CN110400738A - 一种提高微通道板分辨力的方法及其蒸镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在MCP的输出端面上蒸镀一层铂(Pt)/镍(Ni)/金(Au)/银(Ag)等金属材料的膜层、以覆盖MCP原有的输出镍‑铬电极提高微通道板分辨力的方法，本发明还公开了一种包括在MCP输出端面蒸镀金属膜层时能够控制镀膜层的深度的蒸镀方法。本发明可以提高MCP输出电极的逸出功，获得动能更低的输出电子，由此提高MCP的分辨力。本发明不改变MCP的孔径和机械强度，克服了传统的通过减小MCP孔径来提高其分辨力的方法存在的价格昂贵、应用范围狭窄等问题，具有现实意义。

Description

一种提高微通道板分辨力的方法及其蒸镀方法

技术领域

本发明属于微光像增强器领域，具体涉及一种提高微通道板分辨力的方法及其蒸镀方法。

技术背景

微通道板(Micro Channel Plate，MCP)是一种大面阵的通道电子倍增器，由无数根空芯通道所组成，见图1。

微通道板广泛应用于微光像增强器中。在微光像增强器中，光电阴极所发射的电子图像(面密度图像)在阴极电场作用下进入MCP，在MCP中得到增强以后在其输出端输出。由于MCP输入端面上各通道的增益相同，因此电子图像在 MCP中的传输过程中，相当于将MCP输入端上的电子图像经过增强后映射在输出端面上。

微光像增强器(简称为像管)是成像器件，电子图像在MCP中的传输过程中，除要求强度得到增强外，还要求对比度不降低。欲要对比度不降低，即要求其分辨力足够高。

MCP的每一根通道相当于一个像素，因此要进一步提高其分辨力，最直接的途径就是进一步减小MCP的孔径。但孔径的减小，意味着制造难度的增加以及制造成本的上升。

值得注意的是，MCP孔径的减小后，在保证其最佳长径比以及最大开口比的前提下，意味着MCP的厚度更薄，同时也意味着MCP的机械强度更低。

但是，MCP的机械强度过低，会降低像管抗机械冲击和抗振动破坏的能力，因而会导致像管的使用范围受限。

所以，传统的通过减小MCP孔径来提高其分辨力的方法存在价格昂贵、应用范围狭窄等问题，因此并不是提高MCP分辨力的最佳方法。

发明内容

针对传统的利用减小MCP孔径来提高其分辨力的方法所存在的问题及不足，本发明要解决的技术问题是：

首先，发明一种提高MCP分辨力的方法，该方法是在MCP输出端面蒸镀一层金属膜，由此覆盖原有的MCP输出电极来提高分辨力，本发明的方法不改变 MCP的孔径和机械强度，所以更具现实意义。

其次，发明一种在MCP输出端面蒸镀金属膜层的蒸镀方法，所述蒸镀方法能够获得满足所述提高MCP分辨力的方法之要求的膜层深度。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：

