CN216161690U - 一种体导电微通道板 - Google Patents
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Abstract
本公开是关于体导电微通道板，属于半导体电子倍增器件技术领域，用于解决现有现有微通道板基体玻璃的导电性能差，工作电压不能太高、机械强度低，噪声大和容易老化等问题。本实用新型提供的体导电微通道板包括：实体边、有效区、二次电子发射层、金属镀膜层；所述实体边为环状玻璃边；所述有效区位于所述实体边内部，所述有效区包括以密集状态规律构成的由所述有效区的一个端面贯通至另一个端面的微通道，所述有效区为半导体材料；所述微通道内部镀有所述二次电子发射层；所述有效区的两侧端面镀有金属镀膜层。本申请提供的微通道板导电性能好，工作电压高，信噪比高，寿命长。
Description
技术领域
本公开涉及半导体电子倍增器件技术领域，尤其涉及一种体导电微通道板。
背景技术
在光电倍增技术领域，微通道板(Microchannel Plate，MCP)是由成千上万3～12μm孔径彼此平行紧密排列的空心玻璃毛细管组成的对二维空间分布的电子进行倍增的元件。板中的每一个微孔，也即是一个通道，就是一个微型的电子倍增器件，可以用来探测和放大光电图像。在MCP输入和输出面之间施加一定的电压后，一个微弱的电流流经每一个通道的内表面,便会在微通道中产生轴向电场，从而使每个进入微通道的带有一定能量的辐射物质如如电子、粒子、离子、UV光子和X射线，在通道壁碰撞并产生二次电子，二次电子在轴向电场的作用下不断加速，再与通道壁碰撞产生更多的新的二次电子，如此经过重复多次的碰撞和二次发射倍增的级联过程,形成“电子雪崩”效应，从而随着该过程的反复进行而在输出端高额的电子输出，可将微弱电子图像或信号均匀放大到10000倍以上。由于微通道板(MCP)其具有较高的增益、低噪声、高分辨率、宽频带、低功耗、长寿命及自饱和效应特点，而被广泛应用于微光像管、高速示波器、高速摄影、高速开关、高速光电倍增管、光电倍增管、摄像管以及各种带能粒子探测器等领域，特别是在空间技术、高能核物理和激光武器等方面获得了越来越广泛的应用。
由于MCP基板玻璃本身是绝缘体并不导电，随着技术的进步，ALD-MCP减去传统微通道板烧氢的环节，利用ALD镀膜技术为通道板的微通道内壁镀上导电层、二次电子发射层，这样在微通道表面形成导电层，以运送电子流来补充通道壁表面由于电子撞击不断向外发射的“二次电子”。但是这种这种ALD-MCP的缺点是：
1、由于噪声大和容易老化，工作电压不能太高(仅为800～1000伏)，使增益受到限制(增益为103～104)；如果试图以提高电压来加大增益，则一方面造成噪声增加而影响信号，另一方面加快即促使微通道板老化缩短工作寿命；
2、ALD镀膜工艺复杂，对设备要求高，镀膜均匀性问题很难解决，所以ALD-MCP的电阻、二次电子发射系数差稳定性较差，并且镀膜工艺周期长，生产效率低，成本高；
3、目前的ALD-MCP通道内密集电子流撞击时,会造成通道内部特别是通道输出端处吸附的残余气体分子的电离,在通道内电场作用下脱附并反向加速形成正离子反馈,撞击通道产生二次发射引起微通道板应力变形；
4、由于采用硅酸盐玻璃制成的微通道板基板长径比较小通常在1:40左右(直径与长度之比为1:40)，所以目前的ALD-MCP不能满足在探测极微弱信号诸如单光子计数装置所需的增益106或更高的要求，需要将两枚或以上的微通道板叠加使用，而实践证明将两枚或以上的已有技术微通道板叠加并且在电压串联下工作(为了提高增益)会产生以下弊端：除了微通道板本身噪声较高外，信号电子在叠加而形成的微通道之间的间隙中会因散射而引起附加噪声，影响到信号接受和获得图像的清晰度；
5、已有的技术中，通常使用氧化铝膜作为微通道板的二次电子发射层，但是氧化铝的二次电子发射系数偏低，增益106左右，不能满足微弱信号探测。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种体导电微通道板，用于解决现有现有体导电微通道板基体玻璃的导电性能差，工作电压不能太高、机械强度低，噪声大和容易老化，二次电子发射系数低以及正离子阻隔膜带来的信噪比低等问题。本实用新型提供的技术方案如下：
