RU2594986C1

RU2594986C1 - Method for electronic degassing microchannel plate during manufacture of vacuum device

Info

Publication number: RU2594986C1
Application number: RU2015114481/07A
Authority: RU
Inventors: Сослан Кубадиевич Кулов; Галина Васильевна Федотова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Владикавказский Технологический центр "Баспик" (ООО ВТЦ "Баспик")
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-08-20

Abstract

FIELD: electronics.

SUBSTANCE: invention relates to electronic engineering, particularly to production of vacuum photoelectronic devices containing microchannel plates (MCP), such as biplanar and inversion electro-optical converters (EOC), photo multipliers (PMT) and position-sensitive detectors, and can be used in production of said devices. Method involves exposing microchannel plate to input electron flux at specified voltage and output current. Degassing is performed with electron flux in five steps: first step is carried out at input current 4·10^-9-8·10^-9 Α and output current 0,05-0,1 of conduction current of microchannel plate, second step of degassing is carried out at voltage on microchannel plate of 1,000-1,050 V at same input current, third step comprises gradually reducing voltage on microchannel plate every 50-100 V from 1,000-1,050 V to 650-600 V with continuously maintained output current 2.7-3.2 mcA, fourth step of degassing is carried out at same output current and input current corresponding to input current of limiting mode of operation of vacuum device, fifth step of degassing is carried out at voltage on microchannel plate of 1,000-1,050 V and output current 10-12 mcA.

EFFECT: technical result is increased productivity and efficiency of degassing microchannel plate to improve parameters and reliability of vacuum device.

1 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к технологии изготовления вакуумных фотоэлектронных приборов (ФЭП), содержащих микроканальные пластины (МКП), такие как бипланарные и инверсионные электронно-оптические преобразователи (ЭОП), фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и позиционно-чувствительные детекторы, и может быть использовано при производстве этих приборов.The invention relates to the field of electronic engineering, in particular to the technology of manufacturing vacuum photoelectronic devices (PECs) containing microchannel plates (MCPs), such as biplanar and inverse electron-optical converters (EOP), photoelectronic multipliers (PMTs) and position-sensitive detectors, and can be used in the manufacture of these devices.

Известен способ изготовления вакуумного фотоэлектронного прибора с микроканальной пластиной, включающий выполнение в процессе откачки последовательных операций электронного обезгаживания микроканальной пластины путем облучения ее электронным потоком от источника электронов, при этом электронная бомбардировка МКП продолжается 30-40 часов при выходном токе МКП, составляющем 20% от тока ее проводимости [см. а.с. СССР №1295953, МПК⁵ H01J 9/12, опубл. 30.05.1991 г.].A known method of manufacturing a vacuum photoelectronic device with a microchannel plate, including the execution in the process of pumping out successive operations of electronic degassing of the microchannel plate by irradiating it with an electron beam from an electron source, while the electron bombardment of the MCP lasts 30-40 hours at an output current of MCP of 20% of the current its conductivity [see A.S. USSR No. 1295953, IPC ⁵ H01J 9/12, publ. May 30, 1991].

Недостатками аналога являются низкая производительность обезгаживания и недостаточная эффективность очистки.The disadvantages of the analogue are low degassing performance and insufficient cleaning efficiency.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ электронного обезгаживания МКП при изготовлении бипланарного ЭОП в установке финишной сборки, включающий облучение МКП входным электронным потоком при заданных напряжениях на МКП и выходном токе (см. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Коновалова П.И., МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2010 год, стр. 10-11).Closest to the claimed technical solution is a method of electronic degassing of the MCP in the manufacture of a biplanar image intensifier tube in the installation of the final assembly, comprising irradiating the MCP with the input electron stream at given voltages on the MCP and output current (see Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences P.I. Konovalova P.I. ., MSTU named after NE Bauman, Moscow, 2010, pp. 10-11).