一种提高MCP分辨力的方法，包括：

在MCP的输出端面上蒸镀一层金属材料的膜层，以覆盖MCP原有的输出镍 -铬电极；所述金属材料的膜层满足：

(1)逸出功高于4.0eV，

(2)与MCP输出镍-铬电极的粘附性好，即在荧光屏高场强条件下不会因脱落引起放电或击穿，

(3)不会释放气体，即不会影响像增强器的真空度，

(4)膜层厚度为5nm～30nm之间。

所述金属材料的膜层采用铂(Pt)/镍(Ni)/金(Au)/银(Ag)金属材料蒸镀。

一种在MCP输出端面蒸镀金属膜层的蒸镀方法，所述方法包括：

(1)对MCP进行清洗，

(2)放入烘箱中烘烤，

(3)降温到室温，

(4)放入氮气柜中室温下进行保存，

(5)进行镀膜，包括：

a)将MCP镀膜夹具装入镀膜机的工件架，

b)使MCP的中心偏离蒸发源一定的角度θ，达到调节工件转盘与蒸发源之间的距离的目的，

c)在坩埚中放入适量的蒸镀金属膜层用的金属材料，

d)关闭真空腔室，启动真空泵抽真空，

e)调节工件转盘的转速至r1 rpm,转动工件转盘，

f)打开镀膜机离子枪，轰击MCP的输出端，

g)继续抽真空，

h)调节工件转盘的转速至r2rpm，打开电子枪，加热蒸发源，并以 0.6nm/s的蒸发速率蒸镀银，厚度20nm，

(6)冷却一段时间，充入氮气直到与大气压平衡，打开镀膜机的真空腔室，从工件转盘架上取出MCP镀膜夹具，再从该镀膜夹具上取出MCP，放入包装盒中。

所述镀膜层的深度≥2.5d，角度θ≤22°，且所镀膜层的深度越深角度θ越小。

本发明的有益效果是：在MCP输出镍-铬电极上蒸镀一层逸出功更高的金属膜层来覆盖原来的电极，这样就可以提高MCP输出电极的逸出功，获得动能更低的输出电子，由此来提高MCP的分辨力。本发明不改变MCP的孔径和机械强度，克服了传统的通过减小MCP孔径来提高其分辨力的方法存在的价格昂贵、应用范围狭窄等问题，所以更具现实意义。

附图说明

图1：MCP结构示意图，

图2：MCP电子倍增示意图，

图3：MCP输出电子示意图

图4：MCP输出电极镀膜示意图，

图5：MCP电极镀制示意图，

图6：MCP通道中镀制输出电极膜层的示意图；

其中：1、MCP；2、MCP通道孔；3、MCP通道内壁；4、MCP输入电极；5、 MCP输出电极；6、输入电子；7、输出电子；8、MCP工作电压；9、MCP输入端；10、MCP输出端；11、来自MCP输出电极的输出电子；12、来自MCP 通道内壁的输出电子；13、镀制在MCP输出电极上的金属膜层；14、MCP镀膜夹具；15、MCP中心轴；16、工件转盘；17、工件转盘中心轴；18、坩埚； 19、蒸发源。

具体实施方式

一种提高MCP分辨力的方法，包括：

在MCP的输出端面上蒸镀一层金属材料的膜层，以覆盖MCP原有的输出镍 -铬电极；所述金属材料的膜层满足：

(1)逸出功高于4.0eV，

(2)与MCP输出镍-铬电极的粘附性好，即在荧光屏高场强条件下不会因脱落引起放电或击穿，

(3)不会释放气体，即不会影响像增强器的真空度，

(4)膜层厚度为5nm～30nm之间。

所述金属材料的膜层采用铂(Pt)/镍(Ni)/金(Au)/银(Ag)金属材料蒸镀。

一种在MCP输出端面蒸镀金属膜层的蒸镀方法，所述方法包括：

(1)对MCP进行清洗，

(2)放入烘箱中烘烤，

(3)降温到室温，

(4)放入氮气柜中室温下进行保存，

(5)进行镀膜，包括：

a)将MCP镀膜夹具装入镀膜机的工件架，

b)使MCP的中心偏离蒸发源一定的角度θ，达到调节工件转盘与蒸发源之间的距离的目的，

c)在坩埚中放入适量的蒸镀金属膜层用的金属材料，

d)关闭真空腔室，启动真空泵抽真空，

e)调节工件转盘的转速至r1 rpm,转动工件转盘，

f)打开镀膜机离子枪，轰击MCP的输出端，

g)继续抽真空，

h)调节工件转盘的转速至r2rpm，打开电子枪，加热蒸发源，并以0.6nm/s的蒸发速率蒸镀银，厚度20nm，

(6)冷却一段时间，充入氮气直到与大气压平衡，打开镀膜机的真空腔室，从工件转盘架上取出MCP镀膜夹具，再从该镀膜夹具上取出MCP，放入包装盒中。

所述镀膜层的深度≥2.5d，角度θ≤22°，且所镀膜层的深度越深角度θ越小。

本发明之所以在MCP的输出端蒸镀一层高逸出功的金属膜层可以提高MCP 的分辨力，是因为高逸出功的材料作为MCP的输出电极，可以降低MCP输出电子的动能，因此可以降低输出电子的速度，从而提高MCP的分辨力。MCP 由无数根的单通道电子倍增器组成，每一根通道电子倍增器的结构都相同，都包括了通道孔、通道壁、输入电极和输出电极。

