三代微通道板记忆效应研究

针对三代微通道板在制作像增强器中出现的电子记忆效应现象进行分析,指出记忆效应的产生机理是通道内壁表面的多孔介质膜(PbO-Al2O3-SiO2系铅铝硅酸盐玻璃)引起的自激发射.分析了多孔介质膜的结构和形成原因,提出了采用调整玻璃材料中SiO2含量、优化金属氧化物的引入种类及数量改进通道内壁结构.工艺上采用减少皮料被酸碱腐蚀的时间和降低还原温度以减少多孔介质膜的形成.实验结果表明,采用新的材料配方,优化的三次酸碱腐蚀和520～560 ℃氢还原工艺消除了微通道板的记忆效应,提高了像增强器的信噪比.     

微通道板高增益二次电子发射层制备研究

提高微通道板(Micro-channel Plate,MCP)的综合性能一直都是器件使用性能提升首要解决的关键问题.纳米薄膜材料的发展及其制备技术的成熟为微通道板性能提升提供了契机,使用原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)技术,在微通道板的通道内壁生长一层A12O3薄膜作为高二次电子发射层,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.通过调节ALD沉积过程中的循环数,腔室反应温度和前驱体反应时间,分析工艺条件改变对MCP二次电子增益的影响.结果表明ALD沉积工艺参数对MCP二次电子增益有很大影响,使用适当的工艺参数,可得到具有高二次电子增益的MCP.     

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。     

微通道板表面羟基化工艺研究北大核心

研究了3种微通道板基底羟基化的方法,测量了羟基化处理后微通道板基底表面水接触角及通道端面的形貌变化,分析了各种方法中微通道板基底的亲水性和腐蚀情况。实验结果表明:氨水双氧水溶液对基体表面的亲水性能提升不大,NaOH溶液对基体有腐蚀作用,经食人鱼溶液处理的基体表面亲水性明显提高且无腐蚀作用。研究了微通道板在食人鱼溶液中的浸泡时间和浸泡温度对表面亲水性的影响。结果表明:随着浸泡温度的增加,微通道板表面水接触角先减小后增大,当温度为80℃时达到极小值,浸泡时间对微通道板表面的亲水性影响不大。最终确定了微通道板表面羟基化工艺:浸泡温度为80℃,静置时间为20~60 min。     

铅玻璃微通道板芯料的腐蚀和扫描电镜检测

本文用亲电性腐蚀液、静置腐蚀法腐蚀实芯丝铅玻璃微通道板的芯料,并用扫描电镜和X射线能谱仪分析其形貌和化学成份。结果表明,用本腐蚀法可获得内壁光滑、增益高、噪声低的通道板。 文中还提出了一种测量腐蚀速度的新方法。测量结果可靠、重复性好。     

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.     

饱和情况下微通道板短脉冲信号放大特性研究

采用传输线方法研究了微通道板的短脉冲信号放大特性。分析了单脉冲信号的波形畸变以及微通道增益的变化情况。当信号饱和参数大于1时，脉冲前沿消耗的电荷会对脉冲后沿的放大形成影响，造成脉冲后沿增益下降。研究了多脉冲间的互扰问题。若前一脉冲放大消耗的电荷得不到及时补充，将影响后续脉冲的放大过程。分析了信号频率对微通道板输出特性的影响。信号单脉冲电荷量恒定的情况下，提高信号频率将使得微通道板增益显著下降；信号平均电流恒定时，通道增益以及输出电流基本不随信号频率发生变化。通过脉冲激光对像增强器的辐照实验，验证了上述分析结果的正确性。     

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.     

基于微通道板的像增强器增益饱和效应研究

为评估像增强器对强光的响应特性,开展了连续激光对像增强器的辐照实验,分析了激光辐照对其增益特性的影响。实验结果表明:持续增加激光功率,直到光阴极处激光功率密度达到点饱和阈值激光功率密度的8104倍时,仍未出现像元串扰现象,表明像增强器出现了增益饱和,其输出光强受限。建立了像增强器的微通道板等效电路模型,分析了微通道板的增益特性,得到微通道板线性增益允许的最大入射电流约为1.6410-10 A。该结果非常接近实验测量值,表明通道损失的电子得不到及时补充是增益饱和的主要原因。     

提高微通道板对低能电子探测效率的技术途径

为了提高静电聚焦型微通道板光电倍增管探测效率,重点研究微通道板的探测效率。分析影响微通道板对电子探测效率大小的主要因素,利用微通道板探测效率的理论模型,考虑在垂直入射到输入面的情况下,模拟计算出不同能量（Ee＜1 keV）的入射电子打入非开口区对探测效率的贡献,结合开口区域的探测效率,即获得微通道板总的探测效率,并把模拟计算结果与实际测量相比较,两者基本一致;通过在微通道板的输入端面和通道内壁蒸镀高二次电子发射系数的材料、改变电极蒸镀方式和增加开口面积比,获得接近100%的探测效率,进而有效地提高了这种光电倍增管的探测效率。     

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。     

电子清刷对双MCP像增强器闪烁噪声的影响

由于微通道板除气不彻底,导致双微通道板像增强器在工作时视场上出现闪烁噪声,因而无法正常工作.为了消除闪烁噪声并使微通道板增益进入一个稳定值区间,采用不同的电子清刷控制方法,对两块微通道板进行彻底除气,结果表明:增大萃取电荷量的方法在减少闪烁噪声的同时也会降低像增强器的增益,而增加台外预先电子清刷阶段并且使第二块微通道板的预先萃取电荷量大于第一块微通道板,可以完全消除闪烁噪声.选择合适的预先萃取电荷量,可以保证像增强器的增益达到105以上,制作出合格的双微通道板像增强器.     

