近日，中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員朱香平課題組聯(lián)合松山湖材料實(shí)驗(yàn)室研制出新一代高性能微通道板（Microchannel Plate，MCP）。該微通道板以多組分無(wú)鉛玻璃作為基板材料，采用原子層沉積技術(shù)（Atomic Layer Deposition，ALD）制備功能層，相比與傳統(tǒng)商業(yè)化含鉛MCP，工藝過(guò)程無(wú)需氫還原，降低了傳統(tǒng)MCP中由于鉛還原層而產(chǎn)生氣體吸附以及K40同位素β衰減等引起的噪聲。新一代高性能MCP基板可以承受更高的烘烤溫度，降低了MCP器件的放氣量，延長(zhǎng)器件的使用壽命。此外，新一代高性能MCP技術(shù)能夠獨(dú)立精細(xì)調(diào)控體電阻，可滿(mǎn)足皮秒飛行時(shí)間測(cè)量等不同場(chǎng)景的應(yīng)用需求。聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研制的ALD-MCP樣品增益優(yōu)于5×10? (@1000V)，且體電阻可在20-200MΩ范圍內(nèi)精細(xì)可調(diào)。

圖1 ALD-MCP與傳統(tǒng)MCP結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 ALD-MCP制造流程

圖3 ALD-MCP小批量生產(chǎn)實(shí)物照片

圖4 原子層沉積功能薄膜的SEM圖

圖5 ALD-MCP M相循環(huán)百分比與體電阻

圖6 MCP增益特性曲線(xiàn)對(duì)比

圖7 MCP放氣量對(duì)比圖

圖8 ALD-MCP視場(chǎng)測(cè)試照片

微通道板是一種在單通道電子倍增器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的具有多通道連續(xù)倍增極結(jié)構(gòu)的電子倍增器件，因其獨(dú)特的增益、噪聲、空間分辨、時(shí)間分辨特性，成為光子、電子、離子探測(cè)和圖像增強(qiáng)/微弱光信號(hào)放大中的核心器件?？蒲腥藛T利用ALD技術(shù)在微通道內(nèi)壁沉積導(dǎo)電層和二次電子發(fā)射層功能材料，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)材料和功能材料的分離，避免了傳統(tǒng)鉛玻璃氫還原工藝中材料與性能相互牽扯的矛盾，基體材料可擴(kuò)展到硼硅酸鹽玻璃材料、高分子材料以及陶瓷材料等。該技術(shù)采用微電子工藝，工藝重復(fù)性高，產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，且可沉積更高二次電子發(fā)射系數(shù)材料，不含RoHS限制物質(zhì)，具有噪聲低、增益高、壽命長(zhǎng)、可實(shí)現(xiàn)更大面陣探測(cè)器件等優(yōu)點(diǎn)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）天體物理專(zhuān)家Anton Tremsin認(rèn)為，ALD技術(shù)帶來(lái)大面積、高可靠性、低成本、高增益、低噪聲的高性能MCP及光電探測(cè)器新發(fā)展，開(kāi)辟許多新應(yīng)用，包括性?xún)r(jià)比更高的正電子發(fā)射斷層掃描(PET)醫(yī)療成像相機(jī)、安檢、高能粒子、天體物理、核物理等領(lǐng)域的粒子探測(cè)器。此外，在激光雷達(dá)、微光夜視圖像增強(qiáng)器、SEM等分析儀器以及時(shí)間分辨熒光/拉曼光譜儀、門(mén)控選通激光3D成像等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用前景。

研究工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高品質(zhì)特種光電功能玻璃及制品開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目子課題“光纖制品及產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵制備技術(shù)”以及松山湖材料實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。