CN117969604A - 低物质量圆柱形微结构气体探测器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种低物质量圆柱形微结构气体探测器及其制备方法，该制备方法包括：操作S10：制备面电阻率不高于0.25Ω/□的柔性低物质量电极基材；操作S20：制备柔性放大单元和读出电极单元；操作S30：基于内筒辅助结构和所述低物质量电极基材、柔性放大单元、读出电极单元制备内筒探测器电极组件；操作S40：基于外筒辅助结构和所述低物质量电极基材制备外筒漂移电极组件；以及操作S50：基于内筒辅助结构和外筒辅助结构将内筒探测器电极组件和外筒漂移电极组件进行组装，并进行电气连接及固定密封，完成气体探测器的制备。

Description

低物质量圆柱形微结构气体探测器及其制备方法

技术领域

本公开涉及气体探测器技术领域，尤其涉及一种具有单极放大结构的低物质量圆柱形微结构气体探测器及其制备方法。

背景技术

基于高能粒子加速器的物理实验是研究粒子物理最重要且最有效的实验途径之一。粒子物理的深入发展要求不断提高加速器的亮度和能量，相应地形成了粒子物理高亮度和高能量的两个前沿方向。当前基于加速器的粒子物理实验呈现出了在这两个前沿方向上深入推进的态势，目标是直接发现新物理现象，或者通过精确测量间接寻找新物理的迹象，最终实现粒子物理的新突破。随着加速器在高亮度和高能量方向上不断推进，粒子探测器的性能对加速器实验的物理性能影响越来越大，探测器的工作环境也越来越恶劣，这对下一代实验中的探测器技术提出了严峻挑战，同时对探测器性能提出了苛刻要求。因此，发展和升级加速器实验的关键探测器技术显得十分迫切和必要。

发明内容

基于上述问题，本公开提供了一种低物质量圆柱形微结构气体探测器及其制备方法，以缓解现有技术中的上述技术问题。

（一）技术方案

本公开的一个方面，提供一种低物质量圆柱形微结构气体探测器的制备方法，包括操作S10~操作S50；其中：

操作S10：制备面电阻率不高于0.25Ω/□的柔性低物质量电极基材；

操作S20：制备柔性放大单元和读出电极单元；

操作S30：基于内筒辅助结构和所述低物质量电极基材、柔性放大单元、读出电极单元制备内筒探测器电极组件；

操作S40：基于外筒辅助结构和所述低物质量电极基材制备外筒漂移电极组件；以及

操作S50：基于内筒辅助结构和外筒辅助结构将内筒探测器电极组件和外筒漂移电极组件进行组装，并进行电气连接及固定密封，完成气体探测器的制备。

根据本公开实施例，操作S10包括：在聚酰亚胺薄膜上制备第一过渡层；在所述第一过渡层上制备第一复合共掺层；在所述第一复合共掺层上制备导电贡献层；在所述导电贡献层上制备第二复合共掺层；在所述第二复合共掺层上制备第二过渡层；在所述第二过渡层上制备第三复合共掺层；以及在所述第三复合共掺层上制备DLC保护层。

可选地，第一过渡层的制备材料为铬；所述导电贡献层的制备材料为铝；所述第二过渡层的制备材料为铬；所述第一复合共掺层为铬铝共掺层；所述第二复合共掺层为铝铬共掺层；所述第三复合共掺层为铬碳共掺层。

根据本公开实施例，低物质量电极的物质量为0.00051%X₀-0.0016%X₀。

根据本公开实施例，内筒辅助结构和外筒辅助结构通过滑动密封方式实现微结构气体探测器组装，并在组装后可重复拆卸；所述内筒辅助结构和外筒辅助结构中的部分结构在组装后可移除以免遮挡探测灵敏区域；柔性放大单元和柔性读出电极单元的信号输出接口和高压输入接口均采用金手指。

根据本公开实施例，柔性放大单元包括中间区域的单极放大结构和X向读出条，以及两侧的软板分支，软板分支用来实现对读出电子学和探测器高压的电气连接；柔性读出电极单元包括中间区域的V向读出条和两侧的软板分支。

根据本公开实施例，单极放大结构由下至上包括柔性基板、DLC层、聚酰亚胺薄膜层、金属电极层，对所述聚酰亚胺薄膜层、金属电极层进行加工得到具有微结构的放大单元；所述微结构包括微槽型结构或微井型结构。

根据本公开实施例，操作S30包括：将一侧镀有低物质量电极基材的聚酰亚胺薄膜均匀包裹于内筒辅助结构外，低物质量电极一侧朝内；在聚酰亚胺外侧粘贴PMI泡沫板；将柔性读出电极单元包裹设置于PMI泡沫板外侧；以及将柔性放大单元包裹设置于读出电极单元外侧，完成内筒探测器电极组件的制备。

根据本公开实施例，操作S40包括：将一侧镀有低物质量电极的聚酰亚胺薄膜裹于外筒辅助结构外，低物质量电极一侧朝内；在聚酰亚胺薄膜外侧粘贴PMI泡沫板；以及在PMI泡沫板外侧粘贴镀有低物质量电极基材的聚酰亚胺薄膜，低物质量电极一侧朝外，并使用导电胶将低物质量电极与两侧外筒辅助结构粘接，完成外筒漂移电极组件的制备。

本公开的另一方面，还提供一种低物质量圆柱形微结构气体探测器，采用以上任一项所述的制备方法制备而成，所述微结构气体探测器包括：内筒探测器电极组件，由内而外包括低物质量电极、聚酰亚胺薄膜、PMI泡沫板、柔性读出电极单元、柔性放大单元；外筒漂移电极组件，由内而外包括低物质量电极、聚酰亚胺薄膜、PMI泡沫板、聚酰亚胺薄膜、低物质量电极；通过内筒辅助结构和外筒辅助结构的安装套合及密封，使得内筒探测器电极组件和外筒漂移电极组件之间形成一空间作为转换漂移区。

（二）有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开低物质量圆柱形微结构气体探测器及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

