微通道板及其主要特征性能
第五章微通道板汇总
3、微通道板工作原理
电子倍增系数的大小和微通道板的厚度 （即微通道的长度），微通道内径，二 次级电子发射系数以及所用的电压有关， 一般可达 10 3 ～ 10 4 ，如果采用较高的 电压，把两块板串联起来，电子倍增系
微通道板（Microchannel Plate，MCP） 是一种大面阵的高空间分辨的电子倍增探测器 ，并具备非常高的时间分辨率。
主要用作高性能夜视像增强器，并广泛应用于 各科研领域。微通道板以玻璃薄片为基地，在 基片上以数微米到十几微米的空间周期以六角 形周期排布孔径比空间周期略小的微孔。一块 MCP上约有上百万微通道，二次电子可以通道 壁上碰撞倍增放大，工作原理与光电倍增管相 似。
4、微通道板种类
二代双近贴式像增强器的结构如图4所示。ＭＣＰ 近贴于光阴极和荧光屏之间，构成两个近贴空间， 因此又称为双近贴式像增强器。由于采用了双近贴 、均匀场，所以图像无畸变，放大率为１，不倒像 。同样，由于近贴，会出现光阴极、ＭＣＰ、荧光 屏三者之间的相互影响。
如光阴极和 ＭＣＰ之间的近贴，为了避免场致发 射，所加电压较低，因而光电子到达 ＭＣＰ的能 量也较低，这使近贴管的增益受到限制；又如光阴 极与荧光屏之间的空间很小，其光反馈比较严重， 这使其分辨力受到影响。
4、微通道板种类
图4 二代双近 贴式像增强器
结构示意图 １—光阴极； ２—微通道板； ３—荧光屏
倒像式微通道板像增强器，是在荧光屏前面 放置微通道板，能达到几万倍以上的光学增 益，而且不用再次倒像。
在平面阴极和平面荧光屏之间加微通道板的双 近贴式微光管没有倒像作用。通常采用 180° 扭转的纤维光学面板，把由物镜形成的倒立像 再颠倒过来，从而得到正立的图像。这类微光 管一般采用厚多碱光电阴极，以提高红光和近 红外区域的灵敏度采用灵敏度更高的Ⅲ-Ⅴ族负 电子亲和势光电阴极，即为第三代像增强管。 红外变像管通常采用对红外敏感的半透明银氧 铯光电阴极。
微通道反应器性能特点
微反应器其实就是一种连续流动的管式反应器。
它包括化工单位所需要的混合器、换热器、反应器控制器等。
微反应器有着极好的传热和传质能力，可以实现物料的瞬间均匀混合和的传热，因此许多在常规反应器中无法实现的反应都可以微反应器中实现。
1、微通道反应器的特点和常规的反应器相比微反应器有着许多优势，我们可以从以下的方法了解到。
（1）比表面积大，传递率高，接触时间短，副作用少：微通道特征尺度较小，约为5000—50000m2m，单位体面积上传热、传质能力有显著增强。
（2）快速、直接放大：传统放大过程存在着放大效应，通过增大生产设备的体积和规模达到放大的目的，过程耗时耗力，并且不能根据市场需求立即做出相应的反应，具有滞后性。
微反应系统呈多通道结构，每一个通道相当于一个独立的反应器，在扩大生产的时候不需要对反应器尺寸进行放大，只需并行增加微反应器数量，就是所谓的“数增放大”。
（3）安全性高：大量热量也可以及时移走，从而保证反应温度维持在设定范围内，极大地减少了发生事故的可能性。
（4）操作性好：微反应系统是呈模块结构的并行系统，具有较好的便携性，可以实现在产品使用地分散建设并就地生产、供货，真正实现将化工厂便携化，并且可以根据市场情况增减通道数和更换模块来调解生产，具有很高的操作弹性。
目前很多实验都可以适用于微通道反应器，但是也有一些反应不适用。
而且目前来说很难界定，因为每个反应的特性不同，但一般认为，现有的合成反应有20-30%可以通过微通道反应器进行技改。
同时利用微通道反应器，我们可以将大约20%-30%过去认为是危险的工艺流程进行实现。
也就是说目前来看有接近30-50%的化工工艺可以通过微通道反应器进行技改。
微通道反应器独特的结构给它带来了一系列的性能，故它被应用到许多领域中。
例如对于小规模的光化学过程，采用透明的微反应器可有利于薄流体层靠近辐射源。
目前微通道反应器在化工工艺过程的研究与开发中已经得到广泛的应用，商业化生产中的应用正日益增多。
硅微通道板芯片制造
硅微通道板芯片制造硅微通道板是一种用于数据处理的芯片，其特点是在芯片表面沿一个主轴或线状空间上建立一系列狭窄但连续的通道。
这种技术可以在任何尺寸芯片上运行，其功能是将一组信号分割成许多可加以处理的独立信号。
这种技术由于具有低成本、高灵活性和可缩小尺寸等优势，使其在许多领域取得了许多成果，如可编程逻辑器件、压力传感器、温度传感器、线性传感器、激光刻录机等。
硅微通道板的制造过程需要将量子状态的硅原料熔融之后塑料成形，然后把熔融状态的硅原料重新组合成纳米结构。
在成型过程中会产生一些缺点，这些缺点可能会影响最终的产品质量，比如会产生尘埃和气泡，这会导致芯片表面凹凸不平，短路电流等。
因此，在制造硅微通道板芯片时要采取加强检测和清洁技术等措施，来保证芯片的质量。
首先，在熔融硅原料时，要采取再造熔融技术，通过循环减少空气尘埃，以减少芯片表面的缺陷。
同时，在再造过程中，需要采取引入气体技术，及时处理表面气泡等问题，从而改善芯片表面状态。
