專利名稱：體電導(dǎo)微通道板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體電子倍增器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種體電導(dǎo)微通道板。
背景技術(shù)：
微通道板(英文名稱為Microchannel Plate，縮寫為MCP)是由玻璃纖維制成的光電倍增原件，在微通道板的兩側(cè)施加一定的電壓后，便會(huì)在微通道中產(chǎn)生軸向電場(chǎng)，從而使每個(gè)進(jìn)入通道即微通道的電子或光子在通道壁碰撞并產(chǎn)生二次電子，二次電子在軸向電場(chǎng)的作用下不斷加速，再與通道壁碰撞產(chǎn)生更多的新的二次電子，從而隨著該過(guò)程的反復(fù)進(jìn)行而在輸出端產(chǎn)生電子增益而藉以使信號(hào)增強(qiáng)，可將微弱電子圖像或信號(hào)均勻放大到10000倍以上。MCP對(duì)一切種類的帶能粒子和光子都有增益效應(yīng)，而且具有良好的信號(hào)二維 空間分辨率和時(shí)間分辨率特性，目前微通道板的應(yīng)用已從微光夜視儀拓展到高速示波器、高速攝影、高速開關(guān)、高速光電倍增管、各種帶能粒子探測(cè)器等領(lǐng)域，特別是在空間技術(shù)、高能核物理和激光武器等方面獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。就已有技術(shù)中的微通道板的材料而言通常用鉛硅酸鹽玻璃制成(如CN101913765A “用于制造微通道板玻璃基體的玻璃”)，它存在以下缺點(diǎn)其一，由于這種玻璃本身是絕緣體并不導(dǎo)電，必須在氫氣中加熱還原處理，在微通道表面形成導(dǎo)電層，以運(yùn)送電子流來(lái)補(bǔ)充通道壁表面由于電子撞擊不斷向外發(fā)射的“二次電子”。在高溫下被氫氣還原的管壁表層的化學(xué)組成與內(nèi)部顯著不同而造成微通道板應(yīng)力變形，并且在隨后的研磨拋光過(guò)程中容易碎裂。其二，由于管壁表面的玻璃還原層的化學(xué)活性較高，因此性能很不穩(wěn)定，于是微通道板在工作中，電流只能從很薄的表面導(dǎo)電層通過(guò)，導(dǎo)電截面很小而電流密度很大，引起表面過(guò)熱，從而加劇了表層老化和縮短使用壽命；其三，玻璃所使用的原料在玻璃熔化過(guò)程中釋放出C02、02、NO2和H2O等氣體，由于所有這些氣體都會(huì)部分殘留在制成的玻璃內(nèi)，并且在微通道板工作中不斷以正離子形式釋放到通道內(nèi)，因而使輸出信號(hào)的噪聲增加。特別是在高溫氫還原處理后，玻璃表層含有大量的氫和氫氧基團(tuán)，在微通道板工作時(shí)釋放出H2和H2O的正尚子。就已有技術(shù)中的微通道板的物理機(jī)理而言由于噪聲大和容易老化，工作電壓不能太高(僅為800-1000伏)，使增益受到限制(增益為IO3-1O4);如果試圖以提高電壓來(lái)加大增益，則一方面造成噪聲增加而影響信號(hào)，另一方面加快即促使微通道板老化縮短工作壽命O就已有技術(shù)中的微通道板的結(jié)構(gòu)而言由于性能上的不足造成結(jié)構(gòu)上(以及工藝上)不夠理想。原因之一，由于采用鉛硅酸鹽玻璃制成，因此如果將其用于極紫外單光子計(jì)數(shù)探測(cè)器例如用于制造嫦娥衛(wèi)星對(duì)地球大氣電離層輻射信號(hào)的探測(cè)照相機(jī)，則需在真空中對(duì)微通道板長(zhǎng)時(shí)間加熱除氣，并且對(duì)微通道板的工作通道進(jìn)行多次電子沖刷，以降低噪聲、提高對(duì)宇宙微弱信號(hào)的信噪比，尤其需要將至少兩片(兩枚)微通道板疊加使用；而之所以需要將兩枚或以上的微通道板疊加使用，是因?yàn)閱蚊段⑼ǖ赖拈L(zhǎng)徑比較小，通常在1: 40左右(直徑與長(zhǎng)度之比為1: 40)從而難以滿足探測(cè)極微弱信號(hào)諸如單光子計(jì)數(shù)裝置所需的增益IO6或更高的要求，而實(shí)踐證明將兩枚或以上的已有技術(shù)微通道板疊加并且在電壓串聯(lián)下工作(為了提高增益)會(huì)產(chǎn)生以下弊端除了微通道板本身噪聲較高外，信號(hào)電子在疊加而形成的微通道之間的間隙中會(huì)因散射而引起附加噪聲，影響到信號(hào)接受和獲得圖像的清晰度。