體電導微通道板的製作方法
2023-04-23 05:45:46
專利名稱：體電導微通道板的製作方法
技術領域：
本發明屬於半導體電子倍增器件技術領域，具體涉及一種體電導微通道板。
背景技術：
微通道板(英文名稱為Microchannel Plate，縮寫為MCP)是由玻璃纖維製成的光電倍增原件，在微通道板的兩側施加一定的電壓後，便會在微通道中產生軸向電場，從而使每個進入通道即微通道的電子或光子在通道壁碰撞並產生二次電子，二次電子在軸向電場的作用下不斷加速，再與通道壁碰撞產生更多的新的二次電子，從而隨著該過程的反覆進行而在輸出端產生電子增益而藉以使信號增強，可將微弱電子圖像或信號均勻放大到10000倍以上。MCP對一切種類的帶能粒子和光子都有增益效應，而且具有良好的信號二維 空間解析度和時間解析度特性，目前微通道板的應用已從微光夜視儀拓展到高速示波器、高速攝影、高速開關、高速光電倍增管、各種帶能粒子探測器等領域，特別是在空間技術、高能核物理和雷射武器等方面獲得了越來越廣泛的應用。就已有技術中的微通道板的材料而言通常用鉛矽酸鹽玻璃製成(如CN101913765A 「用於製造微通道板玻璃基體的玻璃」)，它存在以下缺點其一，由於這種玻璃本身是絕緣體並不導電，必須在氫氣中加熱還原處理，在微通道表面形成導電層，以運送電子流來補充通道壁表面由於電子撞擊不斷向外發射的「二次電子」。在高溫下被氫氣還原的管壁表層的化學組成與內部顯著不同而造成微通道板應力變形，並且在隨後的研磨拋光過程中容易碎裂。其二，由於管壁表面的玻璃還原層的化學活性較高，因此性能很不穩定，於是微通道板在工作中，電流只能從很薄的表面導電層通過，導電截面很小而電流密度很大，引起表面過熱，從而加劇了表層老化和縮短使用壽命；其三，玻璃所使用的原料在玻璃熔化過程中釋放出C02、02、NO2和H2O等氣體，由於所有這些氣體都會部分殘留在製成的玻璃內，並且在微通道板工作中不斷以正離子形式釋放到通道內，因而使輸出信號的噪聲增加。特別是在高溫氫還原處理後，玻璃表層含有大量的氫和氫氧基團，在微通道板工作時釋放出H2和H2O的正尚子。就已有技術中的微通道板的物理機理而言由於噪聲大和容易老化，工作電壓不能太高(僅為800-1000伏)，使增益受到限制(增益為IO3-1O4);如果試圖以提高電壓來加大增益，則一方面造成噪聲增加而影響信號，另一方面加快即促使微通道板老化縮短工作壽命O就已有技術中的微通道板的結構而言由於性能上的不足造成結構上(以及工藝上)不夠理想。原因之一，由於採用鉛矽酸鹽玻璃製成，因此如果將其用於極紫外單光子計數探測器例如用於製造嫦娥衛星對地球大氣電離層輻射信號的探測照相機，則需在真空中對微通道板長時間加熱除氣，並且對微通道板的工作通道進行多次電子衝刷，以降低噪聲、提高對宇宙微弱信號的信噪比，尤其需要將至少兩片(兩枚)微通道板疊加使用；而之所以需要將兩枚或以上的微通道板疊加使用，是因為單枚微通道的長徑比較小，通常在1: 40左右(直徑與長度之比為1: 40)從而難以滿足探測極微弱信號諸如單光子計數裝置所需的增益IO6或更高的要求，而實踐證明將兩枚或以上的已有技術微通道板疊加並且在電壓串聯下工作(為了提高增益)會產生以下弊端除了微通道板本身噪聲較高外，信號電子在疊加而形成的微通道之間的間隙中會因散射而引起附加噪聲，影響到信號接受和獲得圖像的清晰度。之二，由於已有技術中的微通道板在應用於第三代微光夜視儀時必須有正離子阻隔模，而正離子阻隔膜會阻隔信號電子進入微通道並且 在薄膜表面發生散射，使信噪比受到影響，(即增益減小而噪聲增大);要免去正離子阻隔膜(即第四代微光夜視儀)就要求在微通道板工作中不會在通道內產生氣體正離子，需要改進已有技術的微通道板的性能。鑑於上述已有技術，本申請人作持久而有益的探索，下面將要介紹的技術方案便是在這種背景下產生的。
