[发明专利]抑制充电效应的THGEM基材及其制备和检测方法

说明书

本公开提供一种抑制充电效应的THGEM基材，包括：PCB基材层、铜电极层、通孔以及DLC薄膜；铜电极层，位于PCB基材层的上下表面；通孔在该基材上呈六角密排分布，且对多个通孔的上下边缘的铜电极层进行腐蚀，裸露出PCB基材层；DLC薄膜形成于PCB基材层裸露部分的表面。本公开提供的抑制充电效应的THGEM基材及其制备和检测方法，在厚型气体电子倍增器上沉积一层具有很高电阻率但不绝缘的类金刚石碳基薄膜，能够有效地去除厚型气体电子倍增器工作时产生的充电效应，使得探测器的有效增益一直能够保持稳定，对提升探测器工作的稳定性具有重要的作用。

技术领域

本公开涉及厚型气体电子倍增器技术领域，尤其涉及一种抑制充电效应的THGEM基材及其制备和检测方法。

背景技术

厚型气体电子倍增器(Thick Gaseous Electron Multiplier，THGEM)是2004年由R.Chechik等人发明的一种微结构气体探测器(Micro-PatternGaseous Detector，MPGD)。THGEM使用普通商用PCB材料作为基材，利用PCB制作中通用的的机械钻孔工艺，配合适当的化学腐蚀方法，得到了与气体电子倍增器(GEM)类似的结构和工作模式。通常THGEM膜的PCB基材厚度介于0.4mm至0.8mm之间，双面镀铜，铜的厚度约几十微米左右，通过机械钻孔的方法在THGEM薄膜上制备出高密度的呈六角密排的小孔作为探测器的放大单元，当上下铜电极之间加上合适的电压后能在孔内形成很强的电场，从而能够对进入孔内的电子进行雪崩放大，实现电子倍增。孔的直径介于0.2mm至0.8mm之间，孔的边缘腐蚀掉一圈宽度介于0mm至0.2mm之间的铜，如图1至图2所示。由于THGEM膜是直接在PCB基材上加工得到，其加工处理工艺和机械固定方法简单可靠。并且由于THGEM膜的厚度通常介于0.4mm至0.8mm之间，单张THGEM膜装配成的探测器的增益就能达到10⁴以上，远远高于GEM的增益；THGEM还具有百微米量级的位置分辨能力和10纳秒量级的时间分辨能力。

增益随时间的稳定性对于气体探测器的性能至关重要，这主要体现在探测器的效率和能量分辨率上。增益的长期稳定性显然会影响诸如TPC等需要能量测量的探测器运行，即使在不进行能量测量的探测器(如DHCAL)中，增益改变也会影响探测效率，从而影响探测器性能。

然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，THGEM膜在工作时存在裸露于工作气体中的绝缘表面，工作时气体雪崩产生的电荷在绝缘表面堆积会引起电场变化，从而导致探测器的增益会随时间发生变化，我们称之为充电效应。这种效应造成的探测器增益不稳定会导致探测器的能量刻度不准确从而使其性能变差，从而大大的限制了THGEM探测器的应用范围。因此，改善THGEM介质充电效应已成为当前THGEM技术发展的关键点。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种抑制充电效应的THGEM基材及其制备和检测方法，以抑制现有技术中THGEM介质的充电效应。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种抑制充电效应的THGEM基材，包括：PCB基材层；铜电极层，位于所述PCB基材层的上下表面；通孔，在该基材上呈六角密排分布，且对多个所述通孔的上下边缘的铜电极层进行腐蚀，裸露出所述PCB基材层；以及DLC薄膜，其形成于所述PCB基材层裸露部分的表面。

在本公开的一些实施例中，所述PCB基材层上下表面的所述铜电极层间的电阻值介于20GΩ至900GΩ之间。

在本公开的一些实施例中，所述DLC薄膜的厚度介于0.5μm至1μm之间。

根据本公开的另一个方面，还提供一种抑制充电效应的THGEM基材的制备方法，使用磁控溅射沉积设备，包括：步骤A：固定基底样品；步骤B：对磁控溅射设备的真空腔室抽真空；步骤C：在所述基底样品的正反两面沉积制备DLC薄膜。