Недостатками прототипа является то, что весь техпроцесс происходит с неизменным поддерживаемым постоянно выходным током 2,5 мкА, который соответствует работе МКП в режиме насыщения, последнее приводит к тому, что энергия электронов на последних стадиях размножения уменьшается и вероятность десорбции адсорбированных поверхностью каналов загрязнений также уменьшается; при уменьшении напряжения на МКП при постоянном выходном токе входной ток уменьшается, что снижает интенсивность газовыделения МКП и соответственно ухудшает эффективность очистки, к тому же величина входного тока не связана с параметрами вакуумного прибора при эксплуатации, что может привести к газовыделению в полость прибора, провоцируя снижение основных параметров ЭОП, а подаваемое на МКП напряжение 710 В существенно ниже рабочего и при его увеличении в вакуумном приборе увеличится энергия вторичных электронов и глубина их проникновения в бомбардируемую поверхность, что приведет к росту газовыделения при эксплуатации вакуумного прибора.The disadvantages of the prototype is that the entire process takes place with a constant output current of 2.5 μA maintained constant, which corresponds to the operation of the MCP in saturation mode, the latter leads to the fact that the electron energy in the last stages of reproduction decreases and the probability of desorption of the pollution channels adsorbed by the surface also decreases ; when the voltage on the MCP decreases at a constant output current, the input current decreases, which reduces the rate of gas release of the MCP and, accordingly, degrades the cleaning efficiency, and the input current is not related to the parameters of the vacuum device during operation, which can lead to gas evolution into the cavity of the device, causing a decrease the main parameters of the image intensifier tube, and the voltage supplied to the MCP 710 V is significantly lower than the working and with its increase in the vacuum device will increase the energy of secondary electrons and the depth of their penetration Nia in the bombarded surface, leading to increased gassing during operation of the vacuum device.

Таким образом, описанный в прототипе способ электронного обезгаживания МКП не обеспечит равномерную очистку каналов по всей длине и не гарантирует соблюдение требования надежности при работе вакуумного прибора.Thus, the method of electronic degassing of the MCP described in the prototype does not provide uniform cleaning of the channels along the entire length and does not guarantee compliance with the reliability requirements when operating a vacuum device.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности и эффективности обезгаживания МКП для улучшения параметров и повышения надежности вакуумного прибора.The objective of the proposed technical solution is to increase the productivity and effectiveness of degassing of the MCP to improve parameters and increase the reliability of the vacuum device.

Технический результат достигается тем, что в способе электронного обезгаживания микроканальной пластины при изготовлении вакуумных приборов, включающем облучение МКП входным электронным потоком при заданных напряжении и выходном токе, согласно изобретению обезгаживание электронным потоком осуществляют в пять этапов, первый этап проводят при входном токе 4·10^-9-8·10^-9 А и выходном токе 0,05-0,1 от тока проводимости МКП, на втором этапе обезгаживание осуществляют при напряжении на МКП 1000-1050 В при том же входном токе, на третьем этапе ступенчато снижают напряжение на МКП через каждые 50-100 В от 1000-1050 В до 650-600 В при постоянно поддерживаемом выходном токе 2,7-3,2 мкА, на четвертом этапе обезгаживание проводят при том же выходном токе и входном токе, соответствующем входному току предельного режима эксплуатации вакуумного прибора, на пятом этапе обезгаживание осуществляют при напряжении на МКП 1000-1050 В и выходном токе 10-12 мкА.The technical result is achieved by the fact that in the method of electronic degassing of a microchannel plate in the manufacture of vacuum devices, comprising irradiating the MCP with an input electron stream at a given voltage and output current, according to the invention, the electron-beam degassing is carried out in five stages, the first stage is carried out at an input current of 4 · 10 ^{- 9} -8 · 10 ^-9 A and an output current of 0.05-0.1 from the conductivity current of the MCP; in the second stage, degassing is carried out at a voltage of 1000-1050 V at the MCP with the same input current, in the third stage o reduce the voltage on the MCP every 50-100 V from 1000-1050 V to 650-600 V with a constantly maintained output current of 2.7-3.2 μA, in the fourth stage degassing is carried out at the same output current and input current corresponding to the input current of the maximum operating mode of the vacuum device, at the fifth stage, degassing is carried out at a voltage on the MCP of 1000-1050 V and an output current of 10-12 μA.

Данный способ позволит повысить производительность и эффективность обезгаживания МКП, снизить остаточное электронно-стимулированное газовыделение, улучшить параметр «отношение сигнал/шум» и надежность вакуумного прибора.This method will increase the productivity and effectiveness of the degassing of the MCP, reduce the residual electronically stimulated gas evolution, improve the signal-to-noise ratio and the reliability of the vacuum device.