（1）极大的简化了圆柱形微结构气体探测器的制作安装；

（2）提高了圆柱形微结构气体探测器制作过程和运输转运过程中的容错性；

（3）设置为可拆卸的结构，并且将柔性放大单元置于内筒探测器电极组件，其开口向外，有利于电极的清理和维护；

（4）低物质量电极的制备和应用，进一步降低了整体探测器物质量；

（5）利用分离的X向和V向读出电极简便地实现二维位置读出；

（6）可以高效制作出具有较高位置分辨、高计数能力、高机械强度和低物质量性能的圆柱形微结构气体探测器。

附图说明

图1为现有的圆柱型气体电子倍增器的结构示意图；

图2A为本公开实施例的低物质量圆柱形微结构气体探测器制备方法流程图；

图2B为本公开实施例的低物质量圆柱形微结构气体探测器的结构示意图；

图3示意性示出了为本公开实施例的低物质量圆柱形微结构气体探测器的内筒辅助结构主要部件爆炸图；

图4示意性示出了为本公开实施例的低物质量圆柱形微结构气体探测器的外筒辅助结构主要部件爆炸图；

图5示意性示出了为本公开实施例的PI薄膜上的低物质量电极的结构图；

图6为本公开实施例的放大单元的功能结构示意图；

图7为本公开实施例的V向读出电极单元的功能结构示意图；

图8为本公开实施例的低物质量圆柱形阻性微结构气体探测器的内外筒安装套合通过端盖滑动密封的原理示意图；

图9为本公开实施例的圆柱形阻性微槽型气体探测器的放大单元的结构示意图；

图10为本公开实施例的圆柱形阻性微槽型气体探测器的V向读出电极单元的结构示意图；

图11为本公开实施例的圆柱形阻性微槽型气体探测器内筒辅助结构的圆筒模具合围成完整圆筒套入套筒并安装内撑后的结构示意图；

图12为图11所示的内筒辅助结构安装延长圆筒后的示意图；

图13为图12所示的内筒辅助结构安装固定用的圆盘后的示意图；

图14为图13所示的内筒辅助结构依次粘接镀有低物质量电极基材的聚酰亚胺薄膜、PMI泡沫板、V向读出电极单元和微槽型放大单元后的示意图；

图15为图14所示的内筒辅助结构去除内部的圆筒模具并将两端圆筒拆下后得到的内筒探测器电极组件的示意图；

图16为本公开实施例的圆柱形阻性微槽型气体探测器外筒辅助结构的模具结构示意图；

图17为图16所示的外筒辅助结构两端安装圆盘后的示意图；

图18为图17所示的外筒辅助结构依次粘接低物质量电极、聚酰亚胺薄膜、PMI泡沫板和镀有低物质量电极的聚酰亚胺之后的示意图；

图19为图18所示的外筒辅助结构取下圆筒模具，并拆除内撑与填充八角套筒上的长方形填充片之后的示意图；

图20为本公开实施例的制备圆柱形阻性微槽型气体探测器时将内筒探测电极组件和外筒漂移电极组件安装套合并在内外筒间安装气隙垫片后的示意图；

图21为图20所示的内外筒套合后的探测器进行电器连接并装上两端端盖板的示意图；

图22示意性的示出了本公开实施例的圆柱形阻性微井型气体探测器的爆炸图；

图23示意性的示出了本公开实施例的圆柱形阻性微井型气体探测器的放大单元的示意图；

图24示意性的示出了本公开实施例的圆柱形阻性微井型气体探测器的V向读出电极单元示意图；

图25为本公开实施例的圆柱形阻性微井型气体探测器外筒辅助结构的圆筒模具合围成完整圆筒套入套筒的结构示意图；

图26为图25所示的外筒辅助结构安装延长圆筒的示意图；

图27为图26所示的外筒辅助结构安装固定用的圆盘后的示意图；

图28为图27所示的外筒辅助结构依次粘接镀有低物质量电极基材的聚酰亚胺薄膜、PMI泡沫板、V向读出电极单元和微井型放大单元后的示意图；

图29为图28所示的外筒辅助结构去除内部的圆筒模具并将两端圆筒拆下后得到的外筒探测器电极组件的示意图；

图30为本公开实施例的圆柱形阻性微井型气体探测器外筒辅助结构的模具结构示意图；

图31为图30所示的外筒辅助结构两端安装圆盘后的示意图；

图32为图31所示的外筒辅助结构依次粘接低物质量电极、聚酰亚胺薄膜、PMI泡沫板和镀有低物质量电极的聚酰亚胺之后的示意图；

图33为图32所示的外筒辅助结构取下圆筒模具，并拆除内撑与填充八角套筒上的长方形填充片之后的示意图；

图34为将圆柱形阻性微井型气体探测器的内筒探测电极组件和外筒漂移电极组件安装套合并在内外筒间安装气隙垫片后的示意图；

图35为图34所示的内外筒套合后的探测器进行电器连接并装上两端端盖板的示意图；

图36示意性的示出了本公开实施例的圆柱形阻性微井型气体探测器的爆炸图。

具体实施方式

本公开提供了一种低物质量圆柱形微结构气体探测器及其制备方法，圆柱形微结构气体探测器采用单级放大结构，仅包含内筒探测电极单元组件和外筒放大电极组件两层电极单元组件，不仅能极大简化探测器的制作安装过程，而且能有效的降低探测器的物质量。此外，由于本公开采用机械固定的方法对探测器进行封装，因此探测器制作完成后仍然可以拆卸成几个主要部分进行修理和维护，因此极大的减少了探测器使用和维修维护的成本。综上所述，本公开能有效弥补现有技术方案的不足，为低物质量圆柱形微结构气体探测器在新一代大型对撞机实验中的应用提供技术支持。

加速器的高亮度研究前沿注重在一个较窄的能量区间内实现极高的束流密度以获得海量实验数据，并基于此研究标准模型的适配程度、探索新物理；高能量研究前沿则要在一个广泛的能区内均可产生适用的粒子束流，在较大能量范围内研究标准模型的适配性，探寻超模型的新物理。简而言之，高亮度前沿更“深”，高能量前沿更“广”，二者相辅相成，构成了研究粒子物理的两大实验支柱。随着粒子物理实验不断向更高亮度和能量推进，大型实验发展和升级也势在必行。径迹探测器是加速器实验中位于中心位置的子探测器，主要负责测量带电粒子的径迹和动量。径迹探测器中靠近粒子碰撞区域的部分，深受粒子碰撞产生的本底环境影响，因此必须具有抗辐照和高计数率能力。在新一代加速器实验中，更高的亮度和能量意味着更高的辐照本底水平，这对径迹探测器的计数率能力提出了更高的要求。而随着实验对测量精度要求的不断提高，在要求径迹探测器具有高位置分辨的同时，还要求具有低物质量，从而减小多次散射对径迹和动量测量的影响。这一点对于探测动量较低的粒子尤为关键，甚至成为一些实验选择径迹探测器的主要考虑因素。气体探测器作为径迹探测器的一类重要技术方案，具有大面积、低物质量、高性价比等优点，在径迹探测中得到了广泛应用。作为专为大型物理实验研制的气体探测器，漂移室可以测量出初始电离电子向阳极丝的漂移时间，进一步计算入射粒子离阳极丝的距离，大大提高的位置分辨率。然而，类似漂移室这样的传统的多丝气体室受限于计数率能力，已难以在高亮度实验中用作内径迹探测器。微结构气体探测器(Micro-Pattern Gaseous Detector, MPGD)受益于电子倍增结构和读出阵列的紧凑型设计，可在高达m²级的探测面积上实现百微米级的位置分辨率与达到MHz/cm²级的计数率，同时也具有较低物质量，成为大型加速器实验中内径迹探测器的重要技术选项之一。

