电子束器件、阴极射线管

0210541硅微通道板电子倍增器〔刊〕/端木庆铎//电子学报.-2001,29(12).-1680～1682(K) 本文采用感应耦合等离子体刻蚀机(ICP)和低压化学气相淀积(LPCVD)技术制备了硅微孔列阵和连续打拿极,得到具有一定性能的硅微通道板。同时分析讨论了微孔列阵的表面形貌、反应离子刻蚀的尺寸效应以及电子增益系数等问题。与传统工艺相比,新     

硅基高长径比微孔列阵及其应用

介绍了硅基高长径比微孔列阵形成的多路感应耦合等离子体刻蚀和电化学刻蚀等半导体工艺技术,给出了实验系统、原理、方法和实验结果,指出了工艺中出现的新现象和亟待解决的新问题,阐述了其在二维通道电子倍增器-微通道板中的应用。     

硅基微通道板微孔结构形貌的实验研究

硅基微通道板(MCP)的重要技术挑战之一就是如何在硅基上制作高深宽比的微孔阵列结构。采用光助电化学刻蚀方法研究硅基高深宽比微孔阵列制作技术。考虑到实际反应条件下的物质输送、刻蚀液浓度、光照条件、温度等因素的影响都体现在刻蚀电流与电压上,重点研究了电流、电压与微结构形貌之间的关系。通过空间电荷区的大小以及刻蚀电流与溶液浓度之间的关系,得到合理的刻蚀参数。在5inch(1inch=2.54cm)硅基上制作出深度达200μm以上的均匀深孔,得到大面积、高深宽比的均匀微孔阵列,满足微通道板对结构形貌的要求。     

硅微通道板像增强器的研究

微通道板作为电子倍增器件可以对电子、离子、紫外和软X射线进行探测和成像.传统微通道板制备是采用玻璃纤维拉制和氢还原等技术,提出分别采用半导体体微加工和电化学腐蚀制备硅微通道板的新技术.在干法刻蚀中采用 ICP 技术制备了孔径为 6～20 μm、间隔4～8 μm、长径比 15～30 的硅微通道板,初步试验结果为对于长径比为 16 的样品,电子增益为 102 数量级.同时,开展了湿法电化学腐蚀技术制作硅微通道板的研究,分析讨论了电化学腐蚀微通道板的机理.结果表明,干法和湿法刻蚀技术可以制备高长径比硅微通道板,与 ICP 技术型比,电化学腐蚀具有较低的成本.     

Al膜的微孔阵列湿法腐蚀技术研究

微通道板(Microchannel Plate,MCP)是像增强器中实现电子倍增的关键器件。以硅为基体制备的微通道板相对于传统的微通道板在性能方面有很大的提高。在对硅进行反应离子深刻蚀(DRIE)前,需要对充当掩蔽层的金属铝膜进行湿法腐蚀。对于掩模图形为孔径10 m、孔间距5 m的大面阵的微孔阵列,在腐蚀过程中,微孔孔径较小导致溶液对流困难且反应生成物H2极易吸附在反应界面上,影响反应物质的输送和化学反应的进行。如果腐蚀参数不合适,阵列式微孔图形会出现随机腐蚀、不完全腐蚀、过腐蚀等现象。通过加入表面活性剂,减小溶液中表面应力,可以促使反应物H2排出。同时通过逐一控制变量,研究了腐蚀液浓度、腐蚀液温度和腐蚀时间对腐蚀结果的影响。结果表明,腐蚀速率与腐蚀液浓度、腐蚀液温度成正比。通过参数优化,得到了最佳的腐蚀参数。此时图形完整,尺寸准确,解决了微孔阵列的图形化问题。     

基于微通道板光电倍增管性能研究

近年来,微通道板光电倍增管(MCP-PMT)是指以微通道板为电子倍增系统的光电倍增管,与传统的静电聚焦打拿极相比,在结构上使得电子从光电阴极到阳极的距离大大减小,加上微通道板的电子倍增特性等优点,使该种光电倍增管在较多领域得到了广泛应用,研究其性能,对于设计、制造高性能的微通道板光电倍增管具有指导意义.基于这种情况,本文简要介绍了光电倍增管的国内外研究现状,并对两者进行了对比分析,对基于微通道板光电倍增管的结构及工作原理进行了叙述,然后对光电倍增管的响应性能、抗电磁场性能、增益性能和暗电流性能进行了研究,从而为关注这一话题的研究人员提供理论依据.     

Si基体二维深通道微孔列阵刻蚀技术

Si材料二维深通道微孔列阵是新型二维通道电子倍增器的基体,其可以采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀和光电化学(PEC)刻蚀等半导体工艺技术实现。简述了ICP工艺原理和实验方法,给出了微孔直径6～10μm、长径比约20、平均刻蚀速率约1.0μm/min的实验样品,指出了深通道内壁存在纵向条带不均匀分布现象、成因和解决途径;重点论述了微孔深通道列阵PEC刻蚀原理和实验方法,在优化的光电化学工艺参数下,得到了方孔边长3.0μm、中心距为6.0μm、深度约为160μm的n型Si基二维深通道微孔列阵基体样品,得出了辐照光强、Si基晶向与HF的质量分数是影响样品质量的结论,指出了光电化学刻蚀工艺的优越性。     

