CN104269337B - 透射式x射线光电阴极 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种透射式X射线光电阴极，所述的电阴极包括阴极基底层、连接层和发射体层。发射体层由一两层金层构成，其中厚金层上具有均匀分布的大量微孔。本发明的透射式阴极发射体在100eV‑5000eV能量范围内各能点处具有相同的能量响应强度。将这种透射式光电阴极应用到诸如条纹相机这些具有高时空分辨能力的探测器上，可实现对未知X射线辐射源强度的高时空分辨定量化测量。

Description

透射式X射线光电阴极
技术领域
本发明涉及光电阴极领域，具体涉及一种在100eV-5000eV能量范围内各能点处具有相同能量响应强度的透射式X射线光电阴极。
背景技术
采用透射式X射线光电阴极的探测器（如条纹相机）具有高时空分辨力和结构简单的优点，是对未知X射线辐射源进行高时空分辨测量的理想工具。近年来，随着科学研究的进展，越来越需要对未知X射线辐射源进行高时空分辨定量化测量。特别是在激光惯性约束聚变研究中，激光与黑腔相互作用产生的高温高密度等离子体会辐射出大量能量在100eV-5000eV范围内的X射线，为获取激光腔靶间的耦合效率、等离子体密度温度以及其辐射强度空间分布等诸多信息，需要对黑腔X射线辐射源强度进行高时空分辨的定量化测量。但现有的各种公知公用的透射式X射线光电阴极无论是金、铝等金属阴极还是碘化铯、碘化钾等非金属阴极在100eV-5000eV能量范围内都存在极其复杂的能量响应[B. L. Henke, A.Smith, D. T. Attwood. J. App. Phys. 48 1852 (1977).]，即对于不同能量的入射光，经阴极光电转换后得到的信号强度是不一样的，这会导致无法建立起探测器记录的信号强度与实际物理量强度之间的关系，从而无法根据探测器记录的信号强度及其分布信息反推出实际物理量的信息，使得各种具有高时空分辨力的探测器无法用于对未知X射线辐射源强度的定量化测量。
发明内容
本发明的目的就是为了克服各种公知公用的透射式X射线光电阴极存在的缺陷而提供一种在100eV-5000eV能量范围内各能点处具有相同能量响应强度的透射式X射线光电阴极。
本发明的透射式X射线光电阴极，其结构特征为：包括光阴极基底，所述光阴极基底上设置有阴极连接层，阴极连接层上设置有光电阴极发射体层；所述光阴极基底与连接层中心位置都为中空结构，X射线由中空位置入射，直接与所述发射体层发生作用而发射电子；所述光电阴极发射体层包括金层Ⅰ和金层Ⅱ；所述金层Ⅰ设置于所述阴极连接层之上，厚度为40-60nm；所述金层Ⅱ设置于所述金层Ⅰ上，厚度为360-400nm；所述金层Ⅱ上均匀分布有大量的微孔；所述微孔所占金层Ⅱ的面积比为1/8-1/6。
所述的光阴极基底为干净的硅片。
所述的阴极连接层为聚酰亚胺薄膜。
本发明的有益效果是：与常规透射式X射线光电阴极相比，本发明透射式光电阴极在100eV-5000eV能量范围内各能点处的能量响应强度相同，将这种阴极应用到诸如条纹相机这些采用透射式阴极的高时空分辨X射线探测器上，可使探测器能够用于对各种未知X射线辐射源强度进行高时空分辨定量化测量。
附图说明
图1是本发明阴极的剖面结构图；
图2为常规金阴极的能量响应曲线；
图3为实施例1中阴极的能量响应曲线；
图4为实施例2中阴极的能量响应曲线；
图5为实施例3中阴极的能量响应曲线；
图6为实施例4中阴极的能量响应曲线；
图7为实施例5中阴极的能量响应曲线；
图8为实施例6中阴极的能量响应曲线；
图9为实施例7中阴极的能量响应曲线；
图10为实施例8中阴极的能量响应曲线；
图中：1.基底层 2.连接层 3.金层Ⅰ 4.金层Ⅱ 5.微孔。
具体实施方式
从图1可看出，本发明的透射式X射线光电阴极包括基底层1、连接层2和发射体层，而发射体层由金层Ⅰ3和金层Ⅱ4构成。金层Ⅱ4上具有均匀分布的大量微孔5。基底层1起支撑发射体层的作用，连接层2起连接粘和金层Ⅰ3与基底层1的作用。基底层1与连接层2都为中心中空结构，X射线由中空位置入射，直接与发射体层相互作用而发射电子。X射线照射发射体时，厚金层4除了对入射的X射线具有光电转换作用外，同时还利用微孔5可实现对入射X射线进行权重分配的功能，微孔5的所占面积比会影响阴极发射体能量响应强度曲线的结构，但其尺寸和形状均对响应无影响。微孔5的均匀分布可保证阴极发射体响应的均匀性。两金层对入射X射线的总体响应使得发射体在100eV-5000eV能量范围内各能点具有相同的能量响应强度。
经过研究发现：金层Ⅰ3的厚度为40-60nm，金层Ⅱ4的厚度为360-400nm，金层Ⅱ上微孔5所占的面积比为1/8-1/6时，在透射模式下，阴极在100eV-5000eV能量范围内，各能点响应的强度基本一致，并且具有较强的响应强度。