發明內容
本發明的任務在於提供一種有助於在工作中實現體電導而非表面電導的電導效果、有利於避免工作電流集中於表面而藉以延長使用壽命、有利於避免氣體的正離子進入微通道幹擾信號引起噪聲而藉以獲得理想的信噪比、有益於適應較高的工作電壓而藉以保障優異的信號增益效果和有善於使微通道具有優異的長徑比的體電導微通道板。本發明的任務是這樣來完成的，一種體電導微通道板，包括板狀的玻璃基體，該玻璃基體的兩個側面的邊緣部位並且在彼此對應的位置各構成為實體的環狀玻璃邊，而在位於實體的環狀玻璃邊內的區域以密集狀態構成有自玻璃基體的一個側面貫通至另一個側面的微通道，在玻璃基體的兩側表面並且位於實體的環狀玻璃邊內的區域鍍覆有金屬鍍膜層，特徵在於所述玻璃基體為半導體玻璃，該半導體玻璃的體電阻值為IO7 IO9 Ω，工作電壓為1000-1400伏，所述的微通道的直徑與長度之比為1: 60到1: 80，並且微通道的電子增益為IO4-1O6。在本發明的一個具體的實施例中，所述半導體玻璃的厚度為O. 20-0. 25mm。在本發明的另一個具體的實施例中，所述微通道道的直徑與長度之比為1: 60。在本發明的又一個具體的實施例中，所述微通道道的直徑與長度之比為1: 80。在本發明的再一個具體的實施例中，所述微通道的直徑為2. 5-3. 5 μ m。在本發明的還有一個具體的實施例中，所述的金屬鍍膜層的厚度為100_200nm。在本發明的更而一個具體的實施例中，所述的環狀玻璃邊的寬度為2至3 mm。在本發明的進而一個具體的實施例中，所述的半導體玻璃的化學成分按分子式量％數配比為
(P205+V205)60-75% ；
(Fe(HWO3)5-25% ；
Sb2O3( 4% ；
PbO彡 15%。在本發明的又更而一個具體的實施例中，所述的半導體玻璃的化學成分按分子式量％數配比為
(P205+V205)60-75% ；
(Fe(HWO3)5-25% ；
Sb2O32-4% ；PbO15-25%。在本發明的又進而一個具體的實施例中，所述的P205、V2O5, FeO, WO3> Sb2O3和PbO為粉體。本發明提供的技術方案由於將玻璃基體採用了體電阻為IO7 IO9 Ω的半導體玻璃，因而相對於已有技術的鉛矽酸鹽玻璃的表面電導變為體電導，不存在氣體的正離子進入微通道引起幹擾信號產生噪聲的情形，從而可獲得理想的電子增益(IO4-1O6);由於玻璃基體為半導體玻璃基體，因此工作電流不會集中於表面，從而可避免過熱並延長使用壽命;由於微通道的直徑與長度之比達到了1: 60到1: 80，能適應1000-1400伏的工作電壓，因此可保障優異的信號增益效果，因此具有極致的電子增益和信噪比；由於摒棄了已有技術中的正離子阻隔膜，因而在工作時不會出現正離子反向移動現象。
圖1為本發明的實施例結構圖。圖2為圖1的A部放大圖。圖3本發明的應用機理(微通道內電子增益機理)示意圖。
具體實施例方式為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發明的技術實質和有益效果，申請人將在下面以實施例的方式作詳細說明，但是對實施例的描述均不是對本發明方案的限制，任何依據本發明構思所作出的僅僅為形式上的而非實質性的等效變換都應視為本發明的技術方案範疇。實施例1:
請參見圖1和圖2，給出了板狀的玻璃基體1，圖示的板狀的玻璃基體I的形狀雖然呈圓板狀，但並不局限於該形狀，例如也可製成矩形狀，在該玻璃基體I的兩側的邊緣部位並且在彼此對應的位置各構成有實體的環狀玻璃邊11，該環狀玻璃邊11的寬度為2-3_，在玻璃基體I上並且位於環狀玻璃邊11內的區域以密集狀態構成有自玻璃基體I的一個側面貫通至另一個側面的微通道12，以及在玻璃基體I的兩側表面並且同樣在實體的環狀玻璃邊11內的區域鍍覆有金屬鍍膜層13。作為本發明提供技術方案的技術要點，前述玻璃基體I為半導體玻璃基體，該半導體玻璃基體的體電阻值為IO8 Ω，工作電壓為1000伏，前述的微通道12的直徑與長度之比為1: 60，微通道12的電子增益為104，前述的金屬鍍膜層13的厚度為150nm，半導體玻璃即微通道板的厚度為O. 21_，微通道12的直徑為3. 5 μ m，前述的環狀玻璃邊11的寬度為2 mm。前述的半導體玻璃即半導體玻璃基體按以下分子式百分數配比為P20533%，V20532%, WO315%, Sb2033% 和 Pb017%。請見圖3，當通過電極2向玻璃基體I的兩側的金屬鍍膜層13施加1000伏的工作電壓時，在微通道12中產生軸向電場，從而使進入各微通道12內的電子或光子在微通道12的壁上碰撞並產生二次電子或光子，二次電子或光子在軸向電場的作用下不斷加速，再與微通道12的壁碰撞而產生更多的新的二次電子或光子，從而隨著該過程的反覆進行而在輸出端產生電子增益，使信號增強而藉以將微弱的圖像或信號均勻放大到I萬倍以上，圖3採用箭頭示意了這種情形。實施例2
僅將玻璃基體I即半導體玻璃的厚度改為O. 22 mm,半導體玻璃基體即半導體玻璃的體電阻改為IO9 Ω，工作電壓改為1400伏，微通道12的直徑與長度之比為1: 80，於是微通道12的直徑為2. 75 μ m，微通道12的電子增益為106，金屬鍍膜層13的厚度改為200nm，環狀玻璃邊11的寬度為3 mm。將半導體玻璃即半導體玻璃基 體的分子式量百分比配比改為P20555%, V20514%, FeO 4%, W036%, Sb2033% 和 PbO18% 其餘均同對實施例1 的描述。實施例3
僅將玻璃基體I即半導體玻璃的厚度改為O. 21 inm，工作電壓改為1200伏，微通道12的直徑與長度之比改為1: 70，微通道12的電子增益為105，金屬鍍膜層13的厚度改為lOOnm，微通道12的直徑為3 μ m，環狀玻璃邊11的寬度為2. 5 mm。將半導體玻璃的化學組成按分子式量百分數配比改為P20540%，V20520%, FeO 2%，W0320%, Sb2032%和Pb016%。其餘均同對實施例1的描述。實施例4
將半導體玻璃基體即半導體玻璃的化學組成按分子式量百分數配比改為P20537%，V20527%, FeO 2%, W0310%, Sb2034% 和 Pb020%。其餘均同對實施例1 的描述。實施例5
將半導體玻璃基體即半導體玻璃的化學組成及其分子式量百分數改為P20538%，V20526%, Fe03%, W0316%, Sb2032% 和 Pb015%。其餘均同對實施例 2 的描述。實施例6:
將半導體玻璃基體即半導體玻璃的化學組成及其分子式量百分數改為P20542. 5%，V20525%, W035%, Sb2032. 5%和Pb025%。其餘均同對實施例3的描述。上述實施例1-6中提及的半導體玻璃在熔制時的原料化合物P205、V2O5, FeO, PbO、Sb2O3和WO3均為粉體
綜上所述，本發明提供的技術方案克服了已有技術中的欠缺，完成了發明任務並且體現了申請人在上面的技術效果欄中所述的技術效果。
權利要求
1.一種體電導微通道板，包括板狀的玻璃基體(1)，該玻璃基體(I)的兩個側面的邊緣部位並且在彼此對應的位置各構成為實體的環狀玻璃邊(11)，而在位於實體的環狀玻璃邊(11)內的區域以密集狀態構成有自玻璃基體(I)的一個側面貫通至另一個側面的微通道(12)，在玻璃基體(I)的兩側表面並且位於實體的環狀玻璃邊(11)內的區域鍍覆有金屬鍍膜層(13)，其特徵在於所述玻璃基體(I)為半導體玻璃，該半導體玻璃的體電阻值為 IO7 IO9 Ω，工作電壓為1000-1400伏，所述的微通道(12)的直徑與長度之比為1: 60到I 80，並且微通道(12)的電子增益為104-106。
2.根據權利要求1所述的體電導微通道板，其特徵在於所述半導體玻璃的厚度為O.20-0. 25mm。
3.根據權利要求1所述的體電導微通道板，其特徵在於所述微通道道(12)的直徑與長度之比為1: 60。
4.根據權利要求1所述的體電導微通道板，其特徵在於所述微通道道(12)的直徑與長度之比為1: 80。
5.根據權利要求1或3或4所述的體電導微通道板，其特徵在於所述微通道(12)的直徑為 2. 5-3. 5 μ m。
6.根據權利要求1所述的體電導微通道板，其特徵在於所述的金屬鍍膜層(13)的厚度為 100_200nm。
7.根據權利要求1所述的體電導微通道板，其特徵在於所述的環狀玻璃邊(11)的寬度為2至3 mm。
8.根據權利要求1或2所述的體電導微通道板，其特徵在於所述的半導體玻璃的化學成分按分子式量％數配比為(P205+V205)60-75% ；(Fe(HWO3)5-25% ；Sb2O3( 4% ；PbO彡 15%。
9.根據權利要求8所述的體電導微通道板，其特徵在於所述的半導體玻璃的化學成分按分子式量％數配比為(P205+V205)60-75% ；(Fe(HWO3)5-25% ；Sb2O32-4% ；PbO15-25%。
10.根據權利要求8或9所述的體電導微通道板，其特徵在於所述的P205、V2O5,FeO, WO3、Sb2O3 和 PbO 為粉體。
全文摘要
一種體電導微通道板，屬於半導體電子倍增器件技術領域.包括板狀的玻璃基體，該玻璃基體的兩個側面的邊緣部位各構成為實體的環狀玻璃邊，在位於實體的環狀玻璃邊內的區域構成有自玻璃基體的一個側面貫通至另一個側面的微通道，在玻璃基體的兩側表面且位於實體的環狀玻璃邊內的區域鍍覆有金屬鍍膜層，特點玻璃基體為半導體玻璃，半導體玻璃的體電阻值為107~109Ω，工作電壓為1000-1400伏，微通道的直徑與長度之比為1∶60到1∶80，並且微通道的電子增益為104-106。優點獲得理想的電子增益；延長使用壽命；保障優異的信號增益效果，具有極致的電子增益和信噪比；在工作時不會出現正離子反向移動現象。
文檔編號H01J43/22GK103000483SQ20121054895
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者王榮傑, 易家良, 潘守芹, 曾欲強 申請人:常熟市信立磁業有限公司