JP2014060178A - 調整可能な抵抗膜を有するマイクロチャネルプレートデバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 マイクロチャネルプレートは、基板の頂面から基板の底面まで延在する複数のチャネルを画定する、水素に富むポリマー基板を含み、中性子は、複数のチャネルと相互作用して、少なくとも1つの二次電子を生成する。抵抗層は、実質的に一定の抵抗率でオーミック伝導を提供する、複数のチャネルの外面上に形成される。放出層は、抵抗層上に形成される。中性子相互作用生成物は、基板により画定される複数のチャネルおよび放出膜と相互作用し、複数のチャネル内でカスケード増幅して中性子の検出に関連した増幅信号を提供する二次電子を生成する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、国防高等研究計画局(DARPA)によって付与された助成金番号HR0011−05−9−0001の下で政府支援によりなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
マイクロチャネルプレート(MCP)は、イオン、電子、光子、中性原子、および中性子を含む、非常に低い流束の検出(単一事象の計数に至るまで)に使用される。例えば、マイクロチャネルプレートは、画像増倍デバイスにおける電子増倍管として一般的に使用される。マイクロチャネルプレートは、細孔またはマイクロチャネルとして知られ、厚板を通して延在する複数の微小な管またはスロットを有する高抵抗材料の厚板である。マイクロチャネルは、互いに平行であり、表面に対し微小角度で位置付けられ得る。マイクロチャネルは、通常、高密度で実装される。連続したダイノードとして機能するように、複数のチャネルのそれぞれの内部表面上に高抵抗層および高い二次電子放出効率を有する層が形成される。マイクロチャネルプレートを備える厚板の頂面および底面上には導電性コーティングが堆積される。
さ(L)のいずれにも大きく依存しないが、時にαと呼ばれるL/Dの比に依存する。この幾何学的比率は、電子雪崩過程に寄与する複数の事象の数(n)を決定する。しかしながら、より小さいチャネル径を有するMCPは、より大きいチャネル径および同じL/D比を有するMCPよりも、若干小さいゲインを有する傾向がある。αの典型的な値は、約2〜10μmのチャネル径Dを有する従来のMCPの場合、30から80の範囲である。
チファイババンドル状に引き出され、これが互いに積層されてガラス外皮内で融合され、中実ビレットを形成する。次いで中実ビレットは、典型的には、繊維軸に対する法線から約4°〜15°の小さい角度でスライスされる。
いて制限されている。マルチファイバ引き出し技術では、コアおよびクラッド出発材料の両方が、慎重に選択された温度−粘度および熱膨張特性を有するガラスであることが必要とされる。融合ビレットは、ウエハ製造および仕上げに好適な特性を有さなければならない。コア材料は、非常に高い選択性をもって、クラッドより優先的にエッチングされなければならない。さらに、クラッド材料は、最終的に、電子増倍のための連続ダイノードとして機能するために、十分な表面導電性および二次電子放出特性を示さなければならない。この1組の制限は、現行技術によるMCPの製造に好適な材料の範囲を大幅に制限する。
Continuous Dynodes For Electron Multiplication」は、従来技術MCPのRLSGダイノードの通電層が、SiもしくはGe半導体層、ドーピング半導体(PドーピングSi)、酸化ケイ素(SiOx)または窒化ケイ素(SixNy)等の半導体通電層で置き換えることができることを教示している。米国特許第5,378,960号はまた、MCP通電層が、公称100nm膜に対して、1011〜1014Ω/sqのシート抵抗に対応する106〜109Ω−cmの範囲内の抵抗率を有さなければならないと説明している。シート抵抗のこの値は、40:1のL/Dに対し、デバイスが過剰のワット損なしに十分な速度で充電され得るように、最適化された電流引き込みで、MCPバイアス電圧を維持するために必要であり、これは約1,000Vでなければならない。実際、荷電粒子検出器および画像増倍管において使用されているもの等の市販のMCPデバイスは、多くの用途において1014Ω/sqを超えるシート抵抗を必要とする。
