CN106571283B - 用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法、装置、系统以及光电倍增管的光电阴极及其制备方法 - Google Patents

用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法、装置、系统以及光电倍增管的光电阴极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法、装置、系统以及光电倍增管的光电阴极及其制备方法。该装置包括：蒸发源、扩张机构、蒸发电极、液压机构和基底。蒸发源为固体金属材料，扩张机构可以在收缩时可以伸入开口较小的特殊形状的大面积待镀膜样品，伸入待镀开口后张开，将蒸发源均匀分散到各个位置，液压机构负责给扩张机构提供打开或收缩的动力，蒸发电极与蒸发源相连，提供蒸发电流。整个镀膜在真空系统提供的真空环境下进行。利用本发明可解决大尺寸不规则的内表面镀膜时均匀性较差的问题，提出了一种在玻壳内表面镀膜时采用多点蒸发的方法，解决镀膜均匀性问题。

Description

用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法、装置、系统 以及光电倍增管的光电阴极及其制备方法
技术领域
本发明涉及光电倍增器件技术领域，尤其涉及阴极的制备，具体而言涉及一种用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法、装置、系统以及光电倍增管的光电阴极及其制备方法。
背景技术
光电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件，用于将微弱光信号转换成电信号，其建立在外光电效应、二次电子发射和电子光学基础上，结合了高增益、低噪声、高频率响应和大信号接收区等特征，是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件，可以工作在紫外、可见和近红外区的光谱区。光电倍增管主要包括光电阴极、电子光学输入系统、电子倍增系统和阳极。其中光电阴极是完成光电转换的关键，其性能好坏直接影响整个光电倍增管的性能。
真空蒸发镀膜是广泛应用于光学元件制造、光电技术、金属材料保护层制作等领域的一项技术，也是光电阴极制备的核心工艺。传统真空蒸发镀膜工艺对于较大尺寸的待镀样品，一般情况下可以采用旋转待镀样品或蒸发源，增加矫正板等方法优化镀膜均匀性，但是对于大面积且有一定弯曲程度的待镀样品(光电倍增管阴极球壳)，往往会加大待镀样品旋转难度。而对于不规则的大面积待镀样品，旋转蒸发源、矫正板等手段也较难实现。因此光电倍增管阴极制备的球壳大面积均匀薄膜一直是较难解决的技术难题。
发明内容
本发明目的在于提供一种能够制备大面积均匀薄膜的装置、方法，以及利用这样的装置、方法制备光电倍增管阴极的系统，以及由此制备的光电倍增管的光电阴极。
本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。
为达成上述目的，本发明提出一种用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置，包括：
基底，该基底被设置成可耦接到待镀膜球壳的开口位置，并限定了一沿着开口位置的基底平面；
固定到基底上的液压机构，位于所述基底的中央位置并与所述基底平面垂直地布置，该液压机构具有固定到基底上的细长型缸体以及位于缸体内并可由缸体内的介质驱动在垂直于基底平面方向运动的活塞杆；
扩张机构，与所述液压机构连接并可由所述活塞杆运动驱动而张开或者闭合；
蒸发电极，包括正电极和负电极，固定在所述基底上；
蒸发源，固定到所述扩张机构上，并连接至所述蒸发电极并由蒸发电极提供电流；
其中，所述扩张机构在进入到所述待镀膜球壳内部之前为闭合状态，并且在进入到所述待镀膜球壳内部之后为张开状态。
进一步的实施例中，所述扩张机构包括第一固定板、第二固定板、连杆以及蒸发源固定机构，第一固定板固定在缸体外圆周上，第二固定板固定在活塞杆上并与活塞杆同步运动，所述连杆与蒸发源固定机构一一对应地设置形成可伸缩组合，蒸发源固定机构的具有一沿着其纵长轴线方向延伸的槽，在每个可伸缩组合中，蒸发源固定机构的一端铰接到第一固定板上，另一端固定蒸发源，连杆的一端铰接到第二固定板上，另一端连接到蒸发源固定机构的槽内，并且在所述活塞杆驱动第二固定板运动时，由第二固定板带动连杆运动并进一步拉动蒸发源固定机构在远离活塞杆方向或者接近活塞杆方向的运动，实现蒸发源固定机构的张开或者闭合。
