CN113451090B - 用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法，包括：获取不同量子效率的光电阴极制备过程中的光电流曲线；提取出与设定的量子效率区间对应的光电流曲线斜率的角度参考范围；在制备光电阴极的过程中，根据需要达到的量子效率区间选择对应的角度参考范围；以及以选择的角度参考范围为依据，在制备过程中将实际的光电流曲线斜率的角度与角度参考范围进行对比，对正在进行的阴极制备过程进行调整，使阴极制备过程中光电流曲线斜率的角度向所需量子效率的角度参考范围不断接近，最终制作出所需量子效率的光电阴极。本发明的调控方法可通过给出的参考值设定期望制作的量子效率值，在实际生产过程中可提高量子效率的可控性，从而提高了光电倍增管量子效率的一致性，避免单独针对某个量子效率进行调控时的不确定性和降低调控难度。

Description

用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法

技术领域

本发明涉及光电倍增管技术领域，尤其是光电倍增管阴极制备过程，具体而言涉及一种用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法。

背景技术

光电倍增管是一种真空光探测器件，可以将微弱光信号转换成电信号，具有极高的灵敏度和超快的时间响应特性，可以工作在紫外、可见和近红外区的光谱区，光电倍增管内设置有倍增极，倍增极是将前一级发射的电子收集并发射到下一极。广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测等设备中。

光电倍增管的量子效率，主要由光电阴极决定，直接影响其对光信号的探测性能。光电阴极主要是不同的蒸发源在特定的温度、真空度条件下进行反应形成阴极膜层并附着在相应的光窗上，形成双碱阴极或者多碱阴极。蒸镀反应过程中，由于K蒸发源内部K源粉末填充密度、Sb蒸发源大小及形状无法完全一致、且给蒸发源通电的线路电阻存在一定的差异，因此相同的蒸发电流通过蒸发源时K源的蒸发量、Sb源的蒸发量存在差异，而阴极制备过程中主要是通过控制蒸发源电流来调节阴极制备过程，这就导致阴极制备结果的一致性较差。

光电倍增管的性能除量子效率外，还有暗计数率(DR)、能量分辨率(δ)、后脉冲(AFP)、工作电压(AHV)、渡越时间(TTS)等性能参数，这些参数之间相互制约，在不同的项目中使用光电倍增管时对各个参数要求不一样，因此对量子效率的要求也就有差别，有的要求量子效率越高越好，有的甚至要求较低一些。例如针对不同型号的的光电倍增管，其对于光电阴极的量子效率控制要求不同，而在产线生产过程中，存在交叉生产的情况，工艺控制难度高，在阴极制作过程中无法根据现象直接判断出其量子效率的大概区间范围以及出现问题，因此量子效率的可控性及一致性就显得格外重要。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法，通过对历史不同量子效率的光电流曲线的分析，提取出与量子效率对应的光电流斜率的角度参考范围，并用于直到后续阴极的制备，实现高效制备过程控制的同时，实现不同型号的光电阴极的量子效率的可控性及一致性。

根据本发明目的的第一方面提出一种用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法，包括以下步骤：

获取不同量子效率的光电阴极制备过程中的光电流曲线；

提取出与设定的量子效率区间对应的光电流曲线斜率的角度参考范围；

在制备光电阴极的过程中，根据需要达到的量子效率区间选择对应的角度参考范围；以及

以选择的角度参考范围为依据，在制备过程中将实际的光电流曲线斜率的角度与角度参考范围进行对比，对正在进行的阴极制备过程进行调整，使阴极制备过程中光电流曲线斜率的角度向所需量子效率的角度参考范围不断接近，最终制作出所需量子效率的光电阴极。

优选地，在调整过程中，根据光电流曲线斜率对应的角度与角度参考范围的对比差值，调整锑电流。

优选地，在调整过程中，根据阴极制备的不同阶段，执行不同的调整策略，工艺时间在0-60min之内执行方案一；工艺时间在60-100min内执行方案二；工艺时间超过100min则进程结束，其中：