之二，由于已有技術(shù)中的微通道板在應(yīng)用于第三代微光夜視儀時(shí)必須有正離子阻隔模，而正離子阻隔膜會(huì)阻隔信號(hào)電子進(jìn)入微通道并且 在薄膜表面發(fā)生散射，使信噪比受到影響，(即增益減小而噪聲增大);要免去正離子阻隔膜(即第四代微光夜視儀)就要求在微通道板工作中不會(huì)在通道內(nèi)產(chǎn)生氣體正離子，需要改進(jìn)已有技術(shù)的微通道板的性能。鑒于上述已有技術(shù)，本申請(qǐng)人作持久而有益的探索，下面將要介紹的技術(shù)方案便是在這種背景下產(chǎn)生的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種有助于在工作中實(shí)現(xiàn)體電導(dǎo)而非表面電導(dǎo)的電導(dǎo)效果、有利于避免工作電流集中于表面而藉以延長(zhǎng)使用壽命、有利于避免氣體的正離子進(jìn)入微通道干擾信號(hào)引起噪聲而藉以獲得理想的信噪比、有益于適應(yīng)較高的工作電壓而藉以保障優(yōu)異的信號(hào)增益效果和有善于使微通道具有優(yōu)異的長(zhǎng)徑比的體電導(dǎo)微通道板。本發(fā)明的任務(wù)是這樣來(lái)完成的，一種體電導(dǎo)微通道板，包括板狀的玻璃基體，該玻璃基體的兩個(gè)側(cè)面的邊緣部位并且在彼此對(duì)應(yīng)的位置各構(gòu)成為實(shí)體的環(huán)狀玻璃邊，而在位于實(shí)體的環(huán)狀玻璃邊內(nèi)的區(qū)域以密集狀態(tài)構(gòu)成有自玻璃基體的一個(gè)側(cè)面貫通至另一個(gè)側(cè)面的微通道，在玻璃基體的兩側(cè)表面并且位于實(shí)體的環(huán)狀玻璃邊內(nèi)的區(qū)域鍍覆有金屬鍍膜層，特征在于所述玻璃基體為半導(dǎo)體玻璃，該半導(dǎo)體玻璃的體電阻值為IO7 IO9 Ω，工作電壓為1000-1400伏，所述的微通道的直徑與長(zhǎng)度之比為1: 60到1: 80，并且微通道的電子增益為IO4-1O6。在本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體玻璃的厚度為O. 20-0. 25mm。在本發(fā)明的另一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述微通道道的直徑與長(zhǎng)度之比為1: 60。在本發(fā)明的又一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述微通道道的直徑與長(zhǎng)度之比為1: 80。在本發(fā)明的再一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述微通道的直徑為2. 5-3. 5 μ m。在本發(fā)明的還有一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的金屬鍍膜層的厚度為100_200nm。在本發(fā)明的更而一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的環(huán)狀玻璃邊的寬度為2至3 mm。在本發(fā)明的進(jìn)而一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的半導(dǎo)體玻璃的化學(xué)成分按分子式量％數(shù)配比為
(P205+V205)60-75% ；
(Fe(HWO3)5-25% ；
Sb2O3( 4% ；
