新型微通道板探测器关键技术研究

Performance of the resistive layer and the secondary electron emission layer of nanometer film prepared by atomic layer deposition (ALD) method in the smooth wall channel micro-porous regular arrays were carried out. The mechanism of doped oxide film were clarified, and evealing the rule on nanometer thin films with high and stable secondary electron emission coefficient, lay the foundation of manufacture micro-channel plate (MCP) which has high gain, high dynamic, low noise, long life and other electron multiplier key technology for the army and the people dual-use.Through the combination of scientific research, production and application , to carry out solid core / hollow glass micro hole array support plate manufacturing technology, MCP channel substrate growth resistance layer / secondary electron emission layer of nanometer thin film technology, test and evaluation analysis technique and ALD-MCP dual-use application technology research. For 5 years, the overall project is expected to achieve the indexes, and materialized sample, developed a new type of qualified MCP, to improve nuclear detection device which need high gain, large dynamic range, high spatial and time resolution, low background, and improve the overall performance of low light level image intensifier device. Therefore, the research results of this project can be widely used in high performance MCP-PMT, image intensifier and other energetic photons and charged particle detection and imaging in the vacuum environment.

采用原子层沉积（ALD）方法，在规则排列的微孔阵列的光滑通道的内壁上，开展电阻层和二次电子发射层纳米薄膜的研究，阐明掺杂氧化物纳米薄膜的导电机理，揭示获得高而且稳定的二次电子发射系数的纳米薄膜的规律，为军民两用高增益、大动态、低噪声、长寿命微通道板（MCP）及其它电子倍增器关键技术的研究奠定基础，通过科研、生产与应用三结合，开展实芯/空芯玻璃微孔阵列支撑板制造技术、MCP通道衬底生长电阻层/二次电子发射层纳米薄膜技术、测试评价分析技术和ALD-MCP军民两用应用技术研究，争取5年内，全面达到项目预期指标，并物化样品之中，研制出合格的新型MCP，以改进核探测器件的增益、动态范围、高时间、空间分辨率和底本底，并改善微光成像器件总体性能。故此，本项目的研究成果能够广泛应用于高性能MCP-PMT、微光像增强器以及其它在真空环境中实现含能光子和荷电粒子的探测与成像领域。

本项目针对传统微通道板（MCP）通过采用铅硅酸盐玻璃的化学腐蚀和氢还原工艺存在的一致性差、增益不高、寿命有限等缺陷以及国内外现有ALD技术制作的MCP成像质量不够好等现实情况，通过研究薄膜材料的二次电子发射性能并研制准确的测试装置，来探索不同工艺ALD 制作的单层、双层、三明治结构的纳米级薄膜，使得其二次电子发射系数较高且稳定，为研究高增益、长寿命MCP提供了技术支持；通过设计新的算法结构，用ALD技术制作多层嵌套结构的ZnO/Al2O3薄膜，使得其在极其狭窄的范围内获得在工作状态下的稳定电阻，为MCP持续倍增提供电子补充；采用空芯工艺和实芯抛光工艺制作的玻璃毛细管阵列结构，使得微孔阵列大面积均匀性得到提高、通道内表面的光洁度满足要求，为采用ALD技术制作高质量成像级MCP提供基板；通过在江门中微子实验使用的20吋MCP-PMT的研制过程中采用ALD技术在MCP的通道和端面上制作高二次电子发射系数的纳米级Al2O3薄膜，使得MCP的收集效率提高到98%，在1200V左右的电压下，双片MCP增益达到10的7次方，单光电子谱中峰谷比达到7.0，寿命达50C，使得该项目研制和生产均获得成功；通过在超二代微光像增强器的兼容性实验研究，不仅能够提高其亮度增益、信噪比、寿命等性能指标，而且图像质量、制作过程的电子清刷剂量都有改善。尽管研制过程异常艰难，直到最后课题组在阻性薄膜方面才得到技术突破，并开展ALD技术制作二次电子发射薄膜在电子倍增器中的有效应用，特别是以最少的经费研制出绝缘薄膜的二次电子发射特性测试装置，在国内同行中得到比较好的认可，即以项目研究推动科研仪器的成功研制，并在其它领域得到较好应用，也是本课题的意外收获。