输入电极和输出电极之间施加有一定的直流工作电压，其作用是产生一定的带电流，给通道内壁的电子发射提供所需的电子补充，同时在通道电子倍增器的通道内壁建立起从低到高的电场分布，使得电子在通道内运动并有足够的动能轰击通道内壁产生二次电子。

从每根通道输入的电子，经过通道内的多次二次电子倍增，从输出端输出时，电子数量得到了倍增，见图2。

MCP的输出电子有两种，一种来源于MCP的输出电极，称为A电子；另一种来源于MCP的通道内壁，称为B电子，见图3。

来源于输出电极的A电子的动能较低，意味着速度较低，不仅轴向的速度较低，径向的速度也较低，所以在运动过程中，偏离通道轴的角度较小，弥散半径较小，可以获得较高的分辨力。由于来源于MCP输出电极的电子能量越低，所获得的分辨力越高，因此可以通过降低MCP输出电子的能量来进一步提高MCP 的分辨力。

来源于MCP输出电极的电子，主要为二次电子。而二次电子的能量在入射电子能量一定的条件下与电极材料的逸出功有关。逸出功越高，二次电子的能量越小。MCP的电极材料一般采用镍-铬(80％-20％)合金，尽管其逸出功是一定的，但可以在MCP输出镍-铬电极上再蒸镀一层逸出功更高的金属膜层来覆盖原来的电极，这样就可以提高MCP输出电极的逸出功，获得动能更低的输出电子，由此来提高MCP的分辨力。

所以本发明的提高MCP分辨力的方法，实质是在MCP的输出电极上蒸镀一层更高逸出功的金属，由此来降低MCP输出电子的动能和速度，从而提高MCP 的分辨力。

在本实施例中，采用型号为Φ25-6/8的MCP进行镀膜试验。

该MCP外径为Φ25mm，厚度为0.31mm，通道孔径为Φ6μm，斜切角为6°，开口比约为65％，输入和输出电极为镍-铬合金，并且输入电极深度约为0.5d，输出电极深度约为2.5d，其中d为MCP的通道孔径。

在对MCP镀膜之前，先对MCP进行清洗。

准备两个烧杯，其中烧杯1中装入三份之二杯的去离子水(电阻率大于10MΩ·cm，PH值大于6.5)。在烧杯2中装入三份之二杯的异丙醇(分析纯)。将烧杯1放在电炉上，加热烧杯，使水温达到95℃以上，并保持其沸腾。

用镊子夹持MCP边缘，将其装入不锈钢架中。再将不锈钢架放入烧杯1中，持续时间为30秒。之后将不锈钢架从烧杯1中取出，随即放入烧杯2中。将烧杯2放入超声波清洗机的清洗槽中，打开超声波进行清洗，持续时间为30秒。之后，更换烧杯2中的异丙醇，再将烧杯2放入超声波清洗机的清洗槽中，再次打开超声波进行清洗，持续时间为30秒。

在超声清洗完成以后，将不锈钢架从烧杯2中取出，并放入100℃的烘箱中烘烤，时间5小时。

之后让烘箱自然降温，到室温后，从烘箱中取出不锈钢架，然后再从不锈钢架上取出MCP，将MCP放入包装盒中，然后放入氮气柜中室温下进行保存。

在MCP清洗完成以后，可以对MCP进行镀膜。

镀膜需要在ISO6级超净环境中进行。镀膜之前首先需要对镀膜机进行清洁。利用真空吸尘器打扫镀膜机的腔体，并检查测厚仪的石英晶振片、坩埚以及镀膜材料，若有异常，进行更换。将清洗好的MCP从包装盒中取出，装入MCP镀膜夹具中。