进一步的实施例中，所述扩张机构具有N个所述的可伸缩组合，N为正整数且大于等于2。
进一步的实施例中，所述扩张机构具有偶数个所述的可伸缩组合。
进一步的实施例中，多个所述的蒸发源保持处于一个水平面上。
进一步的实施例中，所述扩张机构的多个所述连杆均采用相同的构造，且多个所述蒸发源固定机构亦采用相同的构造。
进一步的实施例中，所述连杆的另一端连接到蒸发源固定机构的中央位置。
进一步的实施例中，所述第一固定板和第二固定板的截平面均呈圆形，或者正三角形、正四边形等正多边形构造。优选地，第一固定板的截面尺寸大于第二固定板的截面尺寸。
进一步的实施例中，所述第一固定板和第二固定板的外周边缘均规则地设置有凹槽，供连杆、蒸发源固定机构的铰接连接。
进一步的实施例中，所述蒸发源固定机构具有两个单独设置的杆，间隔开且独立地铰接到第一固定板的外周边缘设置的凹槽内，所述两个单独设置的杆的间隔部分构成所述纵长轴线方向延伸的槽。
根据本发明的公开，还提出一种用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜系统，具有前述的装置以及真空室与真空泵，所述装置位于真空室内部，所述真空泵与真空室连通用于获得真空室的真空环境，并使得蒸镀时的真空室内部气压小于1×10-2Pa。
所述蒸发源由蒸发丝或蒸发舟提供加热。
根据本发明的公开，还提出一种利用前述镀膜系统实现的光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法，包括以下步骤：
利用真空泵对真空室进行抽真空处理以获得真空室的真空环境，并且满足其内部气压小于1×10-2Pa；
在蒸镀时，控制液压机构使其活塞杆沿着待镀膜球壳的开口位置向内运动，驱动扩张机构的每个可伸缩组合张开；
控制液压机构的运动以获得合适的蒸发源均匀分布；
通过控制蒸发电极上流过的电流来实现在待镀膜球壳内部的膜层蒸镀。
进一步的实施例中，通过液压机构的运动，调整蒸发源的高度。
进一步的实施例中，为了便于蒸发源的分散，通过液压机构的运动，使得蒸发源在多个固定位置可悬停。
进一步的实施例中，通过控制蒸发电极间的电路连接方式调整各个蒸发源的蒸发速率。
进一步的实施例中，通过增加所述可伸缩组合的数量，获得更加均匀的分散蒸发源。
进一步的实施例中，通过调整所述可伸缩组合中蒸发源固定机构的长度，获得更加均匀的分散蒸发源。
进一步的实施例中，通过液压机构的运动，调整蒸发源的高度。
根据本发明的公开，还提出一种光电倍增管光电阴极的制备方法，其包括：
提供一玻璃球壳；
在真空环境下使用前述镀膜方法在玻璃球壳内表面的上部蒸镀形成均匀膜层。
根据本发明的公开，还提出一种由前述方法制备的光电倍增管的光电阴极。
由以上技术方案，本发明的前述多个实施方式的显著优点在于：
1)由于扩张机构可以在真空状态下张开或闭合，可以实现特殊形状待镀样品内表面的镀膜；
2)扩张机构的上固定的蒸发源可以设计多个，每个蒸发源的水平位置已经高度均可以调整，以适应各种特殊形状的待镀样品；
3)蒸发源之间可以任意串联或者并联，控制各个蒸发源蒸发量；
4)扩张机构可以实现镀膜的同时运动，提高镀膜均匀性；
5)该前述技术作为一个整体解决方案，可以制备大面积、不规则、样品内外表面的均匀镀膜。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是根据本发明某些实施例的用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜系统的示意图。
图2是根据本发明某些实施例的用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置的示意图，图示中扩张机构为张开状态。
图3是根据本发明某些实施例的用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置的示意图，图示中扩张机构为闭合状态。
图4是待镀样品(即玻璃球壳)的示意图。
图5是单点蒸发源位置示意图(现有技术的传统方式)。
图6是单点蒸发方法膜厚均匀性测试结果示意图。
图7是基于本发明前述图1所示系统的多点蒸发源位置示意图。
