RU2758498C1 - Microchanal plate - Google Patents
Microchanal plate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758498C1 RU2758498C1 RU2021110831A RU2021110831A RU2758498C1 RU 2758498 C1 RU2758498 C1 RU 2758498C1 RU 2021110831 A RU2021110831 A RU 2021110831A RU 2021110831 A RU2021110831 A RU 2021110831A RU 2758498 C1 RU2758498 C1 RU 2758498C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microchannel plate
- microchannels
- microchannel
- ion
- matrix
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J43/00—Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
- H01J43/04—Electron multipliers
- H01J43/06—Electrode arrangements
- H01J43/18—Electrode arrangements using essentially more than one dynode
- H01J43/20—Dynodes consisting of sheet material, e.g. plane, bent
Abstract
Description
Техническое решение относится к области фотоэлектронных приборов и может быть использовано для изготовления микроканальных пластин, используемых в фотоэлектронных умножителях, электронно-оптических преобразователях (ЭОП) и различных типов детекторах излучения.The technical solution relates to the field of photoelectronic devices and can be used for the manufacture of microchannel plates used in photomultiplier tubes, electron-optical converters (EOC) and various types of radiation detectors.
Как известно, микроканальная пластина представляет собой устройство для усиления фототока в фотоэлектронном приборе. Микроканальная пластина содержит выполненную из стекла тонкую матрицу микроканалов, представляющую собой пластину с торцевыми поверхностями и с множеством сквозных микроскопических каналов, проходящих от одной торцевой поверхности к другой торцевой поверхности под определенным углом. Для работы в фотоэлектронном приборе микроканальную пластину располагают между фотокатодом и анодом (приемником выходного сигнала) таким образом, что одна торцевая поверхность матрицы микроканалов, являющаяся её входной поверхностью, обращена к фотокатоду, а другая торцевая поверхность матрицы микроканалов, являющаяся её выходной поверхностью, обращена к аноду (приемнику выходного сигнала). Микроканальная пластина также содержит входной и выходной контактные электроды, которые сформированы, соответственно, на входной и выходной поверхностях матрицы микроканалов в виде тонких электропроводящих плёнок из металлических материалов и предназначены для подачи на них питающего напряжения при работе микроканальной пластины в фотоэлектронном приборе. При этом на входе и на выходе в микроканалы плёнки контактных электродов заглублены на небольшое расстояние, обычно равное, от 0,2 до 3,0 диаметра микроканала. As is known, a microchannel plate is a device for amplifying a photocurrent in a photoelectric device. The microchannel plate contains a thin matrix of microchannels made of glass, which is a plate with end surfaces and a plurality of through microscopic channels extending from one end surface to the other end surface at a certain angle. To operate in a photoelectronic device, a microchannel plate is placed between the photocathode and the anode (output signal receiver) in such a way that one end surface of the microchannel array, which is its input surface, faces the photocathode, and the other end surface of the microchannel array, which is its output surface, faces anode (output receiver). The microchannel plate also contains input and output contact electrodes, which are formed, respectively, on the input and output surfaces of the microchannel array in the form of thin electrically conductive films made of metal materials and are designed to supply a supply voltage to them when the microchannel plate operates in a photoelectric device. In this case, at the entrance and exit into the microchannels, the films of the contact electrodes are buried a short distance, usually equal to 0.2 to 3.0 of the microchannel diameter.
При работе микроканальной пластины в фотоэлектронном приборе фотоэлектроны, вылетая из фотокатода и попадая в микроканалы матрицы со стороны её входной поверхности, вызывают многократную генерацию вторичных электронов, в результате чего, на выходе из микроканалов образуется электронный поток с высокой плотностью.When a microchannel plate operates in a photoelectronic device, photoelectrons, escaping from the photocathode and entering the matrix microchannels from the side of its input surface, cause multiple generation of secondary electrons, as a result of which a high density electron flow is formed at the output from the microchannels.
Вместе с этим соударение электронов со стенками микроканалов, а также с поверхностью анода (приемника выходного сигнала) вызывает электронно-стимулированную десорбцию атомов и молекул, которые ионизируются под действием электронов внутри каналов и в промежутке между микроканальной пластиной и анодом. Образовавшиеся положительные ионы под воздействием приложенного электрического поля перемещаются по микроканалам в направлении к фотокатоду и бомбардируют его активный фотоэмиссионный слой. Это явление, называемое ионной обратной связью, приводит к повреждению фотокатода и, соответственно, к уменьшению его рабочего ресурса, а также вызывает генерацию помех, уменьшает отношение сигнал/шум.At the same time, the collision of electrons with the walls of the microchannels, as well as with the surface of the anode (receiver of the output signal), causes an electronically stimulated desorption of atoms and molecules, which are ionized by the action of electrons inside the channels and in the gap between the microchannel plate and the anode. The formed positive ions under the influence of the applied electric field move along the microchannels towards the photocathode and bombard its active photoemission layer. This phenomenon, called ionic feedback, leads to damage to the photocathode and, accordingly, to a decrease in its working life, and also causes the generation of interference, and decreases the signal-to-noise ratio.