现有的圆柱型气体电子倍增器(Cylindrical-Gas Electron Multiplier, c-GEM)是圆柱形微结构气体探测器的首次尝试，单层的c-GEM探测器采用了3层GEM膜进行级联倍增，其具体结构如图1所示。该探测器采用了GEM传统的多层放大结构，兼顾了高增益、高计数能力以及良好的位置分辨，已开始尝试应用于大型对撞实验当中。这种探测器的典型结构如图1所示，由内到外依次包含五层，其中最内层为漂移级，中间三层为GEM膜，最外层为用于读出的阳极。

探测器在制作时先将漂移电极、GEM薄膜、读出电极在不同半径的圆筒模具上粘接成圆柱形，然后抽出圆筒模具，用专门的机械装置将各部分同轴心的套在一起并固定，最后完成密封与安装。c-GEM探测器最初被研制出来用作内径迹探测器，然而未见到实际运行性能的报道。目前国内实验内径迹探测器也计划使用c-GEM作为升级选项，该探测器尚处于研制过程中。

c-GEM探测器确实能够发挥出MPGD高位置分辨、大探测面积的优势，但是在探测器制作和使用的过程中也发现了一些关键性的技术问题。由于GEM探测器通常采用3级倍增结构，因此普通的平面型大面积GEM在制作时都需要对GEM膜施加足够大的张力以避免膜受到重力和电场力的影响而发生较为明显的形变。然而变成圆柱形之后，GEM探测器只有最内侧的漂移电极和最外侧的读出电极有额外的机械支撑(蜂窝板、泡沫板或者碳纤维板)，中间的3层GEM膜没有任何支撑，也无法像平面型GEM膜一样施加张力。因此c-GEM探测器，尤其是大尺寸的c-GEM探测器内部的GEM薄膜很容易在运输以及使用过程中发生形变而造成问题。为了解决这个问题，c-GEM合作组的研究人员尝试了在c-GEM内部安装支架，用于支撑各层GEM膜。然而支架的引入不仅仅增加了探测器的死区，而且在各层GEM膜进行嵌套组装成探测器时支架都会整个刮过下一层GEM膜的表面，这会有很大机率使GEM膜表面造成破损，进而在后续安装或使用过程中造成问题。

此外，由于c-GEM的端面使用了环氧树脂胶进行封装，因此探测器安装完成后无法拆卸。如果c-GEM在运输或者工作的过程中出现问题，无法将探测器拆开进行修理和维护，而只能重新制作新的探测器，这使得c-GEM的运输和使用成本很大。最后，一层GEM薄膜拥有2层铜电极，加上漂移电极上的1层铜电极与读出电极上的3层铜电极，因此单个采用3级倍增结构的c-GEM探测器至少包括10层铜电极，这会显著的增加探测器的物质量。因此具有多级倍增结构的c-GEM探测器不仅面临结构复杂、制作工艺难等技术挑战，而且较高的物质量也限制了c-GEM在内层径迹探测器上发挥。

由此，本公开提供一种具有单极放大结构的低物质量圆柱形微结构气体探测器及其制备方法。制作得到的圆柱形微结构气体探测器有着更低的物质量，更高的机械强度，完全能克服现有c-GEM技术方案结构脆弱、运输困难等缺点。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种低物质量圆柱形微结构气体探测器及其制备方法，如图2A并结合图2B所示，所述微结构气体探测器的制备方法，包括：

操作S10：制备柔性低物质量电极基材；

操作S20：制备柔性放大单元和读出电极单元；

操作S30：基于内筒辅助结构和所述低物质量电极基材、柔性放大单元、读出电极单元制备内筒探测器电极组件；

操作S40：基于外筒辅助结构和所述低物质量电极基材制备外筒漂移电极组件；以及

操作S50：基于内筒辅助结构和外筒辅助结构将内筒探测器电极组件和外筒漂移电极组件进行组装，并进行电气连接及固定密封，完成气体探测器的制备。

根据本公开实施例，操作S10包括：

操作S11：制备第一过渡层；优选地，所述第一过渡层的制备材料为铬；

操作S12：在所述第一过渡层上制备第一复合共掺层；优选地，所述第一复合共掺层为铬铝共掺层或铬铜共掺层；

操作S13：在所述第一复合共掺层上制备导电贡献层；优选地，所述导电贡献层的制备材料为铝或铜；

操作S14：在所述导电贡献层上制备第二复合共掺层；优选地，所述第二复合共掺层为铝铬共掺层或铜铬共掺层；

操作S15：在所述第二复合共掺层上制备第二过渡层；优选地，所述第二过渡层的制备材料为铬；

操作S16：在所述第二过渡层上制备第三复合共掺层；优选地，所述第三复合共掺层为铬碳共掺层。

操作S17：在所述第三复合共掺层上制备DLC保护层。

所述第一过渡层与第一复合共掺层的总物质量小于0.000156% X₀；所述导电贡献层的物质量为0.000112%X₀至 0.00112%X₀之间；所述第二复合共掺层、第二过渡层、第三复合共掺层的总物质量小于0.000210%X₀；所述DLC保护层的物质量为0.0000531%X₀ -0.000106%X₀；

根据本公开实施例，所述低物质量电极的物质量为0.00051X₀-0.0016%X₀，面电阻率小于<0.25Ω/□（其中Ω/□为面电阻率的单位）。

更具体地，加工低物质量漂移电极基材时，通过磁控溅射技术对聚酰亚胺薄膜一面镀上低物质量电极，可用作漂移电极以及读出电极PCB的地平面电极，该低物质量电极结构如图5所示。聚酰亚胺薄膜厚度12.5μm～100μm，降低电阻率的主要贡献层为中间的铝层，其厚度可为几十到数百纳米，最外层为DLC层，其主要作用是保护内部薄铝层，厚度为200nm左右；由于金属铝与聚酰亚胺材料结合力差，因此需要先镀一层金属铬，再镀一层铬铝共掺层以实现铝层和聚酰亚胺基材的结合；同样由于结合力问题，在金属铝和DLC间需有铝铬共掺层、铬层、铬碳共掺层作为中间层，过渡层厚度都较薄，以小于20nm为宜，可以保证结合力的同时尽可能压低物质量。该工艺下得到的薄膜面电阻低至0.25Ω/□以下，物质量相较微米级的金属铜可降低一到两个数量级。制备漂移电极和地平面电极时可裁剪大面积聚酰亚胺薄膜进行镀膜制备，再从中选取良好区域裁剪得到。

