[发明专利]多气隙阻性井型探测器、放大单元、基材及制备方法

说明书

本公开提供一种多气隙阻性井型探测器、放大单元、基材及制备方法，该多气隙阻性井型探测器放大单元由下至上依次包括：底部DLC层、底部Apical层、Prepreg层、中部DLC层、顶部Apical层以及顶部DLC层；其中，该放大单元的上表面上形成有多个起始于顶部DLC层的上表面，终止于中部DLC层的上表面的井型孔。本公开提供的多气隙阻性井型探测器、放大单元、基材及制备方法中的多气隙阻性井型探测器放大单元是一个整体，不再需要依靠工作时电极产生的静电力来把单元上下两部分吸在一起，因此，在探测器打火放电，工作电压改变时，放大单元也不会因为静电力的改变而造成井型结构的变化，因此能极大的提高探测器的稳定性。

技术领域

本公开涉及微结构气体探测器技术领域，尤其涉及一种多气隙阻性井型探测器、放大单元、基材及制备方法。

背景技术

在当前的大型核与粒子物理实验中，粒子的飞行时间(Time-of-Flight，TOF)与位置是非常重要的物理参数。飞行时间测量是进行末态带电粒子鉴别的非常重要而常用的手段。对撞产生的高能末态粒子，高速飞过有限的距离，要求飞行时间探测器具有非常好的时间分辨能力，才能区分不同粒子之间速度上的差异，与动量测量相结合，从而实现粒子鉴别。精确的时间测量通常还是实验中的触发所需要的，同时还能用来有效压制本底计数。位置测量则是对粒子的径迹与对撞点进行重建的必要手段，在高能物理实验中不可或缺。同时具有好的时间分辨与位置分辨的探测器在很多实验中都有很强的需求。另一方面，随着对撞机的能量和亮度不断提高，对探测器的计数率能力提出了很高的要求(>10kHz/mm²)，此外，随着实验规模的不断变大，还希望探测器具有较大的有效面积(～m²)以及较低的造价。因此，具有高计数率，高位置分辨，高时间分辨，可大面积制造的气体探测器是当前物理实验中一个非常迫切的需求。

阻性镀膜技术的发展对新型探测器的研发提供了有力的技术支持。2015年，CERN的研究人员提出了多种利用微结构气体探测器来进行高精度时间测量的方法，这些用于高精度时间测量的微结构探测器被称为快时间响应微结构气体探测器(FTM-Fast TimingMPGD)。多气隙阻性井型探测器(MRWELL-Multi-gap Resistive WELL)是FTM中的一种，其结构示如图1所示。该探测器的放大单元是一种全阻性井型结构，放大单元分为三层：上下两层为阻性电极，中间层为绝缘层，这种完全是阻性的井型结构加上一个漂移电极就能够形成一个单气隙的全阻性井型探测器。由于阻性材料对快信号透明的特性，这种单气隙的全阻性井型探测器进行叠加，可以制作成多气隙全阻性井型探测器。探测器的最下方是读出电极，读出信号是是每一个井型放大单元中雪崩电子运动在读出电极上产生的感应信号的总和。由于MRWELL的每个气隙都很窄，因此能够有效减小由原初电离位置的不确定性造成的时间晃动，提高时间分辨。此外，由于MRWELL探测器属于一种微结构气体探测器，故天生具有计数率能力高，位置分辨好的特点，因而在当前的高亮度物理实验，高计数率环境下的应用中具有非常大的应用前景。

现有的MRWELL放大单元的制作流程是使用一面镀铜，另一面镀有阻性DLC(Diamond-like Carbon，类金刚石碳)的APICAL(一种基于聚酰亚胺的材料)薄膜作为基材，通过刻蚀的方法制作出通孔，然后与双面镀有阻性DLC的APICAL薄膜组合形成井型放大单元。制作过程大致分为如图2所示几个步骤：1)在基材镀铜的一面进行刻蚀，把铜刻蚀出小孔阵列；2)对APICAL薄膜进行刻蚀：由于铜能够有效的阻挡化学溶液，只有在上层铜膜上有空的地方才能对APICAL进行刻蚀，因此刻蚀后在APICAL上会形成对应的孔阵列；3)将孔底部的悬浮着的DLC清除掉，形成通孔；4)移除基材顶部所有的铜；5)将基材倒扣过来，放置在一层双面镀有阻性DLC的APICAL上，形成井型结构。双面镀有阻性DLC的APICAL上和孔接触的阻性DLC作为井型结构的下层电极，而另外一面的阻性DLC将作为下一层放大结构的漂移电极。

然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，利用现有技术的制作方法制作出来的MRWELL探测器放大单元主要存在两个缺点：