ーピング)で得られる値と仮定すると、純粋なGeの抵抗率は、約47Ω−cmである。したがって、MCPデバイスの最大シート抵抗(実現可能な最小膜厚が100nmと仮定して)は、Siの場合5.8×1010Ω/sq、Geの場合2×107Ω/sqであるが、これらはどちらも、安定なMCP動作に必要なシート抵抗を数桁下回っている。安定な動作とは、MCPが、マイナスの抵抗の温度係数に起因する熱散逸をもたらす過剰のジュール熱を生成しない動作モードを意味する。結果的に、これらのSiおよびGe膜は、CEMクラスの電子増倍管にのみ適合する。
とともに使用することができることが、当業者には理解される。
/酸化アルミニウムナノラミネートは、酸化アルミニウム層の後に交互する1つのCZO層に限定されず、複数の酸化アルミニウム薄層と交互する複数のCZO薄層を含み得る。さらに、CZO薄層の数および酸化アルミニウム薄層の数は、ナノラミネート構造内で独立して変動し得る。
般に、イオン移動に対する障壁を提供するように選択される。イオンに対するそのような障壁は、電荷トラップ特性を制御するために使用することができる。
。合金層は、ドーピング層であってもよい。層のドーピングは、層の特性を変化させるために使用することができる。
ルプレートパラメータから独立して最適化することができる。例えば、抵抗層282は、特定の出力電流動作範囲を可能とするように最適化することができる。二次電子放出層288は、高いもしくは最大の二次電子放出効率、または高いもしくは最大の寿命を達成するように、ならびに/あるいは高い計数率能力を有するように、別個に最適化することができる。そのようなマイクロチャネルプレートは、従来技術のマイクロチャネルプレートデバイスと比較して、大幅に改善されたマイクロチャネルプレートゲイン、計数率、および寿命性能を有することができる。
対ゲインのデータ370を示す。市販RLSGマイクロチャネルプレートに対する、クーロン/cm2単位の合計抽出電荷密度の関数としての相対ゲインデータとして、データ372が示されている。本発明に従い製造された抵抗層を有するマイクロチャネルプレートに対する、クーロン/cm2単位の合計抽出電荷密度の関数としての相対ゲインデータとして、データ374が示されている。
本教示は種々の実施形態および実施例と関連して説明されているが、本教示がそのような実施形態に限定されることは意図されない。逆に、本教示は、当業者に理解されるように、種々の代替例、修正例および均等物を含み、これらは本発明の精神および範囲から逸脱することなしに成され得る。
本発明の好ましい実施形態によれば、例えば、以下が提供される。
(項1)
マイクロチャネルプレートであって、
a.基板の頂面から該基板の底面までに延在する複数のチャネルを画定する該基板と、
b.該複数のチャネルの外面上に形成される抵抗層であって、実質的に一定の所定の抵抗率でオーミック伝導を提供する抵抗層と、
c.該抵抗層上に形成される放出層と、
d.該基板の該頂面上に位置付けられる頂部電極と、
e.該基板の該底面上に位置付けられる底部電極と
を備える、マイクロチャネルプレート。
(項2)
前記基板は、半導体基板を備える、上記項1に記載のマイクロチャネルプレート。
(項3)
前記基板は、絶縁基板を備える、上記項1に記載のマイクロチャネルプレート。
(項4)
前記抵抗層は、ナノラミネート構造を備え、前記所定の抵抗率は、前記ナノラミネート構造の組成により決定される、上記項1に記載のマイクロチャネルプレート。
(項5)
前記ナノラミネート構造は、金属酸化物導電層および絶縁層の組み合わせを備える、上記項4に記載のマイクロチャネルプレート。
(項6)
前記金属酸化物導電層は、Zn、V、Mn、Ti、Sn、Ru、In、Cu、Ni、およびCdから成る群より選択される、少なくとも1つの元素の酸化物を含む、上記項5に記載のマイクロチャネルプレート。
(項7)
前記絶縁層は、Al、Si、Mg、Sn、Ba、Ca、Sr、Sc、Y、La、Zr、Hf、Ta、Ti、V、Cs、B、Nb、Be、およびCrから成る群より選択される、少なくとも1つの元素の少なくとも1つの酸化物を含む、上記項5に記載のマイクロチャネルプレート。
(項8)
前記絶縁層は、Al、Si、Mg、Sn、Ba、Ca、Sr、Sc、Y、La、Zr、Hf、Ta、Ti、V、Cs、B、Nb、Be、およびCrから成る群より選択される、少なくとも1つの元素の少なくとも1つの窒化物を含む、上記項5に記載のマイクロチャネルプレート。
(項9)
前記抵抗層は、金属酸化物層を備え、前記金属酸化物層のドーピングは、前記所定の抵抗率を決定する、上記項1に記載のマイクロチャネルプレート。
(項10)
前記金属酸化物導電層は、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、およびAuから成る群からの少なくとも1つの元素でドープされた絶縁酸化物の合金を含む、上記項5に記載のマイクロチャネルプレート。