方案一、对比光电流曲线斜率对应的角度与角度参考范围，即角度参考范围的最大值max与最小值min：

1)如果光电流曲线斜率对应的角度在角度参考范围内，正常运行；

2)如果光电流曲线斜率对应的角度超过角度参考值最大值max，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度≥90°：Sb电流值加0.04A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在90°～(45°+max/2)：Sb电流值加0.03A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在(45°+max/2)～max：Sb电流值加0.02A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比；

3)如果光电流曲线斜率对应的角度达不到角度参考值最小值min，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度在0°～min/2：Sb电流值减0.03A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在min/2～min：Sb电流值减0.02A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比；

方案二、对比光电流曲线斜率对应的角度与角度参考范围，即角度参考范围的最大值max与最小值min：

1)如果光电流曲线斜率对应的角度在角度参考范围内，正常运行；

2)如果光电流曲线斜率对应的角度超过角度参考值最大值max，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度≥90°：Sb电流值加0.03A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在90°～(45°+max/2)：Sb电流值加0.02A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在(45°+max/2)～max：Sb电流值加0.01A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比；

3)如果光电流曲线斜率对应的角度达不到角度参考值最小值min，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度在0°～min/2：Sb电流值减0.02A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在min/2～min：Sb电流值减0.01A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比。

优选地，，根据光电流曲线分析提取的光电流曲线斜率的角度参考范围的过程中，通过对量子效率进行聚类，确定量子效率区间。

优选地，在进行聚类分析过程中，每个量子效率的光电阴极对应的制备过程均选择至少N条光电曲线作为分析基础，N大于等于10。

优选地，根据光电流曲线分析提取的量子效率区间对应的光电流曲线斜率的角度参考范围如下表格：

量子效率区间	光电流曲线斜率的角度参考范围
		(22％-26％]	58°-63°
(26％-30％]	48°-53°
		(30％-34％]	36°-41°
(34％-38％]	27°-31°

优选地，根据不同量子效率的光电阴极制备过程中的光电流曲线，基于DBSCAN聚类算法提取与设定的量子效率区间对应的光电流曲线斜率的角度参考范围。

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是各量子效率光电流曲线斜率的角度的示意图。

图2是量子效率22％-26％光电流曲线斜率的角度的示意图。

图3是量子效率26％-30％光电流曲线斜率的角度的示意图。

图4是量子效率30％-34％光电流曲线斜率的角度的示意图。

图5是量子效率34％-38％光电流曲线斜率的角度的示意图。

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。

结合图示，根据本发明的实施例整体上提出一种用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法，包括以下步骤：获取不同量子效率的光电阴极制备过程中的光电流曲线；提取出与设定的量子效率区间对应的光电流曲线斜率的角度参考范围；在制备光电阴极的过程中，根据需要达到的量子效率区间选择对应的角度参考范围；以及以选择的角度参考范围为依据，在制备过程中将实际的光电流曲线斜率的角度与角度参考范围进行对比，对正在进行的阴极制备过程进行调整，使阴极制备过程中光电流曲线斜率的角度向所需量子效率的角度参考范围不断接近，最终制作出所需量子效率的光电阴极。

由此，通过对历史不同量子效率的光电流曲线的分析，提取出与量子效率对应的光电流斜率的角度参考范围，并用于直到后续阴极的制备，实现高效制备过程控制的同时，实现不同型号的光电阴极的量子效率的可控性及一致性。

其中，每个量子效率的光电阴极对应的制备过程均选择至少N条光电曲线作为分析基础，N大于等于10。

在具体实现过程中，首先对不同的量子效率进行曲线分析，每个量子效率取10根光电流曲线作为样本，对这些光电流曲线斜率的角度进行分析，通过分析结果将量子效率划分为22％-26％、26％-30％、30％-34％、34％-38％四个区间；然后对各个区间的角度值进行分析，最终确定各量子效率区间光电流曲线斜率的角度参考范围。

以选择的角度参考范围为依据，在制备过程中将实际的光电流曲线斜率的角度与角度参考范围进行对比，对正在进行的阴极制备过程进行调整，使阴极制备过程中光电流曲线斜率的角度向所需量子效率的角度参考范围不断接近，最终制作出所需量子效率的光电阴极。