Для подавления ионной обратной связи поверх входного электрода микроканальной пластины формируют ионно-барьерную пленку (ИБП) таким образом, чтобы она закрывала входные отверстия микроканалов. Ионно-барьерную пленку формируют из непрозрачного для положительных ионов материала, обычно, - из оксида кремния SiO2 или оксида алюминия Al2O3. To suppress ionic feedback, an ion barrier film (UPS) is formed over the input electrode of the microchannel plate so that it covers the microchannel inlet openings. The ion-barrier film is formed from a material that is opaque to positive ions, usually from silicon oxide SiO 2 or aluminum oxide Al 2 O 3.
Основным недостатком ионно-барьерных пленок из оксида кремния или оксида алюминия является их свойство накапливать электрический заряд, особенно при высоком уровне освещенности фотокатода, что снижает коэффициент пропускания электронов ионно-барьерной пленкой и, соответственно, негативно влияет на качество сигнала на выходе микроканальной пластины. Так, в электронно-оптическом преобразователе заряженность ионно-барьерной пленки может привести к снижению контраста изображения и ухудшению его разрешающей способности. Указанные недостатки в работе микроканальной пластины с ионно-барьерной пленкой возможно устранить, выполнив ионно-барьерную пленку из углерода.The main disadvantage of ion-barrier films made of silicon oxide or aluminum oxide is their ability to accumulate an electric charge, especially at a high level of photocathode illumination, which reduces the electron transmission coefficient of the ion-barrier film and, accordingly, negatively affects the signal quality at the output of the microchannel plate. For example, in an electron-optical converter, the charge of an ion-barrier film can lead to a decrease in the contrast of an image and a deterioration in its resolution. These disadvantages in the operation of a microchannel plate with an ion-barrier film can be eliminated by making an ion-barrier film of carbon.
Из публикации CN108281344 (A) «Micro-channel plate with high detection efficiency and low noise and fabrication method of micro-channel plate» («Микроканальная пластина с высокой эффективностью обнаружения и низким уровнем шума, а также метод изготовления микроканальной пластины») (дата публикации 13.07.2018, МПК H01J43/24, H01J9/12) известно техническое решение микроканальной пластины, принятое в качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения.From CN108281344 (A) "Micro-channel plate with high detection efficiency and low noise and fabrication method of micro-channel plate" (date publication 13.07.2018, IPC H01J43 / 24, H01J9 / 12) the technical solution of the microchannel plate is known, taken as the closest analogue of the proposed technical solution.
Согласно известному техническому решению, микроканальная пластина содержит выполненную из кварцевого стекла матрицу микроканалов, входной электрод, выходной электрод и пленку для предотвращения ионной обратной связи, которая наносится на стороне входного электрода и представляет собой графеновую пленку. According to the known technical solution, the microchannel plate contains a matrix of microchannels made of quartz glass, an input electrode, an output electrode and a film for preventing ionic feedback, which is deposited on the side of the input electrode and is a graphene film.
При этом на стенках микроканалов матрицы из кварцевого стекла также нанесены, последовательно, проводящий слой и эмиссионный слой, за счет чего стенки микроканалов матрицы из кварцевого стекла обладают электропроводностью и способностью к вторичной электронной эмиссии. Проводящий слой выполнен из оксида цинка ZnO, а эмиссионный слой выполнен из оксида алюминия Al2O3 или оксида кремния SiO2. In this case, a conductive layer and an emission layer are also deposited on the walls of microchannels of a quartz glass matrix, due to which the walls of microchannels of a quartz glass matrix have electrical conductivity and the ability to secondary electron emission. The conductive layer is made of zinc oxide ZnO, and the emission layer is made of aluminum oxide Al 2 O 3 or silicon oxide SiO 2 .
Поскольку графеновая пленка представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом, то возможным способом её формирования на поверхности микроканальной пластины является способ химического осаждения из паровой фазы.Since a graphene film is a layer of carbon atoms one atom thick, a possible method for its formation on the surface of a microchannel plate is a chemical vapor deposition method.
