CN113205996A - 一种微通道板 - Google Patents

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Abstract

本公开是关于微通道板，属于光电技术领域。本发明提供的微通道板包括微通道板本体及设置在微通道板本体内壁的高阻薄膜；所述高阻薄膜具有由第1‑M薄膜层组成的层叠结构，每个薄膜层包括通过原子层沉积制成的第一材料层和通过原子层沉积于第一材料层上的第二材料层；所述微通道板本体内壁上为第1薄膜层的第一材料层，第i薄膜层的第一材料层沉积于第i‑1薄膜层的第二材料层上；所述高阻薄膜的厚度在预设厚度取值范围内；其中，第一材料为指定绝缘材料和指定导电材料中的任一种，第二材料为所述指定绝缘材料和指定导电材料中的另一种；i＝2,…M。本申请能够解决现有技术其副产物为有毒有害气体的问题。

Description

一种微通道板
技术领域
本公开涉及光电技术领域，尤其涉及一种微通道板。
背景技术
传统微通道板是由具有较高二次电子发射系数含铅玻璃制备，经过复杂工艺处理后，通道内壁粗糙度变差，会导致增益降低、噪声增加等问题，限制了其性能的提升。原子层沉积技术由于其具有可在高深宽比通道内沉积薄膜的能力，通过原子层沉积工艺在微通道板内壁制备功能层，可提升微通道板的性能，采用原子层沉积制备微通道板功能层，所得微通道板的性能可得到很大提升。
目前采用原子层沉积制备比较成熟的商业化微通道板功能层薄膜为W/Al2O3和Mo/Al2O3，通过调整W/Mo与Al2O3的比例可使其电阻满足微通道板使用要求。但是其有几个缺点：一、在ALD制备W、Mo薄膜时使用的是六氟化钨(WF6)和六氟化钼(MoF6)具有强烈的剧毒的气态前驱体，化学性质及其不稳定且不易保存，在制备该种薄膜时存在巨大的安全隐患；二、在利用ALD制备好的W/Al2O3和Mo/Al2O3的复合薄膜中，仍含有残余的杂质，其中可以检测到将近16.5％的F元素，且在导电层中残余的F、C元素会在一定程度上影响MCP的各项性能，尤其是在增益和寿命方面；三、在ALD反应过程中会伴随产生AlF3、HF、CHFx等氟化物等副产物，这些氟化物会对设备进行腐蚀，严重的损坏设备；四、利用ALD制备W薄膜时，它的生长速率高达
Figure BDA0003077592570000011
而利用ALD制备Al2O3薄膜时它的生长速率为
Figure BDA0003077592570000012
两者的生长速率相差较大，会导致W薄膜颗粒在包覆Al2O3颗粒时无法均匀掺杂，并最终影响导电层的性能，进而影响MCP的性能。
为了解决现有微通道板使用W/Al2O3或Mo/Al2O3时需要使用有毒前驱体源WF6或MoF6，且其副产物为有毒有害其它HF。本发明提供了一种微通道板及在微通道板内壁制备导电材料Ir、IrO2、Ru、RuO2与绝缘材料叠层的高阻薄膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微通道板，用于解决使用W/Al2O3或Mo/Al2O3时需要使用到有毒前驱体源WF6或MoF6且其副产物为有毒有害气体HF的问题。本发明提供的技术方案如下：
根据本公开实施例的第一方面，提供一种微通道板，包括微通道板本体及设置在微通道板本体内壁的高阻薄膜；所述高阻薄膜具有由第1-M薄膜层组成的层叠结构，每个薄膜层包括通过原子层沉积制成的第一材料层和通过原子层沉积于第一材料层上的第二材料层；所述微通道板本体内壁上为第1薄膜层的第一材料层，第i薄膜层的第一材料层沉积于第i-1薄膜层的第二材料层上；所述高阻薄膜的厚度在预设厚度取值范围内；
其中，第一材料为指定绝缘材料和指定导电材料中的任一种，第二材料为所述指定绝缘材料和指定导电材料中的另一种；i＝2,…M。
在一个实施例中，所述第一材料层通过原子层沉积n循环所述第一材料得到，所述第二材料层通过原子层沉积m循环所述第二材料；n为自然数，m为自然数。
在一个实施例中，所述第一材料为指定绝缘材料，所述第二材料为所述指定导电材料。
在一个实施例中，所述n为5-15之间的任意整数，所述m为1-5之间的任意整数。
在一个实施例中，所述原子层沉积的沉积温度为100-400℃之间的任意温度。
