[發明專利]用于大面積Micromegas探測器制作的熱熔膠膜熱壓接方法

有效

• 申請號: 201810274814.2
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108531091B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 張志永;豐建鑫;齊斌斌;管亮;汪曉蓮;趙天池;劉建北;邵明;周意
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C09J5/00
• 分類號: C09J5/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李坤

本公開提供了一種用于大面積Micromegas探測器制作的熱熔膠膜熱壓接方法，包括以下步驟：備好讀出陽極板；制作熱熔膠膜墊片，將制好的熱熔膠膜墊片預排布于讀出陽極板兩側；采用絲網張力平衡方法和輥壓熱壓接技術，將不銹鋼絲網粘接于讀出陽極板兩側；在讀出陽極板上制作漂移電極，完成Micromegas探測器的制備。

技術領域

本公開涉及Micromegas探測器的制作，尤其是一種用于大面積Micromegas探測器制作的熱熔膠膜熱壓接方法。

背景技術

隨著大型對撞機實驗中粒子能量和亮度的不斷提高，對探測譜儀中的各個探測器的計數能力、抗輻照性能、空間和時間分辨等提出了更高的要求。傳統的多絲室、正比管已經很難滿足這些需求。20世紀90年代，微結構氣體探測器(MPGD)的出現，提供了一種很好的解決方案。Micromegas(Micro-Mesh Gaseous Structure，微網格氣體探測器)就是其中典型代表之一，具有高計數率、抗輻射、高精度位置靈敏等諸多優異特性，因此很快成為氣體探測器的重要研究方向之一。Micromegas探測器是典型的平行電極結構探測器，如圖1所示，三個電極將探測器分成3-5mm的電離漂移區和單層厚度約為100μm的雪崩放大區。帶電粒子或光子在漂移區直接電離或光電效應產生原子分子電離產生電子離子對，這些電離電子在漂移電場的作用下漂移，通過金屬絲網進入雪崩放大區，在電場強度約為50kV/cm以上的放大區內，電離電子產生級聯倍增，從而產生可觀測的足夠多的電荷信號。雪崩放大區可由單層或多層金屬絲網和氣體間隙疊加組成。顯而易見，Micromegas探測器的制作難點集中在約100μm的極窄的雪崩間隙上。

法國Saclay實驗室和歐洲核子中心(CERN)的RD51小組專門從事Micromegas探測器的研究工作。先后發展了Bulk和Micro-Bulk探測器的制作工藝。隨著Micromegas研制技術的不斷發展，已經成功在很多大型物理實驗中應用，如日本的T2K實驗，CERN的COMPASS實驗等，以及正在開展和計劃的實驗，如ATLAS譜儀的Muon探測器的升級Phase I計劃等。除此之外，該探測器在其他很多領域也有廣闊的應用前景，例如同步輻射裝置上的衍射實驗，熱中子成像，X射線成像，μ子成像等。

針對越來越豐富的應用前景，大面積、低成本、高效率的探測器制作技術需求緊迫。在我們研發大面積熱熔膠膜壓接技術之前，國際上能夠實現大面積Micromegas探測器制作的只有Bulk工藝。這種技術主要通過紫外光輻照和化學刻蝕，來實現探測器核心雪崩結構的制作，目前正為ATLAS實驗設計建造大型Muon探測器系統。

現有的技術中，能夠實現大面積制作的只有法國Saclay實驗室和CERN研發的Bulk技術，可以實現米量級的探測器制作。國內高能物理研究所和中國原子能院也先后研究了這一方法，但是限于設備規模，都尚未研制出有效面積大于100mm×100mm的探測器。Bulk技術基于感光膜的紫外曝光和后期的化學刻蝕來實現Micromegas探測器核心雪崩結構的制作。

Bulk技術首先將光敏薄膜、不銹鋼絲網，層層壓接在讀出電路板上，然后利用紫外光輻照和化學刻蝕實現絲網和讀出陽極板之間支撐結構的制作。這種方法制作的支撐結構通常直徑為200μm-400μm，間距2mm。

現有Bulk技術的缺點：

1、技術復雜，污染環境：

這種方法對準直曝光，化學刻蝕有較苛刻的要求，需要專門的儀器設備，而且化學刻蝕不可避免對環境有較大的污染，所以很難推廣使用。目前只有極少數單位掌握這一技術，且成品率較低，很難滿足日益增長的應用需求。

2、對材料限制苛刻，擴展性差：

曝光刻蝕技術也決定了探測器的雪崩支撐間距不能太大，限制了探測器結構的演變。比如在一些低氣壓應用環境下，需要探測器的雪崩氣隙由100μm增大到500μm，或者采用雙層絲網結構的新結構探測器，Bulk工藝就無法適用。