[发明专利]一种条纹相机光阴极的制备方法

说明书

本发明公开了一种条纹相机光阴极的制备方法。该制备方法首先以多孔阳极氧化铝为模板，通过物理气相沉积和干法刻蚀在抛光硅片表面制备出纳米尺度的柱状微结构阵列。再以该柱状微结构阵列为模板，制备出具有微孔阵列结构的有机薄膜。将有机薄膜转移至光阴极支架上作为支撑衬底，采用物理气相沉积法在有机薄膜上依次镀制导电层和光电发射层，最终制备出表面具有纳米尺度微孔结构阵列的条纹相机光阴极。该方法实现了纳米级微孔阵列结构的条纹相机光阴极制备，可大幅度提高光阴极的谱响应灵敏度，同时具有较宽的谱响应范围，能够进行从紫外光到硬X射线的谱响应，适用于高空间分辨的条纹相机应用。该方法还具有工艺流程简单、成本低廉等优点。

技术领域

本发明属于光阴极制备领域，具体涉及一种条纹相机光阴极的制备方法。

背景技术

光阴极是一种将光信号转换为电信号的光电转换器件，由有机薄膜衬底、导电基底和光电发射层构成。光阴极是条纹相机的核心元器件，在高能量密度物理研究、微弱信号探测和微光成像等领域有重要的应用。

现有的适用于紫外线及X射线成像的条纹相机光阴极一般采用透射式的平面薄膜结构，其支撑结构为一平面碳氢衬底薄膜，导电层和光电发射层沉积在平面衬底上，该结构具有性能稳定、光电发射均匀、制备工艺简单等优点。但平面结构的光阴极对入射光的利用率较低，导致其光电响应灵敏度低，对弱紫外线或X射线信号的探测能力弱。近年出现的微结构光阴极技术从提高入射光利用率和转换效率等因素出发考虑，将光阴极制备为特殊的微结构，以提高光阴极的光电响应灵敏度。

但是，现有的各种微结构光阴极制备技术存在不足， 2016年《Review ofScientific Instruments》上发表的文章《Structured photocathodes for improvedhigh-energy x-ray efficiency in streak cameras》利用等离子体刻蚀方法在硅衬底上制备了一种微米级尺寸的倒圆锥后凹式结构的光阴极，可以将光阴极的响应灵敏度提高近3倍。但该光阴极以硅材料为衬底，对紫外线和中低能的X射线（能量≤5keV）有强烈的吸收，导致该光阴极无法探测紫外线或中低能X射线的信号；同时其微米级尺寸的微结构导致光阴极的时间分辨率有明显降低，不利于获得高时间分辨的图像。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种条纹相机光阴极的制备方法。

本发明的条纹相机光阴极的制备方法包括以下步骤：

a.提供一片抛光硅片；

b.提供一片具有通孔的多孔阳极氧化铝作为掩膜，覆盖在抛光硅片表面；

c.采用物理气相沉积法在覆盖了多孔阳极氧化铝的抛光硅片表面镀制纳米级尺寸的圆形岛状金属膜，随后，移除多孔阳极氧化铝；

d.采用干法刻蚀方法对步骤c中获得的硅片表面进行刻蚀；

e.将步骤d中刻蚀后的硅片放入稀盐酸腐蚀液中，去除掉硅片表面的圆形岛状金属薄膜，用去离子水清洗硅片并烘干，获得具有微柱状结构表面的硅片；

f.采用物理气相沉积法在步骤e处理过的硅片表面镀制一层易溶于水的脱模剂，形成脱模剂层；

g.采用物理气相沉积法在脱模剂层上镀制一层有机薄膜；

h.将步骤g中获得的表面覆盖了脱模剂层和有机薄膜的硅片倾斜地放入去离子水中，脱模剂层在水中溶解，由于水的表面张力，平展地漂浮在水面上，有机薄膜上有阵列排列的微孔；

i.将步骤h中获得的有机薄膜转移到光阴极支架上，并烘干；

j.采用物理气相沉积法在步骤i获得的有机薄膜表面镀制一层导电层；

k.采用物理气相沉积法在导电层上镀制一层光电发射层，得到所需。