在一个实施例中，所述指定导电材料包括但不限于Ir、IrO2、Ru、RuO2中的一种。
在一个实施例中，所述指定绝缘材料包括但不限于YSZ、HfO2、Ta2O5、Pr2O3中的一种。
在一个实施例中，所述预设厚度取值范围为100-200nm。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1为本发明提供的一种微通道板制备方法流程图；
图2为本发明提供的一种微通道板的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1所示为本发明提供的一种微通道板制备方法流程图，如图1中所示，该方法包括以下步骤：
S1：在微通道板本体内壁上通过原子层沉积制成第N个第一材料层；
其中，N的初始值为1。
S2：在第N个第一材料层上通过原子层沉积制成第N个第二材料层，得到由第N个第一材料层和第N个第二材料层组成的第N薄膜层；
本实施例中，所述第一材料为指定绝缘材料和指定导电材料中的任一种，所述第二材料为所述指定绝缘材料和指定导电材料中的另一种。
优选地，步骤S1和S2中所述原子层沉积时控制沉积温度为100-400℃之间的任意温度。
S3：判断当前第1-N薄膜层的总厚度是否达到预设厚度取值范围，若是，则执行步骤S6，否则，执行步骤S4。
S4：在所述第N个第二材料层上通过原子层沉积制成第N+1个第一材料层。
S5：令N＝N+1，随后返回执行步骤S2。
S6：得到包括高阻薄膜的微通道板。
其中，所述高阻薄膜具有由第1-N薄膜层组成的层叠结构且厚度处于预设厚度取值范围。
本实施例中，将绝缘材料与导电材料按一定比例叠层之后形成层叠结构的高阻薄膜，每一次大循环沉积制成具有一定厚度比的第一材料层和第二材料层，当本次沉积后，高阻薄膜厚度未达标时，返回步骤S1继续下一次大循环，直至所述高阻薄膜厚度达标时停止。通过该制备方法制备的微通道板在长时间及高温情况下使用时性能稳定，使用寿命长，且由于制备过程不涉及有毒有害物质，因此解决了现有技术存在的问题。
在一可选实施例中，图1所述方法中，通过原子层沉积制成第一材料层的方法为：通过原子层沉积n循环所述第一材料，得到第一材料层。通过原子层沉积制成第二材料层的方法为：通过原子层沉积m循环所述第二材料，得到第二材料层。其中，n为自然数，m为自然数。即：本实施例中在每次大循环中沉积n循环第一材料：m循环第二材料，根据厚度要求，通过多轮大循环，得到厚度满足要求的层叠结构的高阻薄膜。
优选地，所述第一材料为指定绝缘材料，所述第二材料为所述指定导电材料。
优选地，所述n取值为5-15之间的任意整数，所述m取值为1-5之间的任意整数。
优选地，所述指定导电材料包括但不限于Ir、IrO2、Ru、RuO2中的一种。
优选地，所述指定绝缘材料包括但不限于YSZ、HfO2、Ta2O5、Pr2O3中的一种。
优选地，所述预设厚度取值范围为100-200nm。
对应于本实施例提供的微通道板制备方法，本实施例还提供一种微通道板，包括微通道板本体1及设置在微通道板本体内壁的高阻薄膜2，如图2中所示，所述高阻薄膜2具有由第1-M薄膜层21组成的层叠结构，每个薄膜层21包括通过原子层沉积制成的第一材料层211和通过原子层沉积于第一材料层上的第二材料层212；所述微通道板本体1内壁上为第1薄膜层21的第一材料层211，第i薄膜层的第一材料层211沉积于第i-1薄膜层的第二材料层212上；所述高阻薄膜2的厚度在预设厚度取值范围内；其中，第一材料为指定绝缘材料和指定导电材料中的任一种，第二材料为所述指定绝缘材料和指定导电材料中的另一种；i＝2,…M。
在一个实施例中，所述第一材料层211通过原子层沉积n循环所述第一材料得到，所述第二材料层212通过原子层沉积m循环所述第二材料；n为自然数，m为自然数。
在一个实施例中，所述第一材料为指定绝缘材料，所述第二材料为所述指定导电材料。
在一个实施例中，所述n为5-15之间的任意整数，所述m为1-5之间的任意整数。
在一个实施例中，所述原子层沉积的沉积温度为100-400℃之间的任意温度。
在一个实施例中，所述指定导电材料包括但不限于Ir、IrO2、Ru、RuO2中的一种。
在一个实施例中，所述指定绝缘材料包括但不限于YSZ、HfO2、Ta2O5、Pr2O3中的一种。