其次，在制作芯片表面时，应使用精密的控制器，使硅芯片表面形成精细的微通道，从而改善导电性能和信号传输特性。
同时，需要采用换向技术，以保证通道列表的准确性，并确保芯片的连续性和晶胞的完整性。
最后，要用清洁和检测技术，以确保完整的纳米微通道的准确性。
要检查芯片的电气性能，这是芯片质量的重要指标之一。
此外，还应定期对芯片进行可靠性测试，以确保芯片能正确执行其工作任务。
综上所述，制造硅微通道板芯片需要采取多种技术手段，以保证芯片质量。
这些技术手段包括精密的熔融、控制、引入气体技术、换向技术、清洁技术以及检测技术等，都可以改善芯片的质量，保证芯片能够精确的执行其功能。
只有经过这些多道技术的改进，才能确保芯片的可靠性和长期使用性能。
微通道板介绍
This paper is a report on recent efforts to increase MCP dynamic range, by lowering MCP
background noise and by raising the MCP output count rate upper limit (Figure 1). In section 2, the most recent work in an ongoing program to produce MCPs with essentially zero intrinsic background noise is briefly discussed. In section 3, new results are presented on extending the MCP output count rate upper limit almost two orders of magnitude, to levels approaching 10'° cm2s' under continuous d.c. operation.
Low noise and conductively cooled microchannel plates
W.B. Feller
Galileo Electro-Optics Corporation Sturbridge, MA 01566
Abstract
Microchannel plate (MCP) dynamic range has recently been enhanced for both very low and very high input flux conditions. Improvements in MCP manufacturing technology reported earlier have led to MCPs with substantially reduced radioisotope levels, giving dramatically lower internal background counting rates. An update is given on the Galileo low noise MCP. Also, new results in increasing the MCP linear
微通道板光电倍增管 - 南京电子器件研究所
400-850
500-550 Ø35.5
29
光纤面板 Sb-K-Na-Cs Ø18
GDB-609
185-320
240
Ø47
25
石英
Te-Cs
Ø25
GDB-610
185-850
520
Ø70
石英
Sb-K-Na-Cs Ø45
3
4×4
2800
3
128×128
2600
3
单阳极
2700
GDB-611 300-1100
过压设置范围为 0～-3500V，并设有限流保护电路，稳定度高，纹波系数小。
技术参数
SZX-DY02 型高压稳压电源
输入电压 输出电压 输出电流 电压调整率 负载调整率 纹波系数 时间稳定性
交流 220V±10%，50Hz 0～-3000 连续可调 0～0.3mA ≦0.05% ≦0.1% ≦0.05% ≦0.1%
Ø10
1
单阳极
2000
GDB-618
400-850
500-550 Ø25
29
硼硅玻璃 Sb-K-Na-Cs Ø10
2
单阳极
2000
GDB-619
400-900
500-550 Ø55
24
光纤面板 Sb-K-Na-Cs Ø25
2
4×4
2000
阴极灵敏度
辐射灵敏度 光照灵敏度
mA/W
μA/lm
阳极灵敏度
辐射灵敏度 光照灵敏度
a ） 单阳极 MCP-PMT
技术参数
b） 多阳极 MCP-PMT
c） 门选通型 MCP-PMT
管型
光谱响应 峰值波长 范围（nm） （nm）
5第五章微通道板汇总
5第五章微通道板汇总微通道板（Microchannel Plate，简称MCP）是一种通过微细通道和电子增强器件结合起来的高效光电转换器件。
