CN110468390B - 超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，通过提供新型设计的沉积用反应腔，结合充分扩散的工艺，在超大长径比微通道板基底内壁沉积厚度均匀的具有高二次电子发射系数、高介电常数的单一功能膜层或者复合功能膜层以提升微通道板增益性能的同时，提高微通道板电荷存储能力，以此提高微通道板在瞬态电子成像与探测系统中应用时的动态范围。

Description

超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法
技术领域
本发明涉及微通道板技术领域，具体而言涉及一种超大长径比MCP通道内壁制备功能膜层的方法。
背景技术
微通道板(Microchannel Plate,MCP)是由许多(104～107)个通道电子倍增器(Channeltron electron multiplier,CEM)组成的结构紧凑的两维阵列，具有体积小、重量轻、增益高、噪声低、均匀性好、空间分辨率高、时间响应快等优点，广泛应用于夜视技术、空间技术、光学仪器、光电子学仪器、辐射探测仪器等多种领域，是一种非常重要的二维电子倍增器件。
原子层沉积是一种特殊的化学气相沉积方法，通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应腔并在基底上化学吸附并反应而形成沉积膜，其反应属于自限制性反应，即当一种前驱体与另一种前驱体反应达到饱和时，反应自动终止。原子层生长的自限制性特点使其制备的薄膜具有厚度精确可控、表面均匀性好、保形性优等特点，目前在科研以及商业生产上得到了广泛的应用。此技术可在高深宽比沟槽以及通道内沉积膜层，为微通道板的性能提高带来一定的可能。
将ALD技术应用于微通道板中，国内外均以开展了一些相关的研究，例如美国的相关研究机构联合研究的不同于传统MCP生产流程的电阻层+发射层制作方法，电阻层材料体系包括Mo/Al2O3掺杂、W/Al2O3掺杂，其公开的相关专利包括：US 2013/0193831《Microchannel Plate devices with tunable conductive films》；中国科学院西安光学精密机械研究所也进行相关的一系列研究，基于微通道板制作电阻层以取消现有微通道板生产工艺中的氢还原工艺，已经公开相关专利包括：201910068958.7《微通道板及在微通道板内壁制备Cu掺杂Al2O3高阻薄膜的方法》、201810791167.2《一种微通道板及在微通道板内壁制备Ni掺杂Al2O3高阻薄膜的方法》。北方夜视技术股份有限公司在此方面也开展了相关的研究，首先是电阻层+发射层方案的研究，在研究过程中发现，电阻层技术所显示出来的基底固定图案噪声问题，无法用于成像级微通道板中。因此将原子层沉积技术应用于MCP的制作中，在MCP通道内壁沉积一层具有高二次电子发射系数的氧化铝(Al2O3)材料来增强MCP发射层的性能，以此来提升微通道板的增益，相关研究成果以论文形式发表：丛晓庆,邱祥彪,孙建宁,et al.原子层沉积法制备微通道板发射层的性能[J].红外与激光工程,2016,002(6)。
在常规微通道板中，其长径比范围基本上在30～60之间，使用标准ALD设备，经过一定的工艺优化，能够在微通道板表面以及内壁表面膜层厚度的均匀性达到±1％以内。然而，在特殊领域中使用的具有超大长径比的微通道板通道内沉积均匀膜层难度非常大，膜层厚度均匀性无法达到要求将会极大的影响微通道板增益的均匀性与稳定性，同时还会影响微通道板的使用寿命。例如在瞬态电子成像与探测系统中，对微通道板动态范围要求比较高，微通道板的饱和效应的研究表明，在这方面应用领域，需要使用具有更大长径比的微通道板。
微通道板的饱和效应分为两种情况：第一种情况，较为分散的信号脉冲，两个输入脉冲信号时间间隔电路RC时间相当或者更大时，最大输出电流取决于通道内壁储存电荷总量除以电路中的RC时间，其中微通道板体电阻R越小，输出最大电流越大，动态范围越大；第二种情况，瞬间的连续脉冲信号，间隔时间大大短于电路RC时间，此种情况下，脉冲期间的再充电电流没有时间为连续的打拿极补偿电荷，由输入电荷引发的电子雪崩产生的输出电荷，仅由能从通道内壁所能抽取的电荷数量决定，此时微通道板的饱和效应主要受到通道内壁所储存的电荷量决定。
