[發(fā)明專利]抑制充電效應(yīng)的多層厚型氣體電子倍增器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110137070B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周意;宋國鋒;尚倫霖;張廣安;魯志斌;呂游;劉建北;張志永;邵明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H01J43/28
• 分類號: H01J43/28;H01J9/20;G01T1/24;G01T3/08
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 喻穎

一種抑制充電效應(yīng)的多層厚型氣體電子倍增器及其制備方法，包括：基材單元和類金剛石碳基薄膜，其中，基材單元上設(shè)有多個陣列的通孔；沿所述通孔周向設(shè)有隔離環(huán)，隔離環(huán)位于基材單元上下表面；類金剛石碳基薄膜形成于基材單元未被隔離環(huán)覆蓋部分的表面。本發(fā)明提高了多層厚型氣體電子倍增器的工作穩(wěn)定性、極大提高了厚型氣體電子倍增器增益的穩(wěn)定性，有效拓展了多層厚型氣體電子倍增器的應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微結(jié)構(gòu)氣體探測器領(lǐng)域，尤其涉及一種抑制充電效應(yīng)的多層厚型氣體電子倍增器及其制備方法。

背景技術(shù)

厚型氣體電子倍增器(Thick Gas Electron Multiplier，簡稱THGEM)是2004年由R.Chechik等人發(fā)明的一種微結(jié)構(gòu)氣體探測器(MPGD)。單張THGEM膜裝配成的探測器的增益就能達(dá)到10⁴以上，THGEM還具有百微米量級的位置分辨能力和10納秒量級的時間分辨能力。THGEM在高能物理實驗中具有廣泛的應(yīng)用前景，已被考慮用于COMPASS實驗和ALICE實驗的切倫科夫環(huán)形成像探測器的升級。此外，THGEM還被考慮用于穿越輻射探測器中，以用于電子離子對撞機實驗中的電子鑒別。

由于單張THGEM膜裝配成的探測器工作在高增益模式下時需要很高的工作電壓，這種情況下容易發(fā)生打火放電現(xiàn)象從而降低探測器工作穩(wěn)定性并減少其使用壽命。因而通常情況下THGEM探測器采用多張THGEM膜裝配而成，這種多個THGEM級聯(lián)的多級放大的工作模式降低了單個THGEM所需工作電壓的同時提升了探測器總的有效增益。然而這樣一來會使探測器整體的厚度和機械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度變大，雪崩產(chǎn)生的電荷在不同放大級之間傳輸時會有很大一部分電子損失掉。

為了避免電子在傳輸過程中的損失，本領(lǐng)域研究人員使用PCB工藝中的多層板技術(shù)制作出了多層厚型氣體電子倍增器(MTHGEM)，然而卻發(fā)現(xiàn)MTHGEM工作時存在充電效應(yīng)，即在穩(wěn)定的粒子源連續(xù)照射條件下，探測器的增益會隨著時間發(fā)生明顯的變化。理論計算和實驗結(jié)果表明造成這種增益的變化的原因是由于電子在孔內(nèi)雪崩產(chǎn)生的次級電子和離子會吸附到絕緣基材表面，這些絕緣表面積累的電荷會改變電荷倍增區(qū)的電場，從而對探測器的有效增益造成影響，這種效應(yīng)稱為充電效應(yīng)。由于這些積累的電荷很難泄放，因此隨著探測器受輻照時間的增加，積累的電荷會不斷增多，需要很長時間才能達(dá)到平衡使電場穩(wěn)定，因此會導(dǎo)致探測器有效增益在很長一段時間內(nèi)都會不斷發(fā)生變化，增益隨時間的穩(wěn)定性很差。

在幾乎所有的應(yīng)用中，增益穩(wěn)定性都對于氣體探測器至關(guān)重要，這主要體現(xiàn)在對探測效率和能量分辨率這兩項指標(biāo)的影響上，從而影響探測器性能。因此，改善或消除MTHGEM探測器中的充電效應(yīng)有利于提高其性能表現(xiàn)從而擴展其應(yīng)用范圍，是目前MTHGEM探測器發(fā)展所需要解決的關(guān)鍵問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的之一在于提出一種抑制充電效應(yīng)的多層厚型氣體電子倍增器及其制備方法，以期至少部分地解決上述技術(shù)問題中的至少之一。

為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個方面，提供了一種抑制充電效應(yīng)的多層厚型氣體電子倍增器，其特征在于，包括：基材單元和類金剛石碳基薄膜，其中，

基材單元上設(shè)有多個陣列的通孔；

沿所述通孔周向設(shè)有隔離環(huán)，隔離環(huán)位于基材單元上下表面；

類金剛石碳基薄膜形成于基材單元未被隔離環(huán)覆蓋部分的表面；

所述基材單元自上而下依次包括：

頂部銅層、頂部PCB層、中部第一銅層、中部PCB層、中部第二銅層、底部PCB層和底部銅層；所述隔離環(huán)位于頂部銅層和底部銅層上。

作為本發(fā)明的另一個方面，提供了一種所述的抑制充電效應(yīng)的多層厚型氣體電子倍增器的制備方法，包括以下步驟：

制作基材單元；