Faraday-Auffänger

Ein Faraday-Auffänger oder Faraday-Detektor (FC, von engl. Faraday Cup ) ist ein Detektor zur Messung von Ionen- oder Elektronenströmen. Faraday-Auffänger werden z.B. in Massenspektrometer als Alternative oder zusätzlich zum Sekundärelektronen-Vervielfacher (SEV) verwendet. Vorteil des Faraday-Auffängers ist seine Zuverlässigkeit und Robustheit und die Möglichkeit den Ionenstrom oder Elektronenstrom absolut zu messen. Zudem ist die Empfindlichkeit zeitlich konstant und im Gegensatz zum SEV nicht massenabhängig. Nachteil ist die gegenüber einem SEV schlechtere Nachweisempfindlichkeit und die geringere Bandbreite (d.h. lange Reaktionszeit).

Der prinzipielle Aufbau ist recht einfach. Ein Faraday-Auffänger besteht aus einem Metallbecher (Faradaybecher) der in den zu messenden Ionenstrahl (Elektronenstrahl) gebracht wird. Da der Faradaybecher auf konstantem Potenzial gehalten wird, müssen die aufgefangenen Ionen (Elektronen) durch Elektronen, welche über einen angeschlossenen hochohmigen Widerstand (typisch 10⁹ -10¹¹ Ohm) in den Faradaybecher zufließen bzw. abfließen können, neutralisiert werden. Am Widerstand fällt deswegen eine Spannung ab welche ein Maß für den Ionenstrom (Elektronenstrom) ist und z.B. mit einem Verstärker/Elektrometer gemessen werden kann.

Wird verhindert dass reflektierte Ionen/Elektronen oder aus der Detektoroberfläche herausgeschlagene Sekundärelektronen den Faradaybecher verlassen, kann mit einem Faraday-Auffänger direkt die Anzahl der aufgefangenen Ladungsträger pro Zeiteinheit bestimmt werden. Das kann durch die geometrische Form des Faradaybechers und durch auf negativem Potenzial liegende Suppressor-Elektroden erreicht werden, welche die Sekundärelektronen wieder zum Detektor zurückzwingen.

Bei Neutralgas-Faraday-Auffängern wird die Suppressor-Elektrode postiv vorgespannt, so dass die durch den Impakt von neutralen Atomen erzeugten Sekundärelektronen vom Faraday-Auffänger weggeleitet werden. Zum Ladungausgleich müssen deswegen Elektronen über den hochohmigen Widerstand nachfließen womit ein Signal detektiert werden kann.