瞬态电子成像与探测系统中，微通道板的使用情况为上述第二种情况。通道内壁所能存储的电荷量Q，由通道内壁的表面积、通道内壁材料相对介电常数所决定：
Figure BDA0002153472310000021
其中，OAR为微通道板的开口面积比，S为微通道板的面积，L为板厚，D为通道直径，L/D即为长径比，ε为通道内壁相对介电常数。因此，可以通过提升微通道板板的长径比、提高通道内壁材料的介电常数、扩大微通道板开口面积比来提高微通道板用于在瞬态成像领域时的动态范围。扩大开口面积比、优化玻璃材料配方、适当提高长径比等改进方法，对于提升微通道板用于瞬态成像领域时的动态范围有一定的作用，但是长径比过大会导致增益性能大幅降低，且玻璃材料的优化受限于微通道板生产过程各工序对于玻璃材料物理、化学性能的全方面要求，改进范围有限，目前远远达不到使用需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，在超大长径比微通道板基底内壁沉积厚度均匀的具有高二次电子发射系数、高介电常数的单一功能膜层或者复合功能膜层以提升微通道板增益性能的同时，提高微通道板电荷存储能力，以此提高微通道板在瞬态电子成像与探测系统中应用时的动态范围。
作为本发明示例性的第一方面提出超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，包括以下步骤：
(1)将清洗后的洁净微通道板装入夹具并放置于沉积设备反应腔中，抽真空并进行氮气吹扫后，加热升温至150-300℃，然后保温一定时间；其实所述的反应腔包括一个用于放置微通道板的腔体，腔体上下两侧分别设置对应的上匀气盘和下匀气盘，左右两侧分别设置惰性气体进气管路和抽气管路，上匀气盘和下匀气盘上分布有密集的孔使得前驱体反应物进入腔体内形成上下两个气帘，同时到达不同位置处的微通道板表面；
(2)沉积第一膜层
通入第一种前驱体，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入第一种前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
通入第二种前驱体H2O，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入H2O前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
交替通入第一种前驱体与第二种前驱体，交替多次完成第一膜层沉积；
(3)沉积第二膜层
通入第三种前驱体，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入第三种前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
通入第二种前驱体H2O，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入H2O前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
交替通入第三种前驱体与第二种前驱体，交替多次完成第二膜层沉积。
优选地，第一膜层厚度在2-40nm，第二膜层厚度为2-10nm。
优选地，第一膜层沉积过程中，交替通入第一种前驱体与第二种前驱体20-400次；第二膜层沉积过程中，交替通入第三种前驱体与第二种前驱体20-100次。
优选地，在沉积第一膜层前，升温至200℃，并保温2h。
优选地，所述微通道板长径比范围在80～500。
优选地，所述第一种前驱体包括TMA、二茂镁、四氯化钛中的一种，第三种前驱体包括TMA、二茂镁中的一种，并且在同一工艺中第一种前驱体与第三前驱体不同。
根据本发明的改进，还提出一种超大长径比微通道板，采用前述方法制备其功能膜层。
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ALD设备的系统示意图。
图2是现有技术的反应腔示意图。
图3是本发明的反应腔示意图。
图4是反应腔中微通道板摆放示意图
图5是不同位置沉积膜层厚度均匀性测试(长径比500)图。
图6是长径比500通道内沉积复合膜层厚度均匀性测试对比图。
图中，各个附图标记的含义如下：