PbO彡 15%。在本發(fā)明的又更而一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的半導(dǎo)體玻璃的化學(xué)成分按分子式量％數(shù)配比為
(P205+V205)60-75% ；
(Fe(HWO3)5-25% ；
Sb2O32-4% ；PbO15-25%。在本發(fā)明的又進(jìn)而一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的P205、V2O5, FeO, WO3> Sb2O3和PbO為粉體。本發(fā)明提供的技術(shù)方案由于將玻璃基體采用了體電阻為IO7 IO9 Ω的半導(dǎo)體玻璃，因而相對(duì)于已有技術(shù)的鉛硅酸鹽玻璃的表面電導(dǎo)變?yōu)轶w電導(dǎo)，不存在氣體的正離子進(jìn)入微通道引起干擾信號(hào)產(chǎn)生噪聲的情形，從而可獲得理想的電子增益(IO4-1O6);由于玻璃基體為半導(dǎo)體玻璃基體，因此工作電流不會(huì)集中于表面，從而可避免過(guò)熱并延長(zhǎng)使用壽命;由于微通道的直徑與長(zhǎng)度之比達(dá)到了1: 60到1: 80，能適應(yīng)1000-1400伏的工作電壓，因此可保障優(yōu)異的信號(hào)增益效果，因此具有極致的電子增益和信噪比；由于摒棄了已有技術(shù)中的正離子阻隔膜，因而在工作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)正離子反向移動(dòng)現(xiàn)象。



圖1為本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。圖2為圖1的A部放大圖。圖3本發(fā)明的應(yīng)用機(jī)理(微通道內(nèi)電子增益機(jī)理)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果，申請(qǐng)人將在下面以實(shí)施例的方式作詳細(xì)說(shuō)明，但是對(duì)實(shí)施例的描述均不是對(duì)本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實(shí)質(zhì)性的等效變換都應(yīng)視為本發(fā)明的技術(shù)方案范疇。實(shí)施例1:
請(qǐng)參見(jiàn)圖1和圖2，給出了板狀的玻璃基體1，圖示的板狀的玻璃基體I的形狀雖然呈圓板狀，但并不局限于該形狀，例如也可制成矩形狀，在該玻璃基體I的兩側(cè)的邊緣部位并且在彼此對(duì)應(yīng)的位置各構(gòu)成有實(shí)體的環(huán)狀玻璃邊11，該環(huán)狀玻璃邊11的寬度為2-3_，在玻璃基體I上并且位于環(huán)狀玻璃邊11內(nèi)的區(qū)域以密集狀態(tài)構(gòu)成有自玻璃基體I的一個(gè)側(cè)面貫通至另一個(gè)側(cè)面的微通道12，以及在玻璃基體I的兩側(cè)表面并且同樣在實(shí)體的環(huán)狀玻璃邊11內(nèi)的區(qū)域鍍覆有金屬鍍膜層13。作為本發(fā)明提供技術(shù)方案的技術(shù)要點(diǎn)，前述玻璃基體I為半導(dǎo)體玻璃基體，該半導(dǎo)體玻璃基體的體電阻值為IO8 Ω，工作電壓為1000伏，前述的微通道12的直徑與長(zhǎng)度之比為1: 60，微通道12的電子增益為104，前述的金屬鍍膜層13的厚度為150nm，半導(dǎo)體玻璃即微通道板的厚度為O. 21_，微通道12的直徑為3. 5 μ m，前述的環(huán)狀玻璃邊11的寬度為2 mm。前述的半導(dǎo)體玻璃即半導(dǎo)體玻璃基體按以下分子式百分?jǐn)?shù)配比為P20533%，V20532%, WO315%, Sb2033% 和 Pb017%。