[发明专利]一种感应读出的异层结构位敏阳极及其制作方法

说明书

本发明提供了一种感应读出的异层结构位敏阳极及其制作方法，解决现有位敏阳极加工需要采用高精度的微电子工艺或激光刻蚀设备，加工周期和加工成本均较高的问题。其中位敏阳极包括阳极基底、W电极、S电极及Z电极，所述W电极和S电极位于同一个平面层，且位于阳极基底的顶层；所述Z电极位于另外一个平面层，且位于阳极基底的底层。将三个电极分别位于两个不同的平面层，降低了对制作设备和制作工艺的要求，大大简化了位敏阳极的制作难度，缩短了位敏阳极的制作周期；增加了电极间绝缘沟道的宽度，避免了两个电极间绝缘沟道过窄，降低了两电极间导通的风险，提高了探测器的可靠性。

技术领域

本发明属于微弱、极微弱光探测技术，具体涉及一种感应读出的异层结构位敏阳极及其制作方法。

背景技术

光子计数方法是利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点，采用脉冲甄别技术和数字计数技术把极其弱的信号识别并提取出来。基于微通道板和位敏阳极读出的光子计数成像探测器具有信噪比高、抗漂移性好、时间稳定性好等优点，在天文学、高能物理、生物医学等领域得到了广泛的应用。

位敏阳极探测器采用位敏阳极来收集微通道板输出的电子云，根据阳极不同电极收集到的电子信号来解码出入射事件的位置。位敏阳极探测器的成像电荷读出方式有两种：分别为电荷直接收集读出和电荷感应读出(又称镜像电荷法)，两种方法不同的是电荷感应读出(镜像电荷法)是由呈高阻抗特性的半导体锗层收集微通道板(MCP)输出的成像电荷，然后通过电荷感应，将锗层上收集到的电荷耦合到位敏阳极上；而电荷直接收集法是由位敏阳极直接收集微通道板(MCP)输出的成像电荷。相比较电荷直接收集法的直接读出方式，电荷感应读出的感应读出方式有诸多明显优点，如可有效的减小电荷分割型位敏阳极所产生的分布噪声和大大简化了阳极探测器的真空封装工艺等，具体见申请号为200810184963.6的中国专利。

用于收集微通道板输出电子的位敏阳极主要有电阻阳极(Resistive Anode)、多阳极微通道阵列(MAMA/Multi-Anode Microchannel Array)、楔条形阳极(WSA/Wedge andstrip anode)、游标阳极(Vernier)、交叉条纹(Cross-Strip)等。其中，WSA位敏阳极应用最为广泛。

如图1所示，给出了3个电极的WSA阳极的几何简图，楔条形位敏阳极属于电荷分割型阳极，它包含有三个电极，分别是楔形电极(W电极01)、条纹电极(S电极02)以及在W和S之间的之字形电极(Z电极04)，W电极01、S电极02、Z电极04是由绝缘沟道分割开的金属电极，S电极是条形，其宽度沿X方向增加。W是楔形，其宽度沿Y方向增加，Z是介于W和S之间的电极，WSA阳极具有周期性，感应读出的异层结构位敏阳极的解码公式为：

X＝2*Qs/(Qw+Qs+Qz)，Y＝2*Qw/(Qw+Qs+Qz)；

式中：Qw、Qs、Qz分别是W、S、Z电极收集到3个电脉冲的电量。

目前，WSA位敏阳极制作方法主要有两种，在附着在绝缘材料上的金属薄膜上刻蚀阳极图形，位敏阳极的三个电极分布在同一个平面上，阳极基底03一般采用石英玻璃或陶瓷，加工方式主要采用微电子光刻工艺和激光加工工艺。文献中(光子学报，2008，37(1)：11-16)详细介绍了微电子光刻工艺的方法，其又分为“先光刻腐蚀后电镀增厚”和“先电镀增厚后光刻腐蚀”两种。而激光加工方法是直接在附着在基底上的金属膜层进行刻蚀，得到需要的图形。

常规的位敏阳极结构是在绝缘衬底上蒸镀金属膜层，然后在金属膜层上光刻或激光刻蚀出所需的阳极图形。由于阳极各电极间绝缘沟道较窄(一般在十几到几十μm)，阳极加工需要采用高精度的微电子工艺或激光刻蚀设备，加工周期和加工成本均比较高。另外，过窄的绝缘沟道也容易附着导电颗粒造成电极导通，影响探测器的可靠性。

发明内容