在一个实施例中，所述预设厚度取值范围为100-200nm。
下面采用6个具体的实施例，对本发明方法实施例的技术方案进行详细说明。
实施例1
将微通道板置于RCA标准清洗液SC-2(HCl：H2O2:H2O＝1:1:5)中，85℃超声清洗15分钟后，室温下置于HF溶液中(HF:H2O＝1:50)超声清洗，将清洗后的微通道板放入原子层沉积室内，抽真空至10-1Pa，并将沉积室和微通道板温度加热至250℃，开始进行YSZ沉积，其中ZrO2:Y2O3＝7:1，锆源为四二甲胺基锆(TDMAZr),钇源为三(二异丙基乙酰胺)钇Y(iPr-amd)3，TDMAZr源温设置为75℃，Y(iPr-amd)3源温设置为135℃。ZrO2沉积过程为TDMAZr/N2/H2O/N2＝(0.3s/15s/0.15s/15s)，Y2O3沉积过程为Y(iPr-amd)3/N2/H2O/N2＝(0.5s/15s/1s/30s)，循环10次后，进行1次Ir沉积，铱源为三乙酰丙酮铱(Ir(acac)3),Ir(acac)3源温设置为150℃，Ir沉积过程为Ir(acac)3/N2/O2/N2＝(0.2s/15s/0.5s/30s)。本实施例中，10次YSZ沉积循环和1次Ir沉积即为1个大循环，大循环进行200次后停止沉积，待沉积室降至室温后，打开沉积室，取出沉积Ir掺杂YSZ薄膜的微通道板，椭偏仪测得高阻薄膜厚度为135nm。
实施例2
将微通道板置于RCA标准清洗液SC-2(HCl：H2O2:H2O＝1:1:5)中，85℃超声清洗15分钟后，室温下置于HF溶液中(HF:H2O＝1:50)超声清洗，将清洗后的微通道板放入原子层沉积室内，抽真空至10-1Pa，并将沉积室和微通道板温度加热至200℃，开始进行YSZ沉积，其中ZrO2:Y2O3＝7:1，锆源为四儿家胺基锆(TDMAZr),钇源为三(二异丙基乙酰胺)钇Y(iPr-amd)3，TDMAZr源温设置为75℃，Y(iPr-amd)3源温设置为135℃。ZrO2沉积过程为TDMAZr/N2/H2O/N2＝(0.03s/15s/1s/15s)，Y2O3沉积过程为Y(iPr-amd)3/N2/H2O/N2＝(0.03s/15s/1s/30s)，循环10次后，进行1次IrO2沉积，铱源为三乙酰丙酮铱(Ir(acac)3),Ir(acac)3源温设置为150℃，Ir沉积过程为Ir(acac)3/N2/O3/N2＝(0.3s/15s/2s/30s)。本实施例中，10次YSZ沉积循环和1次IrO2沉积即为1个大循环，大循环进行150次后停止沉积，待沉积室降至室温后，打开沉积室，取出沉积Ir掺杂YSZ薄膜的微通道板，椭偏仪测得高阻薄膜厚度为103nm。
实施例3
将微通道板置于RCA标准清洗液SC-2(HCl：H2O2:H2O＝1:1:5)中，85℃超声清洗15分钟后，室温下置于HF溶液中(HF:H2O＝1:50)超声清洗，将清洗后的微通道板放入原子层沉积室内，抽真空至10-1Pa，并将沉积室和微通道板温度加热至300℃，开始进行HfO2沉积，其中铪源为四二甲胺基铪(TDMAHf),TDMAHf源温设置为80℃，沉积过程为TDMAHf/N2/O2/N2＝(0.2s/15s/0.5s/15s)，循环8次后，进行1次Ir沉积，铱源为三乙酰丙酮铱(Ir(acac)3),Ir(acac)3源温设置为150℃，Ir沉积过程为Ir(acac)3/N2/O2/N2＝(0.2s/15s/0.5s/30s)。本实施例中，8次HfO2沉积循环后和1次Ir沉积即为1个大循环，大循环进行250次后停止沉积，待沉积室降至室温后，打开沉积室，取出沉积Ir掺杂的HfO2的微通道板，椭偏仪测得高阻薄膜厚度为180nm。
实施例4
将微通道板置于RCA标准清洗液SC-2(HCl：H2O2:H2O＝1:1:5)中，在85℃下超声清洗15分钟后，在室温下置于HF溶液中(HF:H2O＝1:50)超声清洗处理后，将微通道板装入原子层沉积室内，抽真空至10-1Pa，并将沉积室和微通道板温度加热至350℃，开始进行Ta2O5沉积，其中钽源为四二甲胺基钽(TDMATa),TDMATa源温设置为70℃，沉积过程为TDMATa/N2/H2O/N2＝(0.03s/15s/0.03s/15s)，循环8次后，进行1次Ru沉积，其中Ru源为二环戊烯基钌(RuCp2),源温设置为80℃，沉积过程为RuCp2/N2/O2/N2＝(0.5s/10s/1s/10s)。本实施例中，12次Ta2O5沉积循环后和3次Ru沉积即为1个大循环，大循环进行130次后停止沉积，待沉积室降至室温后，打开沉积室，取出沉积了Ru掺杂Ta2O5薄膜的微通道板，椭偏仪测得高阻薄膜厚度为155nm。