Согласно известному техническому решению микроканальной пластины, графеновую пленку наносят методом химического осаждения из паровой фазы с использованием метана и водорода в качестве исходных газов, а также аргона в качестве вспомогательного газа, при этом температуру процесса поддерживают на уровне 1000 °С. Причем графеновую пленку осаждают на временную медную пленку, в свою очередь, нанесенную на временную органическую пленку, которая предварительно формируется поверх входного электрода, а после формирования медной пленки удаляется посредством пиролиза. После того, как графеновая пленка сформирована, медную пленку удаляют путем погружения матрицы микроканалов в травильный раствор, с тем, чтобы медная пленка растворилась. Таким образом, графеновая пленка остается прикрепленной к входному электроду микроканальной пластины. According to the known technical solution of the microchannel plate, the graphene film is applied by chemical vapor deposition using methane and hydrogen as feed gases and argon as an auxiliary gas, while the process temperature is maintained at 1000 ° C. Moreover, the graphene film is deposited on a temporary copper film, in turn, deposited on a temporary organic film, which is preliminarily formed over the input electrode, and after the formation of the copper film is removed by pyrolysis. After the graphene film is formed, the copper film is removed by immersing the microchannel array in an etching solution so that the copper film is dissolved. Thus, the graphene film remains attached to the input electrode of the microchannel plate.
Известное техническое решение микроканальной пластины благодаря графеновой пленке, нанесенной поверх входного электрода, позволяет предотвратить явление ионной обратной связи. При этом коэффициент пропускания электронов ионно-барьерной пленкой, а значит, эффективность обнаружения объектов наблюдения повышаются. При этом также улучшается отношение сигнал/шум и характеристика усиления микроканальной пластины при её работе в фотоэлектронном приборе. Таким образом, при повышении коэффициента пропускания электронов ионно-барьерной пленкой характеристики выходного сигнала улучшаются. Так, в сравнении с ионно-барьерными пленками из Al2O3 и SiO2, снижающими эффективность обнаружения объектов наблюдения на 10-20 %, техническое решение ближайшего аналога, благодаря тому, что ионно-барьерная пленка выполнена графеновой, в меньшей степени снижает эффективность обнаружения, а именно, менее чем на 5%. The known technical solution of the microchannel plate, thanks to the graphene film deposited over the input electrode, makes it possible to prevent the phenomenon of ionic feedback. In this case, the transmittance of electrons by the ion-barrier film, which means that the detection efficiency of objects of observation increases. This also improves the signal-to-noise ratio and the amplification characteristic of the microchannel plate when it is operated in a photoelectric device. Thus, with an increase in the electron transmission coefficient of the ion-barrier film, the characteristics of the output signal improve. So, in comparison with ion-barrier films made of Al2O3 and SiO2, which reduce the detection efficiency of objects of observation by 10-20%, the technical solution of the closest analogue, due to the fact that the ion-barrier film is made of graphene, reduces the detection efficiency to a lesser extent, namely , less than 5%.
Недостатком известного технического решения микроканальной пластины является довольно низкая технологичность процесса её изготовления. Это обусловлено тем, что метод химического осаждения из паровой фазы, посредством которого сформирована графеновая пленка, предполагает использование газообразных продуктов (метана, водорода, аргона) с тем, чтобы обеспечить протекание необходимых химических реакций самонасыщения, а также, требует очень сильное, до 1000 °С, нагревание поверхности, на которой формируется графеновая пленка. Таким образом в процессе формирования графеновой пленки стеклянная матрица микроканалов неизбежно подвергается нежелательному высокотемпературному нагреву и загрязняется продуктами химических реакций. Вместе с этим, использование газообразных продуктов и поддержание высокой температуры в технологическом процессе требует соответствующих материальных и энергетических затрат. The disadvantage of the known technical solution of the microchannel plate is the rather low manufacturability of the process of its manufacture. This is due to the fact that the method of chemical vapor deposition, through which the graphene film is formed, involves the use of gaseous products (methane, hydrogen, argon) in order to ensure that the necessary chemical self-saturation reactions take place, and also requires a very strong, up to 1000 ° C, heating the surface on which the graphene film is formed. Thus, during the formation of a graphene film, the glass matrix of microchannels inevitably undergoes undesirable high-temperature heating and becomes contaminated with the products of chemical reactions. At the same time, the use of gaseous products and maintaining a high temperature in the technological process requires corresponding material and energy costs.
Кроме этого, нанесение графеновой пленки на поверхность стеклянной матрицы микроканалов методом химического осаждения из паровой фазы требует выполнения дополнительных технологических операций по изготовлению и последующему удалению медной пленки, что также снижает технологичность процесса изготовления микроканальной пластины. Причем, удаление медной пленки обеспечивается погружением стеклянной матрицы микроканалов в травильный раствор, что повышает степень загрязнения поверхностей микроканальной пластины, в том числе, поверхности стенок микроканалов, а также, повышает вероятность повреждения уже сформированной графеновой ионно-барьерной пленки, поскольку она подвергается воздействию довольно агрессивной среды травильного раствора.In addition, the deposition of a graphene film on the surface of the glass matrix of microchannels by chemical vapor deposition requires additional technological operations for the manufacture and subsequent removal of the copper film, which also reduces the manufacturability of the microchannel plate manufacturing process. Moreover, the removal of the copper film is ensured by immersing the glass matrix of microchannels into an etching solution, which increases the degree of contamination of the surfaces of the microchannel plate, including the surface of the walls of microchannels, and also increases the likelihood of damage to the already formed graphene ion barrier film, since it is exposed to a rather aggressive the environment of the pickling solution.