1-高纯氮气(5N以上)；2-三甲基铝(TMA)；3-去离子水(H2O)；4-二茂镁(Mg(Cp)2)；5-四氯化钛(TiCl4)；6-氯化铜(CuCl2)；7-四氯化铪；8-铝源气动阀；9-水源气动阀；10-镁源气动阀；11-钛源气动阀；12-铜源气动阀；13-铪源气动阀；14-主管道进气阀门；15-反应腔；16-主管道小抽气阀门；17-主管道大抽气阀门；18-过滤器；19-真空泵；
20-微通道板示意图；21-常规反应腔进气管路；22-常规反应腔抽气管路；23-上匀气盘；24-下匀气盘；25-惰性气体进气管路；26-抽气管路；27-微通道板沉积工件盘；28-微通道板。
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，这是应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。
根据本发明的改进，公开一种基于ALD技术的超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，在超大长径比微通道板基底内壁沉积厚度均匀的具有高二次电子发射系数、高介电常数的单一功能膜层或者复合功能膜层以提升微通道板增益性能的同时，提高微通道板电荷存储能力，以此提高微通道板在瞬态电子成像与探测系统中应用时的动态范围。
在膜层材料设计方面，需要考虑材料的二次电子发射系数以及相对介电常数。微通道板基底是一种铅硅酸盐玻璃，以二氧化硅为主，二氧化硅相对介电常数为3.9，通道内壁表面的二次电子发射系数～2。单一膜层材料：包括氧化铝、氧化镁等，其中：氧化铝，相对介电常数为9.3～11.5，二次电子发射系数～3.5；氧化镁，相对介电常数为9.7，二次电子发射系数～4.2。
复合膜层材料，为底层高介电常数材料膜层+顶层高二次电子发射材料膜层，其中，高介电系数材料包括：氧化铜(18.1)、氧化铅(25.9)、二氧化钛(110)、二氧化铪(22)；高二次电子发射系数材料包括：氧化镁(～4.2)、氧化铝(～3.5)、氟化镁(～4.2)。
因此，本发明各个方面的实施例中，既可以在超大长径比微通道板基底上按照本发明的工艺制备单一膜层，也可以制备复合膜层。单一膜层的材料选择氧化铝、氧化镁材料，复合膜层的底层选择氧化铜(18.1)、氧化铅(25.9)、二氧化钛(110)、二氧化铪(22)材料，顶层选择氧化镁(～4.2)、氧化铝(～3.5)、氟化镁(～4.2)材料。
在超大长径比的通道内沉积厚度均匀的膜层过程中，ALD(原子层沉积)的基本反应可拆分成两个独立的半反应，因此具有优异的三维贴合性与保形性，适用于通道内沉积膜层。但是，对于超大长径比微通道板内膜层的均匀沉积，例如在瞬态电子成像与探测系统中应用的的超大长径比微通道板，其孔径为5um～40um，开口面积比为50％-70％，长径比范围为80-500，微通道板外形尺寸范围为Ф10mm-Ф100mm，常规ALD设备与常规工艺无法满足膜层均匀性的要求，尤其是在沉积氧化镁、二氧化铪等需要使用到固态前驱体源材料的膜层时，微通道板巨大的表面积以及超大的长径比，都对膜层的均匀沉积带来了非常大的困难。
本发明一方面通过优化沉积的腔体设计实现前驱体源料分散方式以及惰性气体吹扫方式的改进，同时使用充分扩散工作模式，并在此模式状态下优化工艺参数设计，使得制备的ALD-MCP通道内膜层厚度均匀性达到±1％以内，且不同沉积位置处一致性更好，提高超大长径比微通道板增益，以及电荷存储能力。
下面将更加具体的描述其示例性实现。
依据本发明的实施例提出的超大长径比微通道板的特殊基底所设计的新型反应腔，与常规的反应腔(如图2)存在本质不同，本发明的反应腔包括一个用于放置微通道板的内部的腔体，反应腔两端分别是进气端与抽气端，气流方向从进气端流至抽气端，气态反应物与吹扫氮气均沿为单向流动。
结合图3，腔体上下两侧分别设置对应的上匀气盘23和下匀气盘24，左右两侧分别设置惰性气体进气管路25和抽气管路26，23上匀气盘和下匀气盘24上分布有密集的孔使得前驱体反应物进入腔体内形成上下两个气帘，同时到达不同位置处的微通道板表面。
如此，腔体内部上下两个面均具有匀气盘，在前驱体反应物(源蒸汽)通入反应腔时，能够使源蒸汽同时到达不同位置处的微通道板表面，减小不同位置处微通道板接触源蒸汽总时长的离散性，同时可以极大的提高源蒸汽在腔体中的浓度及其分布均匀性，有利于提高源蒸汽分子扩散至通道内的能力，以此来提高源蒸汽分子在浓度梯度的驱动下扩散至通道内部的一致性，从而保证沉积膜层的均匀性。