根据本公开实施例的第一方面，提供一种体导电微通道板，包括：实体边、有效区、二次电子发射层、金属镀膜层；
所述实体边为环状玻璃边；
所述有效区位于所述实体边内部，所述有效区包括以密集状态规律构成的由所述有效区的一个端面贯通至另一个端面的微通道，所述有效区为半导体材料；
所述微通道内部镀有所述二次电子发射层；
所述有效区的两侧端面镀有金属镀膜层。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本实用新型提供的技术方案由于将有效区的采用了半导体材料，因此工作电流不会集中于表面，从而可避免过热并延长使用寿命；由于摒弃了已有技术中的正离子阻隔膜，因而在工作时不会出现正离子反向移动现象；而相对于已有技术在微通道内壁镀上导电层由表面导电变为现在的体导电，不存在气体的正离子进入微通道引起干扰信号产生噪声的情形，提高信噪比。
在一个实施例中，所述有效区由皮玻璃管和芯玻璃棒通过实心管拉丝方法制得；所述皮玻璃管为由SiO2、P2O5、Al2O3、Fe2O3、MoO、V2O5、TiO2、BaO按预定配比融制而成的半导体材料。
在一个实施例中，所述皮玻璃管内径为30mm，壁厚3.6～3.8mm；所述芯玻璃棒外径为29mm；所述皮玻璃管和芯玻璃棒组合配比的芯玻璃棒面积比不大于65％。
在一个实施例中，所述微通道(4)的直径与长度之比为1:40或1:60～1:80，开口面积比40％～70％。
本实施例中，由于微通道的直径与长度之比达到了1:60到1:80，开口面积比40％-70％，体电阻在5×107到5×109Ω之间能适应1000～1400伏的工作电压，二次电子发射系数可以达到2.6，因此可保障优异的信号增益效果和极致的电子增益和信噪比。
在一个实施例中，所述体导电微通道板的厚度为0.20～0.25mm。
在一个实施例中，所述微通道的直径为3～10μm。
在一个实施例中，所述二次电子发射层为厚度为100nm的氧化镁薄膜层。
本实施例中，过ALD方法进一步在微通道内沉积高二次发射特性的氧化镁，使体导电微通道板不仅可以获得更高的增益，还能提高微通道板的机械强度。
在一个实施例中，所述金属镀膜层的厚度为100～200nm。
在一个实施例中，所述体导电微通道板的直径为33mm，所述有效区的直径为31mm。
本实施例中，微通道板整体的直径为33mm，有效区的直径为31mm，相对于传统采用的传统微通道板有效直径21mm，探测面积增加。
在一个实施例中，所述实体边的材料为ZF12玻璃。
本实用新型具有满足制作小孔径大开口面积比的MCP的体导电基体的基本要求，提供的技术方案客观地克服了已有技术中的欠缺。这种新一代的微通道板玻璃材料无铅、无钾(减少87Rb和40K同位素辐射的β衰变引起MCP背景噪声)，处理工艺中不需要氢还原工艺、另外玻璃基体耐更高的温度、低放气(排气)量。经测试半导体玻璃材料的体电阻均在5×107至5×109Ω范围,符合体电导微通道板对玻璃材料本身的电阻要求，并且该MCP在工作中不会在通道内产生气体正离子，要免去正离子阻隔膜。该体导电MCP制作的无膜砷化镓光阴极像增强器,在抑制离子反馈和工作寿命上显示了优势，可用于第四代微光夜视仪的光电倍增器件。
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为本实用新型提供的一种体导电微通道板的端面结构示意图及局部放大图；
图2为图1中体导电微通道板的A-A剖视图。
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所示为本实用新型提供的一种体导电微通道板的端面结构示意图及局部放大图，图2为图1中体导电微通道板的A-A剖视图。如图1和图2中所示，该微通道板包括：实体边2、有效区3、二次电子发射层5、金属镀膜层6。其中，微通道板为图1所示的板状玻璃基体1，形状虽然呈圆板状，但并不局限于该形状，例如也可制成矩形状。实体边2为环状玻璃边，所述实体边2为半导体材料。有效区3位于实体边2内部，有效区3包括以密集状态规律构成的由有效区3的一个端面贯通至另一个端面的微通道4(图1中为方便表示，仅示意性画出部分微通道4)，有效区3的玻璃基体为半导体材料。微通道4内部镀有二次电子发射层5，且有效区3的玻璃基体的两侧端面镀有金属镀膜层6。