图8是多点蒸发方法膜厚均匀性测试结果示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1-图3所示，根据本发明的实施例，一种用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置，包括基底101、液压机构102、扩张机构103、蒸发电极(包括正电极104A和负电极104B)以及蒸发源105。图1中，标号100标示待镀膜球壳(即待镀膜样品)。
蒸发源105通过螺纹、点焊、氩弧焊、装架等方式固定在扩张机构103上，由扩张机构103带动可以在待镀样品100内部发生位移。
扩张机构103可以由金属和陶瓷装配构成，金属可以连接蒸发源105和蒸发电极，为蒸发源提供电流，陶瓷零部件构成绝缘结构。
扩张机构103通过螺纹孔等形式固定在液压机构102上，由液压机构102为扩张机构103提供张开或闭合的动力，液压机构102的运动部分下降使扩张机构打开，上升使扩张机构闭合，从而实现整个镀膜装置在待镀膜球壳内外部的运动以及蒸发源在待镀膜球壳内部的位置调整，实现均匀的蒸发源分布。
结合图2、图3所示，前述的基底101，被设置成可耦接到待镀膜球壳100的开口位置(如图4)，并限定了一沿着开口位置的基底平面。
固定到基底101上的液压机构102，位于基底101的中央位置并与所述基底平面垂直地布置，该液压机构102具有固定到基底上的细长型缸体102A以及位于缸体内并可由缸体内的介质驱动在垂直于基底平面方向运动的活塞杆102B。
扩张机构103，与液压机构102连接并可由所述活塞杆102B运动驱动而张开或者闭合。
蒸发电极，包括正电极104A和负电极104B，固定在基底101上。
蒸发源105，固定到扩张机构上并且其位置可经由扩张机构103调节，蒸发源105连接至蒸发电极并由蒸发电极提供电流，进行蒸镀。
结合图2和图3所示，扩张机构103在进入到所述待镀膜球壳内部之前为闭合状态，并且在进入到所述待镀膜球壳内部之后为张开状态。
结合图2、图3所示，在一些实施例中，扩张机构103包括第一固定板103A、第二固定板103B、连杆103C以及蒸发源固定机构103D，第一固定板103A固定在液压机构102的缸体102A的外圆周上，第二固定板103B固定在液压机构102的活塞杆102B上并与活塞杆102B同步运动，所述连杆103C与蒸发源固定机构103D一一对应地设置形成可伸缩组合。
蒸发源固定机构103D的具有一沿着其纵长轴线方向延伸的槽103E，在每个可伸缩组合中，蒸发源固定机构103D的一端铰接到第一固定板103A上，另一端固定蒸发源105，连杆103C的一端铰接到第二固定板103B上，另一端连接到蒸发源固定机构的槽103E内，并且在所述活塞杆驱动第二固定板运动时，由第二固定板带动连杆运动并进一步拉动蒸发源固定机构在远离活塞杆方向或者接近活塞杆方向的运动，实现蒸发源固定机构的张开或者闭合。
优选地，所述扩张机构具有N个所述的可伸缩组合，N为正整数且大于等于2。
为了实现蒸发源更好地均匀分布，所述扩张机构具有偶数个所述的可伸缩组合。
并且，扩张机构103的多个所述连杆103C均采用相同的构造，且多个所述蒸发源固定机构103D亦采用相同的构造，以利于在第二固定板运动时使得各个可伸缩组合运动的幅度、速度均相同，从而使得每个蒸发源始终处于一个水平面上，以利于最终获得均匀的蒸发源分布，从而进行均匀镀膜。
优选地，为了便于拉动或者推动蒸发源固定机构103D运动，并且实现扩张机构快速更好地闭合，连杆103C的另一端连接到蒸发源固定机构103D的中央位置。
在一些优选的实施例中，第一固定板103A和第二固定板103B的截平面均呈圆形，或者正三角形、正四边形等正多边形构造。
更加优选地，第一固定板103A的截面尺寸大于第二固定板103B的截面尺寸。
如图2、3的示例但并非用以限制，所述第一固定板103A和第二固定板103B的外周边缘均规则地设置有凹槽，供连杆、蒸发源固定机构的铰接连接，从而方便各个部分通过轴旋转的方式(尤其是连杆与第二固定板之间、蒸发源固定机构与第一固定板之间)实现转动连接、铰接。
在一些可选的例子中，蒸发源固定机构103D具有两个单独设置的杆(如图2、图3)，间隔开且独立地铰接到第一固定板的外周边缘设置的凹槽内，所述两个单独设置的杆的间隔部分构成所述纵长轴线方向延伸的槽。
结合图1所示，根据本发明的公开，还提出一种用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜系统，具有前述的镀膜装置(尤其是如图2、图3所示的装置)以及真空室106与真空泵，所述镀膜装置位于真空室106内部，所述真空泵与真空室连通用于获得真空室的真空环境，并使得蒸镀时的真空室内部气压小于1×10-2Pa。
