基于阴极转移设备的光电倍增管的铟封方法及所制备的光电倍增管

摘要

本发明公开了一种基于阴极转移设备的光电倍增管的铟封方法，在完成阴极制备后，合理安排吸气剂除气与激活时间以及开关MCP挡板、升降MCP管芯的顺序，使得铟封工艺有明确的操作规范，并且获得了良好的真空度，提升了光电倍增管的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及光电倍增管领域，特别是光电倍增管制备过程中涉及到的铟封方法。

背景技术

光电倍增管是一种用途相当多的光敏元件，在对检测紫外、可见及红外范围内的电磁谱中的辐射能的应用中，光电倍增管是目前最灵敏的检测器。随着光电倍增管功能的提升，在光学物理、工业控制和空间探索等多个方面有越来越广泛的用途。

光电倍增管，作为一个高灵敏的检测器，能够在来自阴极的单个光电子脉冲这样微弱信号的情况下进行工作。即在一个给定的时间间隔里输出脉冲的计数提供了光撞击光电阴极速率的测量依据。

申请号为201611143807.6的专利中公开了一种用于制造光电倍增管的排气装置及操作方法，其给出一种排气装置，在光电倍增管光电阴极制作时，管芯位于光电倍增管外部，光电倍增管玻璃球壳与MCP组件是分离的，光电阴极制作完成后，再把MCP组件放入玻璃球壳内，并完成封接。这里的封接是光电倍增管制造的最后一道工序，主要是将完成阴极激活后的玻壳与MCP组件进行封接，具体方法是采用铟锡合金将玻壳中的上铟封盘和MCP组件中的下铟封盘连接在一起，进行密封封接。

但是上述发明中并未公开具体的操作细节，由于光电倍增管的真空度要求极高，按照上述发明的所提供的粗略的方法制备出的光电倍增管中会残留气体，导致光电倍增管若噪声较大且性能不稳定，则会严重影响光电倍增管的质量。光电倍增管中噪声的来源有相当多的部分是由于其内部残余气体较多，由于电子能量足够大，会使残余气体电离成正离子和电子，而电离出来的电子轰击光电倍增管中的倍增级产生的二次电子也被倍增，而正离子被管内电场加速而反馈到光电阴极，并从光电阴极轰击次级电子加入信号光电子行列，两者形成额外的暗电流，影响光电倍增管的性能。

因此铟封的合格率直接影响到光电倍增管的制管合格率，铟封失败将导致整个制管失败，造成极大浪费，铟封慢漏将影响光电倍增管的寿命，危害性更大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于阴极转移设备的光电倍增管的铟封方法，用于解决现有技术制备出的光电倍增管中存在残留气体较多的技术问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于阴极转移设备的光电倍增管的铟封方法，与钟罩适配的底座上表面固定有吸气剂，底座上还设置有可旋转的载物台，所述载物台上设置有玻壳，底座下方设置有阴极系统和MCP腔体，所述阴极系统上端设置有阴极组件，所述MCP腔体与底座之间设置有MCP挡板，所述MCP腔体上端设置有MCP管芯，所述MCP腔体与MCP管芯组成的MCP组件配备有吸气装置；当阴极制备完毕后，保持MCP组件的吸气装置处于工作状态，按照以下步骤顺序执行：

步骤一、对底座进行升温，检测底座的温度，当底座的温度达到300℃时，对吸气剂进行除气和激活；

步骤二、将阴极组件下降至底座下方的阴极系统中；

步骤三、在阴极组件下降的同时，打开MCP挡板，不断通过丝杠升降MCP管芯，直至MCP腔体的真空度稳定在10^-6Pa的量级；

步骤四、旋转载物台，将玻壳从阴极系统上方旋转至MCP腔体的上方，使得玻壳口正对MCP腔体口；

步骤五、MCP管芯使MCP管芯中的聚焦极进入玻壳内；

在不断上升MCP管芯的过程中，观察玻壳上的上铟封盘的铟锡合金的融化程度，若融化程度不够，则继续对钟罩进行升温，直到观察到上铟封盘的铟锡合金的融化程度正常，则停止对钟罩升温，此时降低MCP管芯的上升速度，直到MCP管芯到达玻壳内的指定位置后停止上升并完成密封封接。

有益效果：

本发明提供的基于阴极转移设备的光电倍增管的铟封方法，是针对申请号为201611143807.6的专利中提及的方案中涉及铟封步骤的改进，通过在底座上设置吸气剂，并合理安排吸气剂除气、激活时间以及开关MCP挡板和升降MCP管芯的顺序，使得光电倍增管的铟封工艺有明确操作规范且效果好，有助于提高光电倍增管的整体性能。

通过设置吸气剂，为光电倍增管提供了良好的环境，可消除封管后的老炼过程中出现的残余和重新释放的气体；且在光电倍增管的储存和工作期间维持一定真空度；有效保护阴极等敏感元件，降低光电倍增管的噪声。并且通过在监测底座的温度达到300℃后启动对吸气剂的除气和激活，使得吸气剂后续可以有效作用于光电倍增管中。

下降阴极组件的同时打开MCP挡板，由于MCP组件配备有吸气装置，打开MCP挡板后MCP组件所配备的吸气装置可作用到整个钟罩内，可提高设备整体真空度；并不断升降MCP管芯直到MCP腔体的真空度稳定在10^-6Pa的量级，使得丝杠运动产生的放气得以消除，避免将过多的残余气体留在玻壳中。