(項11)
前記所定の抵抗率および前記所定の抵抗率のプロファイルのうちの少なくとも1つは、前記マイクロチャネルプレートの所定の電流出力を達成するように選択される、上記項1に記載のマイクロチャネルプレート。
(項12)
前記放出層は、Al、Si、Mg、Sn、Ba、Ca、Sr、Sc、Y、La、Zr、Hf、Ta、Ti、V、Cs、B、Nb、Be、およびCrから成る群より選択される、少なくとも1つの元素の酸化物を含む、上記項1に記載のマイクロチャネルプレート。
(項13)
前記放出層は、Al、Si、Mg、Sn、Ba、Ca、Sr、Sc、Y、La、Zr、Hf、Ta、Ti、V、Cs、B、Nb、Be、およびCrから成る群より選択される、少なくとも1つの元素の窒化物を含む、上記項1に記載のマイクロチャネルプレート。
(項14)
前記抵抗層および前記放出層は、単一層を備える、上記項1に記載のマイクロチャネルプレート。
(項15)
前記抵抗層の厚さおよび組成のうちの少なくとも1つは、前記複数のチャネルから放出されるイオンの数が低減されるように、前記複数のチャネルを不動態化するよう選択される、上記項1に記載のマイクロチャネルプレート。
(項16)
マイクロチャネルプレートであって、
a.ガラス繊維のプレートの頂面から該ガラス繊維のプレートの底面までに延在する複数のチャネルを画定する該ガラス繊維と、
b.該複数のチャネルの外面上に形成される抵抗層であって、実質的に一定の所定の抵抗率でオーミック伝導を提供する抵抗層と、
c.該抵抗層上に形成される放出層と、
d.該基板の該頂面上に位置付けられる頂部電極と、
e.該基板の該底面上に位置付けられる底部電極と
を備える、マイクロチャネルプレート。
(項17)
前記抵抗層は、ナノラミネート構造を備え、所定の抵抗率は、前記ナノラミネート構造の組成により決定される、上記項16に記載のマイクロチャネルプレート。
(項18)
前記ナノラミネート構造は、金属酸化物導電層および絶縁層の組み合わせを備える、上記項17に記載のマイクロチャネルプレート。
(項19)
前記金属酸化物導電層は、Zn、V、Mn、Ti、Sn、Ru、In、Cu、Ni、およびCdから成る群より選択される、少なくとも1つの元素の酸化物を含む、上記項18に記載のマイクロチャネルプレート。
(項20)
前記絶縁層は、Al、Si、Mg、Sn、Ba、Ca、Sr、Sc、Y、La、Zr、Hf、Ta、Ti、V、Cs、B、Nb、Be、およびCrから成る群より選択される、少なくとも1つの元素の酸化物を含む、上記項18に記載のマイクロチャネルプレート。
(項21)
前記絶縁層は、Al、Si、Mg、Sn、Ba、Ca、Sr、Sc、Y、La、Zr、Hf、Ta、Ti、V、Cs、B、Nb、Be、およびCrから成る群より選択される、少なくとも1つの元素の窒化物を含む、上記項18に記載のマイクロチャネルプレート。
(項22)
前記抵抗層は、金属酸化物層を備え、前記金属酸化物層のドーピングは、前記所定の抵抗率を決定する、上記項16に記載のマイクロチャネルプレート。
(項23)
前記導電層は、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、およびAuから成る群より選択される、少なくとも1つの元素でドープされた絶縁酸化物の合金を含む、上記項16に記載のマイクロチャネルプレート。
(項24)
前記所定の抵抗率は、前記マイクロチャネルプレートの所定の電流出力を達成するように選択される、上記項16に記載のマイクロチャネルプレート。
(項25)
前記放出層は、Al、Si、Mg、Sn、Ba、Ca、Sr、Sc、Y、La、Zr、Hf、Ta、Ti、V、Cs、B、Nb、Be、およびCrから成る群より選択される、少なくとも1つの元素の酸化物の少なくとも1つの層を備える、上記項16に記載のマイクロチャネルプレート。
(項26)
前記放出層は、Al、Si、Mg、Sn、Ba、Ca、Sr、Sc、Y、La、Zr、Hf、Ta、Ti、V、Cs、B、Nb、Be、およびCrから成る群より選択される、少なくとも1つの元素の窒化物の少なくとも1つの層を備える、上記項16に記載のマイクロチャネルプレート。
(項27)
前記抵抗層の厚さおよび組成のうちの少なくとも1つは、前記複数のチャネルから放出されるイオンの数が低減されるように、該複数のチャネルを不動態化するよう選択される、上記項16に記載のマイクロチャネルプレート。
Claims (1)
- 明細書または図面に記載の発明。
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