В свою очередь, загрязнение микроканалов и повреждение ионно-барьерной пленки способствуют усилению ионной обратной связи при работе микроканальной пластины в фотоэлектронном приборе. А необходимость высокотемпературного нагрева матрицы микроканалов в процессе формирования ионно-барьерной пленки не позволяет применить для изготовления матрицы микроканалов чувствительные к высокой температуре материалы, что ограничивает область применения известного технического решения микроканальной пластины.In turn, the contamination of microchannels and damage to the ion barrier film enhance the ionic feedback during the operation of the microchannel plate in a photoelectric device. And the need for high-temperature heating of the microchannel matrix during the formation of the ion-barrier film does not allow the use of high-temperature-sensitive materials for the manufacture of the microchannel matrix, which limits the scope of the known technical solution of the microchannel plate.
Технические проблемы, на решение которых направлено заявляемое техническое решение микроканальной пластины, заключаются в повышении технологичности изготовления микроканальной пластины, расширении области её применения и уменьшении ионно-обратной связи при работе микроканальной пластины в фотоэлектронном приборе, с одновременным сохранением качества выходного сигнала и уровня усиления микроканальной пластины при её работе в фотоэлектронном приборе. Также заявляемое техническое решение микроканальной пластины направлено на решение проблемы расширения арсенала средств аналогичного назначения.The technical problems to be solved by the claimed technical solution of the microchannel plate consist in increasing the manufacturability of the microchannel plate, expanding the scope of its application and reducing the ion-feedback during the operation of the microchannel plate in a photoelectric device, while maintaining the quality of the output signal and the level of amplification of the microchannel plate. when working in a photoelectric device. Also, the claimed technical solution of the microchannel plate is aimed at solving the problem of expanding the arsenal of tools for similar purposes.
Указанные технические проблемы решаются тем, что в микроканальной пластине, содержащей выполненную из стекла матрицу микроканалов, входной электрод, выходной электрод и ионно-барьерную пленку, которая сформирована из углерода поверх входного электрода таким образом, что закрывает входы в микроканалы, причем стенки микроканалов матрицы обладают электропроводностью и способностью к вторичной электронной эмиссии, согласно заявляемому техническому решению ионно-барьерная пленка сформирована из частиц, распыленных из массы графитсодержащего материала электронно-лучевым методом. These technical problems are solved by the fact that in a microchannel plate containing a matrix of microchannels made of glass, an input electrode, an output electrode, and an ion barrier film formed of carbon over the input electrode in such a way that closes the inputs to the microchannels, and the walls of the microchannels of the matrix have electrical conductivity and the ability to secondary electron emission, according to the claimed technical solution, the ion-barrier film is formed from particles sprayed from a mass of graphite-containing material by the electron beam method.
В заявляемом техническом решении микроканальной пластины ионно-барьерная плёнка сформирована из частиц, распыленных из массы графитсодержащего материала электронно-лучевым методом. Такое решение, в отличие от ближайшего аналога, при формировании ионно-барьерной плёнки исключает необходимость высокотемпературного нагрева матрицы микроканалов, исключает необходимость использования газообразных химических продуктов (метана, водорода, аргона), необходимость формирования временной медной пленки и необходимость проведения операции химического травления с целью удаления временной медной пленки. То есть, заявляемое техническое решение микроканальной пластины позволяет в процессе её изготовления уменьшить количество технологических операций и, соответственно, количество переходов от одной технологической операции к другой, что является техническим результатом заявляемого технического решения микроканальной пластины. Данный технический результат в целом повышает технологичность изготовления микроканальной пластины. In the claimed technical solution of the microchannel plate, the ion-barrier film is formed from particles sprayed from a mass of graphite-containing material by the electron beam method. This solution, in contrast to the closest analogue, during the formation of an ion-barrier film eliminates the need for high-temperature heating of the microchannel matrix, eliminates the need to use gaseous chemical products (methane, hydrogen, argon), the need to form a temporary copper film and the need for chemical etching to remove temporary copper film. That is, the claimed technical solution of the microchannel plate allows, in the process of its manufacture, to reduce the number of technological operations and, accordingly, the number of transitions from one technological operation to another, which is the technical result of the proposed technical solution of the microchannel plate. This technical result generally improves the manufacturability of the microchannel plate.
