CN107785227A - 一种低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板。该微通道板包括若干个平行通道组成的二维阵列，其中，二维阵列的上端面镀有输入电极层，二维阵列的下端面镀有输出电极层；其改进之处是：每个通道包括开设在输入电极层的输入口以及开设在输出电极层的输出口；输入口与通道上端连通，输出口与通道下端连通；输入口自上而下逐渐减小，从而形成的微通道板的通道开口面积大于90％；输入电极的表面覆盖有具有高二次电子发射系数的薄膜。本发明的微通道板微通道开口面积大，增加了电子进入通道的概率，提高了收集效率；电极表面覆盖的高二次电子发射材料薄膜能够减少落在电极表面的电子损失的概率，进一步提高了收集效率。
Description
技术领域
本发明属于微弱光电探测领域，具体涉及一种低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板。
背景技术
微通道板是一种能够将电子连续倍增的器件。一片微通道板由几百万个玻璃毛细通道以一定倾角排列组成，每个通道内壁具有良好的导电性能和二次电子发射性能，通道的两个端面镀有输入和输出电极。当在两电极间加上电压时，在通道内沿轴向建立起一个均匀电场，进入通道的电子在该电场作用下连续撞击通道内壁，产生二次电子，实现连续倍增。因高增益、快响应、优异的抗磁场性能，微通道板广泛应用于光电倍增管、像增强器等微弱光电探测、成像器件中。
传统微通道板的开口面积比为55％-75％，未进入通道的电子会在输入电极表面反弹后进入相邻通道，造成位敏型光电倍增管中不同阳极间信号串扰，像增强器图像模糊，影响其空间分辨；反弹的电子需运动一段时间后再进入通道，与直接进入的通道的电子相比产生的输出信号较晚，形成延迟脉冲，降低其时间分辨率。另外由于微通道板表面电极的二次电子发射系数较低，撞击至电极的电子被吸收而损失的概率较大，导致微通道板的收集效率受限于其开口面积比。
在申请号为201610856148.4的中国专利申请“高收集效率微通道板、微通道板型光电倍增管及制备方法”中，提出了在微通道板金属电极表面以及通道内壁表面覆盖具有高二次电子发射系数的薄膜来提高收集效率。此方法使得在微通道板电极表面产生的二次电子增多，增加了撞击在电极表面的电子被收集的概率，提高了收集效率。但是电极表面产生的电子仍然需要反弹后再进入通道(如图1所示，由于通道的开口面积较小，电子在电极表面反弹的概率较大且电子反弹的过程中进入的别的通道内几率也很大)，同样会造成串扰和延迟脉冲，且由于镀膜后电极表面反弹的二次电子比普通微通道板增多，导致该微通道板的串扰和延迟脉冲比普通微通道板大。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种低延迟脉冲、串扰、高收集效率的微通道板，该微通道板的微通道开口面积大，使得电子在电极表面反弹的概率小且电子反弹的过程中进入的别的通道内几率小避免了现有微通道板的串扰和延迟脉冲问题。
本发明的基本原理是：
该微通道板由若干平行通道组成的二维阵列，每个通道上下端面有输入和输出电极，通道内壁具有良好的导电性能和二次电子发射性能。输入电极的横截面面积由通道端面向上逐渐缩小，增大了通道开口面积，从而降低入射电子在输入电极上表面反弹的概率，降低串扰和延迟脉冲，同时提高了进入通道的电子的比例，提高了收集效率；电极的侧表面为倾斜平面或曲面，与通道形成倒锥台形状，以有效收集电极表面产生的电子；输入电极表面覆盖有具有高二次电子发射系数的薄膜，以提高落在电极上的电子被收集的概率，进一步提高收集效率。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供一种低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板，包括：
一种低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板，包括若干个平行通道组成的二维阵列，其中，二维阵列的上端面镀有输入电极层，二维阵列的下端面镀有输出电极层；通道内壁具有良好的导电性能和二次电子发射性能。
其改进之处是：每个通道包括开设在输入电极层的输入口以及开设在输出电极层的输出口；输入口与通道上端连通，输出口与通道下端连通；输入口自上而下逐渐减小，从而形成的微通道板的通道开口面积比大于90％。
具体来说，为有效收集输入电极表面产生的电子，本发明的输入口为倒锥台形状。
当倒锥台的母线为直线时，所述母线的斜率为0.25～5.5。
当倒锥台的母线为曲线时，所述母线的曲率为0.5E5～4E5。
另外，为了进一步提高落在输入电极上的电子被收集的概率，输入电极层表面覆盖有具有高二次电子发射系数的二次电子发射薄膜。
具体来说，二次电子发射薄膜为氧化铝或氧化镁或二氧化硅薄膜；二次电子发射薄膜厚度为1～200nm。
进一步的说，输入电极层和输出电极层的厚度均为通道直径的0.25～2倍。
本发明的有益效果是：
本发明通过将每个通道的输入口设置成倒锥台型从而增大微通道板的开口面积，降低电子在微通道板电极上表面反弹的几率，能够降低串扰和延迟脉冲，提高微通道板的空间和时间分辨能力；同时大开口面积提高了电子进入通道的概率，从而能够提高收集效率。此外，电极表面覆盖的具有高二次电子发射系数的二次电子发射薄膜能够进一步提高电子收集效率。