根据本公开实施例，内筒辅助结构和外筒辅助结构通过滑动密封方式实现微结构气体探测器组装，并在组装后可重复拆卸；

所述内筒辅助结构和外筒辅助结构中的部分结构在组装后可移除以免遮挡探测灵敏区域；

柔性放大单元和柔性读出电极单元的信号输出接口和高压输入接口均采用金手指。

根据本公开实施例，如图6所示，柔性放大单元包括中间区域的单极放大结构和X向读出条，以及两侧的软板分支，软板分支用来实现对读出电子学和探测器高压的电气连接；如图7所示，柔性读出电极单元包括中间区域的V向读出条和两侧的软板分支。

根据本公开实施例，所述单极放大结构由下至上包括柔性基板、DLC层、聚酰亚胺薄膜层、金属电极层，对所述聚酰亚胺薄膜层、金属电极层进行加工得到具有微结构的放大单元；所述微结构包括微槽型结构或微井型结构。

更具体地，结合图6、图7和图2B所示，柔性放大单元可分为三个功能区间，中间的单极放大结构和X向读出条是结构主体，左右两侧各有软板分支用来实现对读出电子学和探测器高压的电气连接；如图7所示，V向读出电极单元软板类似，为了充分节约电子学通道数，容纳V向读出条的主体结构呈平行四边形，夹角与X、V向读出条夹角相同。分支与结构主体一体加工而得，既可充分减少探测器灵敏区域内的PCB结构，也能简便的实现高低电压分开接入的电气连接。两类电极基材均选用聚酰亚胺薄膜以制成软板，基材厚度可低至12.5μm；优选地，放大单元的自下而上包括柔性基板-DLC-PI薄膜-Cu，可通过磁控溅射法制备，将基材通过FR4胶粘接到软板基材上，再通过化学刻蚀工艺刻蚀Cu层与聚酰亚胺薄膜制备具有微结构的放大结构，DLC不受上述刻蚀过程影响得以保留用作阻性电极，最终得到单极放大单元结构；DLC薄膜厚度可从40nm到200nm按需选择，通过改变磁控溅射过程中的腔体真空度、靶电流、掺杂或沉积时间等参数可以得到不同的面电阻值；铜层厚度2~15μm为宜。读出电极单元PCB通过标准PCB工艺制得，其中V向读出电极采用一维的条读出，为进一步压低物质量，读出条使用微米级厚度的Al材料制得；读出条通过PCB走线经由软板分支连接到分支末端的金手指上，再通过金手指与外部的电子学转接板相连接。放大单元的顶层金属层与V向读出板类似，可以通过PCB走线连接到分支末端的金手指进而与外部转接板连接；由于放大结构需要高压供电，所以软板另一侧同样通过走线分别将放大单元结构的DLC阻性电极与分支末端金手指相连，然后通过FPC连接器于探测器端盖上的高压接头连接实现供电。两个软板结合构成二维位置读出。读出电极单元的地平面由粘接在低物质量泡沫（优选PMI泡沫）板上的低物质量电极提供，避免直接在PCB读出软板上沉积金属面，既能降低读出条电容，也能有效降低物质量。

根据本公开实施例，操作S30包括：

操作S31：将一侧镀有低物质量电极基材的聚酰亚胺薄膜均匀包裹于内筒辅助结构外，低物质量电极一侧朝内；

操作S32：在聚酰亚胺外侧粘贴PMI泡沫板；

操作S33：将柔性读出电极单元包裹设置于PMI泡沫板外侧；以及

操作S34：将柔性放大单元包裹设置于读出电极单元外侧，完成内筒探测器电极组件的制备。

本公开的低物质量圆柱形微结构气体探测器仅包含内外两个圆筒结构，结构简单明了，内外筒具有相对独立的机械支撑框架，可以重复拆装清理；探测器放大结构位于内筒，以保证放大结构开口向外，可进一步提高探测器清洁的便捷性。 本公开的微结构气体探测器的核心还包括内外筒可拆卸的独立机械支撑结构，即内筒辅助结构和外筒辅助结构，内筒辅助结构主要部件爆炸图如图3所示，外筒辅助结构主要部件爆炸图如图4所示。

更具体地，内筒探测器电极组件制作时首先组装内筒辅助结构：如图3所示，内筒辅助结构的模具包含三大部分，分别为中间由四部分的分瓣结构组成的圆筒模具（四部分的分瓣结构分别为内筒模具组件11、内筒模具组件12、内筒模具组件13、内筒模具组件14）、两端的套筒（分别为套筒15和套筒16），以及设置于两侧的圆盘状内撑17。中间部分的分瓣的圆筒部件组合后可合围成完整圆筒，中部外凸区域为探测器灵敏区域，模具两端有稍薄的外延结构以便能卡入套筒15和套筒16中，外延上有螺孔，可以在拆卸过程中拧入长螺丝以顶抵所述圆通模具以更方便圆筒模具的拆除。圆筒模具有两种，如图3右下角所示，内筒模具组件11、内筒模具组件12的圆弧面较短，其左右侧面与内圆弧切线夹角呈锐角，内筒模具组件13、内筒模具组件14圆弧面较长，其左右侧面与内圆弧切线夹角呈钝角，这样的侧面角度设计可以保证在圆筒粘接过程结束后，能够将内筒模具组件11、内筒模具组件12朝圆筒轴线方向移动并顺利取下，在放大读出单元PCB粘接完成之后，圆筒模具（内筒模具组件11、内筒模具组件12、内筒模具组件13、内筒模具组件14）会被拆除，使得对应的区域形成无遮挡的空间，以此作为探测器灵敏区域。两端完整套筒15和套筒16在安装时分别套住圆筒模具的两端侧，粘接制作完成后被保留为内筒的机械结构；套筒外侧两端有螺孔，可以安装延长圆筒模具以满足粘接成形过程中的各类需求，套筒15外筒壁上有沉槽，可以安装密封圈实现滑动密封。圆盘状内撑17在圆筒模具套入两端套筒15和套筒16之后安装，其作用是从内部为四瓣圆筒模具提供支撑，以保证内筒模具组件11、内筒模具组件12、内筒模具组件13、内筒模具组件14拼接成的圆柱外表面尽可能平滑无隙，同时也能保护模具在粘接成形的抽真空过程中免于塌陷，粘接结束后两端的内撑17随圆筒模具一同拆下。