Вместе с этим, отсутствие необходимости использования газообразных химических продуктов (метана, водорода, аргона) и операции химического травления в процессе формирования ионно-барьерной плёнки исключает контактирование поверхностей микроканальной пластины с посторонними и адсорбируемыми химическими продуктами, что существенно уменьшает степень загрязнения поверхностей микроканальной пластины, в том числе, поверхностей внутри микроканалов, посторонними веществами. Благодаря этому, уменьшается степень электронно-стимулированной десорбции атомов и молекул со стенок микроканалов при работе микроканальной пластины в фотоэлектронном приборе, что является техническим результатом заявляемого технического решения микроканальной пластины, решающим проблему ионно-обратной связи при работе микроканальной пластины в фотоэлектронном приборе.At the same time, the absence of the need to use gaseous chemical products (methane, hydrogen, argon) and the operation of chemical etching during the formation of an ion-barrier film excludes contact of the surfaces of the microchannel plate with foreign and adsorbed chemical products, which significantly reduces the degree of contamination of the surfaces of the microchannel plate, in including surfaces inside microchannels, foreign substances. Due to this, the degree of electron-stimulated desorption of atoms and molecules from the walls of the microchannels decreases during the operation of the microchannel plate in the photoelectronic device, which is the technical result of the proposed technical solution of the microchannel plate, which solves the problem of ion-feedback during the operation of the microchannel plate in the photoelectronic device.
Вместе с этим, отсутствие в технологическом процессе изготовления микроканальной пластины операции химического травления уменьшает вероятность повреждения сформированной ионно-барьерной пленки, что также является техническим результатом заявляемого технического решения микроканальной пластины, решающим проблему уменьшения ионно-обратной связи при работе микроканальной пластины в фотоэлектронном приборе с одновременным сохранением качества выходного сигнала микроканальной пластины при её работе в фотоэлектронном приборе.At the same time, the absence of a chemical etching operation in the technological process of manufacturing a microchannel plate reduces the likelihood of damage to the formed ion-barrier film, which is also the technical result of the proposed technical solution for a microchannel plate, which solves the problem of reducing ion-feedback during the operation of a microchannel plate in a photoelectric device with simultaneous maintaining the quality of the output signal of the microchannel plate during its operation in a photoelectric device.
Вместе с этим, отсутствие в технологическом процессе изготовления микроканальной пластины операций, сопровождающихся высокотемпературным нагревом матрицы микроканалов, позволяет применить для изготовления матрицы микроканалов чувствительные к высокой температуре материалы, что является техническим результатом, решающим техническую проблему расширения области применения микроканальной пластины. В частности, становится возможным для изготовления матрицы микроканалов применить свинцово-силикатное стекло. В свою очередь, применение свинцово-силикатного стекла для изготовления матрицы микроканалов позволяет обеспечить электропроводность и способность к вторичной электронной эмиссии стенок микроканалов посредством восстановительного отжига матрицы микроканалов в атмосфере водорода, в результате которого на стенках микроканалов образуется резистивно-эмиссионный слой. Таким образом, отсутствие в технологическом процессе изготовления микроканальной пластины операций, сопровождающихся высокотемпературным нагревом, позволяет, в свою очередь, исключить технологические операции нанесения резистивного и эмиссионного слоев на стенки микроканалов и, при этом, обеспечить достаточные показатели электропроводности и способности к вторичной электронной эмиссии стенок микроканалов, что является техническим результатом заявляемого технического решения микроканальной пластины. Данный технический результат также решает проблемы повышения технологичности изготовления микроканальной пластины и расширения области её применения с одновременным сохранением качества выходного сигнала и уровня усиления микроканальной пластины при её работе в фотоэлектронном приборе.At the same time, the absence in the technological process of manufacturing a microchannel plate of operations accompanied by high-temperature heating of the microchannel matrix makes it possible to use materials that are sensitive to high temperature for the manufacture of a microchannel matrix, which is a technical result that solves the technical problem of expanding the area of application of the microchannel plate. In particular, it becomes possible to use lead-silicate glass for the manufacture of the microchannel matrix. In turn, the use of lead-silicate glass for the manufacture of a microchannel matrix makes it possible to ensure the electrical conductivity and the ability for secondary electron emission of the microchannel walls by means of reductive annealing of the microchannel matrix in a hydrogen atmosphere, as a result of which a resistive-emission layer is formed on the microchannel walls. Thus, the absence in the technological process of manufacturing a microchannel plate of operations accompanied by high-temperature heating makes it possible, in turn, to exclude the technological operations of applying resistive and emission layers to the walls of microchannels and, at the same time, to provide sufficient indicators of electrical conductivity and the ability to secondary electron emission of the walls of microchannels. , which is the technical result of the proposed technical solution of the microchannel plate. This technical result also solves the problem of improving the manufacturability of the microchannel plate and expanding the scope of its application while maintaining the quality of the output signal and the level of amplification of the microchannel plate when it is operated in a photoelectric device.