之后将MCP镀膜夹具装入镀膜机的工件架，注意使MCP的输出端朝下(假设坩埚蒸发源在镀膜机腔体的下方)，面朝坩埚蒸发源。镀膜机需要具备星形旋转的机构，即镀膜机的工件转盘可以绕其中心轴旋转，同时MCP的镀膜夹具在工件转盘上也能绕其自身中心轴旋转，见图5。这样才能保证镀膜的均匀性。

在镀膜之前，需要调节工件转盘与蒸发源之间的距离，使MCP的中心偏离蒸发源一定的角度θ，见图5。

图6是在MCP通道中镀制输出电极膜层的示意图，图中以一根通道为示例。由图中可见，由于镀膜时，蒸发源所蒸发的原子是直线传播，因此镀膜的最大深度与微通道板中心偏离蒸发源所成的角度θ有关。θ角越小，所镀的膜层越深；θ角越大，所镀的膜层越浅。所以对于输出电极所镀膜层的深度为2.5d的MCP 而言，为了使所镀的膜层刚好覆盖MCP原有的输出电极，MCP与蒸发源所成的偏角θ需要满足：tan(θ)＝1/2.5，即θ＝22°，这时，所镀膜层的深度刚好为2.5d，即刚好覆盖MCP的输出电极。如果θ角小于22°，那么所镀的膜层会更深，超过 2.5d；如果θ角大于22°，那么所镀的膜层会更浅，浅于2.5d。例如，如果θ需要满足：tan(θ)＝1/0.5，即θ＝63°，这时所镀膜层的深度为0.5d，见图6。

换言之，实施时通常要求镀膜层的深度≥2.5d，角度θ≤22°，且所镀膜层的深度越深角度θ越小。

在调节好镀膜机工件转盘与蒸发源的距离后，在坩埚中放入适量的蒸发源 (银或铂)。关闭真空腔室，启动真空泵，开始抽真空。

当真空度达到4.0×10^-5mbar时，开始转动工件转盘，调节转速到60rpm。

之后打开镀膜机离子枪，轰击MCP的输出端，时间为3分钟。

轰击停止后，继续抽真空，当真空度再次达到4.0×10^-5mbar时，调节工件转盘的转速至100rpm，打开电子枪，加热蒸发源，并以0.6nm/s的蒸发速率蒸镀银，厚度20nm。

蒸镀完成后，冷却10分钟，充入氮气直到与大气压平衡，打开镀膜机的真空腔室，从工件转盘架上取出MCP镀膜夹具，再从该镀膜夹具上取出MCP，放入包装盒中。

为了验证MCP输出端镀膜以后分辨力是否有所提高，将MCP输出端镀膜的 MCP与未镀膜的同型号的MCP装入超二代管中进行试验。

试验在输入直径为Φ18mm超二代管上进行，输入窗为玻璃窗，光电阴极为多碱阴极。阴极前近贴聚焦距离为0.15mm，聚焦电压为200V；荧光屏后近贴聚焦距离为0.5mm，聚焦电压为6KV。输出窗为光纤面板，孔径为Φ4μm。试验样品共6支，其中镀银膜层的样品2支，镀铂膜层的样品2支，未镀膜的样品2支。6支样品作为同一批次的产品进行制作。

在超二代管制作完成以后，对6支超二代管的分辨力进行测试。测试时，6 支超二代管的增益统一调节为10000cd/m²Lx。表1为6支超二代管所测量的分辨力数据。

表1试验样品分辨力测试数据

序号	样品号	输出电极材料	增益/cd/m<sup>2</sup>Lx	分辨力/lp/mm
					1	4361	Ni-Cr	10000	60
2	4313	Ni-Cr	10000	60
					3	3711	镀Ag膜层	10000	64
4	3771	镀Ag膜层	10000	64
					5	4128	镀Pt膜层	10000	68
6	4213	镀Pt膜层	10000	68