两端套筒、圆筒模具、圆盘状内撑等所有模具均为铝合金材质，两端套筒和延长套筒长度根据需要可调，圆筒模具厚度为可调，以配合应用需求为准，放大结构的制造工艺会限制探测器薄膜的尺寸，可通过拼接技术扩大此类薄膜的使用面积，以能应付大面积圆柱形探测器的应用场合。 圆盘状内撑有效部位呈圆台状，内撑上需留有通孔以保证后续抽真空固化时的气体流通，内撑上可留有螺丝孔，以使用长螺栓均匀的拉紧两端内撑。进一步操作时，将内筒辅助结构模具组装完成后开始粘接电极：保护中间圆筒模具区域，对两端圆筒涂上导电银胶，将一侧镀有低物质量电极的聚酰亚胺薄膜均匀裹上圆筒，电极朝内，抽真空固化24小时作为封装层；在封装聚酰亚胺外侧均匀涂上环氧树脂胶，再将裁剪好的高强度、低密度PMI泡沫板均匀裹上，抽真空固化24小时；对读出电极PCB内侧均匀涂上环氧树脂胶并裹在PMI泡沫板外侧抽真空固化；对探测单元软板内侧涂胶并裹在读出PCB外侧抽真空固化，注意将放大结构开口向外。粘接结束之后，拆除圆筒中部的模具和对应的延长套筒。

根据本公开实施例，操作S40包括：

操作S41：将一侧镀有低物质量电极的聚酰亚胺薄膜裹于外筒辅助结构外，低物质量电极一侧朝内；

操作S42：在聚酰亚胺薄膜外侧粘贴PMI泡沫板；以及

操作S43：在PMI泡沫板外侧粘贴镀有低物质量电极基材的聚酰亚胺薄膜，低物质量电极一侧朝外，并使用导电胶将低物质量电极与两侧外筒辅助结构粘接，完成外筒漂移电极组件的制备。

更具体地，先组装外筒辅助结构，外筒辅助结构的模具结构和功能与内筒相似，区别是两端套筒形状不同，如图4所示。其中一端套筒25呈中空多边形柱体结构，其截面为多边形，边数跟半径有关，在多边形各个侧面上均有方槽用于安装读出电子学的转接板，槽内留有安装密封橡圈的浅槽，抽真空粘接固化时需用相应尺寸的挡板封住方槽，内外筒制作完成进行套合安装时，读出电极软板可以略微弯曲以连接到对应电子学转接板上的接口。另一端套筒26采用更大的圆筒，则是为高压接头和高压连接预留空间。在外筒漂移电极组件粘接成形完成之后，中部圆筒模具（四部分分瓣结构分别为外筒模具组件21、外筒模具组件22、外筒模具组件23、外筒模具组件24）和两端内撑27拆下，两端套筒25和套筒26保留为外筒的机械支撑结构。

进一步操作时，与内筒类似，先将两端套筒25和套筒26、圆筒模具（外筒模具组件21、外筒模具组件22、外筒模具组件23、外筒模具组件24）与两端的圆盘状内撑27组装好，然后开始对漂移电极进行粘接：保护中间分瓣模具区域，对两端模具呈圆筒部分表面涂上导电银胶，将一侧镀有低物质量电极的聚酰亚胺薄膜裹在模具上，导电薄膜朝内，之后抽真空固化12小时；在复合电极的外侧均匀涂上环氧树脂胶，再将裁剪好的高强度、低密度PMI泡沫板均匀裹上，抽真空固化24小时；然后在PMI泡沫板外侧通过环氧树脂胶粘贴镀有低物质量电极基材的聚酰亚胺薄膜，低物质量电极一侧朝外，抽真空固化24小时，并使用导电胶将低物质量电极与两侧外筒辅助结构粘接，粘接结束之后，拆除圆筒中部的圆筒模具。

操作S50中，主要设计内外筒安装套合，电气连接以及固定密封。具体地，将内筒探测器电极组件固定在一横杆上、外筒漂移电极组件固定在一支架上；移动支架使内筒滑动插入外筒，安装气隙垫片同时作为内外筒间的机械支撑结构。将探测器软板上连接读出条的金手指分别与电子学转接板连接，然后将转接板固定在外筒的套筒上；之后将软板另一端的裸露金属Pad与高压端盖上的高压接头连接，再将高压端的PCB端盖固定在套筒上；最后将电子学端的金属端盖安装在套筒上完成安装。高压端内外筒在安装过程中主动对齐，可以在端面挖槽填充密封圈简便地实现气密，而在电子学端，综合考虑机械公差和安装误差则需要通过滑动密封来实现气密，其原理如图8所示。图中1所示为端盖，呈中空的圆筒状，其内径等于内筒外径；2所示为内筒结构（电子学端或内筒的延长圆筒）；在内筒结构2的外侧面可开数个沉槽（如图中的槽1、槽2……槽N），每个槽内放置匹配尺寸的密封圈，由于实际加工公差和密封圈误差，单条密封圈可能无法完成良好的气密，但增加沉槽使用更多的密封圈可以有效实现良好气密；将端盖1套上内筒结构2时，由于密封圈被挤压变形以完成气密，会使得套合阻力较大，因此需要在端盖1内侧进行抛光处理，同时密封圈也可涂抹硅脂增加润滑。先将密封圈、端盖1和内筒结构2完成套合，再将整体安装在内外筒电子学端上，即可实现气密。

本公开的另一方面，还提供一种低物质量圆柱形微结构气体探测器，采用以上任一项所述的制备方法制备而成，所述微结构气体探测器包括：

内筒探测器电极组件，由内而外包括低物质量电极、聚酰亚胺薄膜、PMI泡沫板、柔性读出电极单元、柔性放大单元；

外筒漂移电极组件，由内而外包括低物质量电极、聚酰亚胺薄膜、PMI泡沫板、聚酰亚胺薄膜、低物质量电极；

通过内筒辅助结构和外筒辅助结构的安装套合及密封，使得内筒探测器电极组件和外筒漂移电极组件之间形成一空间作为转换漂移区。

更具体地，根据本公开提供的方法制作出来的圆柱形微结构气体探测器如图2B所示，其整体分为用于雪崩放大的内筒探测器电极组件（简称内筒）和提供漂移电场的外筒漂移电极组件（简称外筒）两大部分，内筒外筒中间的气隙用作转换漂移区。

