[发明专利]高增益、低发光ALD-MCP及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种高增益、低发光ALD‑MCP及其制备方法与应用。高增益、低发光ALD‑MCP的制备方法，包括将MCP基底置于臭氧环境下进行预设时间周期的预处理；以及预处理完成后，在MCP基底上原位制备MgO/Al₂O₃复合膜层，其中先制备MgO膜层，再制备Al₂O₃膜层。本发明首先使用臭氧对MCP基底进行处理，减少MCP基底中的氧空位等缺陷；然后采用ALD技术，使用乙基二茂镁与臭氧作为前驱体制备出氧化镁膜层；最后使用三甲基铝与臭氧为前驱体反应制备出氧化铝膜层。如此，依靠具有强氧化能力的臭氧减少通道内壁复合功能膜层以及原始基底内表面的氧空位缺陷，减少与电子复合概率，从而降低发光概率；同时最大程度的提高ALD制备的复合功能膜层的二次电子发射能力获得高增益。

技术领域

本发明涉及微通道板技术领域，具体而言涉及一种使用原子层沉积技术提高微通道板增益、降低发光的方法，应用于光电探测领域。

背景技术

微通道板(Microchannel Plate,MCP)是具有数百万个微型通道的玻璃薄片，通道尺寸通常为5um～50um不等，每个通道均是一个通道式电子倍增器，内壁具有发射二次电子能力。MCP两端施加数百上千伏电压，通道内部会形成沿着通道轴向分布的电场，入射低能粒子(电子、离子或者光子)与壁碰撞激发产生二次电子，二次电子在电场力作用下向MCP输出端方向加速前进，途中再次与通道壁碰撞，从而产生更多新的二次电子，以此方式形成多次级联倍增，实现电子倍增功能。MCP具有体积小、重量轻、增益高、噪声低、均匀性好、空间分辨率高、时间响应快等优点，广泛应用于夜视技术、空间技术、光电子学仪器、辐射探测仪器等多个领域。

传统MCP的制备过程，是采用含有铅、铋元素的硅酸盐皮料玻璃管和可酸溶芯料玻璃棒制作，经两次拉丝、排屏、热熔压、切片、粗磨、抛光、腐蚀、氢还原、镀膜等工艺处理后制备而成，经检验测试后形成合格品。通过传统技术手段提高MCP的增益、寿命等性能有诸多限制，难度非常大，效果不理想。同时，由于最终形成的微通道板产品，其玻璃成分复杂，且经过腐蚀、氢还原、烘烤等多道工序处理，通道内壁表面形成的一定厚度的表面功能层中具有很多氧空位等缺陷，在微通道板工作过程中，经过加速的电子撞击到通道内壁时，将会与材料中的缺陷形成复合，释放出的能量以光子的形式出现，从而导致微通道板的发光。微通道板在应用于光子探测过程中，工作过程中自发光产生的光子传播至光电阴极位置会产生新的噪声，影响光电探器件整体的噪声性能指标，且此种噪声随着信号强度的增加而增加，对于器件性能的影响非常大。

近年来，原子层沉积技术逐步发展成熟，在微电子领域取得了巨大的成功，由于其具有厚度精确可控、表面均匀性好、极佳保形性优等特点，是最适合在微通道板通道内壁制作功能膜层的方法，因此原子层沉积技术是近年来微通道板领域的研究热点，为提高微通道板性能、解决微通道板的缺陷提供了新的可能性，得到了众多科研工作者的关注，发展前景广阔。目前，已有多方面的研究结果，例如无功能MCP基底+电阻层+发射层结构、传统MCP+发射层结构(单一膜层、复合膜层均有)，但是尚未见针对解决/缓解MCP发光问题的解决方案。

经检索发现，永田贵章等人提出的公开号为CN107924807A、发明名称为微通道板及电子倍增体的中国发明申请提出了使用Al₂O₃膜层+SiO₂膜层，依靠氧化铝较高的二次电子发射系数提高微通道板的增益，以二氧化硅的高化学稳定性对氧化铝进行保护，使用复合功能膜层，获得了一定程度的增益提升，提高稳定性。另外，在公开号为CN110366767A、发明名称为微通道板和电子倍增体的中国专利申请中同样提出了采用ALD技术制作复合膜层——“氧化镁+二氧化硅”，作为二次电子发射功能膜层，相比于专利CN107924807A，采用二次电子发射系数更高的氧化镁膜层代替氧化铝膜层，能够发挥氧化镁的高二次电子发射能力，获得更高的增益。但是上述现有的技术方案并不能解决MCP发光问题，未能有效的降低MCP基底本身的缺陷，尚不能降低MCP在电子轰击作用下的发光问题。同时，二氧化硅二次电子发射系数很低，采用二氧化硅作为最外层的保护层对于增益有抑制的作用，不能够达到增益的最佳结果。