优选地，在制备光电倍增管的阴极调整过程中，根据光电流曲线斜率对应的角度与角度参考范围的对比差值，调整锑电流。

优选地，在调整过程中，根据阴极制备的不同阶段，执行不同的调整策略，工艺时间在0-60min之内执行方案一；工艺时间在60-100min内执行方案二；工艺时间超过100min则进程结束，其中：

方案一、对比光电流曲线斜率对应的角度与角度参考范围，即角度参考范围的最大值max与最小值min：

1)如果光电流曲线斜率对应的角度在角度参考范围内，正常运行；

2)如果光电流曲线斜率对应的角度超过角度参考值最大值max，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度≥90°：Sb电流值加0.04A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在90°～(45°+max/2)：Sb电流值加0.03A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在(45°+max/2)～max：Sb电流值加0.02A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比；

3)如果光电流曲线斜率对应的角度达不到角度参考值最小值min，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度在0°～min/2：Sb电流值减0.03A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在min/2～min：Sb电流值减0.02A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比；

方案二、对比光电流曲线斜率对应的角度与角度参考范围，即角度参考范围的最大值max与最小值min：

1)如果光电流曲线斜率对应的角度在角度参考范围内，正常运行；

2)如果光电流曲线斜率对应的角度超过角度参考值最大值max，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度≥90°：Sb电流值加0.03A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在90°～(45°+max/2)：Sb电流值加0.02A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在(45°+max/2)～max：Sb电流值加0.01A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比；

3)如果光电流曲线斜率对应的角度达不到角度参考值最小值min，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度在0°～min/2：Sb电流值减0.02A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在min/2～min：Sb电流值减0.01A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比。

如此，自动调控方法对正在进行的阴极制备过程进行调整，使阴极制备过程中光电流曲线斜率的角度向所需量子效率光电流斜率的参考值无限接近，最终制作出所需量子效率的光电倍增管。

首先对量子效率在22％-38％区间内的每个量子效率随机选取10条曲线，并对相应的光电流斜率的角度进行分析，主要分析结果见图1，从图1中各个角度的分布来看，可以将量子效率22％-38％进一步细分为4个区间：22％-26％、26％-30％、30％-34％、34％-38％。

然后对各量子效率区间光电流曲线斜率的角度值进行分析(图2、图3、图4、图5)，最终分析出各量子效率区间光电流曲线斜率角度参考范围，见表1：

表1各量子效率区间相应的光电流曲线斜率的角度参考范围

量子效率区间	光电流曲线斜率的角度参考范围
		(22％-26％]	58°-63°
(26％-30％]	48°-53°
		(30％-34％]	36°-41°
(34％-38％]	27°-31°

在实际阴极制备时，通过前述方法的自动调控方法对正在进行的阴极制备过程进行调整，使阴极制备过程中光电流曲线斜率的角度向所需量子效率光电流斜率的参考值无限接近，最终制作出所需量子效率的光电倍增管。

采用本发明的技术方案，我们在四个角度范围内各进行了30只光电倍增管阴极的制备，制备结果如下：

表2设定角度制备的阴极量子效率数据

从实验结果来看，设定相应角度能制备出与之对应量子效率的光电倍增管的比例均在83％之上，证明本方案给出的角度范围与量子效率的对应关系是有效的，因此可以提高量子效率的可控性。

目前本公司的主流产品共两个，PA产品与PC产品，两个产品对量子效率的要求不一致(PC产品要求量子效率23％，PA产品要求量子效率32％)，但又要交叉生产，因此量子效率的可控性显得格外重要，本方案利用于生产后对量子效率的控制有了明显改善，且量子效率的一致性也得到了相应的提高，具体对比数据见表3、表4：