内筒从内到外主要部件包括：1)沉积有低物质量电极的一层薄膜，优选为聚酰亚胺薄膜，低物质量电极具有足够低的面电阻率（可低至0.25Ω/□以下），相较于传统微米级厚度的Cu电极，该电极的物质量可降低一到两个数量级，该聚酰亚胺薄膜同时可用作探测器内筒的内表面封装；2) 用做灵敏区域支撑结构的PMI低物质量泡沫；该材料能够在兼顾高机械强度的同时尽可能压低物质量；3) V向一维读出的柔性读出电极PCB；4)集成了单极放大单元和X向一维读出的柔性放单元PCB。在本公开提供的技术方案中，为了避免复杂走线造成PCB层数过多带来的物质量或者读出电子学通道数增加，本公开将二维读出PCB拆分为两个独立的柔性PCB，其中一个是V向的一维柔性读出电极PCB，另一个是集成了单极放大单元以及另一维(X向)读出的柔性放大单元PCB。

外筒从内到外主要部件为：1)附着有低物质量电极的一层聚酰亚胺薄膜，该薄膜用于充当漂移电极；2) 用做灵敏区域支撑结构的PMI低物质量泡沫；3镀有低物质量电极基材的聚酰亚胺薄膜，低物质量电极一侧朝外，并使用导电胶将低物质量电极与两侧外筒辅助结构粘接。

以有效探测区域为半径65.5mm，长度100mm，漂移区气隙为5mm的圆柱形阻性微槽型探测器为例，来说明本公开提供的微结构气体探测器制作方法，如下：

首先制备柔性低物质量电极基材；

该步骤中，选用的厚度为25μm的聚酰亚胺薄膜，尺寸为145cm×61cm，这是所用磁控溅射设备所能容纳的最大样片面积；镀金属层时的优选真空度为5×10^-4，镀Cr层时功率优选值为3kW、时间1min；镀Al层时功率优选值为1kW，时间140min，所得厚度700nm；镀Cr-Al共掺层的时间优选值为30s，Cr靶功率从3kW逐渐下降为0，Al功率从0kW逐渐上升到1kW。镀DLC层时功率优选4kW，时间优选值为60min，得到的DLC层厚度为187nm，Cr～DLC共掺层优选时间为60s，Cr靶功率从3kW逐渐降到0，DLC功率从0kW逐渐升到4kW。最终得到的低物质量电极面电阻约为0.25Ω/□。

进一步地，加工微槽型放大单元和V向读出电极单元；

此步骤中，由于微槽（或称盲槽）结构的顶层金属自身可作为一维读出条，因此微槽型放大单元中的柔性基板不用额外制作X向读出条；用于制作放大单元的聚酰亚胺薄膜层厚度为50μm，槽宽从50μm到100μm，优选值为70μm，盲槽间距优选值为200μm，两个槽接为一个读出条，因此X向读出条pitch为400μm，聚酰亚胺薄膜层下表面的DLC层厚度40nm～1μm，优选值为100nm，优选面电阻为60MΩ/□，聚酰亚胺薄膜层上的金属电极层为铜层，铜层厚度为2~10μm，优选值为5μm。

读出电极单元选用12.5μm的聚酰亚胺；V向读出条选用12um厚的金属铝，条间距为100μm，条宽300μm；读出电极单元的地平面为粘接在PMI泡沫上的低物质量电极。制成的柔性放大单元软板结构如图9所示，V向读出电极单元软板结构如图10所示。

进一步制作内筒探测器电极组件：

该步骤中，圆筒模具外凸区域长度为100mm，内表面半径53.5mm，外表面半径63.5mm，先将圆筒模具合围成完整圆筒可套入套筒并安装内撑，结构如图11所示。在探测器的柔性读出电极单元粘接固化过程中，需要抽真空来提供均匀的压力，因此铝筒模具两端还需要加装用来容纳探测器薄膜分支的延长圆筒，并在最外两端装配固定用的圆盘，其结构分别如图12、图13所示。实际加工过程中，通过圆盘将模具架在支架上，便于旋转制作，同时圆盘也为真空设备提供接口。粘接选用的，PMI泡沫板厚度根据应用需求决定，此处为2mm，将镀有低物质量电极的PI软板、PMI泡沫板、V向读出电极单元和微槽型放大单元依次粘接固化之后，得到内筒探测器电极组件结构如图14所示。从圆筒内部取下圆筒模具，并将两端用于容纳探测器软板的圆筒拆下，最终制作完成的内筒探测器电极如图15所示。

进一步进行外筒漂移电极组件的制作：

该步骤中，圆筒圆柱外凸区域长度为长度100mm，内表面半径57.5mm，外表面半径70.5mm。外筒一端是高压端，用于为探测器高压器件提供空间；另一端是八边形深筒，其上八面分别有为探测器电子学读出预留的空间，为防止后续粘胶固化过程中的真空密封在此处破损，需加工匹配的长方形填充片安装在此处，外筒模具结构如图16所示；外筒漂移电极组件加工过程中也需要在模具两端安装用于固定和抽真空的圆盘，结构如图17所示。粘接选用的PMI泡沫板厚度根据应用需求决定，此处为2mm，封装镀有低物质量电极的聚酰亚胺厚度为25μm。依次粘接并抽真空固化低物质量电极、聚酰亚胺薄膜、PMI泡沫板和封装镀有低物质量电极的聚酰亚胺之后的结构如图18所示。从圆筒内部取下圆筒模具，并拆除内撑与填充八角套筒上的长方形填充片，最终制成的外筒漂移电极组件如图19所示。

进一步进行内筒探测器电极组件和外筒漂移电极组件的安装套合，电气连接以及固定密封。

利用横杆、支架安装系统将内外筒电极组件安装套合，然后在内外筒间安装气隙垫片，垫片厚度按照应用需求而定，例中定为5mm，其结构如图20所示。最后将软板与高压部件和电子学读出接头连接，并装上两端端盖板，至此该探测完成安装，其结构如图21所示。完整圆柱形阻性微槽型探测器的爆炸视图如图22所示：其中包括已粘接制备好的内筒探测器电极组件31和外筒漂移电极组件32，内筒探测器电极组件31上放大单元软板分支可弯曲连接到高压和电子学接口；还包括电子学端气隙垫片33和金属端盖35，金属端盖35与内筒探测器电极组件31上电子学端的沉槽与密封圈配合，可以实现滑动气体密封；还包括高压端气隙垫片34和PCB端盖36，PCB端盖36上有高压连接器件；以及FEE连接器37，可通过电子学接口连接各类读出电子学。