請(qǐng)見(jiàn)圖3，當(dāng)通過(guò)電極2向玻璃基體I的兩側(cè)的金屬鍍膜層13施加1000伏的工作電壓時(shí)，在微通道12中產(chǎn)生軸向電場(chǎng)，從而使進(jìn)入各微通道12內(nèi)的電子或光子在微通道12的壁上碰撞并產(chǎn)生二次電子或光子，二次電子或光子在軸向電場(chǎng)的作用下不斷加速，再與微通道12的壁碰撞而產(chǎn)生更多的新的二次電子或光子，從而隨著該過(guò)程的反復(fù)進(jìn)行而在輸出端產(chǎn)生電子增益，使信號(hào)增強(qiáng)而藉以將微弱的圖像或信號(hào)均勻放大到I萬(wàn)倍以上，圖3采用箭頭示意了這種情形。實(shí)施例2
僅將玻璃基體I即半導(dǎo)體玻璃的厚度改為O. 22 mm,半導(dǎo)體玻璃基體即半導(dǎo)體玻璃的體電阻改為IO9 Ω，工作電壓改為1400伏，微通道12的直徑與長(zhǎng)度之比為1: 80，于是微通道12的直徑為2. 75 μ m，微通道12的電子增益為106，金屬鍍膜層13的厚度改為200nm，環(huán)狀玻璃邊11的寬度為3 mm。將半導(dǎo)體玻璃即半導(dǎo)體玻璃基 體的分子式量百分比配比改為P20555%, V20514%, FeO 4%, W036%, Sb2033% 和 PbO18% 其余均同對(duì)實(shí)施例1 的描述。實(shí)施例3
僅將玻璃基體I即半導(dǎo)體玻璃的厚度改為O. 21 inm，工作電壓改為1200伏，微通道12的直徑與長(zhǎng)度之比改為1: 70，微通道12的電子增益為105，金屬鍍膜層13的厚度改為lOOnm，微通道12的直徑為3 μ m，環(huán)狀玻璃邊11的寬度為2. 5 mm。將半導(dǎo)體玻璃的化學(xué)組成按分子式量百分?jǐn)?shù)配比改為P20540%，V20520%, FeO 2%，W0320%, Sb2032%和Pb016%。其余均同對(duì)實(shí)施例1的描述。實(shí)施例4
將半導(dǎo)體玻璃基體即半導(dǎo)體玻璃的化學(xué)組成按分子式量百分?jǐn)?shù)配比改為P20537%，V20527%, FeO 2%, W0310%, Sb2034% 和 Pb020%。其余均同對(duì)實(shí)施例1 的描述。實(shí)施例5
將半導(dǎo)體玻璃基體即半導(dǎo)體玻璃的化學(xué)組成及其分子式量百分?jǐn)?shù)改為P20538%，V20526%, Fe03%, W0316%, Sb2032% 和 Pb015%。其余均同對(duì)實(shí)施例 2 的描述。實(shí)施例6:
將半導(dǎo)體玻璃基體即半導(dǎo)體玻璃的化學(xué)組成及其分子式量百分?jǐn)?shù)改為P20542. 5%，V20525%, W035%, Sb2032. 5%和Pb025%。其余均同對(duì)實(shí)施例3的描述。上述實(shí)施例1-6中提及的半導(dǎo)體玻璃在熔制時(shí)的原料化合物P205、V2O5, FeO, PbO、Sb2O3和WO3均為粉體
綜上所述，本發(fā)明提供的技術(shù)方案克服了已有技術(shù)中的欠缺，完成了發(fā)明任務(wù)并且體現(xiàn)了申請(qǐng)人在上面的技術(shù)效果欄中所述的技術(shù)效果。
權(quán)利要求
1.一種體電導(dǎo)微通道板，包括板狀的玻璃基體(1)，該玻璃基體(I)的兩個(gè)側(cè)面的邊緣部位并且在彼此對(duì)應(yīng)的位置各構(gòu)成為實(shí)體的環(huán)狀玻璃邊(11)，而在位于實(shí)體的環(huán)狀玻璃邊(11)內(nèi)的區(qū)域以密集狀態(tài)構(gòu)成有自玻璃基體(I)的一個(gè)側(cè)面貫通至另一個(gè)側(cè)面的微通道(12)，在玻璃基體(I)的兩側(cè)表面并且位于實(shí)體的環(huán)狀玻璃邊(11)內(nèi)的區(qū)域鍍覆有金屬鍍膜層(13)，其特征在于所述玻璃基體(I)為半導(dǎo)體玻璃，該半導(dǎo)體玻璃的體電阻值為 IO7 IO9 Ω，工作電壓為1000-1400伏，所述的微通道(12)的直徑與長(zhǎng)度之比為1: 60到I 80，并且微通道(12)的電子增益為104-106。