) is arranged in layers on the first ceramic plate (23) in such a way that the second metal conductor (24) is enclosed in the plate assembly (30) in a gas-tight manner.

Probenträger gemäß Anspruch 2, bei dem - die Betriebseinrichtung (20) eine zweite Keramikplatte (26) aufweist, die im Plattenverbund (30) mit der ersten Keramikplatte (23) oder der Deckplatte (10) verbunden ist, und - der zweite metallische Leiter (24) schichtförmig auf der zweiten Keramikplatte (26) derart angeordnet ist, dass der zweite metallische Leiter (24) im Plattenverbund (30) gasdicht eingeschlossen ist.Sample carrier according to claim 2 , in which - the operating device (20) has a second ceramic plate (26) which is connected to the first ceramic plate (23) or the cover plate (10) in the plate assembly (30), and - the second metallic conductor (24) in layers the second ceramic plate (26) is arranged in such a way that the second metallic conductor (24) is enclosed in a gas-tight manner in the composite plate (30).

Probenträger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem -jede Keramikplatte (23, 26) der Betriebseinrichtung (20) aus Hochtemperatur-Mehrlagenkeramik (HTCC) oder Niedertemperatur-Einbrandkeramik (LTCC) gebildet ist.Sample carrier according to one of the preceding claims, in which - each ceramic plate (23, 26) of the operating equipment (20) is formed from high-temperature multi-layer ceramics (HTCC) or low-temperature single-fired ceramics (LTCC).

Probenträger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Deckplatte (10) aus Hochtemperatur-Mehrlagenkeramik (HTCC) oder Niedertemperatur-Einbrandkeramik (LTCC) gebildet ist.Sample carrier according to one of the preceding claims, in which - the cover plate (10) is formed from high-temperature multi-layer ceramics (HTCC) or low-temperature single-fired ceramics (LTCC).

Probenträger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Kontaktflächen (11, 15) aus einem chemisch inerten Metall gebildet sind.Sample carrier according to one of the preceding claims, in which - The contact surfaces (11, 15) are formed from a chemically inert metal.

Probenträger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem -jeder metallische Leiter (21, 24) und die Kontaktelemente (22, 25) aus Platin gebildet sind.Sample carrier according to one of the preceding claims, in which - each metallic conductor (21, 24) and the contact elements (22, 25) are formed from platinum.

Probenträger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die metallischen Leiter (21, 24) mäanderförmig gebildet sind.Sample carrier according to one of the preceding claims, in which - The metallic conductors (21, 24) are formed in a meandering shape.

Probenträger gemäß Anspruch 9, bei dem - die metallischen Leiter (21, 24) mit mehreren, in zwei Lagen angeordneten Mäanderformen gebildet sind, die zur Erzeugung eines Quadrupolfeldes konfiguriert sind.Sample carrier according to claim 9 , in which - the metallic conductors (21, 24) are formed with a plurality of meander shapes arranged in two layers, which are configured to generate a quadrupole field.

Probenträger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Kontaktflächen (11, 15) auf einer freien Oberfläche der Deckplatte (10) angeordnet sind.Sample carrier according to one of the preceding claims, in which - The contact surfaces (11, 15) are arranged on a free surface of the cover plate (10).

Probenträger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mindestens eine der folgenden Komponenten umfassend - ein Probenträgerrahmen (40), der den Plattenverbund (30) aufnimmt, und - eine Abschirmplatte (41), die auf einer freien Oberfläche des Plattenverbundes (30) angeordnet ist.Sample carrier according to one of the preceding claims, further comprising at least one of the following components - a sample carrier frame (40) which accommodates the composite plate (30), and - A shielding plate (41) which is arranged on a free surface of the plate assembly (30).

Probenträger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Betriebseinrichtung (20) eine Heizeinrichtung umfasst, die für eine Widerstandsheizung des Probenträgers eingerichtet ist, wobei -jeder metallische Leiter (21, 24) ein Widerstandsheizelement umfasst.Sample carrier according to one of the preceding claims, in which - The operating device (20) comprises a heating device which is set up for resistance heating of the sample carrier, wherein - each metallic conductor (21, 24) comprises a resistance heating element.

