[发明专利]抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器及其制备方法

说明书

一种抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器及其制备方法，包括：基材单元和类金刚石碳基薄膜，其中，基材单元上设有多个阵列的通孔；沿所述通孔周向设有隔离环，隔离环位于基材单元上下表面；类金刚石碳基薄膜形成于基材单元未被隔离环覆盖部分的表面。本发明提高了多层厚型气体电子倍增器的工作稳定性、极大提高了厚型气体电子倍增器增益的稳定性，有效拓展了多层厚型气体电子倍增器的应用范围。

技术领域

本发明涉及微结构气体探测器领域，尤其涉及一种抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器及其制备方法。

背景技术

厚型气体电子倍增器(Thick Gas Electron Multiplier，简称THGEM)是2004年由R.Chechik等人发明的一种微结构气体探测器(MPGD)。单张THGEM膜装配成的探测器的增益就能达到10⁴以上，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。THGEM在高能物理实验中具有广泛的应用前景，已被考虑用于COMPASS实验和ALICE实验的切伦科夫环形成像探测器的升级。此外，THGEM还被考虑用于穿越辐射探测器中，以用于电子离子对撞机实验中的电子鉴别。

由于单张THGEM膜装配成的探测器工作在高增益模式下时需要很高的工作电压，这种情况下容易发生打火放电现象从而降低探测器工作稳定性并减少其使用寿命。因而通常情况下THGEM探测器采用多张THGEM膜装配而成，这种多个THGEM级联的多级放大的工作模式降低了单个THGEM所需工作电压的同时提升了探测器总的有效增益。然而这样一来会使探测器整体的厚度和机械结构的复杂程度变大，雪崩产生的电荷在不同放大级之间传输时会有很大一部分电子损失掉。

为了避免电子在传输过程中的损失，本领域研究人员使用PCB工艺中的多层板技术制作出了多层厚型气体电子倍增器(MTHGEM)，然而却发现MTHGEM工作时存在充电效应，即在稳定的粒子源连续照射条件下，探测器的增益会随着时间发生明显的变化。理论计算和实验结果表明造成这种增益的变化的原因是由于电子在孔内雪崩产生的次级电子和离子会吸附到绝缘基材表面，这些绝缘表面积累的电荷会改变电荷倍增区的电场，从而对探测器的有效增益造成影响，这种效应称为充电效应。由于这些积累的电荷很难泄放，因此随着探测器受辐照时间的增加，积累的电荷会不断增多，需要很长时间才能达到平衡使电场稳定，因此会导致探测器有效增益在很长一段时间内都会不断发生变化，增益随时间的稳定性很差。

在几乎所有的应用中，增益稳定性都对于气体探测器至关重要，这主要体现在对探测效率和能量分辨率这两项指标的影响上，从而影响探测器性能。因此，改善或消除MTHGEM探测器中的充电效应有利于提高其性能表现从而扩展其应用范围，是目前MTHGEM探测器发展所需要解决的关键问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器，其特征在于，包括：基材单元和类金刚石碳基薄膜，其中，

基材单元上设有多个阵列的通孔；

沿所述通孔周向设有隔离环，隔离环位于基材单元上下表面；

类金刚石碳基薄膜形成于基材单元未被隔离环覆盖部分的表面；

所述基材单元自上而下依次包括：

顶部铜层、顶部PCB层、中部第一铜层、中部PCB层、中部第二铜层、底部PCB层和底部铜层；所述隔离环位于顶部铜层和底部铜层上。

作为本发明的另一个方面，提供了一种所述的抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器的制备方法，包括以下步骤：

制作基材单元；