[發明專利]高穩定性、高探測效率紫外光及X射線探測用微通道板及其制備方法

在審

• 申請號: 202210532661.3
• 申請日: 2022-05-10
• 公開（公告）號: CN115020171A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 邱祥彪;金戈;韋飛;陳波;王健;趙勝;張振;彭松武;張宏吉;林焱劍
• 申請（專利權）人: 北方夜視科技（南京）研究院有限公司
• 主分類號: H01J31/50
• 分類號: H01J31/50;H01J29/02
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松;王菊花

本發明提供一種高穩定性、高探測效率紫外光及X射線探測用微通道板及其制備方法，在微通道板的基礎上，在微通道板輸入面及通道一定深度處鍍制具有高光電轉化效率的膜層材料作為反射光電陰極；在鍍制光電陰極材料之后，使用原子層沉積技術制備一層超薄厚度均勻的致密保護層，保護層材料包括氧化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鈦、氮化硅等，具有較強的阻隔水汽的能力，且具有一定的二次電子發射能力，降低對于MCP本身性能的影響。根據上述方法制備的MCP，可廣泛應用于開放式結構探測器及相關設備中，能夠承受多次真空與大氣環境轉換而不發生明顯的變化，極大的拓展了鹵化物等易受潮濕空氣影響的材料作為MCP輸入面反射式光電陰極的應用范圍。

技術領域

本發明涉及微通道板技術領域，具體而言涉及一種高穩定性、高探測效率紫外光及X射線探測用微通道板及其制備方法。

背景技術

微通道板(Microchannel Plate，MCP)是于20世紀60年代末開發成功的一種簡單緊湊的電子倍增器件，其形狀是一聚集了上百萬個細微的平行空心玻璃管的薄圓片，每一空心管通道的作用猶如一個連續的打拿極倍增器，可以探測粒子、電子、X射線和UV光子，具有低功耗、自飽和、高速探測和低噪聲等優點，廣泛應用于各類探測器中。

常規MCP對于紫外光以及X射線的探測效率比較低，為了提高MCP的探測效率，可以在MCP輸入面鍍制具有高轉換效率的材料作為反射式陰極，大幅度提高信號光子入射至MCP上是，提升探測效率，所使用的材料多為鹵化物如碘化銫等，專利CN 209312708 U《一種X射線分幅相機分幅變像管》，公開了一種在MCP表面鍍制反射式碘化銫陰極的方法，采用鹵化物材料作為MCP的陰極轉換功能膜層，但存在如下問題：采用的高轉換效率鹵化物一般很容易潮解，需要在膜層鍍制完成之后在真空狀態下原位封裝在真空器件中，或者是在取出后的很短時間內，轉移至封裝真空器件的真空設備中，避免鹵化物膜層出現潮解導致效率下降、噪聲增大等問題。因此，含有此種光電轉換功能膜層的MCP使用范圍非常有限，不能滿足開放式MCP器件的使用需求，并且成品MCP的性能受周轉過程以及環境的影響比較大，控制難度大。

在提高碘化銫等鹵化物膜層材料在潮濕空氣中環境中穩定性方面，也有很多的公開報道：專利CN 212872921 U《一種X射線探測器閃爍體防潮結構》提出了在X射線探測器的閃爍體上覆蓋一層PCTFE塑料膜，PCTFE塑料膜的四周邊再用密封膠進行密封的方法，大大地提高了碘化銫閃爍體的防潮性能，很好地解決了X射線探測器的防潮問題；專利CN109950356 B《一種基于銫鉛碘光電探測器及制備方法》提出了在表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯PMMA作為器件保護層，保護層厚度20-50納米；專利CN 103745762 A《阻水碘化銫閃爍屏》使用的防水薄膜層為有機薄膜層，獲得阻水碘化銫閃爍屏，具有優異的阻水和防水效果，并提高了閃爍體層的穩定性，延長了閃爍屏的使用壽命。另外，現有技術還嘗試使用200nm左右金屬鋁膜層、較厚的PECVD氧化硅和PECVD氮化硅進行保護碘化銫，膜層厚度較厚取得的保護效果尚可。

上述多個現有技術設計中，所提供的保護膜方案均是針對碘化銫材料作為透射式陰極或者是閃爍體而言，能夠取得很好的效果；對于反射式陰極，上述方法均不能夠適用，這是由于膜層太厚，會直接影響陰極材料產生的光電子逸出，而極大的影響探測效率；膜層材料二次電子發射性能差，導致影響MCP本身的電子倍增功能。

發明內容

本發明目的在于提供一種可用于紫外光以及X射線探測的高穩定性、高探測效率的微通道板，通過在微通道板輸入面及通道內壁鍍制具有高轉換效率的功能膜層作為反射式陰極，獲得高的探測效率，同時在鍍制膜層之后，再制備一層超薄的致密防水保護膜層，保證易受潮濕空氣影響的陰極膜層具有很好的穩定性，同時不影響探測效率以及MCP的電子倍增功能。

根據本發明目的的第一方面，提出一種高穩定性、高探測效率紫外光及X射線探測用微通道板，包括：

數百萬個相互平行的通道式電子倍增單元排列而成的陣列式電子倍增器，每個電子倍增單元構成微通道結構；所述陣列式電子倍增器定義了輸入面；