附图说明
图1为传统微通道板的结构简图；
图2是本发明的微通道板剖视示意图；
图3是图2的局部放大图；
图4是本发明的俯视示意图；
图5是普通微通道板光电倍增管的输出脉冲时间分布图；
图6是本发明所述微通道板光电倍增管的输出脉冲时间分布图。
附图标记如下：
1-通道，2-输入电极层，3-输出电极层，4-二次电子发射层，5-撞击至微通道板电极表面的电子轨迹，6-输入口。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，以下结合附图对发明作进一步清楚、完整的说明。
参见图2至图4，本发明所述的低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板包括由若干个平行通道1组成的二维阵列，二维阵列的两个端面镀有金属导电材料作为输入电极层2和输出电极层3。输入电极层2上设有通道的输入口6，输出电极层3上设有通道的输出口；输入口自上而下逐渐减小，可将微通道板的通道开口面积比增大到90％以上。传统微通道板的开口面积比为60％左右，输入电极为NiCr合金，光电子撞击电极产生二次电子的概率较小，产生的二次电子能够进入通道并被有效倍增的比例少，导致其收集效率一般不超过其开口面积比。
本发明提出的微通道板，开口面积可以达到90％以上，大大增加了电子进入通道的概率，从而提高了收集效率。同时由于输入电极表面覆盖了具有高二次电子发射层4，撞击到输入电极表面的光电子也有很大的概率产生二次电子；输入口为倒锥台形，锥台的母线为斜线或曲线，能够将电极表面产生的电子有效收集进入通道，提高了收集效率。由于产生的二次电子的出射角服从泊松分布，曲线比斜线能够更有效的将电子收集进入通道。在传统的微通道板中，由于电子在输入电极上表面反弹后进入通道，造成延迟脉冲；电子反弹进入其他通道，造成相邻通道之间的串扰。在本发明提出的微通道板中，将输入电极的表面面积由40％降低到10％以下，大大降低了电子在电极上表面反弹的概率，降低了延迟脉冲。大开口面积、倒锥台形的输入口设置将电子有效收集进入通道，降低了电子反弹进入相邻通道的概率，降低了串扰。
其中，所述平行通道具有良好的导电性能，当在输入和输出电极间加上电压时，通道内会沿轴向建立起一个均匀电场；
平行通道内壁具有良好的二次电子发射性能，电子撞击通道内壁后能够产生二次电子；
二次电子发射层优选为氧化铝或氧化镁或二氧化硅薄膜；二次电子发射层厚度为1～200nm；
输入电极和输出电极厚度为0.25～2倍通道直径。
将传统的普通微通道板和本发明所述微通道板应用于光电倍增管中，二者的输出脉冲时间分布模拟结果分别如图5和图6所示，对于普通微通道板，时间分布的主脉冲后有一个明显的延迟脉冲，且延迟脉冲的宽度远大于主脉冲，延迟脉冲的计数约占总计数的30％。对于本发明所述微通道板，主脉冲后没有延迟脉冲，也表明不会有由于电子反弹进入相邻通道引起的串扰。并且经过试验得出，图5中传统的普通微通道板对电子的收集效率为66.5％，图6中本发明所述微通道板对电子的收集效率为98.8％。
Claims (7)
1.一种低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板，包括若干个平行通道组成的二维阵列，其中，二维阵列的上端面镀有输入电极层，二维阵列的下端面镀有输出电极层；
其特征在于：每个通道包括开设在输入电极层的输入口以及开设在输出电极层的输出口；输入口与通道上端连通，输出口与通道下端连通；输入口自上而下逐渐减小，从而形成的微通道板的通道开口面积大于90％。
2.根据权利要求1所述的低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板，其特征在于：所述输入口为倒锥台形状。
3.根据权利要求2所述的低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板，其特征在于：当倒锥台的母线为直线时，所述母线的斜率为0.25～5.5。
4.根据权利要求2所述的低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板，其特征在于：当倒锥台的母线为曲线时，所述母线的曲率为0.5E5～4E5。
5.根据权利要求3或4所述的低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板，其特征在于：所述输入电极层表面以及若干个通道内壁均覆盖有具有高二次电子发射系数的二次电子发射薄膜。
6.根据权利要求5所述的低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板，其特征在于：二次电子发射薄膜为氧化铝或氧化镁或二氧化硅薄膜；二次电子发射薄膜厚度为1～200nm。
7.根据权利要求5所述的低延迟脉冲、低串扰、高收集效率微通道板，其特征在于：输入电极层和输出电极层的厚度均为通道直径的0.25～2倍。
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