同时，在通入源蒸汽时，为了使源蒸汽在扩散过程中，尽量不受到惰性气体载气的定向流动的影响，通过控制关闭ALD设备主管道上的阀门增强扩散，以实现充分扩散工作模式。在充分扩散工作模式中，足量的源蒸汽通入反应腔之后，关闭主管道上的进气阀门以及主管道上的两个抽气阀门，将源蒸汽隔绝在反应腔中，极大的提高源的扩散能力。
反应腔与充分扩散工作模式相结合，在微通道板的通道内沉积具有二次电子发射能力的功能膜层材料，均匀性有非常明显的提高，材料的种类包括：氧化铝、氧化镁、二氧化钛、氧化铜、氧化铅、二氧化铪等多种材料。膜层均匀性的提高，对于提高微通道板在瞬态电子成像与探测系统中的动态范围有着决定性的影响。
【实施例1】
一种超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，包括以下步骤：
(1)将清洗后的洁净微通道板装入夹具并放置于沉积设备反应腔中，抽真空并进行氮气吹扫后，加热升温至150-300℃，然后保温一定时间；其实所述的反应腔包括一个用于放置微通道板的腔体，腔体上下两侧分别设置对应的上匀气盘和下匀气盘，左右两侧分别设置惰性气体进气管路和抽气管路，上匀气盘和下匀气盘上分布有密集的孔使得前驱体反应物进入腔体内形成上下两个气帘，同时到达不同位置处的微通道板表面；
(2)沉积第一膜层
通入第一种前驱体，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入第一种前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
通入第二种前驱体H2O，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入H2O前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
交替通入第一种前驱体与第二种前驱体，交替多次完成第一膜层沉积；
(3)沉积第二膜层
通入第三种前驱体，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入第三种前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
通入第二种前驱体H2O，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入H2O前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
交替通入第三种前驱体与第二种前驱体，交替多次完成第二膜层沉积。
优选地，第一膜层厚度在2-40nm，第二膜层厚度为2-10nm。
优选地，第一膜层沉积过程中，交替通入第一种前驱体与第二种前驱体20-400次；第二膜层沉积过程中，交替通入第三种前驱体与第二种前驱体20-100次。
优选地，在沉积第一膜层前，升温至200℃，并保温2h。
优选地，所述微通道板长径比范围在80～500。
优选地，所述第一种前驱体包括TMA、二茂镁、四氯化钛中的一种，第三种前驱体包括TMA、二茂镁中的一种，并且在同一工艺中第一种前驱体与第三前驱体不同。
由此，结合图1、图3、4所示的示例，由于本发明的反应腔内部增设上下两个匀气盘，气态反应物进入反应腔时，常规反应腔是与氮气管路共用同一管单向进气管路从反应腔单侧进入，而本发明的反应腔，气态反应物与吹扫的氮气分别是独立的气路，气态反应物从上下两个匀气盘进入，结合发明的充分扩散工艺，该结构能够使气态反应物能够同时到达不同位置处的微通道板表面，减小不同位置处微通道板接触气态反应物总时长的离散性，同时可以极大的提高气态反应物在腔体中的浓度及其分布均匀性，有利于提高源蒸汽分子扩散至通道内的能力，以此来提高源蒸汽分子在浓度梯度的驱动下扩散至通道内部的一致性，从而保证沉积膜层的均匀性。
【实施例2】
长径比为80的ALD-MCP制作氧化铝单一膜层沉积工艺
(1)将清洗后的洁净微通道板装入专用夹具中，放置于沉积设备反应腔体中，抽真空，设置氮气吹扫流量为300sccm，通过进气管路25和抽气管路26吹扫，再升温至200℃，保温2h；
