[发明专利]超低温稳定温阻特性的微通道板及其制备方法

说明书

本发明是关于一种超低温稳定温阻特性的微通道板及其制备方法，其制备方法包括：在微通道板基板的内壁上制备导电层；在所述的导电层上制备二次电子发射层；在所述的二次电子发射层上制备温阻特性改性层，得到超低温稳定温阻特性的微通道板。本发明利用原子层沉积技术在微通道板微孔通道内壁表面沉积一层在超低温条件下仍具有良好的正电阻温度特性的温阻特性改性层，以减缓在超低温条件下微通道板体电阻随温度急剧增大的趋势，实现超低温条件下微通道板的高稳定温阻特性，降低微通道板超低温体电阻，提高微通道板在超低温条件下信号超快速读取与响应的能力。

技术领域

本发明涉及一种微通道板及其制备方法，特别是涉及一种超低温稳定温阻特性的微通道板及其制备方法。

背景技术

微通道板是对二维空间分布的荷电粒子流进行并行倍增的一种特种玻璃材料与器件。微通道板以其时间分辨率高、空间分辨率高、信号放大倍率极高、结构紧凑等优势，成为低温量子模拟计算信号读出最具潜力的重要器件。微通道板通常在室温条件下使用，常规体电阻为100-200MΩ。低温量子模拟计算要求信号读出器件在温度不高于30K条件下，信号读取时间不高于10^-5s，以满足超快速读取需求。

微通道板由数百万根微米级孔径的中空玻璃构成，每个中空玻璃都是一个独立的通道，其通道内壁表面层是二次电子发射层，下面是导电层，入射电子在加速电场作用下，轰击通道内壁表面，产生二次发射电子，经电子在通道内多次碰撞，实现电子雪崩倍增，从而实现微弱信号的读取与探测。微通道板信号读取速度主要取决于信号输运响应时间t_r及死时间t_d。其中，微通道板的输运响应时间t_r主要由微孔通道尺寸结构决定，一般为10^-9-10^-10s。而死时间t_d主要由微孔通道体电阻R_c及其电容C_c决定，且正比于微孔通道体电阻R_c，在室温条件下一般为10^-7-10^-8s。

超低温条件下微通道板的信号读取时间主要取决于其体电阻，且与体电阻成正比。由于经特殊工艺处理后，微米通道内壁形成具有二次电子发射层和电子传导层，为类半导体结构，呈负电阻温度系数特性。相关研究表明，在20-30K超低温条件下，微通道板体电阻可升至常温体电阻的约10⁵-10⁶倍，相应的信号读取时间将延长至10^-2-1s，与低温量子模拟计算所需超快速量子信号读取相距甚远。因此，超低温下体电阻过高是微通道量子信号快速读取的主要瓶颈。

针对超低温低体电阻微通道板，现有技术主要通过采取调整微通道板材料组成成分、优化理化处理工艺、改变原子层沉积制作的导电层厚度等方面，从降低微通道板常温体电阻角度出发来减小微通道板超低温使用条件下的体电阻。然而，目前尚未有从温阻特性改性与稳定的角度出发来降低超低温条件下的微通道板体电阻的相关专利或文献的报道。

原子层沉积技术(ALD)是一种基于有序、表面自饱和反应的化学气相薄膜沉积技术。该技术源于上世纪六七十年代，在20世纪80年代得到发展并完善。在20世纪90年代，随着半导体工业兴起，对各种元器件尺寸，集成度等方面要求越来越高，该技术迅速发展。并于21世纪初，随着适应各种制备需求的商品化ALD仪器的研制成功。

微通道板是一种由数百万个具有高长径比微米级小孔阵列组成的复杂精密元件，其温阻特性改性层是由多种原子组成的复杂多层薄膜，元素比例需要精确控制以实现微通道板超低温电阻温度特性稳定的要求。原子层沉积技术作为目前最先进的薄膜沉积技术之一，基于表面自限制、自饱和吸附反应，具有表面控制性，所制备薄膜具有优异的共形性、大面积均匀性等特点，适应于复杂高长径比衬底表面沉积制膜，同时还能保证精确的亚单层膜厚控制来实现改性层元素比例的精确控制。

发明内容