本实用新型提供的体导电微通道板中，有效区3由SiO2-P2O5-Al2O3-Fe2O3-MoO-V2O5-TiO2-BaO材料的皮玻璃管和La2O3-SiO2-B2O3-Na2O-CaO-BaO材料的芯玻璃棒采用最普遍的实心管拉丝方法制成。皮玻璃管尺寸为内径30mm，壁厚3.6～3.8mm，芯玻璃棒外径29mm，芯皮管棒组合配比的芯玻璃面积比不大于65％，经过单丝，排屏，复丝，排板、熔压、切片、滚圆、磨抛、腐蚀等工艺制备得到半导体微通道板的玻璃基板。通过ALD方法进一步在通道内沉积高二次发射特性的氧化镁，使体导电微通道板不仅可以获得更高的增益，还能提高微通道板的机械强度。
优选地，所述微通道4的直径与长度之比为1:40或1:60～1:80，开口面积比40％～70％。
优选地，所述体导电微通道板的厚度为0.20～0.25mm。
优选地，所述微通道4的直径为3～10μm。
优选地，所述二次电子发射层5为厚度为100nm的氧化镁薄膜层。
优选地，所述金属镀膜层6的厚度为100～200nm。
以下以具体实施例详细说明有效区由由不同配比的SiO2、P2O5、Al2O3、Fe2O3、MoO、V2O5、TiO2、BaO材料制成的体导电微通道板。其中，体导电玻璃在熔制时的原料化合物二氧化硅、五氧化二磷、氧化铝、三氧化二铁、氧化钼、五氧化二钒、氧化钛、碳酸钡均为粉体，并且制备过程中外加Wt2％Sb2O3，作为澄清剂。
表1实施例1-5中有效区3内的玻璃基体材料配方
实施例1
本实施例中微通道板玻璃基体1按上述表格实施例1中的分子式百分数配比。作为本实用新型提供技术方案的技术要点，该玻璃基体1为体导电玻璃基体，该体导电ALD-MCP基体的体电阻值为105Ω，工作电压为1000伏，有效区3内的微通道4的直径与长度之比为1:40，微通道4的电子增益为104，微通道4内氧化镁镀膜层5的厚度为200nm，金属镀膜层6的厚度为150nm，玻璃基体1即微通道板的厚度为0.40mm，有效区3内微通道4的直径为10μm，环状玻璃边2的宽度为2mm，通道板的整体直径为33mm，有效区域的直径为29mm。
实施例2
本实施例中微通道板玻璃基体1的分子式量百分比配比改为上述上述表格中的实施例2，其余均同对实施例1的描述。
将玻璃基体1的厚度改为0.24mm，微通道板玻璃基体的体电阻改为110Ω，工作电压改为1400伏，微通道4的直径与长度之比为1:80，于是微通道4的直径为3μm，二次电子发射层氧化镁薄膜5的厚度100nm，金属镀膜层6的厚度改为200nm，前述的环状玻璃边2的宽度为2mm，通道板的整体直径为33mm，有效区域的直径为29mm，微通道4的电子增益为106。
实施例3
本实施例中将微通道板玻璃基体1的分子式量百分比配比改为上述上述表格中的实施例3，其余均同对实施例1的描述。
仅将玻璃基体1即体导电ALD-MCP的厚度改为0.21mm，工作电压改为1200伏，微通道4的直径与长度之比改1:70，二次电子发射层氧化镁薄膜5的厚度100nm，金属镀膜层6的厚度改为100nm，微通道4的直径为3μm，环状玻璃边2的宽度为2mm，微通道4的电子增益为105。
实施例4
本实施例中将微通道板玻璃基体1的分子式量百分比配比改为上述上述表格中的实施例4，其余均同对实施例1的描述。
仅将玻璃基体1即体导电ALD-MCP的厚度改为0.30mm，工作电压改为1200伏，微通道4的直径与长度之比改1:50，二次电子发射层氧化镁薄膜5的厚度120nm，金属镀膜层6的厚度改为120nm，微通道4的直径为6μm，环状玻璃边2的宽度为2mm，微通道4的电子增益为105。
实施例5
本实施例中将微通道板玻璃基体1的分子式量百分比配比改为上述上述表格中的实施例5，其余均同对实施例1的描述。
综上所述，本实用新型提供了小孔径大开口面积比的MCP的体导电微通道板，能够克服了已有技术中的欠缺。这种新一代的微通道板玻璃材料无铅、无钾(减少87Rb和40K同位素辐射的β衰变引起MCP背景噪声)，处理工艺中不需要氢还原工艺、另外玻璃基体耐更高的温度、低放气排气量。经测试半导体玻璃材料的体电阻均在5×107至5×109Ω范围,符合体电导微通道板对玻璃材料本身的电阻要求，并且该MCP在工作中不会在通道内产生气体正离子，要免去正离子阻隔膜。该体导电MCP制作的无膜砷化镓光阴极像增强器,在抑制离子反馈和工作寿命上显示了优势，可用于第四代微光夜视仪的光电倍增器件。
