小孔径微通道板电极性能研究

论文摘要

小孔径微通道板系指通道孔径小于或等于6μm、厚度低于0.32m m的微通道板（简称SP-MCP）,其电极性能将直接影响微通道板的增益和分辨率,进而影响含有这种微通道板的微光像增强器的亮度增益、调制传递函数（MTF）,并在某种程度上影响其信噪比和视场质量。加强对小孔径微通道板电极性能的研究,深入分析高性能电极的战术技术指标,指导工艺,可望为提高我国微光像增强器的信噪比、亮度增益、空间分辨率,进而提升我国微光像增强器的整体质量水平。采用理论和实验相结合的方法,站在高性能微光像增强器对微通道板电极的基本要求和高层次要求的高度上,分别对小孔径微通道板输入、输出电极一般技术要求和特定技术要求进行深入分析,重点研究:输入电极的材料、蒸镀工艺、厚度等参数对不同波段光的反射率的影响;电极表面电阻对成像均匀性的影响以及电极穿透输入通道内的深度对微通道板的增益的影响;在输入端通道内蒸镀高二次电子发射系数薄膜可提高微通道板的增益并改善其噪声因子;输出电极结构对微通道板的输出电子能量分布和增益的影响。提出探测超快速信号对微通道板输入、输出电极的特殊要求。结果表明:微通道板的输入电极的表面电阻越低越好,但其厚度适当,这将有利于探测快响应信号,改善在倒像管中可能存在的增益不均匀现象,而又不导致其它性能的降低;输入电极穿透通道内的深度越浅越好,这将有利于提高微通道板的增益,如在此基础上再蒸镀具有高而且稳定的二次电子发射系数材料,则可进一步提高其增益并能改善噪声因子;输入电极表面反射率对微光像增强器光子噪声有一定影响,特别是在较高照度条件下;微通道板输出电极穿透通道内的深度对其增益和输出电子的能量分布和角度分布均产生重要影响,进而影响微光像增强器的空间分辨率,这种影响往往是以牺牲一种指标来改善另一种指标为代价的,但也有新的技术途径使两者同时可以得到兼顾。最后,还对微通道板的MTF进行研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 微通道板的工作原理
• 1.2 微通道板的制作工艺
• 1.2.1 前道工序
• 1.2.1.1 材料制备工艺
• 1.2.1.2 拉丝工艺
• 1.2.1.3 真空熔压工艺
• 1.2.2 后道工序
• 1.2.2.1 切片工艺
• 1.2.2.2 抛光工艺
• 1.2.2.3 MCP腐蚀、氢还原、镀膜工艺
• 1.3 微通道板的电极的作用
• 1.4 小孔径微通道板蒸镀电极的基本要求
• 1.5 高性能微光像增强器对微通道板电极的特定要求
• 1.6 研究的背景和目的
• 1.7 对小孔径微通道板电极的质量要求及其判据
• 1.7.1 材料
• 1.7.2 电极尺寸、同心度、输入、输出电极穿透通道深度和电极电阻
• 1.7.3 其他疵病
• 1.7.3.1 电极溅痕
• 1.7.3.2 电极颗粒
• 1.7.3.3 电极翘皮
• 2. 输入电极研究
• 2.1 输入电极穿透通道内的深度对增益和噪声因子影响的研究
• 2.2 输入面电极反射率的研究
• 2.2.1 影响反射率的可能因素
• 2.2.2 不同的蒸镀方式导致反射率的变化
• 2.2.3 膜层厚度
• 2.2.4 开口面积比
• 2.2.5 输入电极穿透微通道板通道内深度
• 2.3 微通道板电极面电阻率对增益均匀性的影响
• 2.3.1 等效电路模型
• 2.3.2 微通道板面电阻率对电压分布进而对增益均匀性的影响
• 2.4 降低输入电极电阻的工艺探索（钨丝加热蒸镀工艺）
• 2.4.1 微通道板面电阻高的原因分析
• 2.4.2 改进措施
• 2.4.2.1 提高真空度
• 2.4.2.2 延长烘烤时间
• 2.4.2.3 加热子钨丝（包括 Ni-Cr丝）除气
• 2.4.2.4 蒸发源Ni-Cr丝量的问题
• 2.4.3 结果
• 2.4.4 进一步改进的方向
• 2.4.4.1 面电阻和膜层附着力问题
• 2.4.4.2 溅射点问题
• 3. 输出电极结构对输出电子能量分布和增益的影响
• 3.1 输出电极对性能的影响
• 3.2 输出电子能量分布（EDOE）对分辨率的影响
• 3.2.1 单通道电子倍增器电极结构对EDOE和增益的影响
• 3.2.1.1 普适曲线
• 3.2.1.2 内、外电极的比较
• 3.2.1.3 同时改进EDOE和增益的技术途径
• 3.3 电极结构对MCP的EDOE和增益的影响
• 3.3.1 普通 MCP
• 3.3.2 不同输出电极深度的影响
• 3.3.3 采用类似外输出电极结构
• 3.3.4 电极深度的变化对增益的实际影响
• 4. 微通道板调制传递函数研究
• 4.1 双近贴微光像增强器的调制传递函数及空间分辨率
• 4.2 MCP的MTF和分辨力
• 4.3 MCP发射电子模型和第二近贴分辨力
• 5. 结论
• 5.1 本论文的工作总结
• 5.2 有待进一步进行的工作
• 致谢
• 参考文献