基底层1为硅片，连接层2为几微米厚的聚酰亚胺薄膜时，可方便实现本发明阴极的制作。
图2为公知公用的常规金阴极在100eV-5000eV能区范围内的能量响应曲线，需要说明的是：常规公知公用的金阴极发射体只具有一层金层，其厚度的改变只会影响灵敏度的大小，并不会改变能量响应曲线的结构。为此，金层的厚度为灵敏度最高时的厚度30nm。从图2可看出，常规金阴极发射体在100eV-5000eV能区内的能量响应曲线结构复杂，各能点响应强度相差巨大。
图3-图10为实施例1至实施例8中所述透射式X射线光电阴极在100eV-5000eV能区范围内的能量响应曲线。
从图3-图10可看出，本发明阴极在100eV-5000eV能区内的能量响应曲线基本上为一直线，表明阴极在各能点处的响应强度基本相同。
实施例1
透射式X射线光电阴极金层Ⅰ3厚度为40nm，金层Ⅱ4厚度为360nm，微孔5所占面积比为1/8。图3为光电阴极在100eV-5000eV能区内的能量响应曲线。制作阴极的方法如下：
步骤1：准备一干净的硅片，作为阴极基底，在基底上利用旋涂的方法（具体方法和选材可参见相关公开文献，这里不作详述），沉积几微米厚的聚酰亚胺薄膜作为连接层；
步骤2：在聚酰亚胺膜层上利用电子束蒸发或者磁控溅射的方法（具体方法和选材可参见相关公开文献，这里不作详述）沉积40nm厚度的金层Ⅰ；
步骤3：在金层Ⅰ上旋涂沉积厚度大于等于360nm的光刻胶，利用光刻技术（具体方法和选材可参见相关公开文献，这里不作详述）产生与金层Ⅱ上所需的微孔具有相同大小和分布的光刻胶柱，在光刻胶柱周围空隙中，利用电镀技术（具体方法和选材可参见相关公开文献，这里不作详述）沉积厚度为360nm的金层，再采用去胶液去除光刻胶柱，从而得到所需的微孔结构；
步骤4：采用体硅腐蚀法（具体方法和选材可参见相关公开文献，这里不作详述），从背面将阻挡入射X射线位置的硅腐蚀掉，腐蚀完成后，将片子用水清洗干净并烘干。
步骤5：采用感应耦合高密度等离子刻蚀技术（具体方法和选材可参见相关公开文献，这里不作详述）将阻挡入射X射线位置的聚酰亚胺膜刻蚀掉，至此得到在100eV-5000eV能区范围内具有相同能量响应强度的透射式X射线光电阴极。
实施例2
透射式X射线光电阴极金层Ⅰ3厚度为40nm，金层Ⅱ4厚度为360nm，微孔5所占面积比为1/6。图4为光电阴极在100eV-5000eV能区内的能量响应曲线。制作阴极的方法同实施例1。
实施例3
透射式X射线光电阴极金层Ⅰ3厚度为40nm，金层Ⅱ4厚度为400nm，微孔5所占面积比为1/8。图5为光电阴极在100eV-5000eV能区内的能量响应曲线。制作阴极的方法同实施例1。
实施例4
透射式X射线光电阴极金层Ⅰ3厚度为40nm，金层Ⅱ4厚度为400nm，微孔5所占面积比为1/6。图6为光电阴极在100eV-5000eV能区内的能量响应曲线。制作阴极的方法同实施例1。
实施例5
透射式X射线光电阴极金层Ⅰ3厚度为60nm，金层Ⅱ4厚度为360nm，微孔5所占面积比为1/8。图7为光电阴极在100eV-5000eV能区内的能量响应曲线。制作阴极的方法同实施例1。
实施例6
透射式X射线光电阴极金层Ⅰ3厚度为60nm，金层Ⅱ4厚度为360nm，微孔5所占面积比为1/6。图8为光电阴极在100eV-5000eV能区内的能量响应曲线。制作阴极的方法同实施例1。
实施例7
透射式X射线光电阴极金层Ⅰ3厚度为60nm，金层Ⅱ4厚度为400nm，微孔5所占面积比为1/8。图9为光电阴极在100eV-5000eV能区内的能量响应曲线。制作阴极的方法同实施例1。
实施例8
透射式X射线光电阴极金层Ⅰ3厚度为60nm，金层Ⅱ4厚度为400nm，微孔5所占面积比为1/6。图10为光电阴极在100eV-5000eV能区内的能量响应曲线。制作阴极的方法同实施例1。

Claims (3)

1.一种透射式X射线光电阴极，其特征在于：包括光阴极基底，所述光阴极基底上设置阴极连接层，阴极连接层上设置光电阴极发射体层；所述光阴极基底与连接层中心位置为中空结构，X射线由中空位置入射，直接与所述发射体层发生作用而发射电子；所述光电阴极发射体层包括金层Ⅰ和金层Ⅱ；所述金层Ⅰ设置于所述阴极连接层之上，厚度为40-60nm；所述金层Ⅱ设置于所述金层Ⅰ上，厚度为360-400nm；所述金层Ⅱ上均匀分布有大量的微孔；所述微孔所占金层Ⅱ的面积比为1/8-1/6。
2.根据权利要求1所述的透射式X射线光电阴极，其特征在于：所述光阴极基底为硅片。
3.根据权利要求1所述的透射式X射线光电阴极，其特征在于：所述阴极连接层为聚酰亚胺薄膜。
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