Al_(2)O_(3)/MgO复合膜层对微通道板性能的影响

摘要

目的大幅提高微通道板增益,延长寿命。方法采用原子层沉积技术(ALD)在微通道板(MCP)大长径比(40:1)通道内壁沉积Al_(2)O_(3)/MgO复合膜层材料,对通道内壁二次电子发射层进行增强,改善其二次电子发射特性。通过设计复合膜层结构,采用Al_(2)O_(3)膜层保护易潮解的MgO膜层,提高复合膜层的稳定性。研究MgO膜层沉积工艺,基于SEM检测,实现在大长径比通道内制备出厚度均匀(不均匀性为3.8%)的膜层。研究MgO膜层厚度、沉积温度对MCP增益以及双片叠加增益达到10~7时工作电压的影响,确定最佳的复合膜层制作工艺。结果通过采用20 cycles Al_(2)O_(3)膜层进行封装保护,使表面制备复合膜层MCP在氮气柜中可稳定存储14 d。试验MgO最佳的膜层沉积工艺:沉积温度为210℃,膜层厚度为50 cycles(6.1 nm)。优化的"三明治"型复合膜层结构Al_(2)O_(3)/MgO/Al_(2)O_(3),沉积循环次数分别为5/50/20。在550 V电压下,复合膜层的MCP增益较常规MCP提高了3.9倍,应用于微通道板型光电倍增管(MCP-PMT)中,工作电压从1880V降低至1740 V,同时能量分辨率与峰谷比性能得到提升,寿命达到10 C/cm^(2)以上。结论在MCP上制作Al_(2)O_(3)/MgO复合膜层材料,能够有效提高其增益,降低应用器件的工作电压,同时延长MCP寿命。采用Al_(2)O_(3)膜层进行封装保护,对于MgO材料应用于MCP等光电探测元器件有非常重要的作用,同时MgO材料的应用可拓展MCP在探测活性离子等方面的应用。