(2)进TMA前驱体：关闭抽气阀门(16、17)，同时关闭氮气吹扫流量，开启TMA源脉冲阀门(8)并持续2s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，关闭TMA源脉冲阀门(8)，等待10s，开启抽气阀门(16、17)，开启吹扫氮气流量，通过进气管路25和抽气管路26吹扫，流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s；
(3)进H2O前驱体：关闭抽气阀门(16、17)，同时关闭氮气吹扫流量，开启H2O源脉冲阀门(9)并持续2s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，关闭H2O源脉冲阀门(9)，等待10s，开启抽气阀门(16、17)，开启吹扫氮气流量，通过进气管路25和抽气管路26吹扫，流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s；
(4)沉积第(2)、(3)步骤交替执行80次，完成80个循环的Al2O3膜层沉积。
【实施例3】
长径比为500的ALD-MCP制作二氧化钛+氧化镁复合膜层沉积工艺
(1)将清洗后的洁净微通道板装入专用夹具中，放置于沉积设备反应腔体中，抽真空，设置氮气吹扫流量为300sccm，通过进气管路25和抽气管路26吹扫，然后升温至200℃，保温2h；
(2)进四氯化钛前驱体：关闭抽气阀门(16、17)，同时关闭氮气吹扫流量，开启四氯化钛源脉冲阀门(11)并持续20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，关闭四氯化钛源脉冲阀门(11)，等待1min，开启抽气阀门(16、17)，开启吹扫氮气流量，通过进气管路25和抽气管路26吹扫，流量设置为1000sccm，吹扫时间为5min；
(3)进H2O前驱体：关闭抽气阀门(16、17)，同时关闭氮气吹扫流量，开启H2O源脉冲阀门(9)并持续20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，关闭H2O源脉冲阀门(9)，等待1min，开启抽气阀门(16、17)，开启吹扫氮气流量，通过进气管路25和抽气管路26吹扫，流量设置为1000sccm，吹扫时间为5min；
(4)沉积第(2)、(3)步骤交替执行200次，完成200个循环的二氧化钛膜层沉积。
(5)进二茂镁前驱体：关闭抽气阀门(16、17)，同时关闭氮气吹扫流量，开启二茂镁源脉冲阀门(10)并持续20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，关闭二茂镁源脉冲阀门(10)，等待1min，开启抽气阀门(16、17)，开启吹扫氮气流量，通过进气管路25和抽气管路26吹扫，流量设置为1000sccm，吹扫时间为5min；
(6)进H2O前驱体：关闭抽气阀门(16、17)，同时关闭氮气吹扫流量，开启H2O源脉冲阀门(9)并持续20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，关闭H2O源脉冲阀门(9)，等待1min，开启抽气阀门(16、17)，开启吹扫氮气流量，通过进气管路25和抽气管路26吹扫，流量设置为1000sccm，吹扫时间为5min；
(7)沉积第(5)、(6)步骤交替执行80次，完成80个循环的氧化镁膜层沉积。
通过上述实施例制备的微通道板与常规微通道板的对比如下：
Figure BDA0002153472310000091
可见，实施例2中，长径比达到了80，为常规微通道板的2倍，同时通道内沉积了厚度均匀的氧化铝膜层，二次电子发射系数高，增益显著增强，相对介电常数为二氧化硅的两倍以上，能够储存更多的电荷，因此在瞬态电子成像与探测领域，动态范围达到了530，为常规微通道板的5倍以上。
实施例3中，长径比500的微通道板，通道内沉积二氧化钛+氧化镁复合膜层，其中二氧化钛具有非常高的相对介电常数，对复合膜层的介电常数性能贡献比较大，同时氧化镁膜层具有较高的二次电子发射系数，使得即使是长径比达到500，仍然具有5000的增益；长径比的增加以及复合膜层所具有的高介电常数，使得在瞬态电子成像与探测领域，动态范围达到了15400，为常规微通道板的150倍以上。
