[发明专利]一种基于微通道板的高增益混合型光电倍增管

说明书

本发明涉及一种基于微通道板的高增益混合型光电倍增管，在有光阴极后面放有的微通道板MCP，对光阴极产生的光电子进行放大，经过放大后的电子在外加电压下进行加速，并且运动轨迹受到聚焦极约束以保证高能电子能够轰击在宽禁带半导体探测器上。光阴极上能够加载6000V‑20000V负高压，光阴极、MCP、聚焦极上的电压可以根据需要利用分压电路中三个分压电阻之间的比值实现灵活调整，从而实现增益、时间特性的调整。本发明的混合型光电倍增管的增益不仅仅局限于高增益，还可以通过MCP的有无或者多级MCP、外加电压值和宽禁带半导体探测器结构，实现宽增益范围(10²‑10⁶)内的调整，能够满足不同增益需求。

技术领域

本发明属于核辐射探测领域，涉及一种基于微通道板的高增益混合型光电倍增管，能够用于脉冲辐射测量和单粒子探测等研究。

背景技术

基于闪烁体的探测方法在辐射探测、光谱学研究等领域得到广泛应用，做出过卓越贡献。这完全依赖于光电倍增管能够将闪烁体受射线激发产生的微弱的脉冲闪光信号转化和放大为可以测量的电信号。虽然目前也有半导体二极管用于闪烁体的发光测量，但光电倍增管仍然是应用最广泛的器件。因传统光电倍增管的脉冲输出幅度的统计分布较宽，使得利用闪烁体与传统的光电倍增管组合测量的脉冲幅度谱通常能量分辨率较差。而且在极微弱光的条件下，无法实现区分单光电子事件和多光电子事件，这就意味着无法有效区分信号和暗噪声。而且传统光电倍增管的渡越时间弥散较大，无法满足时间定时精度高的实验研究。

为了克服以上不足，利用半导体器件代替传统光电倍增管后端多级打拿级的混合型光电倍增管被设计出来。混合型光电倍增管是将光阴极产生的电子经外加电场加速后变成高能电子，轰击后端的半导体器件，在半导体器件中沉积能量，产生大量的电子空穴对后实现电子信号的放大通常能够达到几千倍放大。目前这种混合型光电倍增管多是基于硅半导体探测器的。为了进一步提高混合型光电倍增管的放大倍数一种就是无限增大外加电压值，这显然不切实际；另一种就是改变后端半导体器件结构，如利用雪崩二极管进一步对电子个数进行放大，但由于雪崩二极管多是基于硅材料制成，通常暗噪声大、耐辐照性能差，长时间使用性能会变差，不利于混合型光电倍增管优异性能的保持。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于微通道板的高增益混合型光电倍增管，利用MCP对光阴极发射的光电子先进性一次放大后，再进行加速，这样能够提高混合型光电倍增管的增益，并且提出利用耐辐照性能更好的宽禁带半导体探测器代替传统硅半导体探测器，以提高混合型光电倍增管的稳定性和耐辐照性能。能够在保证原有混合型光电倍增管的优异性能前提之下，实现较高的增益、较灵活的增益调节和较好的稳定性和耐辐照性能。

技术方案

一种基于微通道板的高增益混合型光电倍增管，其特征在于包括外壳3和底座6构成的真空腔室、宽禁带半导体探测器5、光阴极1、微通道板2、聚焦极4和调节分压比的三个分压电阻：第一电阻7、第二电阻8和第三电阻9；外壳3的前端设有入射窗，光阴极1覆于外壳入射窗内侧，光阴极1的下端设有微通道板2，微通道板2的下端设有带有缺口的V型的聚焦极4，缺口的下端设有宽禁带半导体探测器5，并置于底座6上；光阴极1与底座6之间施加电源，底座6为地，光阴极1为-HV；第一电阻7、第二电阻8和第三电阻9串联于-HV与地之间，且第二电阻8并联于微通道板2的两端；探测器的信号和电压引线通过底座引出壳体之外。

所述真空腔室的真空度为10^-3Pa量级。

所述外壳采用石英玻璃制成，底座采用放气率低的陶瓷材料。

所述宽禁带半导体探测器5采用肖特基极二极管或PIN二极管结构，工作在反偏状态；探测器的入射面厚度控制在百纳米以下，灵敏层厚度控制在10μm～100μm之间，灵敏区直径在5mm-30mm之间。

所述宽禁带半导体探测器5采用CVD、CZT、GaO或SiC。