CN104992893B - 一种微通道板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微通道板及其制备方法，涉及微光学元件制造技术领域，达到的目的是控制从微通道板的输出端输出的倍增电子束的逸出角度，提高微通道板的耦合效率，增强空间分辨能力。本发明的主要技术方案为：微通道板包括：基板和至少一薄膜。基板上设有多个微通道，微通道的一端为输入端，所述输入端的端面涂有导电材料，所述微通道的另一端为输出端。薄膜的一端镀制在输出端的端部，另一端镀制在输出端的内壁上；薄膜包括依次镀制在输出端的第一导电层、介质层和第二导电层；其中，第一导电层、介质层及第二导电层处于微通道内壁的部分的长度依次减小；所述介质层采用无机膜。

Description

一种微通道板的制备方法

技术领域

本发明涉及微光学元件制造技术领域，尤其涉及一种微通道板及其制备方法。

背景技术

微通道板是一种具有微细空芯管陈列的二维电子倍增器，一块微通道板约有上百万甚至千万的空芯微通道。由于微通道板具有电子增益和空间分辨率等性能，因而微通道板广泛应用到探测器件和微光成像器件中。而微通道板的空间高分辨能量决定了微光成像探测识别的质量。如何提高微通道板的空间分辨能力一直是人们研究的热点和难点。

现有技术中，通常通过调节微通道板的输出端电极材料伸入微孔的深度来约束电子逸出的角度。经得出，即使通过增加电极材料的沉积深度，微通道板的倍增电子在微通道板的输出端的逸出角度在3～5°之间，并不能平行于微通道轴线输出，致使微通道板输出端输出的电子到达与微通道板具有一定距离的耦合器件(如荧光屏)时会产生发散效应，从而现有的微通道板的空间分辨能力较弱。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种微通道板及其制备方法，主要目的是制造出一种聚焦式的微通道板，使其能应用在微光成像器件中，以控制倍增电子束的逸出角度，提高耦合效率，增强空间分辨能力。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种微通道板，该微通道板包括：

基板，所述基板上设有多个微通道，所述微通道的一端为输入端，所述输入端的端面涂有导电材料，所述微通道的另一端为输出端；

至少一薄膜，所述薄膜的一端镀制在所述输出端的端部，另一端镀制在所述输出端的内壁上；所述薄膜包括依次镀制在所述输出端的第一导电层、介质层和第二导电层；

其中，所述第一导电层、介质层及第二导电层处于微通道内壁的部分的长度依次减小；

所述介质层采用无机膜。

如前所述的微通道板，其中，所述无机膜为氧化硅膜或氧化铝膜。

如前所述的微通道板，其中，所述第一导电层为镍铬合金膜、镍铬铁膜或铬膜中的一种；

所述第二导电层为镍铬合金膜、镍铬铁膜或铬膜中的一种。

如前所述的微通道板，其中，所述第一导电层、所述介质层和所述第二导电层的厚度均为300nm～400nm。

第二方面，本发明实施例提供了一种微通道板的制备方法，用于制备上述所述的微通道板，该方法包括如下步骤：

制备出一种基板；其中，所述基板上设有多个微通道，所述微通道的一端为输入端，所述输入端的端面涂有导电材料，所述微通道的另一端为输出端；

将所述薄膜的一端镀制在所述输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在所述输出端的内壁上，得到所述微通道板；其中，所述薄膜包括依次镀制在所述输出端的第一导电层、介质层和第二导电层；所述第一导电层、介质层、第二导电层处于微通道内壁的部分到所述输出端的端部的距离依次减小；

采用电子束辅助多靶位蒸发沉积技术将薄膜的一端镀制在所述输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在所述输出端的内壁上；

采用所述电子束辅助多靶位蒸发沉积技术镀制所述第一导电层时，所述基板的轴线与靶材的轴线的夹角为第一预定角度；

采用所述电子束辅助多靶位蒸发沉积技术镀制所述介质层时，所述基板的轴线与靶材的轴线的夹角为第二预定角度；

采用所述电子束辅助多靶位蒸发沉积技术镀制所述第二导电层时，所述基板的轴线与靶材的轴线的夹角为第三预定角度；

其中，所述第一预定角度大于所述第二预定角度，所述第二预定角度大于所述第三预定角度。

如前所述的制备方法，其中，采用电子束辅助多靶位蒸发沉积技术将薄膜的一端镀制在所述输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在所述输出端的内壁上的步骤，具体为：