При входном токе меньше 4·10^-9 Α снижается газовыделение, что приводит к снижению производительности, а при токе выше 8·10^-9 А происходит очень интенсивное газоотделение, что может привести к пробою МКП и экрана. Диапазоны выходного тока 2,7-3,2 мкА и 10-12 мкА выбраны исходя из того, что при меньших токах снижается интенсивность газовыделения, а при больших токах чрезмерно возрастает входной ток, приводя к неоправданному снижению усиления МКП.At an input current of less than 4 · 10 ^-9 Α, gas evolution decreases, which leads to a decrease in productivity, and at a current above 8 · 10 ^-9 A, very intense gas separation occurs, which can lead to a breakdown of the MCP and the screen. The output current ranges of 2.7-3.2 μA and 10-12 μA are selected based on the fact that at lower currents the intensity of gas evolution decreases, and at high currents the input current increases excessively, leading to an unjustified decrease in the gain of the MCP.

Сущность способа поясняется графиками, где на фиг. 1 изображено изменение газовыделения МКП в процессе обезгаживания по заявляемому способу, а на фиг. 2 - по прототипу, и таблицами 1, 2, в которых приведены сравнительные результаты обезгаживания МКП по заявляемому способу и прототипу.The essence of the method is illustrated by graphs, where in FIG. 1 shows the change in gas release of the MCP in the process of degassing according to the claimed method, and in FIG. 2 - according to the prototype, and tables 1, 2, which show the comparative results of the degassing of the MCP according to the claimed method and prototype.

Способ электронного обезгаживания микроканальной пластины при изготовлении вакуумного прибора осуществляли следующим образом.The method of electronic degassing of a microchannel plate in the manufacture of a vacuum device was carried out as follows.

На первом этапе проводили очистку каналов при выходном токе, соответствующем линейному режиму работы МКП, т.е. устанавливали выходной ток 0,1 от тока проводимости МКП, чтобы предотвратить зарядку каналов на выходе. При этом происходила очистка каналов по всей длине, в основном их выходных участков, так как количество электронов, бомбардирующих выходные участки в линейном режиме, в 10²-10³ раз больше, чем количество электронов на входе. На этом этапе в качестве второго задаваемого параметра используется входной ток 5·10^-9 А, величина которого достаточна, чтобы вызвать интенсивное газоотделение, но не привести при этом к пробою МКП и экрана. В таком режиме газовыделение вырастало до максимума и начинало снижаться.At the first stage, the channels were cleaned at the output current corresponding to the linear mode of operation of the MCP, i.e. set the output current to 0.1 of the conductivity current of the MCP to prevent charging of the channels at the output. In this case, the channels were cleaned along the entire length, mainly of their output sections, since the number of electrons bombarding the output sections in a linear mode was 10 ² -10 ³ times more than the number of electrons at the input. At this stage, as given by the second parameter is input current of 5 · 10 ^-9 A, the magnitude of which is sufficient to cause intense gas evolution, but this did not lead to breakdown during PCR and screen. In this mode, gas evolution rose to a maximum and began to decline.

На втором этапе поднимали напряжение на МКП до 1000 В (максимально допустимый предел рабочего напряжения на МКП для вакуумных приборов), чтобы увеличить десорбцию поверхностно-адсорбированных веществ за счет роста энергии вторичных электронов между столкновениями. Входной ток при этом оставался неизменным, выходной увеличивался. В таком режиме происходила очистка каналов и выходной металлизации каналов при максимальной энергии вторичных электронов.At the second stage, the voltage on the MCP was raised to 1000 V (the maximum permissible operating voltage limit on the MCP for vacuum devices) in order to increase the desorption of surface-adsorbed substances due to an increase in the energy of secondary electrons between collisions. The input current remained unchanged, the output increased. In this mode, the channels were cleaned and the channels metallized at the maximum secondary electron energy.

На третьем этапе для обеспечения интенсивного газовыделения на всей продолжительности этапа производили ступенчатое снижение напряжения на МКП от 1000 В до 650 В через каждые 50 В при установленной величине выходного тока, равной 3 мкА. Это приводило к тому, что входной ток на каждой ступени увеличивался и, соответственно, увеличивалось газовыделение, т.е. увеличивалась степень очистки входного торца МКП и входных участков каналов.In the third stage, to ensure intense gas evolution over the entire duration of the stage, a stepwise voltage reduction was performed on the MCP from 1000 V to 650 V every 50 V at a set output current value of 3 μA. This led to the fact that the input current at each stage increased and, accordingly, gas evolution increased, i.e. the degree of cleaning of the inlet end of the MCP and inlet sections of the channels increased.

На четвертом этапе очищали максимально входной торец и входные участки каналов. Это достигали установлением входного тока, соответствующего максимальной световой нагрузке, предусмотренной технической документацией на испытания и эксплуатацию конкретных вакуумных приборов.At the fourth stage, the maximum inlet end and inlet sections of the channels were cleaned. This was achieved by setting the input current corresponding to the maximum light load provided by the technical documentation for testing and operation of specific vacuum devices.