所述蒸发源105为固体金属材料，依据所镀膜层决定。加热方式主要有电阻加热方式，依据蒸发所需温度利用钨、钼、钽、镍等金属制成丝、碗、舟等形状，对蒸发源进行加热。
如此，扩张机构可以通过控制液压装置的运动部件(如活塞杆)位置的移动实现扩张机构的张开和闭合。当扩张机构处于闭合状态时，可以将其伸入开口较小的待镀样品内部。扩张机构完全处于待镀样品内部后，可以通过扩张机构的打开实现待镀样品内部的多点蒸发。
如图1所述，结合图2和图3，利用前述镀膜系统在进行光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜时，主要包括以下步骤来实现：
利用真空泵对真空室进行抽真空处理以获得真空室的真空环境，并且满足其内部气压小于1×10-2Pa；
在蒸镀时，控制液压机构使其活塞杆沿着待镀膜球壳的开口位置向内运动，驱动扩张机构的每个可伸缩组合张开；
控制液压机构的运动以获得合适的蒸发源均匀分布；
通过控制蒸发电极上流过的电流来实现在待镀膜球壳内部的膜层蒸镀，利用分散在待镀样品内部的多个蒸发源头点，提高镀膜的均匀性。
进一步的实施例中，可以通过控制液压机构的(活塞杆的)运动，调整蒸发源105的高度。
进一步的实施例中，为了便于蒸发源的分散，还可以通过控制液压机构的运动，使得蒸发源105在多个固定位置可悬停。
进一步的实施例中，通过控制蒸发电极间的电路连接方式调整各个蒸发源的蒸发速率。
进一步的实施例中，通过增加所述可伸缩组合的数量，获得更加均匀的分散蒸发源。
进一步的实施例中，通过调整所述可伸缩组合中蒸发源固定机构的长度，获得更加均匀的分散蒸发源。
进一步的实施例中，通过液压机构的运动，调整蒸发源的高度位置。
或者，在另一些可选的实施例中，通过前述多个调控手段的(至少两者的)结合，来整体调整和提高蒸发源105(固定在多个可伸缩组合上对应的多个蒸发源105)的分布均匀性，从而提高镀膜的均匀性。
结合图4、图5、图6、图7和图8所示，根据本发明的公开，还提出一种光电倍增管光电阴极的制备方法，其包括：
提供一玻璃球壳；
在真空环境下使用前述镀膜方法在玻璃球壳内表面的上部蒸镀形成均匀膜层。
如图5所示为在没有使用本发明提出的装置及方法的情况下，蒸发源位置的示意图(结合图4)，蒸发源位置为待镀膜基底中心位置。图6示例性地表示了单点蒸发方法膜厚均匀性测试结果。
图7为基于本发明前述镀膜系统的多点蒸发源位置示意图，以4点蒸发源为例(即该镀膜系统的扩张机构具有四个可伸缩组合)进行说明，图8是多点蒸发方法膜厚均匀性测试结果示意图，对比图6的结果可见，在单点蒸发的情况下，膜厚的均匀性较差，而采用本发明的多点蒸发情况下，膜厚的均匀性优良。
根据本发明的公开，还提出一种基于前述镀膜方法制备的光电倍增管的光电阴极。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (16)

1.一种用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置，其特征在于，包括：
基底，该基底被设置成可耦接到待镀膜球壳的开口位置，并限定了一沿着开口位置的基底平面；
固定到基底上的液压机构，位于所述基底的中央位置并与所述基底平面垂直地布置，该液压机构具有固定到基底上的细长型缸体以及位于缸体内并可由缸体内的介质驱动在垂直于基底平面方向运动的活塞杆；
扩张机构，与所述液压机构连接并可由所述活塞杆运动驱动而张开或者闭合；
蒸发电极，包括正电极和负电极，固定在所述基底上；
蒸发源，固定到所述扩张机构上，并连接至所述蒸发电极并由蒸发电极提供电流；
其中，所述扩张机构在进入到所述待镀膜球壳内部之前为闭合状态，并且在进入到所述待镀膜球壳内部之后为张开状态；
所述扩张机构包括第一固定板、第二固定板、连杆以及蒸发源固定机构，第一固定板固定在缸体外圆周上，第二固定板固定在活塞杆上并与活塞杆同步运动，所述连杆与蒸发源固定机构一一对应地设置形成可伸缩组合，蒸发源固定机构的具有一沿着其纵长轴线方向延伸的槽，在每个可伸缩组合中，蒸发源固定机构的一端铰接到第一固定板上，另一端固定蒸发源，连杆的一端铰接到第二固定板上，另一端连接到蒸发源固定机构的槽内，并且在所述活塞杆驱动第二固定板运动时，由第二固定板带动连杆运动并进一步拉动蒸发源固定机构在远离活塞杆方向或者接近活塞杆方向的运动，实现蒸发源固定机构的张开或者闭合。