硅基高长径比深孔阵列的制作研究

高长径比深孔阵列是微通道板、高分辨率X射线探测器、X射线二维光栅等器件的基本结构。基于制作大面积高长径比的深孔阵列目前仍是微纳制作技术面临的重大挑战。介绍了几种硅基微孔阵列的制作方法并分析了这几种方法的优劣。提出了用光助电化学刻蚀方法在硅基上制作大面积高长径比的深孔阵列,并从实验上研究了溶液浓度、温度、硅片掺杂浓度、光照条件、电流和电压等刻蚀过程参数对深孔微结构形貌的影响。最后给出了最佳刻蚀过程的实验参数,在整个5英寸(1英寸=2.54 cm)n型硅圆片上得到了长径比在40以上、有效圆面直径达110 mm的深孔阵列。     

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。     

HgCdTe焦平面探测阵列干法技术的刻蚀速率研究

首次报道了HgCdTe焦平面探测器微台面列阵成形工艺的干法技术有关刻蚀速率的一些研究结果。从HgCdTe外延材料的特点出发,详细分析了其干法刻蚀适用的R IE(Reactive Ion Etching)设备、刻蚀原理以及刻蚀速率的影响因素。采用ICP ( Inductively Coup led Plasma)增强型R IE技术,研究了一种标准刻蚀条件的微负载效应( etch lag)对刻蚀速率的影响,以及刻蚀非线性问题,并获得刻蚀速率随时间的关系。     

电子轰击型PSD器件的研究与应用

首先介绍了新型半导体光电位敏器件 (PSD)的独特优点。同时根据极微弱光探测的应用需求 ,提出了电子轰击型新概念器件EBPSD ,研究了它的制作原理 ,并对已制出的器件进行了半导体增益测试 ,其结果是入射电子能量 2keV时增益大于 10 2 ;5keV时增益可达 10 3 ,证实了这种器件的优越性。还将 (EB PSD)器件和微通道板相结合 ,充分利用微通道板的高增益特性 ,提出了电子增益高达 10 8的MCP PSD管设计方案 ,并制出了样管 ,指出这种器件可用于低于 10 -7lx极微弱光图像的光子计数探测     

微通道板斜切角对像增强器性能的影响研究

采用试验对比分析的方法,从MCP斜切角对像增强器的MCP噪声因子、分辨力、MCP增益三方面的影响展开研究。试验结果表明,MCP斜切角在5°～12°范围内时,MCP噪声因子与MCP斜切角呈抛物线关系,当MCP斜切角为9°时,MCP噪声因子最小;分辨力与斜切角呈负相关关系,当MCP斜切角为5°时,分辨力最大;MCP增益随斜切角的增加呈抛物线变化,当MCP斜切角为9°时,MCP增益最大。这主要是因为改变MCP斜切角后,光电子进入MCP通道前端二次电子发射层的角度深度不同,激发出的二次电子数及电子在MCP输出端形成的散射斑半径存在差异。若要选择最佳MCP斜切角,必须综合考虑不同场景下对像增强器主要性能指标的要求。     

计算电子光学系统收集效率的蒙特卡洛数值积分法

本文提出了一种非决定性的蒙特卡洛法同计算真空中电子轨迹的决定性的数值积分法相结合的蒙特卡洛数值积分法,用以模拟电子在电子光学系统中运动的全过程,计算打拿极(或阳极)对电子的收集效率,探讨电子发射角和初能量分布的影响。以研制中的陶瓷通导式光电倍增管为例进行了实际计算,讨论了本方法的局限性以及进一步开拓的问题。     

无碳污染微通道板电子透射膜

提出利用静电贴膜技术制备无碳污染MCP电子透射膜工艺方案,探讨了贴膜与辉光气体放电的关系,制备了4nm厚MCP电子透射膜.实验测得该电子透射膜的成分只有铝和氧元素,MCP带膜前、后的体电阻和暗电流没有变化,MCP带膜后电子增益略有增加.     

Microchannel plate image intensifier electron dynamics in magnetic field

A model of the electron dynamics inside a microchannel plate (MCP) in the presence of magnetic fields is presented and compared with experimental results. Image shift calculations agree with measurements to within 6% (B=0.06 T), and a model of channel open area against field is provided which closely matches gain rolloff for fields larger than 0.025 T.<>     

微通道板腐蚀工艺研究

根据微通道板芯皮料玻璃的性质,选择了腐蚀工艺的腐蚀液,即HCl和NaOH溶液.利用真空压差法和显微镜形貌分析法,检测和分析了微通道板腐蚀工艺中通道的腐蚀进程.在腐蚀过程中,利用测量微通道板质量损失法衡量了腐蚀的程度,并检查了腐蚀效果.依据实验结果分析,提出了有效的微通道板酸-碱-酸交替腐蚀工艺以及具体的工艺参数.采用此工艺,可使芯料和芯皮料扩散层被完全腐蚀,同时避免了皮料被腐蚀,得到了光滑的通道壁,形成稳定的二次电子发射层.     

MCP电子透射膜的制备及半视场特性

介绍了微通道板(MCP)电子透射膜在成像器件中的功能,分析了冷基底溅射制膜技术和有机膜涂覆及焙烧的方法制备MCP电子透射膜的工艺缺陷,提出了一种新的MCP输入面电子透射膜的制作方法.在一块MCP输入面的半圆上制作了4 nm厚电子透射膜,研究了相同条件下MCP带膜半圆和不带膜半圆的光学反射表面显微形貌、输出电流密度特性和半视场亮度特性.     

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。