На пятом этапе осуществляли очистку выходной металлизации при максимальной энергии вторичных электронов, устанавливали напряжение на МКП 1000 В и выходной ток 10 мкА, соответствующий режиму глубокого насыщения МКП. Поскольку каналы МКП уже, в основном, очищены от поверхностных соединений, резкого снижения усиления МКП не происходит даже при значительном увеличении выходного тока за счет повышения входного тока.At the fifth stage, the output metallization was cleaned at the maximum energy of the secondary electrons, the voltage at the MCP of 1000 V and the output current of 10 μA corresponding to the deep saturation mode of the MCP were set. Since the MCP channels are already basically cleaned from surface connections, a sharp decrease in the MCP gain does not occur even with a significant increase in the output current due to an increase in the input current.

Результатом электронного обезгаживания является снижение остаточного электронно-стимулированного газовыделения на порядок в сравнении с прототипом (см. табл. 1, 2), что приведет к улучшению параметра «отношение сигнал/шум» и надежности вакуумного прибора за счет снижения уровня донной обратной связи.The result of electronic degassing is a decrease in the residual electron-stimulated gas emission by an order of magnitude in comparison with the prototype (see tab. 1, 2), which will lead to an improvement in the signal-to-noise ratio and reliability of the vacuum device by reducing the level of bottom feedback.

Электронное обезгаживание МКП производили последовательно в пять этапов для очистки определенных частей МКП на каждом этапе таким образом, чтобы происходило постоянно интенсивное газовыделение (см. фиг. 1), в результате чего очистка поверхности МКП от загрязнений происходит более равномерно по всей длине каналов и в более короткие сроки, а привязка к параметрам режимов эксплуатации вакуумных приборов гарантирует низкий уровень газоотделения при их работе.The electronic degassing of the MCP was carried out sequentially in five stages to clean certain parts of the MCP at each stage so that a constant gas evolution occurred (see Fig. 1), as a result of which the surface of the MCP is cleaned of contaminants more uniformly along the entire length of the channels and more short terms, and binding to the parameters of the operating modes of vacuum devices guarantees a low level of gas separation during their operation.

Использование предлагаемого способа позволит по сравнению с прототипом повысить производительность и эффективность обезгаживания МКП, что приведет к улучшению параметров и надежности вакуумного прибора.Using the proposed method will allow, in comparison with the prototype, to increase the productivity and efficiency of degassing of the MCP, which will lead to improved parameters and reliability of the vacuum device.

Claims

Способ электронного обезгаживания микроканальной пластины при изготовлении вакуумного прибора, включающий облучение МКП входным электронным потоком при заданных напряжении на МКП и выходном токе, отличающийся тем, что обезгаживание электронным потоком осуществляют в пять этапов, первый этап проводят при входном токе 4·10^-9-8·10^-9 А и выходном токе 0,05-0,1 от тока проводимости МКП, на втором этапе обезгаживание осуществляют при напряжении на МКП 1000-1050 В при том же входном токе, на третьем этапе ступенчато снижают напряжение на МКП через каждые 50-100 В от 1000-1050 В до 650-600 В при постоянно поддерживаемом выходном токе 2,7-3,2 мкА, на четвертом этапе обезгаживание проводят при том же выходном токе и при входном токе, соответствующем входному току предельного режима эксплуатации вакуумного прибора, на пятом этапе обезгаживание осуществляют при напряжении на МКП 1000-1050 В и выходном токе 10-12 мкА. A method of electronically degassing a microchannel plate in the manufacture of a vacuum device, comprising irradiating the MCP with an input electron stream at a given voltage on the MCP and output current, characterized in that the degassing of the electron beam is carried out in five stages, the first stage is carried out at an input current of 4 · 10 ^-9 -8 · 10 ^-9 A and an output current from 0.05-0.1 conduction current PCR, the second degassing step is carried out at a voltage in the PCR 1000-1050 for the same input current, the third stage stepwise voltage decrease at each PCR through 50-100 V from 1000-1050 V to 650-600 V with a constantly maintained output current of 2.7-3.2 μA, in the fourth stage, degassing is carried out at the same output current and at an input current corresponding to the input current of the maximum operating mode of the vacuum device, at the fifth stage, the degassing is carried out at a voltage on the MCP of 1000-1050 V and an output current of 10-12 μA.