2.根据权利要求1所述的用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置，其特征在于，所述扩张机构具有N个所述的可伸缩组合，N为正整数且大于等于2。
3.根据权利要求1所述的用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置，其特征在于，所述扩张机构具有偶数个所述的可伸缩组合。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置，其特征在于，多个所述的蒸发源保持处于一个水平面上。
5.根据权利要求1所述的用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置，其特征在于，所述连杆的另一端连接到蒸发源固定机构的中央位置。
6.根据权利要求1所述的用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置，其特征在于，所述第一固定板和第二固定板的截平面均呈圆形，或者正三角形、正四边形构造；第一固定板的截面尺寸大于第二固定板的截面尺寸。
7.根据权利要求1所述的用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置，其特征在于，所述第一固定板和第二固定板的外周边缘均规则地设置有凹槽，供连杆、蒸发源固定机构的铰接连接。
8.根据权利要求1所述的用于光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜装置，其特征在于，所述蒸发源固定机构具有两个单独设置的杆，间隔开且独立地铰接到第一固定板的外周边缘设置的凹槽内，所述两个单独设置的杆的间隔部分构成所述纵长轴线方向延伸的槽。
9.一种利用前述权利要求1-8中任意一项所述的大面积均匀镀膜装置实现的光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用真空泵对真空室进行抽真空处理以获得真空室的真空环境，并且满足其内部气压小于1×10-2Pa，所述的大面积均匀镀膜装置设置在真空室内部；
在蒸镀时，控制液压机构使其活塞杆沿着待镀膜球壳的开口位置向内运动，驱动扩张机构的每个可伸缩组合张开；
控制液压机构的运动以获得合适的蒸发源均匀分布；
通过控制蒸发电极上流过的电流来实现在待镀膜球壳内部的膜层蒸镀。
10.根据权利要求9所述的光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法，其特征在于，该方法更加包含：通过液压机构的运动，调整蒸发源的高度。
11.根据权利要求9所述的光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法，其特征在于，该方法更加包含：通过液压机构的运动，使得蒸发源在多个固定位置可悬停。
12.根据权利要求9所述的光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法，其特征在于，该方法更加包含：通过控制蒸发电极间的电路连接方式调整各个蒸发源的蒸发速率。
13.根据权利要求9所述的光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法，其特征在于，该方法更加包含：通过增加所述可伸缩组合的数量，获得更加均匀的分散蒸发源。
14.根据权利要求9所述的光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法，其特征在于，该方法更加包含：通过调整所述可伸缩组合中蒸发源固定机构的长度，获得更加均匀的分散蒸发源。
15.根据权利要求9所述的光电倍增管阴极制备的大面积均匀镀膜方法，其特征在于，该方法更加包含：通过液压机构的运动，调整蒸发源的高度。
16.一种光电倍增管光电阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一玻璃球壳；
在真空环境下使用前述权利要求9-15中任意一项所述的大面积均匀镀膜方法在玻璃球壳内表面的上部蒸镀形成均匀膜层。
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