第二代倒象式MCP微光象增强器的系统设计及成象性能分析

本文讨论和分析第二代倒象式微光象增强器前级倒象电子光学系统与后级近贴系统的匹配,以及后级近贴系统的成象特性。在确定的物理模型基础上,导出了斜切的微通道板的增益表达式;分析了微通道板的入射电子能量的选择、板的工作电压及斜切角等参数,对于系统增益和成象性能的影响;最后,对所使用的微通道板、后近贴聚焦系统和荧光屏,对成象质量的影响作了解析分析,定量地给出了每一部分以及它们相综合的调制传递函数的数学表达式。     

微通道板双面抛光技术

基于微通道板皮料、芯料、实体边玻璃材料的特点,分析了微通道板的双面抛光机理,研究了抛光工艺参数(抛光粉、抛光压力、抛光液pH值等)对MCP平面粗糙度、表面质量的影响,提出了微通道板的抛光工艺及参数:抛光粉应选择莫氏硬度为6、粒度为1.5μm的CeO2;抛光压力和时间按照特定的台阶式工艺进行.抛光液的pH值对MCP表面粗糙度有较明显的影响,pH值会随抛光时间延长而升高,宜控制在6～8.     

微通道板增益衰减的理论分析

本文根据作者已有的实验数据和在前人工作的基础上,分析了导致微通道板经电子轰击后增益大幅度下降的原因.并据此对照国外同类产品剖析了目前国内微通道板生产中影响增益的几个因素,提出相应的改进意见.     

微通道板质量污染对二代倒像微光管性能的影响

为解决二代微光倒像管研究中制管合格率低问题,对微通道板处理过程工艺质量和放气成分进行分析。结果表明,微通道板质量不合格、表面污染、性能一致性差是造成器件阴极灵敏度低、视场暗斑、分辨率低、背景大的主要因素。对其采用清洗,无油真空炉处理工艺,消除了工艺过程对微通道板的污染,研制成功了总体性能全面合格的二代倒像微光管。     

微通道板光电倍增管静态参数测试系统

微通道板光电倍增管静态参数测试系统是专门为高校和科研院所研制的实验设备,它由光源、衰减系统、微通道板光电倍增管、暗箱、高压电源及专用分压器、微电流计等部分组成。通过对微通道板光电倍增管光电阴极灵敏度、电流增益、暗电流等静态参数的测量,可直观地反映光电阴极的光电效应、单块微通道板的电流增益特性以及增益随外加电压变化的性能。本设备操作简便、实用性强、可靠性高。本设备同时还可用于微通道板光电倍增管的性能测试和质量分析,亦可用于同类产品的老炼等。微通道板光电倍增管静态参数测试系统     

微通道板型光电倍增管分压比与能量分辨率关系研究

为了提升微通道板型光电倍增管(MCP-PMT)能量分辨率,研究不同分压比对能量分辨率的影响,通过分析光电子从入射到倍增的过程,研究影响MCP-PMT能量分辨率的因素.通过调节光电倍增管(PMT)聚焦极电压、两片通道板分压以及通道板间隙电压解决了增益动态范围小、能量分辨率差的问题.实验结果表明,减小聚焦极电压可提高分辨率但收集效率会降低,提高MCP2电压后分辨率略有降低同时动态范围大幅提高,通道板间加反向电压可显著提升能量分辨率.根据实验结果,设计了一种MCP1与MCP2分压比1:1.6、通道板间隙加-35 V反向电压的分压器,将其应用于50只样管,并对样管进行测试,其平均能量分辨率从44减小到33,有效地改善了微通道板型光电倍增管的能量分辨率.     

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。     

MCP噪声因子特性研究

微通道板(简称MCP)是决定像增强器信噪比的关重件,MCP的噪声因子是对MCP噪声特性进行评价研究的主要参数.通过对不同材料、不同腐蚀工艺、不同烧氢工艺制备的MCP以及不同工作条件下MCP的噪声因子进行测试分析,研究不同制备工艺、不同工作条件下MCP的噪声特性,最终得出了最优噪声性能的MCP制备工艺和工作条件,结果表明采用B材料,采用混合类腐蚀液腐蚀工艺,尽可能长的烧氢时间,可获得较低噪声因子的MCP,同时适当增加入射电子能量和微通道板工作电压以改善通道板噪声特性,提高像管成像质量,这些研究成果为进一步降低MCP噪声因子提供了理论和工艺指导.