表1中的6支样品中：

第1支和第2支为采用正常的MCP所制作的超二代管，MCP的输出电极为 Ni-Cr合金，其分辨力为60lp/mm。

第3支和第4支样品，其MCP输出端镀制有20nm厚度的银膜，分辨力为64lp/mm。较MCP输出电极为Ni-Cr合金的第1和第2支试验管高4lp/mm。

第5支和第6支样品，其MCP输出端镀制有20nm厚度的铂膜，分辨力为 68lp/mm。

分析得出：第5支和第6支样品较MCP输出电极为Ni-Cr合金的第1和第2 支试验管的分辨力高8lp/mm。

因为6支试验管的条件除MCP输出端有差别外，其余条件均相同，因此第 3支、第4支、第5支和第6支试验管分辨力的提高是源于其MCP分辨力的提高，由此证明在MCP的输出端镀制一层逸出功高于4eV的金属膜层，覆盖原有 MCP的输出Ni-Cr电极以后，可以提高其分辨力。

镀制铂层的MCP分辨力较镀制银层的MCP分辨力更高，原因是铂材料的逸出功较银材料高。铂的逸出功为6.4eV，而银的逸出功为4.3eV。由此可见，MCP 输出电极所镀材料的逸出功越高，MCP分辨力提高的百分比也越高。

也由此可以看出，适宜蒸镀的逸出功高于4eV的金属均适用于镀层，如铂 (Pt)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)等。

Claims (6)

1.一种提高MCP分辨力的方法，其特征在于，所述方法包括：

在MCP的输出端面上蒸镀一层金属材料的膜层，以覆盖MCP原有的输出镍-铬电极；所述金属材料的膜层满足：

(1)逸出功高于4.0eV，

(2)与MCP输出镍-铬电极的粘附性好，即在荧光屏高场强条件下不会因脱落引起放电或击穿，

(3)不会释放气体，不会影响像增强器的真空度，

(4)膜层厚度为5nm～30nm之间。

2.根据权利要求1所述的提高MCP分辨力的方法，其特征在于：所述金属材料的膜层采用铂(Pt)/镍(Ni)/金(Au)/银(Ag)金属材料蒸镀。

3.根据权利要求1或2所述的提高MCP分辨力的方法中的在MCP的输出端面上蒸镀一层金属材料的膜层的蒸镀方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)对MCP进行清洗，

(2)放入烘箱中烘烤，

(3)降温到室温，

(4)放入氮气柜中室温下进行保存，

(5)进行镀膜，包括：

a)将MCP镀膜夹具装入镀膜机的工件架，

b)使MCP的中心偏离蒸发源一定的角度θ，达到调节工件转盘与蒸发源之间的距离的目的，

c)在坩埚中放入适量的蒸镀金属膜层用的金属材料，

d)关闭真空腔室，启动真空泵抽真空，

e)调节工件转盘的转速至r1 rpm,转动工件转盘，

f)打开镀膜机离子枪，轰击MCP的输出端，

g)继续抽真空，

h)调节工件转盘的转速至r2rpm，打开电子枪，加热蒸发源，并以0.6nm/s的蒸发速率蒸镀银，厚度20nm，

(6)冷却一段时间，充入氮气直到与大气压平衡，打开镀膜机的真空腔室，从工件转盘架上取出MCP镀膜夹具，再从该镀膜夹具上取出MCP，放入包装盒中。

4.根据权利要求3所述的蒸镀方法，其特征在于：所述镀膜层的深度≥2.5d，角度θ≤22°，且所镀膜层的深度越深角度θ越小。

5.根据权利要求3所述的蒸镀方法，其特征在于：所述r1为60。

6.根据权利要求3所述的蒸镀方法，其特征在于：所述r2为100。