Таким образом, технические результаты, достигаемые заявленным техническим решением микроканальной пластины, в сравнении с ближайшим аналогом, повышают технологичность изготовления микроканальной пластины, расширяют область её применения и уменьшают ионно-обратную связь при работе микроканальной пластины в фотоэлектронном приборе, с одновременным сохранением качества выходного сигнала и уровня усиления микроканальной пластины при её работе в фотоэлектронном приборе. То есть, заявляемое техническое решение микроканальной пластины решает технические проблемы, на решение которых оно направлено. Вместе с этим, реализация заявляемого технического решения микроканальной пластины решает техническую проблему расширения арсенала средств аналогичного назначения.Thus, the technical results achieved by the claimed technical solution of the microchannel plate, in comparison with the closest analogue, increase the manufacturability of the microchannel plate, expand the scope of its application and reduce the ion-feedback during the operation of the microchannel plate in a photoelectric device, while maintaining the quality of the output signal and the amplification level of the microchannel plate during its operation in a photoelectric device. That is, the claimed technical solution of the microchannel plate solves the technical problems to be solved by it. At the same time, the implementation of the proposed technical solution of the microchannel plate solves the technical problem of expanding the arsenal of tools for a similar purpose.
В заявляемом техническом решении микроканальной пластины графитсодержащий материал может представлять собой мелкозернистый графит или пиролитический графит.In the claimed technical solution of the microchannel plate, the graphite-containing material can be fine-grained graphite or pyrolytic graphite.
В заявляемом техническом решении микроканальной пластины входной электрод и выходной электрод могут быть выполнены из хрома или нихрома.In the claimed technical solution of the microchannel plate, the input electrode and the output electrode can be made of chromium or nichrome.
Заявляемое техническое решение микроканальной пластины реализуют следующим образом. The claimed technical solution of the microchannel plate is implemented as follows.
Определяют необходимые геометрические параметры стеклянной матрицы микроканалов, в том числе, её толщину и диаметр, диаметр и угол наклона каналов. Известными техническими способами изготавливают стеклянную матрицу микроканалов. Для этого используют, например, свинцово силикатное стекло. The necessary geometric parameters of the glass matrix of microchannels are determined, including its thickness and diameter, diameter and angle of inclination of the channels. A glass matrix of microchannels is produced by known technical methods. For this, for example, lead silicate glass is used.
Матрицу микроканалов из свинцово силикатного стекла подвергают восстановительному отжигу в атмосфере водорода. В результате восстановительного отжига вблизи поверхности стенок микроканалов образуется резистивно-эмиссионный слой, состоящий, упрощенно, из верхнего очень тонкого (толщиной 50-100 Å) эмиссионного слоя на основе диоксида кремния SiO2 и других, содержащихся в свинцово-силикатном стекле, оксидов, и нижнего, более толстого резистивного слоя с восстановленным свинцом. Слой на основе диоксида кремния SiO2 имеет коэффициент вторичной эмиссии более 1 и обеспечивает вторичную эмиссию электронов со стенок каналов. Резистивный слой с восстановленным свинцом обладает электропроводностью. Таким образом, посредством восстановительного отжига матрицы микроканалов обеспечивают достаточные показатели электропроводности и способности к вторичной электронной эмиссии стенок микроканалов матрицы.An array of lead silicate glass microchannels is subjected to reductive annealing in a hydrogen atmosphere. As a result of reduction annealing, a resistive-emission layer is formed near the surface of the walls of the microchannels, consisting, in a simplified way, of an upper very thin (50-100 Å thick) emission layer based on silicon dioxide SiO 2 and other oxides contained in lead-silicate glass, and a lower, thicker, reduced lead resistive layer. The layer based on silicon dioxide SiO 2 has a secondary emission coefficient of more than 1 and provides secondary emission of electrons from the channel walls. The reduced lead resistive layer is electrically conductive. Thus, by means of the reduction annealing of the matrix of microchannels, sufficient indicators of electrical conductivity and the ability for secondary electron emission of the walls of the microchannels of the matrix are provided.
На матрице микроканалов определяют торцевую поверхность, которая, при размещении и работе микроканальной пластины в фотоэлектронном приборе должна быть обращена в сторону фотокатода. Данную торцевую поверхность матрицы микроканалов определяют как её входную поверхность. Соответственно, противоположную торцевую поверхность матрицы микроканалов, которая при размещении и работе микроканальной пластины в фотоэлектронном приборе должна быть обращена в сторону анода (приемника выходного сигнала), определяют как выходную поверхность матрицы микроканалов.On the matrix of microchannels, an end surface is determined, which, when placing and operating a microchannel plate in a photoelectric device, must face the photocathode. This end surface of the microchannel array is defined as its input surface. Accordingly, the opposite end surface of the microchannel array, which, when placing and operating the microchannel plate in the photoelectric device, should face the anode (output signal receiver), is defined as the output surface of the microchannel array.
