采用干法刻蚀进行微通道板扩口理论模型研究

开口面积比是微通道板（MCP）重要的性能指标,在MCP输入面进行扩口,对于MCP的探测效率、噪声因子等参数有显著的提升作用,在微光夜视仪、粒子探测器等军用、民用领域具有巨大的应用潜力。采用湿法腐蚀进行微通道板扩口,面临工艺一致性差、选择性腐蚀造成锥度尺寸难以达标等难题,实质性批量应用非常困难。针对扩口MCP难以制作和应用的问题,提出一种采用干法刻蚀进行MCP扩口的方法,阐述了干法刻蚀进行MCP扩口原理及可行性。通过建立理论模型研究干法刻蚀工艺参数如刻蚀角度、刻蚀时间等对于MCP开口面积比、通道内刻蚀深度、通道内壁刻蚀锥度等性能参数的影响,计算出合适的工艺参数范围,为开展实验研究奠定了基础。     

一种大尺寸微通道板型光电倍增管

针对高能物理、核物理等国家大科学装置对核心探测器件的需求,研究不同于金属打拿极型倍增系统的大尺寸微通道板型光电倍增管。该光电倍增管最主要的特点是具有20 in（1 in=2.54 cm）的低本底玻壳和微通道板型倍增极结构,使用Sb-K-Cs阴极作为光电转换阴极,该阴极对350~450 nm波段光子的量子效率高,倍增极采用两片微通道板,在电压比较低的情况下可实现107的倍增能力,从而提高了光电倍增管的探测效率和单光子探测能力。与传统的金属打拿极型光电倍增管相比,20 in微通道板型光电倍增管是一种全新的产品结构,具有单光子峰谷比高、本底低、响应时间快、后脉冲比例小等特点。     

制作微通道板的玻璃纤维拉丝炉温度场研究

制作微通道板的玻璃纤维需要经过拉丝炉拉制而成,拉丝炉的温度场分布直接影响丝径的均匀性,而目前缺乏制作微通道板的玻璃纤维拉丝炉的理论研究,依靠经验所设计的拉丝炉性能差异较大,为此本文根据拉丝炉的实际结构,构建对应的三维模型,利用热传递理论对模型进行分析,重点研究炉芯中心位置、加热温度均匀性和保温层均匀性对拉丝炉内部温度场的影响,根据理论分析结果对微通道板拉丝炉的改进给出了3个方面的建议。     

Al2O3/MgO复合膜层对微通道板性能的影响

目的 大幅提高微通道板增益,延长寿命.方法 采用原子层沉积技术(ALD)在微通道板(MCP)大长径比(40:1)通道内壁沉积Al2O3/MgO复合膜层材料,对通道内壁二次电子发射层进行增强,改善其二次电子发射特性.通过设计复合膜层结构,采用Al2O3膜层保护易潮解的MgO膜层,提高复合膜层的稳定性.研究MgO膜层沉积工艺,基于SEM检测,实现在大长径比通道内制备出厚度均匀(不均匀性为3.8％)的膜层.研究MgO膜层厚度、沉积温度对MCP增益以及双片叠加增益达到107时工作电压的影响,确定最佳的复合膜层制作工艺.结果 通过采用20 cycles Al2O3膜层进行封装保护,使表面制备复合膜层MCP在氮气柜中可稳定存储14 d.试验MgO最佳的膜层沉积工艺:沉积温度为210℃,膜层厚度为50 cycles(6.1 nm).优化的"三明治"型复合膜层结构Al2O3/MgO/Al2O3,沉积循环次数分别为5/50/20.在550 V电压下,复合膜层的MCP增益较常规MCP提高了3.9倍,应用于微通道板型光电倍增管(MCP-PMT)中,工作电压从1880 V降低至1740 V,同时能量分辨率与峰谷比性能得到提升,寿命达到10 C/cm2以上.结论 在MCP上制作Al2O3/MgO复合膜层材料,能够有效提高其增益,降低应用器件的工作电压,同时延长MCP寿命.采用Al2O3膜层进行封装保护,对于MgO材料应用于MCP等光电探测元器件有非常重要的作用,同时MgO材料的应用可拓展MCP在探测活性离子等方面的应用.     

原子层沉积法制备微通道板发射层的性能

随着微通道板的不断发展与完善,通过改善传统工艺提升其性能越来越困难,开发提升微通道板性能的新技术迫在眉睫。纳米薄膜材料的发展及其制备技术的成熟为微通道板的发展提供了契机,利用原子层沉积技术在通道内壁沉积一层氧化铝纳米薄膜,作为二次电子发射功能层,可以增强通道内壁的二次电子发射能力,从而提升微通道板的增益性能。通过优化原子层沉积工艺参数可以在微通道板的通道内壁沉积厚度均匀的氧化铝薄膜。研究结果表明,微通道板增益随沉积氧化铝厚度的变化而变化,在氧化铝厚度为60 cycles时,施加偏压800 V时增益可达56 000,约为正常微通道板增益的12倍。     

微通道板清洗设备研制

基于微通道板的清洗工艺,设计了清洗设备的结构,并对设备的核心部件详细说明.利用液体射流喷射实现喷淋清洗,采用液体液下喷射循环实现液体的紊流,减少了搅动和传动系统为系统带来的复杂性.利用超声和兆声双频率清洗实现了对MCP不同粒径腐蚀产物和污染物的清洗,工作槽斜底式设计和频率扫描改进槽内声场的均匀性,功率精度达到±10%.储液槽预热结合在线加热,使液体温度精度达±0.5℃,改善了MCP清洗主要工艺参数的稳定性和一致性,体现了湿法清洗的独创性和实用性,实现了清洗工艺过程的半自动化.     

稀土-柠檬酸-2-苯基咪唑[4,5-f]1,10-邻菲罗啉配合物的合成及其荧光性质研究

合成了邻菲罗啉衍生物2-苯基咪唑[4,5-f]1,10-邻菲罗啉(PIP),以其作为第二配体,并以柠檬酸(H2Cit)作为第一配体,合成了新的稀土三元有机配合物。通过红外光谱、紫外光谱和元素分析等技术表征了其组成。并考察了其荧光性能。结果表明,配合物在305nm紫外光激发下可发出稀土离子的特征荧光。     

三元配合物Tb(BA)3PIP的合成与发光性能研究

合成了一1,10-种邻菲罗啉(phen)衍生物2-苯基-咪唑并[4,5-f]-1,10-邻二氮杂菲(PIP),并以其作为第二配体,苯甲酸(HBA)为第一配体,合成了新的稀土Tb3 三元有机配合物Tb(BA)3PIP。采用元素分析、红外分析对合成的配体PIP及配合物的组成和结构进行了表征。结果表明,稀土Tb3 分别与苯甲酸配体的六个氧原子和第二配体PIP的两个氮原子配位。研究了其紫外光谱和荧光光谱。结果表明,在200~400nm区域内三元配合物对紫外光有强烈吸收,荧光光谱研究表明,在紫外光激发下,配合物中的配体可将吸收的能量传递给稀土离子,表现出较强的稀土Tb3 离子的特征发射,合成的第二配体对中心离子具有较好的敏化发光作用。