实施例5
将微通道板置于RCA标准清洗液SC-2(HCl：H2O2:H2O＝1:1:5)中，在85℃下超声清洗15分钟后，在室温下置于HF溶液中(HF:H2O＝1:50)超声清洗处理后，将微通道板装入原子层沉积室内，抽真空至10-1Pa，并将沉积室和微通道板温度加热至300℃，开始进行Ta2O5沉积，其中钽源为四二甲胺基钽(TDMATa),TDMATa源温设置为70℃，沉积过程为TDMATa/N2/H2O/N2＝(0.03s/15s/0.03s/15s)，循环15次后，进行5次RuO2沉积，其中Ru源为二环戊烯基钌(RuCp2),源温设置为80℃，沉积过程为RuCp2/N2/O3/N2＝(1s/10s/1s/10s)。本实施例中，15次Ta2O5沉积循环后和5次RuO2沉积即为1个大循环，大循环进行100次后停止沉积，待沉积室降至室温后，打开沉积室，取出沉积了RuO2掺杂Ta2O5薄膜的微通道板，椭偏仪测得高阻薄膜厚度为160nm。
实施例6
将微通道板置于RCA标准清洗液SC-2(HCl：H2O2:H2O＝1:1:5)中，在85℃下超声清洗15分钟后，在室温下置于HF溶液中(HF:H2O＝1:50)超声清洗处理后，将微通道板装入原子层沉积室内，抽真空至10-1Pa，并将沉积室和微通道板温度加热至300始进行Pr2O3沉积，其中Pr源为三乙基环戊烯基(Pr(C5H4Et)3)，Pr(C5H4 Et)3源温设置为130℃，沉积过程为Pr(C5H4Et)3/N2/H2O/N2＝(0.3/10s/0.5/10s)，循环12次后，进行4次Ir沉积，铱源为三乙酰丙酮铱(Ir(acac)3),Ir(acac)3源温设置为150℃，Ir沉积过程为Ir(acac)3/N2/O2/N2＝(0.2s/15s/0.5s/30s)。本实施例中，12次Pr2O3沉积循环和4次Ir沉积即为1个大循环，大循环进行80次后停止沉积，待沉积室降至室温后，打开沉积室，取出沉积Ir掺杂YSZ薄膜的微通道板，椭偏仪测得高阻薄膜厚度为110nm。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种微通道板，其特征在于，包括微通道板本体及设置在微通道板本体内壁的高阻薄膜；所述高阻薄膜具有由第1-M薄膜层组成的层叠结构，每个薄膜层包括通过原子层沉积制成的第一材料层和通过原子层沉积于第一材料层上的第二材料层；所述微通道板本体内壁上为第1薄膜层的第一材料层，第i薄膜层的第一材料层沉积于第i-1薄膜层的第二材料层上；所述高阻薄膜的厚度在预设厚度取值范围内；
其中，第一材料为指定绝缘材料和指定导电材料中的任一种，第二材料为所述指定绝缘材料和指定导电材料中的另一种；i＝2,…M。
2.根据权利要求1所述的微通道板，其特征在于，所述第一材料层通过原子层沉积n循环所述第一材料得到，所述第二材料层通过原子层沉积m循环所述第二材料；n为自然数，m为自然数。
3.根据权利要求1或2所述的微通道板，其特征在于，所述第一材料为指定绝缘材料，所述第二材料为所述指定导电材料。
4.根据权利要求2所述的微通道板，其特征在于，所述n为5-15之间的任意整数，所述m为1-5之间的任意整数。
5.根据权利要求1所述的微通道板，其特征在于，所述原子层沉积的沉积温度为100-400℃之间的任意温度。
6.根据权利要求1所述的微通道板，其特征在于，所述指定导电材料包括但不限于Ir、IrO2、Ru、RuO2中的一种。
7.根据权利要求1所述的微通道板，其特征在于，所述指定绝缘材料包括但不限于YSZ、HfO2、Ta2O5、Pr2O3中的一种。
8.根据权利要求1所述的微通道板，其特征在于，所述预设厚度取值范围为100-200nm。
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