На входной и выходной поверхностях матрицы микроканалов известными способами формируют, соответственно, входной и выходной электроды. Входной и выходной электроды формируют в виде тонких металлических пленок, например, из хрома. При этом на входе и на выходе в микроканалы плёнки контактных электродов заглубляют на расстояние, равное от 0,2 до 3,0 диаметра микроканалов матрицы. Пленки входных электродов формируют, например, способом электронно-лучевого вакуумного напыления.The input and output electrodes are formed on the input and output surfaces of the microchannel array by known methods, respectively. The input and output electrodes are formed in the form of thin metal films, for example, from chromium. In this case, at the entrance and exit into the microchannels, the films of the contact electrodes are buried at a distance equal to from 0.2 to 3.0 of the diameter of the matrix microchannels. The films of the input electrodes are formed, for example, by the method of electron-beam vacuum deposition.
Далее поверх входного электрода формируют самонесущую пленку из полимерного материала, например, известным способом флотации. Next, a self-supporting film of polymeric material is formed over the input electrode, for example, by a known flotation method.
Затем в условиях вакуума на поверхность самонесущей пленки посредством электронно-лучевого метода осаждают частицы, распыляемые из массы графитсодержащего материала, например, мелкозернистого графита. Процесс осаждения проводят при температуре не более 50 °С. Толщину углеродного слоя, образующегося на самонесущей полимерной пленке, контролируют известными способами, например, при помощи кварцевого резонансного датчика. По окончании формирования углеродного слоя заданной толщины самонесущую полимерную пленку удаляют термическим разложением. В результате удаления самонесущей полимерной пленки сформированная из углерода пленка остается расположенной непосредственно поверх входного электрода и закрывает входы в микроканалы матрицы, образуя, таким образом, ионно-барьерную пленку.Then, under vacuum conditions, particles sprayed from a mass of graphite-containing material, for example, fine-grained graphite, are deposited on the surface of the self-supporting film by means of an electron-beam method. The deposition process is carried out at a temperature not exceeding 50 ° C. The thickness of the carbon layer formed on the self-supporting polymer film is monitored by known methods, for example, using a quartz resonance sensor. Upon completion of the formation of a carbon layer of a given thickness, the self-supporting polymer film is removed by thermal decomposition. By removing the self-supporting polymer film, the carbon-formed film remains located directly over the input electrode and closes the microchannel entries of the array, thereby forming an ion barrier film.
Изготовленные таким образом образцы микроканальной пластины используют в составе фотоэлектронных умножителей, электронно-оптических преобразователей и различных типов детекторах излучения. При вышеописанных преимуществах в сравнении с техническим решением ближайшего аналога, заявляемое техническое решение микроканальной пластины так же, как и техническое решение ближайшего аналога, позволяет обеспечить довольно высокое качество выходного сигнала и уровень усиления микроканальной пластины при её работе в фотоэлектронном приборе. В частности, в сравнении с микроканальными пластинами, содержащими ионно-барьерную пленку из Al2O3 или из SiO2, образцы микроканальных пластин, изготовленные в соответствии с заявленным техническим решением, при их использовании в электронно-оптических преобразователях, повысили общий контраст изображения на экране ЭОП на 8-12 %, а отношение сигнал/шум – на 3-5 %.The samples of the microchannel plate prepared in this way are used in the composition of photomultiplier tubes, electron-optical converters and various types of radiation detectors. With the above-described advantages in comparison with the technical solution of the closest analogue, the claimed technical solution of the microchannel plate, as well as the technical solution of the closest analogue, allows to provide a fairly high quality of the output signal and the level of amplification of the microchannel plate during its operation in a photoelectronic device. In particular, in comparison with microchannel plates containing an ion barrier film of Al 2 O 3 or SiO 2 , samples of microchannel plates made in accordance with the claimed technical solution, when used in image intensifiers, increased the overall image contrast by image intensifier screen by 8-12%, and the signal-to-noise ratio by 3-5%.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021110831A RU2758498C1 (en) | 2021-04-18 | 2021-04-18 | Microchanal plate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021110831A RU2758498C1 (en) | 2021-04-18 | 2021-04-18 | Microchanal plate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2758498C1 true RU2758498C1 (en) | 2021-10-29 |
Family
