mcp输入面电子透射膜的制备.docxVIP

mcp输入面电子透射膜的制备 1 mcp电子透射膜 微通道板（mcp）是利用无数平行通道电子倍增器组积的二维阵列电离成分检测器和电子图像增强器。广泛应用于空间科学、核辐射勘探、光谱学和夜视技术等领域。在MCP输入面上制作电子透射膜能有效地防止器件内正离子反馈,保护光电阴极,消除闪烁噪声,延长器件的工作寿命。MCP电子透射膜是决定第三代像增强器使用寿命的关键。由于MCP是无数通道电子倍增器组成的二维阵列,在多孔的MCP输入端形成一层高质量的自持超薄连续电子透射膜是一项难度很高的工艺。国外文献只报道了MCP电子透射膜的功用,而关于其制作方法和性能报道甚微。文献和文献均采用冷基底溅射制膜技术和有机膜涂覆及焙烧的方法。本文提出一种制备MCP电子透射膜的新方法,在一块MCP输入面的半个圆上制作了4 nm厚电子透射膜,研究了相同条件下MCP电子透射膜的半视场特性。 2 目前的工艺分析 2.1 有机膜的涂覆与反射 MCP电子透射膜特性及其工艺对MCP性能的影响是评价制膜工艺成功与否的关键。文献报道的工艺是在多孔基底MCP表面上形成超薄Al2O3电子透射膜的有效途径,其特征在于:在MCP的输入面先涂覆一层有机膜,再在有机膜上溅射电子透射膜,经焙烧将有机膜分解,则保留下均匀、致密、牢固的电子透射膜。其中涂覆有机膜的工艺采用把MCP输入面朝上置于盛有水的容器内,在水面上滴一滴有机膜制剂,其在水面扩散形成薄膜,再将水从底部放出,薄膜将随水面沉降在MCP的输入面上,经干燥脱水后就形成一层均匀、透明、牢固的有机薄膜;其中离子溅射制膜的条件为,使MCP处于液氮低温,在惰性气体的真空条件下,以制膜材料为靶面进行离子溅膜;有机膜的脱除技术采用在350～400 ℃高温恒温0.5～1.0 h的热分解法。 2.2 mcp通道表面碳污染 这种电子透射膜的制作方法有不足之处:将MCP浸没水中通过汲水方法涂覆有机膜,因MCP的通道长径比接近40,在干燥脱水时MCP通道内的水分子在逸出通道时容易造成有机膜破损,掩膜质量不高;离子溅射制膜时因MCP处于液氮低温(77 K),远远超出MCP规范中MCP贮存温度的低温下限-54 ℃,MCP及其表层的有机膜容易破损、变形和性能发生变化;由于MCP处于液氮低温,MCP低温表面凝聚气体分子或结霜,溅射镀膜质量不高;有机薄膜同MCP输入面直接接触,焙烧分解有机膜过程中不可避免造成MCP通道表面碳污染。MCP通道内壁碳污染影响MCP电性能,是引起MCP增益疲劳的主要因素。另外,冷基底直流离子溅射制备MCP电子透射膜存在最佳成膜条件,这个最佳条件是苛刻的,尽管MCP用液氮冷却,如果偏离最佳成膜条件,溅射过程中MCP上所附有机膜将被烧毁,不能形成连续电子透射膜。由于有机膜烧毁是在Ar气氛中进行的,有机膜分解后的C元素很难寻找到氧元素形成CO、CO2等气体,并且冷基底MCP作为一个冷阱吸附器限制了C元素进入其他空间。因此,MCP电子透射膜制膜工艺的失败对MCP造成了严重的碳污染,使MCP不能回收利用。 3 薄膜质量对mcp内部表面的影响 为解决上述存在的问题,提出一种MCP输入面电子透射膜的制作方法,以使制作出的电子透射膜不仅能够有效地透过电子、阻止反馈离子,而且薄膜质量高,不污染MCP通道内表面,不影响MCP的质量和性能。新工艺的特征是在铝环支架上先涂覆一层自持连续有机膜,再用离子溅射制膜技术在连续自持有机膜上制作电子透射膜(有机膜和电子透射膜合称双层膜),在两极等离子体放电装置中将电子透射膜贴附在MCP输入面,分解有机膜,则保留下均匀、致密、牢固的电子透射膜。 3.1 有机膜的衬底涂覆 涂覆自持连续有机膜时有机膜溶液用硝化纤维素、乙酸丁脂、乙醇和邻苯二甲酸二丁脂配制的有机膜制剂(此为荧光屏制作中常用的有机膜制剂)。在衬底上涂覆有机膜的方法在荧光屏制作中属于已有技术,但本文中有机膜涂覆在一个中空的支架上,自持连续有机膜部分作为电子透射膜临时衬底。有机膜粘度要求适中,使在铝环支架上形成的自持连续有机膜无穿透孔,自持有机膜本身保持一个水平面。将清洁的铝环支架垂直放入水中,用玻璃棒粘上一滴有机膜溶液在接近水面处滴入培养皿中,待膜液扩散成膜并固化后将环垂直提起,在铝环支架上形成一层均匀、透明、牢固的有机薄膜。 3.2 自制连续有机膜的形成 MCP电子透射膜本质上是一种非晶态超薄连续氧化铝自持薄膜。制备非晶态超薄连续膜可采用从稀释态凝聚的方法,这种方法通常要求比较低的基底温度和相对低的入射粒子能量。在氩气氛中,用溅射方法制备的Al2O3膜是非晶态的,且与实验范围内所用的淀积功率密度无关。离子溅射制膜在镀膜行业属已有技术,但本文在自持有机膜上溅射非晶态薄膜。为了在自持连续有机膜上形成非晶态膜,在溅射制膜过程中有机膜尽可能处于冷态,电子不轰击有机膜,靶面