ALD制备微通道板打拿极的均匀性研究

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微通道板(Microchannel plates,MCP)是一种具有高长径比结构的二维真空电子倍增器件,在微光像管、光电倍增管、摄像管、紫外辐射和X-射线探测器等领域有着广泛应用。传统MCP受制备工艺的影响,发射层二次电子发射系数低,导电层电阻率可调整范围小,容易出现增益提前饱和,限制了MCP的增益性能,且氢还原处理工艺带来的正离子反馈效应会严重缩短MCP的使用寿命。ALD技术具有自限性、厚度可精确控制和沉积温度低等优势,特别适合在高长径比的微通道内制作薄膜。通过ALD制得的薄膜平滑致密,表面粗糙度小,热、化学稳定性好,对改善通道内壁粗糙度、降低暗计数、提高增益和延长寿命有显著的效果。因此,采用ALD法制备薄膜对高性能MCP的研究有很重要的价值。本文研究了MCP表面羟基化的原理及方法,通过实验测试了各方法下MCP表面接触角大小,分析了各羟基化方法对MCP基体及Ni Cr电极的腐蚀情况,探究了食人鱼溶液温度及浸泡时间对MCP表面亲水性的影响。羟基化实验中发现,随着浸泡温度的增加,MCP表面水接触角先减小后增大,浸泡时间对MCP表面亲水性影响不大。通过ALD实验进行验证,发现经羟基化处理过的MCP上制得的薄膜均匀致密。通过理论计算了ALD制备单种薄膜达到饱和时所需的前驱体脉冲时间。采用ALD技术在MCP上制备了Al2O3薄膜、Zn O薄膜、Zn O/Al2O3(AZO)薄膜。研究了前驱体脉冲时间、子循环数对薄膜厚度、组分均匀性的影响。理论计算表明,当三甲基铝(TMA)、二乙基锌(DEZ)脉冲时间分别为132 ms、324 ms时,可制得均匀的Al2O3薄膜、Zn O薄膜。采用SEM和EDS对薄膜厚度、形貌进行了测试。测试结果表明,当TMA通气时间为20 ms时即可得到均匀的Al2O3薄膜,当DEZ通气时间≥320ms,可以得到均匀的Zn O薄膜。在DEZ通气时间为400 ms,TMA通气时间为480 ms时,可以在微通道内制备出厚度组分均匀的AZO复合薄膜。在不同子循环数下制得的薄膜,实际测得的厚度均比设计的100 nm小,证明AZO薄膜生长过程中存在腐蚀效应。Zn O的成核最少需要4个周期。子循环数越高,Al2O3和Zn O的接触层越少,腐蚀反应造成的影响越小,薄膜越厚。采用Solid Works软件建模,再经ANSYS软件对ALD沉积系统的温度分布情况进行了模拟,并通过实验对模拟结果进行了验证,研究了ALD系统沉积温度及分布情况对薄膜形貌、厚度、组分均匀性的影响。模拟结果及实验验证表明,当脉冲时间足够长时,200℃的沉积温度下制得的薄膜形貌、厚度、组分都均匀一致。
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