对所述基板进行净化处理，并将净化后的基板放置在旋转盘上的预定位置；

将所述旋转盘和所述基板放置在抽真空的镀膜室内；

对所述基板镀制所述薄膜，得到所述微通道板；

对所述镀膜室内充入空气后，取出所述微通道板。

如前所述的制备方法，其中，所述镀膜室内的真空度为1×10^-3Pa。

如前所述的制备方法，其中，

所述第一预定角度为60-70°，所述第二预定角度为45-55°，所述第三预定角度小于30°。

如前所述的制备方法，其中，所述基板的制备步骤具体为：

将第一玻璃件拉制成第一玻璃丝；其中，所述第一玻璃件包括尺寸适配的第一玻璃管和第一玻璃棒，所述第一玻璃管套装在所述第一玻璃棒上；所述第一玻璃管采用耐酸性的玻璃材质，所述第一玻璃棒采用能溶于酸的玻璃材质；

将多根所述第一玻璃丝捆制成正六边体结构，得到第一复合棒；将所述第一复合棒拉制成第一复合丝；

将多根所述第一复合丝捆制成正六边体结构，得到第二复合棒；将所述第二复合棒拉制成第二复合丝；

对所述第二复合丝进行定长切割处理、压屏处理、切片处理、研磨处理及抛光处理，得到第二玻璃件；

对第二玻璃件进行酸蚀处理，得到具有均匀二维微孔通道阵列结构的第三玻璃件；

对所述第三玻璃件进行烧氢还原处理，得到所述基板。

与现有技术相比，本发明实施例提出的一种微通道板及其制备方法至少具有如下优点：

一、本发明实施例提供的微通道板通过将将至少一薄膜一端镀制在基板的输出端的端部，另一端镀制在输出端的内壁上；薄膜包括依次镀制在输出端的第一导电层、介质层和第二导电层。其中，第一导电层、介质层和第二导电层处于微通道内部的部分的长度依次减小。当在第一导电层和第二导电层分别施加不同的电势时，微通道的输出端处产生不同的电场，从而控制流经输出端的增益电子束的逸出角度，进而增强微通道板的空间分辨能力。

二、本发明实施例提供的微通道板的制备方法，通过制备出一种基板，该基板上设有多个微通道，微通道的一端为输入端，另一端为输出端；再将薄膜的一端镀制在输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在输出端的内壁上，该薄膜包括依次镀制在输出端的第一导电层、介质层和第二导电层，第一导电层、介质层、第二导电层处于微通道内壁的部分的长度依次减小。该制备方法通过在微通道板的输出端依次镀制第一导电层、介质层和第二导电层，当在第一导电层和第二导电层上分别施加不同的电势，使从输出端的端部流出增益电子束的逸出角度可调，保证了增益电子束能够平行于微通道轴线输出，提高了微通道板的耦合性，增强了空间分辨能力。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的微通道板的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的微通道板的工作示意图；

图3本本发明的一实施例提供的电子束流经微通道板的示意图；

图4为本发明的一实施例提供的在微通道板的输出端施加不同电势时微通道板的分辨率变化曲线；

图5为本发明的一实施例提供的微通道板的制造流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种微通道板及其制备方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如下。

如图1所示，本发明实施例一提供的微通道板的结构示意图。具体的，结合图1、图2和图3可知，本实施例提供的微通道板包括：基板10和至少一薄膜20。基板10上设有多个微通道11，微通道11的一端为输入端111，所述输入端111的端面涂有导电材料(如镍铬合金、镍铬铁或铬等导电材料)，所述微通道11的另一端为输出端112。薄膜20的一端镀制在输出端112的端部，另一端镀制在输出端112的内壁上；薄膜20包括依次镀制在输出端112的第一导电层21、介质层22和第二导电层23；其中，第一导电层21、介质层22及第二导电层23处于微通道11内壁的部分的长度依次减小。其中，第一导电层21、介质层22和第二导电层23之间具有较好的结合力以使其不会出现翘皮。当在第一导电层21和第二导电层23上施加不同的电势时，微通道11输出端111的内部的产生不同的电场，将会改变流经的电子束1的运动方向，从而可控制电子束能有在平行于微通道的轴线运动，达到自聚焦的目的，从而提高了微通道板的空间分辨能力。同时，避免了通过改变微通道板的孔径大小带动微通道的厚度改变，来提高微通道板的空间分辨能力，从而避免了后续加工过程中出现微通道板变形的现象发生，降低了微通道板的制造难度，提高了成品率。