以有效探测区域为半径65.5mm，长度100mm，漂移区气隙为5mm的圆柱形阻性微井型探测器为例，来说明本公开提供的有效直径13cm、长度10cm的圆柱形阻性微井型探测器的制备。

首先，制备柔性低物质量电极基材；

该步骤中，选用的厚度为25μm的聚酰亚胺薄膜，尺寸为145cm×61cm，这是所用磁控溅射设备所能容纳的最大样片面积；镀金属层时的优选真空度为5×10^-4，镀Cr层时功率优选值为3kW、时间1min；镀Al层时功率优选值为1kW，时间140min，所得厚度700nm；镀Cr-Al共掺层的时间优选值为30s，Cr靶功率从3kW逐渐下降为0，Al功率从0kW逐渐上升到1kW。镀DLC层时功率优选4kW，时间优选值为60min，得到的DLC层厚度为187nm，Cr～DLC共掺层优选时间为60s，Cr靶功率从3kW逐渐降到0，DLC功率从0kW逐渐升到4kW。最终得到的电极面电阻约为0.25Ω/□。

进一步地，加工微井型放大单元的和V向读出电极单元；

此步骤中，用于制作放大单元的聚酰亚胺薄膜基材厚度为50μm，孔径50μm到数百μm，优选值为70μm，则小孔间距优选值为140μm，基材下表面DLC厚度40nm～1μm，优选值为100nm，优选面电阻为60MΩ/□，铜层厚度为2~10μm，优选值为5μm。读出电极单元基材均选用12.5μm的聚酰亚胺；两维读出条均选用12um厚的金属铝，其中V向读出条间距为100μm，条宽300μm；X向读出条间距为320μm，条宽为80μm，粘接在PMI泡沫上的低物质量电极作为地平面。制成的放大单元PCB软板结构如图23所示，V向读出电极单元PCB软板结构如图24所示。

进一步进行内筒探测器电极组件制作：

此步骤中，圆筒模具外凸区域长度为100mm，内表面半径53.5mm，外表面半径63.5mm，先将圆筒模具合围成完整圆筒可套入套筒，结构如图25所示。在探测器PCB粘接固化过程中，需要抽真空来提供均匀的压力，因此铝筒模具两端还需要加装用来容纳探测器薄膜分支的延长圆筒，并在最外两端装配固定用的圆盘，其结构分别如图26、图27所示。实际加工过程中，通过圆盘将模具架在支架上，便于旋转制作，同时圆盘也为真空设备提供接口。粘接选用的，PMI泡沫板厚度根据应用需求决定，此处为2mm，将低物质量地平面电极、PMI泡沫板、V向读出电极和集成了井型放大单元的X向读出电极软板依次粘接固化之后的结构如图28所示。从圆筒内部取下圆筒模具，并将两端用于容纳探测器软板的圆筒拆下，最终制作完成的内筒探测器电极如图29所示。

进一步进行外筒漂移电极组件的制作：

此步骤中，圆筒圆柱外凸区域长度为长度100mm，内表面半径57.5mm，外表面半径70.5mm。外筒一端是高压端，用于为探测器高压器件提供空间；另一端是八边形深筒，其上八面分别有为探测器电子学读出预留的空间，为防止后续粘胶固化过程中的真空密封在此处破损，需加工匹配的长方形填充片安装在此处，外筒模具结构如图30所示；外筒电极加工过程中也需要在模具两端安装用于固定和抽真空的圆盘，结构如图31。首先粘接低物质量电极、聚酰亚胺薄膜，再粘接低物质量泡沫板，选用粘接PMI泡沫板，厚度根据应用需求决定，此处为2mm，封装聚酰亚胺厚度为25μm。依次粘接并抽真空固化低物质量漂移电极、PMI泡沫板和封装聚酰亚胺之后的结构如图32所示。从圆筒内部取下圆筒模具，并拆除内撑与填充八角套筒上的长方形填充片，最终制成的外筒漂移电极如图33所示。

进一步进行内筒探测电极组件和外筒漂移电极组件的安装套合，电气连接以及固定密封。

同样的利用横杆、支架安装系统将内外筒电极安装套合，然后在内外筒间安装气隙垫片，垫片厚度按照应用需求而定，例中定为5mm，其结构如图34所示。最后将软板与高压部件和电子学读出接头连接，并装上两端端盖板，至此该探测完成安装，其结构如图35所示。完整探测器的爆炸视图为图36，其中包括已粘接制备好的内筒探测器电极组件41和外筒漂移电极组件42，内筒探测器电极组件41上的软板分支可弯曲连接到高压和电子学接口；还包括高压端气隙垫片43和PCB端盖45，PCB端盖45上有高压连接器件；还包括电子学端气隙垫片44和金属端盖46；以及FEE连接器47，可通过电子学接口连接各类读出电子学。

由上可知，本公开的低物质量圆柱形微结构气体探测器包括内外筒辅助结构，均包含有可拆卸模具，内外筒辅助结构具体分为两端的完整套筒部分和中部的四块可拆卸分瓣圆柱模具部分。中部分瓣圆柱模具在探测器粘接完成之后可拆除，两端套筒保留成为探测器机械结构的一部分。采用分离的X向和V向读出电极PCB软板：X向读出电极条和放大单元集成在一个软板上，V向使用独立的已选PCB软板，通过分离式读出电极设置简单有效的在圆柱面上实现二维位置读出。采用金手指进行电气连接：集成了X向读出电极的单极放大单元软板和V向读出电极软板均通过金手指和外部的高压以及读出电子学进行电气连接，软板上无任何焊接的电子元器件。采用低物质量电极：通过磁控溅射法，基于金属镀膜和类金刚石镀膜工艺制备了低物质量电极，其主体金属层为铜或者铝，厚度为50nm~5μm可调；该电极使用共掺层增加结合力、使用100nm~200nm厚度的类金刚石薄膜作为保护层。该低物质量电极可用作漂移电极与读出板地电位层；采用滑动气体密封：电子学端采用了滑动气体密封的方案，在内筒筒壁外侧沉槽并放置密封圈，再用抛光处理的金属筒状端盖套上内筒，通过挤压侧面的密封圈实现气体密封，能有效地在考虑模具加工公差和安装误差的工程情况下实现探测器气密。圆柱形探测器仅包含两个电极组件，即内筒探测电机组件和外筒放大电极组件，内外筒电极组件均自带PMI泡沫板作为支撑结构，能保证在中心无模具支撑的情况下拥有很好的机械强度，探测器采用螺丝与橡胶密封圈进行密封，在后续使用和维护过程中探测器均可以拆卸成独立的内筒探测电极组件和外筒放大电极组件。