表3 PC产品利用本方案阴极制备前后量子效率对比

表4 PA产品利用本方案阴极制备前后量子效率对比

综合上述，本发明的调控方法可通过给出的参考值设定期望制作的量子效率值，在实际生产过程中，可根据量子效率的需求有针对性的地去进行阴极制备，从而制作出相应的量子效率的光电倍增管，提高了量子效率的可控性，从而提高了光电倍增管量子效率的一致性，避免单独针对某个量子效率进行调控时的不确定性和降低调控难度。

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 (5)

1.一种用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取不同量子效率的光电阴极制备过程中的光电流曲线；

提取出与设定的量子效率区间对应的光电流曲线斜率的角度参考范围；

在制备光电阴极的过程中，根据需要达到的量子效率区间选择对应的角度参考范围；以及以选择的角度参考范围为依据，在制备过程中将实际的光电流曲线斜率的角度与角度参考范围进行对比，对正在进行的阴极制备过程进行调整，使阴极制备过程中光电流曲线斜率的角度向所需量子效率的角度参考范围不断接近，最终制作出所需量子效率的光电阴极；

在调整过程中，根据光电流曲线斜率对应的角度与角度参考范围的对比差值，调整锑电流；

并且，根据阴极制备的不同阶段，执行不同的调整策略，工艺时间在0-60min之内执行方案一；工艺时间在60-100min内执行方案二；工艺时间超过100min则进程结束，其中：

方案一、对比光电流曲线斜率对应的角度与角度参考范围，即角度参考范围的最大值max与最小值min：

1）如果光电流曲线斜率对应的角度在角度参考范围内，正常运行；

2）如果光电流曲线斜率对应的角度超过角度参考值最大值max，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度≥90°：Sb电流值加0.04A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在90°~（45°＋max/2）：Sb电流值加0.03A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在（45°＋max/2）~max：Sb电流值加0.02A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比；

3）如果光电流曲线斜率对应的角度达不到角度参考值最小值min，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度在0°~min/2：Sb电流值减0.03A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在min/2~min：Sb电流值减0.02A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比；

方案二、对比光电流曲线斜率对应的角度与角度参考范围，即角度参考范围的最大值max与最小值min：

1）如果光电流曲线斜率对应的角度在角度参考范围内，正常运行；

2）如果光电流曲线斜率对应的角度超过角度参考值最大值max，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度≥90°：Sb电流值加0.03A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在90°~（45°＋max/2）：Sb电流值加0.02A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在（45°＋max/2）~max：Sb电流值加0.01A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比；

3）如果光电流曲线斜率对应的角度达不到角度参考值最小值min，则进一步处理如下：

若光电流曲线斜率对应的角度在0°~min/2：Sb电流值减0.02A，等待3min再进行工艺时间判断、角度对比；

若光电流曲线斜率对应的角度在min/2~min：Sb电流值减0.01A，等待2min再进行工艺时间判断、角度对比。

2.根据权利要求1所述的用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法，其特征在于，根据光电流曲线分析提取的光电流曲线斜率的角度参考范围的过程中，通过对量子效率进行聚类，确定量子效率区间。

3.根据权利要求2所述的用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法，其特征在于，在进行聚类过程中，每个量子效率的光电阴极对应的制备过程均选择N条光电曲线作为分析基础，N大于等于10。

4.根据权利要求1所述的用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法，其特征在于，根据光电流曲线分析提取的量子效率区间对应的光电流曲线斜率的角度参考范围如下：

（1）量子效率范围：（22%-26%]，对应的光电流曲线斜率的角度参考范围为58°- 63°；

（2）量子效率范围：（26%-30%]，对应的光电流曲线斜率的角度参考范围为48°- 53°；

（3）量子效率范围：（30%-34%]，对应的光电流曲线斜率的角度参考范围为36°- 41°；

（4）量子效率范围：（34%-38%]，对应的光电流曲线斜率的角度参考范围为27°- 31°。

5.根据权利要求1所述的用于提高光电倍增管阴极量子效率可控性及一致性的方法，其特征在于，根据不同量子效率的光电阴极制备过程中的光电流曲线，基于DBSCAN聚类算法提取与设定的量子效率区间对应的光电流曲线斜率的角度参考范围。

Images