在本实施例中，介质层主要起到绝缘的作用，来隔离第一导电层和第二导电层。因此，进一步的，上述实施例中所述的介质层可以采用无机膜。由于无机膜不但具有绝缘性能外，还能经得起400℃左右的烘烤。因此，在后续对微通道板进行处理(如氢还原处理等)中，有效的防止了由于高温较高造成的脱模现象发生。在具体实施时，所述无机膜可以为氧化硅膜或氧化铝膜。

在本实施例中，第一导电层和第二导电层的材料的选取需要具备以下三要素：第一，第一导电层和第二导电层的电导率高。第二，第一导电层和第二导电层的化学稳定性好；第三，第一导电层和第二导电层与基板的结合强度高。因此，第一导电层和第二导电层可以选用现有技术中能够满足上述三要素的材料均可。进一步的，上述实施例中所述的第一导电层可以为镍铬合金膜、镍铬铁膜或铬膜中的一种；所述第二导电层可以为镍铬合金膜、镍铬铁膜或铬膜中的一种。由于镍铬合金、镍铬铁和纯铬是目前具备三要素中比较好的导电材料。

在本实施例中，第一导电层、介质层和第二导电层的厚度均为300nm～400nm，而该厚度的设置使得薄膜与微通道的内壁几乎处于同一平面上，从而避免了对微通道的直径大小的影响，进而防止了对流经微通道的电子束的增益性能的影响。

本发明实施例通过将至少一薄膜一端镀制在基板的输出端的端部，另一端镀制在输出端的内壁上；薄膜包括依次镀制在输出端的第一导电层、介质层和第二导电层。其中，第一导电层、介质层和第二导电层处于微通道内部的部分的长度依次减小。当在第一导电层和第二导电层分别施加不同的电势时，微通道的输出端处产生不同的电场，从而控制流经输出端的增益电子束的逸出角度，进而增强微通道板的空间分辨能力。

本发明的实施例二提供了一种微通道板的制备方法，用于制备上述所述的微通道板，如图5所示，该制备方法包括如下步骤：

201、制备出一种基板。

其中，该步骤中的基板上设有多个微通道，微通道的一端为输入端，所述输入端的端面涂有导电材料，所述微通道的另一端为输出端。在每个微通道的内壁上可以涂有一种能发射次级电子的半导体材料，当给基板加了一定电压后，就会在每个微通道中产生一个均匀的电场。这个电场是轴向的。这样可使进入电场的低能电子(光子或电子)与壁碰撞的时候能产生次级电子，并且在轴向电场的作用下次级电子被加速，这样次级电子碰到壁上又会产生更多的新的次级电子。

其中，制备出一种基板具体包括如下步骤：

2011、将第一玻璃件拉制成第一玻璃丝。

其中，该步骤中的第一玻璃件包括尺寸适配的第一玻璃管和第一玻璃棒，第一玻璃管套装在第一玻璃棒上。第一玻璃管采用耐酸性的玻璃材质，第一玻璃棒采用能溶于酸的玻璃材质。

2012、将多根第一玻璃丝捆制成正六边体结构，得到第一复合棒；将第一复合棒拉制成第一复合丝；将多根第一复合丝捆制成正六边体结构，得到第二复合棒；将第二复合棒拉制成第二复合丝。

其中，为了保证最终制成的微通道板上微通道结构的均匀性，需要做三次拉制。较佳地，步骤1和步骤2中均采用高精度纤维成型机对玻璃件进行加热和拉制，拉制温度为810-830℃，丝径拉制精度≤2μm。

其中，第一复合棒、第二复合棒均呈正六边体结构。在进行将多根第一玻璃丝捆制成六边体结构，得到第一复合棒的步骤，及将多根第一复合丝捆制成正六边体结构，得到第二复合棒的步骤时，将多根第一玻璃丝或第一复合丝排列在正六边形的模具里，排列完成后，捆扎，得到第一复合棒或第二复合棒。

2013、对第二复合丝进行定长切割处理、压屏处理、切片处理、研磨处理及抛光处理，得到第二玻璃件。

在该步骤中，首先，对第一符合丝进行定长切割处理得到玻璃段。然后，将多个玻璃段排列成六边体结构，并进行温度为620-630℃，下压刻度为3.5-4.0mm的处理后，得到玻璃块。然后，将玻璃块进行切片处理，得到厚度为90mm的第二玻璃片。然后，对第二玻璃片研磨处理、抛光处理后，得到第二玻璃件。

