[发明专利]一种用于涂硼中子探测器富硼涂层的薄膜结构

说明书

本发明涉及一种用于涂硼中子探测器富硼涂层的薄膜结构，包括基底和B₄C薄膜其特征在于，所述基底和B₄C薄膜间设置有金属层；所述的金属层的材料为活泼金属；该活泼金属优选为Ti、Ni、Al、Mg或MgAl合金中的一种；所述金属层的厚度小于100nm。与现有技术相比，本发明大大增强了B₄C薄膜与铝基底间的黏附效果；解决B₄C薄膜从铝基底上脱落的问题，具有制备简单，膜系结构简单，工艺成熟，可制备性强等优点。

技术领域

本发明涉及薄膜制备领域，涉及一种涂硼中子探测器，尤其是涉及一种用于涂硼中子探测器富硼涂层的薄膜结构。

背景技术

常用的中子探测器是3He中子探测器，但是3He气体的库存日益减少，国内外逐渐开始研发涂硼中子探测器。对于工作在中子束下的涂硼中子探测器，其基底为铝基底，在基底表面与中子发生反应的涂层为富硼涂层，该涂层由B4C薄膜构成。当中子进入B₄C薄膜，会和B₄C中的10B发生反应并且转化为α粒子。α粒子进入并电离涂硼中子探测器中的工作气体，产生的电子发生雪崩效应，探测器开始有电荷信号的输出。

迄今为止，涂硼中子探测器的结构都是在铝基底表面镀制单层的B₄C薄膜。为了获得最大的中子探测效能，B₄C薄膜的厚度通常为1μm～2μm。因为1μm～2μm厚的B₄C薄膜存在应力大的问题，同时铝基底的粗糙度也偏大并且表面覆盖有氧化层，所以在铝基底上镀制的B₄C薄膜与基底间的黏附力较小，存在从基底上脱落的问题，如何克服这一问题是研发涂硼中子探测器过程中需要克服的难点之一。

在现有的研究中，只有Carina Hglund等人使用了基底加热的工艺和高达16kW的靶枪功率，在铝基底上成功制备了1μm以上的B₄C薄膜。该方法对磁控溅射设备结构的要求很高，制备B₄C薄膜的成本也很高。在实际应用中，迫切需要一种新型的、黏附效果强的和性价比更高的用于涂硼中子探测器富硼涂层的薄膜结构。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于涂硼中子探测器富硼涂层的薄膜结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于涂硼中子探测器富硼涂层的薄膜结构，包括基底和B₄C薄膜其特征在于，所述基底和B₄C薄膜间设置有金属层。

所述的金属层的材料为活泼金属。

所述的活泼金属所述活泼金属的吉布斯自由能不超过Al金属的吉布斯自由能；优选为Ti、Ni、Al、Mg或MgAl合金。

本发明中的活泼金属应该在常温条件或者接近常温的条件下，能够从Al₂O₃中更多的获取O元素，因此应选择吉布斯自由能接近或小于Al的材料。

所述金属层的厚度小于100nm，优选为15nm。

所述B₄C薄膜和金属层的制备工艺均为磁控溅射。

所述磁控溅射过程中的惰性气体为纯度为99.99％的Ar气，溅射B₄C靶时的溅射气压为10-12mtorr，溅射金属靶时的溅射气压为1.0-2.0mtorr。

所述磁控溅射过程中的主要操作参数为：本底真空优于3.0×10^-4Pa；B₄C靶和金属靶的靶距(基底与靶材的距离)均为6.0cm；B₄C靶的溅射功率为100W，金属靶的溅射功率为40W。

所述基底的材料为铝。