作为对比，超大长径比微通道板使用未改进反应腔体，采用常规ALD工艺，即使脉冲时间与吹扫时间极大的延长，也无法使膜层完全贯穿通道内壁，膜层均匀性非常差。在器件性能测试方面，超大长径比微通道板采用常规ALD工艺，在通道内超过一半的区域无法沉积上功能膜层，对于整体的二次电子发射能力以及内壁表面介电常数有非常大的影响，导致增益仅500，动态范围为1000，当长径比小一些，常规ALD工艺沉积膜层能够贯穿通道，但是会存在均匀性不好的问题，膜层厚度的不均匀仍然会影响到通道内壁整体平均的二次电子发射系数与介电常数，从而影响最终的动态范围；而采用本发明工艺的实施例3，膜层完全贯穿通道内壁，且均匀性非常好，整体的二次电子发射能力与介电常数高，从而获得了优异的动态范围性能。
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 (7)

1.一种超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将清洗后的洁净微通道板装入夹具并放置于沉积设备反应腔中，抽真空并进行氮气吹扫后，加热升温至150-300℃，然后保温一定时间；所述的反应腔包括一个用于放置微通道板的腔体，腔体上下两侧分别设置对应的上匀气盘和下匀气盘，左右两侧分别设置惰性气体进气管路和抽气管路，上匀气盘和下匀气盘上分布有密集的孔使得前驱体反应物进入腔体内形成上下两个气帘；
其中，气流方向从进气管路流至抽气管路；气态反应物从上匀气盘和下匀气盘通入反应腔，形成所述上下两个气帘，使气态反应物同时到达不同位置处的微通道板表面，减小不同位置处微通道板接触气态反应物的总时长的离散性，同时提高气态反应物在腔体中的浓度及其分布均匀性；其中气态反应物和与吹扫氮气均沿为单向流动；
（2）沉积第一膜层
通入第一种前驱体，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入第一种前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
通入第二种前驱体H2O，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入H2O前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
交替通入第一种前驱体与第二种前驱体，交替多次完成第一膜层沉积；
（3）沉积第二膜层
通入第三种前驱体，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入第三种前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
通入第二种前驱体H2O，具体工艺包括：停止抽气，同时关闭氮气吹扫，保持通入H2O前驱体2-20s，前驱体通过上下两个匀气盘均匀进入到反应腔中，将前驱体封闭在反应腔中，等待10s-1min后，开始抽气，并将氮气吹扫流量设置为1000sccm，吹扫时间为40s-5min；
交替通入第三种前驱体与第二种前驱体，交替多次完成第二膜层沉积。
2.根据权利要求1所述的超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，其特征在于，第一膜层厚度在2-40nm，第二膜层厚度为2-10nm。
3.根据权利要求1所述的超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，其特征在于，第一膜层沉积过程中，交替通入第一种前驱体与第二种前驱体20-400次；第二膜层沉积过程中，交替通入第三种前驱体与第二种前驱体20-100次。
4.根据权利要求1所述的超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，其特征在于，在沉积第一膜层前，升温至200℃，并保温2h。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，其特征在于，所述微通道板长径比范围在80~500。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，所述第一种前驱体包括TMA、二茂镁、四氯化钛中的一种，第三种前驱体包括TMA、二茂镁中的一种，并且在同一工艺中第一种前驱体与第三种 前驱体不同。
7.一种超大长径比微通道板，其特征在于，采用权利要求1-6中任意一项所述方法制备其功能膜层。
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