综上所述，本公开提供了一种低物质量圆柱形微结构气体探测器及其制备方法，充分利用其结构简单的优势，将整个圆柱形探测器设计为只含两个电极，极大的简化了探测器的安装制作。由于两个圆筒电极可以设计为各自有独立的支撑结构，这大大提高了探测器制作过程和运输转运过程中的容错性。同时，本公开考虑了探测器长期使用过程中电极的维护问题，将探测器设计成可拆卸的结构，并且将放大单元置于内筒电极，其开口向外，有利于电极的清理和维护。本公开还利用了磁控溅射技术制备了低物质量电极，进一步降低探测器物质量，同时利用分离的X向和V向读出电极简便地实现二维位置读出。利用本公开的设计，可以有效制作出具有较高位置分辨、高计数能力、高机械强度和低物质量性能的圆柱形微结构气体探测器。

还需要说明的是，以上为本公开提供的不同实施例。这些实施例是用于说明本公开的技术内容，而非用于限制本公开的权利保护范围。一实施例的一特征可通过合适的修饰、置换、组合、分离以应用于其他实施例。

应注意的是，在本文中，除了特别指明的之外，具备“一”元件不限于具备单一的该元件，而可具备一或更多的该元件。

在本文中，除了特别指明的之外，所谓的特征甲“或”（or）或“及/或”（and/or）特征乙，是指甲单独存在、乙单独存在、或甲与乙同时存在；所谓的特征甲“及”（and）或“与”（and）或“且”（and）特征乙，是指甲与乙同时存在；所谓的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”，是指包括但不限于此。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低物质量圆柱形微结构气体探测器的制备方法，包括：

操作S10：制备面电阻率不高于0.25Ω/□的柔性低物质量电极基材；

操作S20：制备柔性放大单元和读出电极单元；

操作S30：基于内筒辅助结构和所述低物质量电极基材、柔性放大单元、读出电极单元制备内筒探测器电极组件；

操作S40：基于外筒辅助结构和所述低物质量电极基材制备外筒漂移电极组件；以及

操作S50：基于内筒辅助结构和外筒辅助结构将内筒探测器电极组件和外筒漂移电极组件进行组装，并进行电气连接及固定密封，完成气体探测器的制备。

2.根据权利要求1所述的低物质量圆柱形微结构气体探测器的制备方法，操作S10包括：

在聚酰亚胺薄膜上制备第一过渡层；

在所述第一过渡层上制备第一复合共掺层；

在所述第一复合共掺层上制备导电贡献层；

在所述导电贡献层上制备第二复合共掺层；

在所述第二复合共掺层上制备第二过渡层；

在所述第二过渡层上制备第三复合共掺层；以及

在所述第三复合共掺层上制备DLC保护层。

3.根据权利要求2所述的低物质量圆柱形微结构气体探测器的制备方法，其中：

所述第一过渡层的制备材料为铬；

所述导电贡献层的制备材料为铝；

所述第二过渡层的制备材料为铬；

所述第一复合共掺层为铬铝共掺层；

所述第二复合共掺层为铝铬共掺层；

所述第三复合共掺层为铬碳共掺层。

4.根据权利要求1所述的低物质量圆柱形微结构气体探测器的制备方法，其中：

所述低物质量电极的物质量为0.00051%X₀-0.0016%X₀。

5.根据权利要求1所述的低物质量圆柱形微结构气体探测器的制备方法，内筒辅助结构和外筒辅助结构通过滑动密封方式实现微结构气体探测器组装，并在组装后可重复拆卸；

所述内筒辅助结构和外筒辅助结构中的部分结构在组装后可移除以免遮挡探测灵敏区域；

柔性放大单元和柔性读出电极单元的信号输出接口和高压输入接口均采用金手指。

6.根据权利要求1所述的低物质量圆柱形微结构气体探测器的制备方法，柔性放大单元包括中间区域的单极放大结构和X向读出条，以及两侧的软板分支，软板分支用来实现对读出电子学和探测器高压的电气连接；柔性读出电极单元包括中间区域的V向读出条和两侧的软板分支。

7.根据权利要求6所述的低物质量圆柱形微结构气体探测器的制备方法，所述单极放大结构由下至上包括柔性基板、DLC层、聚酰亚胺薄膜层、金属电极层，对所述聚酰亚胺薄膜层、金属电极层进行加工得到具有微结构的放大单元；所述微结构包括微槽型结构或微井型结构。

8.根据权利要求1所述的低物质量圆柱形微结构气体探测器的制备方法，操作S30包括：

将一侧镀有低物质量电极基材的聚酰亚胺薄膜均匀包裹于内筒辅助结构外，低物质量电极一侧朝内；

在聚酰亚胺外侧粘贴PMI泡沫板；

将柔性读出电极单元包裹设置于PMI泡沫板外侧；以及

将柔性放大单元包裹设置于读出电极单元外侧，完成内筒探测器电极组件的制备。

9.根据权利要求1所述的低物质量圆柱形微结构气体探测器的制备方法，操作S40包括：

将一侧镀有低物质量电极的聚酰亚胺薄膜裹于外筒辅助结构外，低物质量电极一侧朝内；

在聚酰亚胺薄膜外侧粘贴PMI泡沫板；以及

在PMI泡沫板外侧粘贴镀有低物质量电极基材的聚酰亚胺薄膜，低物质量电极一侧朝外，并使用导电胶将低物质量电极与两侧外筒辅助结构粘接，完成外筒漂移电极组件的制备。

10.一种低物质量圆柱形微结构气体探测器，采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制备而成，所述微结构气体探测器包括：

内筒探测器电极组件，由内而外包括低物质量电极、聚酰亚胺薄膜、PMI泡沫板、柔性读出电极单元、柔性放大单元；

外筒漂移电极组件，由内而外包括低物质量电极、聚酰亚胺薄膜、PMI泡沫板、聚酰亚胺薄膜、低物质量电极；

通过内筒辅助结构和外筒辅助结构的安装套合及密封，使得内筒探测器电极组件和外筒漂移电极组件之间形成一空间作为转换漂移区。