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體電導(dǎo)微通道板，其特征在于所述半導(dǎo)體玻璃的厚度為O.20-0. 25mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體電導(dǎo)微通道板，其特征在于所述微通道道(12)的直徑與長(zhǎng)度之比為1: 60。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體電導(dǎo)微通道板，其特征在于所述微通道道(12)的直徑與長(zhǎng)度之比為1: 80。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的體電導(dǎo)微通道板，其特征在于所述微通道(12)的直徑為 2. 5-3. 5 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體電導(dǎo)微通道板，其特征在于所述的金屬鍍膜層(13)的厚度為 100_200nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體電導(dǎo)微通道板，其特征在于所述的環(huán)狀玻璃邊(11)的寬度為2至3 mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的體電導(dǎo)微通道板，其特征在于所述的半導(dǎo)體玻璃的化學(xué)成分按分子式量％數(shù)配比為(P205+V205)60-75% ；(Fe(HWO3)5-25% ；Sb2O3( 4% ；PbO彡 15%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的體電導(dǎo)微通道板，其特征在于所述的半導(dǎo)體玻璃的化學(xué)成分按分子式量％數(shù)配比為(P205+V205)60-75% ；(Fe(HWO3)5-25% ；Sb2O32-4% ；PbO15-25%。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的體電導(dǎo)微通道板，其特征在于所述的P205、V2O5,FeO, WO3、Sb2O3 和 PbO 為粉體。
全文摘要
一種體電導(dǎo)微通道板，屬于半導(dǎo)體電子倍增器件技術(shù)領(lǐng)域.包括板狀的玻璃基體，該玻璃基體的兩個(gè)側(cè)面的邊緣部位各構(gòu)成為實(shí)體的環(huán)狀玻璃邊，在位于實(shí)體的環(huán)狀玻璃邊內(nèi)的區(qū)域構(gòu)成有自玻璃基體的一個(gè)側(cè)面貫通至另一個(gè)側(cè)面的微通道，在玻璃基體的兩側(cè)表面且位于實(shí)體的環(huán)狀玻璃邊內(nèi)的區(qū)域鍍覆有金屬鍍膜層，特點(diǎn)玻璃基體為半導(dǎo)體玻璃，半導(dǎo)體玻璃的體電阻值為107~109Ω，工作電壓為1000-1400伏，微通道的直徑與長(zhǎng)度之比為1∶60到1∶80，并且微通道的電子增益為104-106。優(yōu)點(diǎn)獲得理想的電子增益；延長(zhǎng)使用壽命；保障優(yōu)異的信號(hào)增益效果，具有極致的電子增益和信噪比；在工作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)正離子反向移動(dòng)現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H01J43/22GK103000483SQ20121054895
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者王榮杰, 易家良, 潘守芹, 曾欲強(qiáng) 申請(qǐng)人:常熟市信立磁業(yè)有限公司