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 (10)
1.一种体导电微通道板，其特征在于，包括：实体边(2)、有效区(3)、二次电子发射层(5)、金属镀膜层(6)；
所述实体边(2)为环状玻璃边；
所述有效区(3)位于所述实体边(2)内部，所述有效区(3)包括以密集状态规律构成的由所述有效区(3)的一个端面贯通至另一个端面的微通道(4)，所述有效区(3)为半导体材料；
所述微通道(4)内部镀有所述二次电子发射层(5)；
所述有效区(3)的两侧端面镀有金属镀膜层(6)。
2.根据权利要求1所述的体导电微通道板，其特征在于，所述有效区(3)由皮玻璃管和芯玻璃棒通过实心管拉丝方法制得。
3.根据权利要求2所述的体导电微通道板，其特征在于，所述皮玻璃管内径为30mm，壁厚3.6～3.8mm；所述芯玻璃棒外径为29mm；所述皮玻璃管和芯玻璃棒组合配比的芯玻璃棒面积比不大于65％。
4.根据权利要求1所述的体导电微通道板，其特征在于，所述微通道(4)的直径与长度之比为1:40或1:60～1:80，开口面积比40％～70％。
5.根据权利要求1所述的体导电微通道板，其特征在于，所述体导电微通道板的厚度为0.20～0.25mm。
6.根据权利要求1所述的体导电微通道板，其特征在于，所述微通道(4)的直径为3～10μm。
7.根据权利要求1所述的体导电微通道板，其特征在于，所述二次电子发射层(5)为厚度为100nm的氧化镁薄膜层。
8.根据权利要求1所述的体导电微通道板，其特征在于，所述金属镀膜层(6)的厚度为100～200nm。
9.根据权利要求1所述的体导电微通道板，其特征在于，所述体导电通道板的直径为33mm，所述有效区(3)的直径为31mm。
10.根据权利要求1所述的体导电微通道板，其特征在于，所述实体边(2)的材料为ZF12玻璃。
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| CN202121674583.8U CN216161690U (zh) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | 一种体导电微通道板 |
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Cited By (1)
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| CN114988692A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-09-02 | 北方夜视科技(南京)研究院有限公司 | 改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法 |
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2021
- 2021-07-22 CN CN202121674583.8U patent/CN216161690U/zh active Active
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| CN114988692A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-09-02 | 北方夜视科技(南京)研究院有限公司 | 改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法 |
| CN114988692B (zh) * | 2022-05-17 | 2024-01-23 | 北方夜视科技(南京)研究院有限公司 | 改善微通道板制备过程中复丝顶角错位的方法 |
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