Probenträger gemäß Anspruch 13, bei dem - die Deckplatte und jede Keramikplatte (23, 26) der Betriebseinrichtung (20) mit seitlichen Ausnehmungen (14, 27, 28) derart geformt ist, dass die Heizeinrichtung sich nahezu über die gesamte laterale Ausdehnung des Plattenverbundes (30) erstreckt.Sample carrier according to Claim 13 , in which - the cover plate and each ceramic plate (23, 26) of the operating device (20) is shaped with lateral recesses (14, 27, 28) in such a way that the heating device extends almost over the entire lateral extent of the plate assembly (30).

Probenträger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Betriebseinrichtung (20) eine Magnetfeldeinrichtung umfasst, die für eine Beaufschlagung des Probenträgers (100) mit einem Magnetfeld eingerichtet ist, wobei -jeder metallische Leiter (21, 24) ein Spulenelement oder ein Teil eines Spulenelements umfasst.Sample carrier according to one of the preceding claims, in which - The operating device (20) comprises a magnetic field device which is set up for applying a magnetic field to the sample carrier (100), wherein - each metallic conductor (21, 24) comprises a coil element or a part of a coil element.

Probenträger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Betriebseinrichtung (20) eine Kontaktierungseinrichtung aufweist, die zur Kontaktierung der Probe (1) zum Anlegen von elektrischen Potentialen und/oder Strömen an die Probe (1) eingerichtet ist.Sample carrier according to one of the preceding claims, in which - the operating device (20) has a contacting device which is set up for contacting the sample (1) for applying electrical potentials and/or currents to the sample (1).

Verfahren zur Herstellung eines Probenträgers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten - Bereitstellung der Deckplatte (10), - Verbindung der ersten Keramikplatte (23) der elektrischen Betriebseinrichtung (20) mit der Deckplatte (10), so dass der stapelförmige Plattenverbund (30) gebildet wird, in dem der erste metallische Leiter (21) der elektrischen Betriebseinrichtung (20) gasdicht eingeschlossen ist, und - Herstellung der ersten Kontaktflächen (11), die an mindestens einer Oberfläche des Plattenverbundes (30) angeordnet sind.Method for producing a sample carrier according to one of the preceding claims, with the steps - Provision of the cover plate (10), - Connection of the first ceramic plate (23) of the electrical operating device (20) to the cover plate (10), so that the stacked plate assembly (30) is formed, in which the first metallic conductor (21) of the electrical operating device (20) is enclosed in a gas-tight manner , and - Production of the first contact surfaces (11), which are arranged on at least one surface of the panel assembly (30).

Probenhalter (200), der zur Aufnahme und Positionierung eines Probenträgers (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einer evakuierten Umgebung oder einer definierten Gasatmosphäre eingerichtet ist, umfassend - Klemmkontakte (211), die bei Kopplung des Probenträgers (100) mit dem Probenhalter (200) mit den Kontaktflächen (11, 15) elektrisch verbunden sind und den Probenträger (100) am Probenhalter (200) lösbar fixieren.Sample holder (200), which is set up for receiving and positioning a sample carrier (100) according to one of the preceding claims in an evacuated environment or a defined gas atmosphere, comprising - Clamping contacts (211) which are electrically connected to the contact surfaces (11, 15) when the sample carrier (100) is coupled to the sample holder (200) and releasably fix the sample carrier (100) on the sample holder (200).

Probenhalter gemäß Anspruch 18, der umfasst - einen beweglichen Trägerarm (220), mit dem der Probenträger (100) lösbar koppelbar ist, wobei - die Klemmkontakte (211) an einem Probenhalterrahmen (212) angeordnet sind, der mit dem Trägerarm (220) verbunden ist.Sample holder according to Claim 18 comprising - a movable support arm (220) to which the sample support (100) can be detachably coupled, wherein - the clamping contacts (211) are arranged on a sample holder frame (212) which is connected to the support arm (220).

Probenhalter gemäß Anspruch 18 oder 19, bei dem - die Klemmkontakte (211) Kontaktfedern umfassen.Sample holder according to Claim 18 or 19 , in which - the clamping contacts (211) comprise contact springs.

Anwendung eines Probenträgers (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 oder eines Probenhalters (200) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20 in einem Analyseinstrument, das zur Untersuchung einer Probe in einer evakuierten Umgebung oder einer definierten Gasatmosphäre eingerichtet ist, insbesondere in einem Photoelektronen-Spektrometer oder einem Elektronenmikroskop.Application of a sample carrier (100) according to one of Claims 1 until 16 or a sample holder (200) according to any one of claims 18 until 20 in an analysis instrument that is set up to examine a sample in an evacuated environment or a defined gas atmosphere, in particular in a photoelectron spectrometer or an electron microscope.