其中，定长切割的尺寸是根据微通道板在实际应用中，微通道板的微通道的长径比确定。

2014、对第二玻璃件进行酸蚀处理，得到具有均匀二维微孔通道阵列结构的第三玻璃件。

其中，为了减少酸蚀处理时间，对第二玻璃件进行酸蚀处理的具体步骤为：将第二玻璃件放置在耐酸容器中，采用温度为50℃的硝酸对第二玻璃件进行酸蚀处理60min，得到具有均匀二维微孔通道陈列结构的第三玻璃件。

2015、对第三玻璃件进行烧氢还原处理，得到基板。

其中，为了使氢还原处理完全，对第三玻璃件进行烧氢还原处理具体为：将第三玻璃件放置在还原温度为450-470℃的氢气还原炉内进行180min的理化处理，得到基板。

202、将薄膜的一端镀制在输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在输出端的内壁上，得到微通道板。

其中，薄膜包括依次镀制在输出端的第一导电层、介质层和第二导电层；第一导电层、介质层、第二导电层处于微通道内壁的部分的长度依次减小，使得第一导电层所在的区域和第二导电层所在的区域的电场不同，从而使得增益电子束通过不同的电场后改变其的运动方向，进而可以调节增益电子束在输出端的逸出角度，以确保增益电子束能够平行于微通道轴线输出(如图3所示)，提高了微通道板的耦合性，增强了空间分辨能力。

另外，为了确定得到的基板的性能符合需要的标准，在得到微通道板后，需要对微通道板分别进行表观检测及成像与电性能检测。具体为，如图2、图3和图4所示，例如，得到孔径为6μm的微通道板，在距微通道板的输出端的一定位置处放置耦合器件2(如荧光屏)，再在微通道板的输入端和输出端之间施加几百伏的电压，在输出端和耦合器件间施加几千伏的电压(如图2所示)，在输出端的端部上的第一导电层和第二导电层上分别施加V1和V2电势，通过不断的调节第一导电层和第二导电层间的电势差V2-V1，在利用微通道板测试仪器测定不同电势差下微通道板的空间分辨能力。在实际操作中，如图4所示，若第一导电层和第二导电层间的电势差为0V-250V，当施加的电势差从0V逐渐增大时，检测到微通道板的空间分辨能力从67.5lp/mm逐渐增大；当施加的电势差约为150V时，检测到微通道板的空间分辨能力约为90lp/mm，此时，微通道板的空间分辨能力为最佳。当施加的电势差从150V向250V继续增加时，检测到微通道板的空间分辨能力由90lp/mm逐渐下降至80lp/mm。

本发明实施例通过制备出一种基板，该基板上设有多个微通道，微通道的一端为输入端，另一端为输出端；再将薄膜的一端镀制在输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在输出端的内壁上，该薄膜包括依次镀制在输出端的第一导电层、介质层和第二导电层，第一导电层、介质层、第二导电层处于微通道内壁的部分的长度依次减小。该制备方法通过在微通道板的输出端依次镀制第一导电层、介质层和第二导电层，当在第一导电层和第二导电层上分别施加不同的电势，使从输出端的端部流出增益电子束的逸出角度可调，保证了增益电子束能够平行于微通道轴线输出，提高了微通道板的耦合性，增强了空间分辨能力。

在本实施例的一种实现方式中，可以采用电子束辅助多靶位蒸发沉积技术将薄膜的一端镀制在输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在输出端的内壁上。当然，还可以采用现有的工艺将薄膜的一端镀制在输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在输出端的内壁上。本发明实施例对将薄膜镀制在基板上的方法不做具体限定。其中，采用电子束辅助多靶位蒸发沉积技术将薄膜的一端镀制在输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在输出端的内壁上，具体包括如下步骤：

1、对基板进行净化处理，并将净化后的基板放置在旋转盘上的预定位置。

在本步骤中，为了精准的将薄镀制在基板上，需要确保基板及环境处于100级净化状态。因此，用镀膜夹具装夹基板之前必须将镀膜夹具擦拭干净。再用竹镊子将基板放置在夹具内，在此过程中，需要防止基板面弄脏，边缘破损。再在显微镜下用高纯度氮气吹掉粘落在基板面上的颗粒和尘土。最后，将净化后的基板放置在旋转盘上，此过程中，需要分清基板的输入端和输出端。

2、将旋转盘和基板放置在抽真空的镀膜室内。

其中，镀膜室内的真空度为1×10^-3Pa。而将镀膜室内抽真空的操作步骤主要是：打开分子泵冷却水、打开机械泵、打开真空复合计(真空复合计随时检查镀膜机的真空状态)。