ID=78466556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021110831A RU2758498C1 (en) | 2021-04-18 | 2021-04-18 | Microchanal plate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2758498C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2795297C1 (en) * | 2022-09-05 | 2023-05-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Катод" | Method and device for workpiece etching |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100066245A1 (en) * | 2008-09-15 | 2010-03-18 | Jan Van Spijker | Ion barrier membrane for use in a vacuum tube using electron multiplying, an electron multiplying structure for use in a vacuum tube using electron multiplying as well as a vacuum tube using electron multiplying provided with such an electron multiplying structure |
| RU127248U1 (en) * | 2012-09-12 | 2013-04-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | ELECTRON-OPTICAL CONVERTER |
| RU2557078C2 (en) * | 2010-10-25 | 2015-07-20 | Фраунхофер-Гезелльшафт Цур Фердерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.Ф. | Electronic beam generator |
| CN108281344A (en) * | 2017-12-21 | 2018-07-13 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | A kind of high detection efficient, low noise microchannel plate and preparation method thereof |
| US20190066961A1 (en) * | 2017-08-30 | 2019-02-28 | Uchicago Argonne, Llc | Enhanced electron amplifier structure and method of fabricating the enhanced electron amplifier structure |
| RU2686065C1 (en) * | 2018-03-28 | 2019-04-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Катод" | Method of manufacturing an ion-barrier film on a microchannel plate |
| CN110010431A (en) * | 2019-04-08 | 2019-07-12 | 西安工业大学 | A kind of preparation method of the microchannel plate with ion feedback preventing film |
-
2021
- 2021-04-18 RU RU2021110831A patent/RU2758498C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100066245A1 (en) * | 2008-09-15 | 2010-03-18 | Jan Van Spijker | Ion barrier membrane for use in a vacuum tube using electron multiplying, an electron multiplying structure for use in a vacuum tube using electron multiplying as well as a vacuum tube using electron multiplying provided with such an electron multiplying structure |
| RU2557078C2 (en) * | 2010-10-25 | 2015-07-20 | Фраунхофер-Гезелльшафт Цур Фердерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.Ф. | Electronic beam generator |
| RU127248U1 (en) * | 2012-09-12 | 2013-04-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | ELECTRON-OPTICAL CONVERTER |
| US20190066961A1 (en) * | 2017-08-30 | 2019-02-28 | Uchicago Argonne, Llc | Enhanced electron amplifier structure and method of fabricating the enhanced electron amplifier structure |
| CN108281344A (en) * | 2017-12-21 | 2018-07-13 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | A kind of high detection efficient, low noise microchannel plate and preparation method thereof |
| RU2686065C1 (en) * | 2018-03-28 | 2019-04-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Катод" | Method of manufacturing an ion-barrier film on a microchannel plate |
| CN110010431A (en) * | 2019-04-08 | 2019-07-12 | 西安工业大学 | A kind of preparation method of the microchannel plate with ion feedback preventing film |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2795297C1 (en) * | 2022-09-05 | 2023-05-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Катод" | Method and device for workpiece etching |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5762749B2 (en) | An ionization gauge with a cold electron multiplier emission source | |
| US8052884B2 (en) | Method of fabricating microchannel plate devices with multiple emissive layers | |
| US7855493B2 (en) | Microchannel plate devices with multiple emissive layers | |
| JP6138686B2 (en) | Electron multiplier with nanodiamond layer | |
| US5680008A (en) | Compact low-noise dynodes incorporating semiconductor secondary electron emitting materials | |
| US5982094A (en) | Electron tube with polycrystalline diamond photocathode | |
| US20180247802A1 (en) | Microchannel plate and electron multiplier | |
| CN111613500B (en) | Preparation method of aluminum oxide ion feedback prevention film of microchannel plate | |
| US4639638A (en) | Photomultiplier dynode coating materials and process | |
| EP1098347A1 (en) | Photocathode | |
| RU2758498C1 (en) | Microchanal plate | |
| US10818484B2 (en) | Microchannel plate and electron multiplier tube with improved gain and suppressed deterioration | |
| RU2686065C1 (en) | Method of manufacturing an ion-barrier film on a microchannel plate | |
| JP7445098B1 (en) | electron tube | |
| JP3642664B2 (en) | Photocathode and electron tube having the same | |
| CN112420477B (en) | High-gain and low-luminescence ALD-MCP and preparation method and application thereof | |
| Pignatel et al. | Electron and ion beam effects in Auger electron spectroscopy on insulating materials | |
| US5619091A (en) | Diamond films treated with alkali-halides | |
| JP2007080799A (en) | Photo cathode and electron tube | |
| Sinor et al. | New frontiers in 21st century microchannel plate (MCP) technology: bulk conductive MCP-based image intensifiers | |
| Jeong | Electrical Characteristics of Flat Cesium Antimonide Photocathode Emitters in Panel Devices | |
| CN115692140B (en) | Microchannel plate for inhibiting snowflake point noise of low-light-level image intensifier and preparation method thereof | |
| Jiang et al. | Performance of Microchannel Plates with Al2O3 Ion Barrier Film after High-Temperature Degassing | |
| JPH11120899A (en) | Secondary electron discharge device and electron tube using the device | |
| Huran et al. | Electron Beam-plasma Vacuum Deposition of Very Thin Carbon Films: Photocathode Application |