将玻壳转移到MCP腔体上方并对准MCP腔体口，可通过MCP组件所配备的吸气装置抽走遗留在玻壳内的残余气体。

综上，本方法突破性地从铟封工艺的角度使得光电倍增管内的残余气体减少，真空度提高，使得光电倍增管的整体性能得以提高，具体表现在阴极坪曲线比原先更优、前后脉冲比例从原先的7％左右下降到4％左右，噪声合格率从原先的80％左右提高到90％以上。

附图说明

图1为本发明的步骤；

图2为本发明的底座以及其上的相关部件的结构示意图；

图3为本发明在处于阴极制备结束时的简化示意图；

图4为本发明在阴极组件下降过程的简化示意图；

图5为本发明在玻壳转移至MCP腔体上方的简化示意图；

图6为本发明在MCP管芯上升过程的示意图；

图7为本发明在MCP管芯上升到位时的示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

本实施例基于利用201611143807.6专利中公开的排气台来制备光电倍增管，与本发明关键部位关系密切的部分的结构如图2所示。在底板1的上表面设置有吸气剂，底板1上设置有载物台2，所述载物台2有3个独立的工位用于分别支撑玻壳5，载物台2可以旋转使得玻壳5的位置可变。所述载物台位于底座的中心，由于吸气剂工作时需将吸气剂金属均匀地涂覆于玻壳内表面，因此，需要将吸气剂均匀摆放好，使得不同位置的玻壳均能有效作用到，所以将吸气剂分布在以载物台中心轴对应的底座上的点为圆心的同一个圆上，且位于以相邻两两玻壳中间所对应之处。

在底板1的下方分别设置有阴极系统和电子清刷系统，其中阴极系统的上方设置有阴极组件6，阴极系统能够将阴极组件6升到载物台2上的玻壳5内制作光电阴极，电子清刷系统上设置有由MCP管芯4和MCP腔体组成的MCP组件，且MCP组件配备有分子泵用于对MCP组件进行抽气，电子清刷系统能够通过丝杠运动将MCP管芯4升到载物台2上的玻壳5内进行封接。

如图3所示为光电倍增管在阴极制备过程中的与本发明相关的重要部件的示意图，钟罩下降与底板1配合密封，此时玻壳5置于底板1的载物台2上且玻壳5正对阴极系统，阴极组件6穿过底板1伸入玻壳5内，而MCP管芯4位于底板1的下方且通过闭合的MCP挡板3与钟罩隔离，其中分子泵始终处于工作状态。

当阴极制备完毕后，准备进行铟封。继续保持分子泵处于工作状态，按照以下步骤顺序执行：

步骤一、对底座1进行升温，检测底座1的温度，当底座1的温度达到300℃时，对吸气剂进行除气和激活，这里吸气剂选用蒸散型吸气剂，需要对吸气金属加热后蒸散出来形成吸气薄膜。

吸气剂的除气方法如下：以1A/分钟的速度增加吸气剂电流，直到5.5A，保持10分钟，除气结束；

此后对吸气剂的激活方法如下：继续以1A/分钟的速度增加吸气剂电流，直到9.0A，保持10分钟，激活完成；

步骤二、如图4所示，将阴极组件6下降至底座1下方的阴极系统中；

步骤三、在阴极组件6下降的同时，打开MCP挡板3，通过丝杠升降MCP管芯，丝杠在运动过程中释放出气体，分子泵不断对释放出的气体进行抽吸，此时观察真空规发现MCP组件的真空度出现不稳定性，继续保持MCP管芯的升降状态，一段时间后，大约为1～1.5小时的时间，MCP组件的真空度始终稳定在10^-6Pa的量级，表明丝杠内的气体已基本排放完毕，不会对真空度造成严重影响；

步骤四、如图5所示，旋转载物台2，将玻壳5从阴极系统上方旋转至MCP腔体的上方，使得玻壳口正对MCP腔体口，使得分子泵可以作用到玻壳5，对玻壳5内的残余气体进行进一步抽吸；

步骤五、如图6所示，观察真空规，当真空度稳定在10^-6Pa的量级时，上升MCP管芯4，通过在MCP观察窗口观察MCP管芯的聚焦极能否进入玻壳5，若不能，则手动转动载物台2调整位置使得聚焦极进入玻壳5。在不断上升MCP管芯4的过程中，观察玻壳5上的上铟封盘的化铟槽内的铟锡合金的融化程度，若融化程度不够，则继续对钟罩进行升温，直到观察到上铟封盘的铟锡合金的融化程度正常，则停止对钟罩升温，此时降低MCP管芯4的上升速度和扭矩为原先设定值的一半后继续上升，直到MCP管芯4到达玻壳5内的指定位置后停止上升并完成密封封接。

按照上述铟封工艺得到的光电倍增管的性能有明显提升，下表为对工艺改进前后所制备的光电倍增管部分性能的测试结果：

表1

从表1可以很明显看出，表示光电倍增管性能中的噪声不合格率以及前后脉冲不合格率这两个参数均有所提升，且提升效果明显，证明本发明的方法对制备性能优良的光电倍增管具有不可或缺的作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。