3、对基板镀制薄膜，得到微通道板。

其中，打开电子枪电源总开关、扫描电流开关、偏转电流开关、电子枪冷却水开关、高压电源开关。一切进入正常状态，打开束流开关。按照镀膜工艺参数进行镀膜。

4、对镀膜室内充入空气后，取出微通道板。

在镀膜后，关闭束流开关、关闭高压开关、关闭偏转电流开关，关闭扫描电流开关、关闭总电源开关、关闭镀膜旋转开关、关闭复合计、关闭分子泵等。然后，向镀膜室内充入空气，以使镀膜室内的压强为大气压强。最后取出微通道板。

在本实施例中，为了使第一导电层、介质层和第二导电层伸入微通道内内的深度不同，采用电子束辅助多靶位蒸发沉积技术镀制第一导电层时，基板的轴线与靶材的轴线的夹角为第一预定角度；采用电子束辅助多靶位蒸发沉积技术镀制介质层时，基板的轴线与靶材的轴线的夹角为第二预定角度；采用电子束辅助多靶位蒸发沉积技术镀制第二导电层时，基板的轴线与靶材的轴线的夹角为第三预定角度；其中，第一预定角度大于第二预定角度，第二预定角度大于第三预定角度，从而确保第一导电层、介质层和第二导电层分别伸入微通道内的长度不同，以便在后续施加电压后能够产生不同的电场。较佳的，为了使通过微通道的电子束能够沿着平行于微通道轴线输出，需要第一预定角度为60-70°，第二预定角度为45-55°，第三预定角度小于30°。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种微通道板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

制备出一种基板；其中，所述基板上设有多个微通道，所述微通道的一端为输入端，所述输入端的端面涂有导电材料，所述微通道的另一端为输出端；

将薄膜的一端镀制在所述输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在所述输出端的内壁上，得到所述微通道板；其中，所述薄膜包括依次镀制在所述输出端的第一导电层、介质层和第二导电层；所述第一导电层、介质层、第二导电层处于微通道内壁的部分的长度依次减小；

采用电子束辅助多靶位蒸发沉积技术将薄膜的一端镀制在所述输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在所述输出端的内壁上；

采用所述电子束辅助多靶位蒸发沉积技术镀制所述第一导电层时，所述基板的轴线与靶材的轴线的夹角为第一预定角度；

采用所述电子束辅助多靶位蒸发沉积技术镀制所述介质层时，所述基板的轴线与靶材的轴线的夹角为第二预定角度；

采用所述电子束辅助多靶位蒸发沉积技术镀制所述第二导电层时，所述基板的轴线与靶材的轴线的夹角为第三预定角度；

其中，所述第一预定角度大于所述第二预定角度，所述第二预定角度大于所述第三预定角度。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用电子束辅助多靶位蒸发沉积技术将薄膜的一端镀制在所述输出端的端部，将薄膜的另一端镀制在所述输出端的内壁上的步骤，具体为：

对所述基板进行净化处理，并将净化后的基板放置在旋转盘上的预定位置；

将所述旋转盘和所述基板放置在抽真空的镀膜室内；

对所述基板镀制所述薄膜，得到所述微通道板；

对所述镀膜室内充入空气后，取出所述微通道板。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述镀膜室内的真空度为1×10^-3Pa。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述第一预定角度为60-70°，所述第二预定角度为45-55°，所述第三预定角度小于30°。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基板的制备步骤具体为：

将第一玻璃件拉制成第一玻璃丝；其中，所述第一玻璃件包括尺寸适配的第一玻璃管和第一玻璃棒，所述第一玻璃管套装在所述第一玻璃棒上；所述第一玻璃管采用耐酸性的玻璃材质，所述第一玻璃棒采用能溶于酸的玻璃材质；

将多根所述第一玻璃丝捆制成正六边体结构，得到第一复合棒；将所述第一复合棒拉制成第一复合丝；

将多根所述第一复合丝捆制成正六边体结构，得到第二复合棒；将所述第二复合棒拉制成第二复合丝；

对所述第二复合丝进行定长切割处理、压屏处理、切片处理、研磨处理及抛光处理，得到第二玻璃件；

对第二玻璃件进行酸蚀处理，得到具有均匀二维微孔通道阵列结构的第三玻璃件；

对所述第三玻璃件进行烧氢还原处理，得到所述基板。