它具有高增益、高速度、低噪声和宽波长响应等优点，在光学成像、粒子探测和高能物理实验等领域得到广泛应用。
本文将对微通道板的工作原理、结构特点、制备工艺和应用进行总结。
微通道板的工作原理是通过光电子倍增效应将入射粒子或光子转化为电子，并通过微通道中连续的二次电子倍增产生输出信号。
其基本结构由微通道、电阻膜和法拉第阳极组成。
当入射光子或粒子通过微通道时，激发出的光电子经过电阻膜形成雾化电子，然后在微通道内不断碰撞产生二次电子，最终被法拉第阳极收集形成电子输出信号。
微通道板的优点之一是其高增益特性。
由于微通道板内部微通道的连续结构，入射光子或粒子激发的光电子可以不断地在微通道内碰撞产生二次电子，从而实现电子倍增的效果。
这使得微通道板的增益倍数高达数千倍，大大提高了光电转换的效率。
微通道板还具有高速度和低噪声的特点。
微通道板内的微通道结构可以快速传输电子，并且由于二次电子的连续产生，输出信号的响应速度非常快。
同时，微通道板的结构紧密，内部电子传输的距离较短，减小了噪声的干扰，提高了信号的清晰度。
微通道板的制备工艺主要包括电阻膜沉积、微通道腐蚀和阴极活化。
其中，电阻膜沉积是通过真空蒸发或溅射技术，在玻璃基片上制备一层电阻薄膜，用于形成雾化电子。
微通道腐蚀是通过化学蚀刻或离子刻蚀技术，在表面涂覆一层掩膜并进行图案化，然后使用腐蚀液将未被掩膜保护的部分腐蚀掉，形成微通道结构。
阴极活化是通过特殊工艺处理，在微通道板内部的通道表面引入加速电场，从而增强电子传输的能力。
微通道板的应用非常广泛。
在光学成像方面，微通道板可以用于高增益和低噪声的图像增强，提高低亮度成像的效果。
在粒子探测方面，微通道板可以将微观粒子的入射信号转化为易于检测的电子信号，提高了粒子探测的敏感度。
在高能物理实验中，微通道板可以作为粒子探测器件，用于观测高能事件和粒子轨迹的重建。
微通道板技术
微通道板技术
石云波;郭涛;刘俊
【期刊名称】《测试技术学报》
【年(卷),期】2004(018)0z3
【摘要】本文针对军用夜视仪中的关键部件微通道板,简述了微通道板的基本原理,讨论了微通道板传统加工工艺的优缺点,并结合MEMS技术的发展,说明了新型工艺在加工中的优势,最后阐述了目前我国微通道板与世界强国之间的差距.
【总页数】4页(P29-32)
【作者】石云波;郭涛;刘俊
【作者单位】国家教育部"仪器科学与动态测试"重点实验室,华北工学院电子科学与技术系,太原,030051;国家教育部"仪器科学与动态测试"重点实验室,华北工学院电子科学与技术系,太原,030051;国家教育部"仪器科学与动态测试"重点实验室,华北工学院电子科学与技术系,太原,030051
【正文语种】中文
【中图分类】E2
【相关文献】
1.微通道板SiO2防离子反馈膜技术研究 [J], 李野;田景全;姜德龙;向嵘;付申成;王国政;吴奎;王新;端木庆铎;富丽晨
2.提高微通道板对低能电子探测效率的技术途径 [J], 杨露萍;衡月昆;钱森;刘术林;黄明举;赵天池;闫保军;温凯乐;杨玉真;司曙光;黄国瑞
3.降低微通道板输入面电极反射率的技术途径 [J], 刘术林;匡蕾;孙建宁;贾永前;智
强;谭宇
4.微通道板打拿极导电层ALD制备技术研究进展 [J], 姜柱松;王国政
5.微通道板清洗技术 [J], 王益军;严诚;曾桂林
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
微通道水冷板介绍
微通道水冷技术的原理 微通道条件下流体高雷诺数下的强烈紊流，增强换热 效果。
微通道条件下流体热边界层变薄，近乎消失。
流体分子级别的与固体壁面的强烈撞击增强换热。
微通道水冷技术特性密度
热流密度大于100W/cm2时，一般只能采取水冷方式
技术创新 引领产业变革
—微通道水冷技术及应用
微通道水冷技术及应用
一、微通道水冷技术简介 二、微通道水冷解决方案 三、设计难点及建议
一、微通道水冷技术简介
微通道水冷技术
是一种利用微尺度条 件下流体固体表面强 烈的对流换热效应的 冷却技术。
液体流道<1mm
微通道换热效果是普通水冷的几十倍
谢谢！
谢 谢 ！
微肋水冷板
超强的换热效果，高热流密 度的针对性优化。
微通道换热器
配合高性能纯铜 扁管120mm换热器， 有效解决散热问题
三、设计难点及建议
难点：
发热芯片与安装孔之间距离较近。
1、微通道的尺寸受到限制，仅限 于芯片上方区域； 2、密封方式限定于焊接方式，无 法采用成本较低的橡胶圈螺钉紧固的密 封方式； 3、流道空间较小。
建议增大芯片与安装孔之间距离。
系统构成及成本估算 系统构成：
水冷板、铜盖壳子、背板、水箱换热器、水泵及橡胶管
成本估算：
1、单个样本成本为：7000元 2、批量（200个/批）材料及加工成本：1300元 组装、运输成本：300元 税费及其他：400元 3、批量（200个/批）模具费：8～10万元 材料及加工成本：900元 组装、运输成本：300元 税费及其他：350元
较小的水冷板体积
较轻的水冷板重量
微通道水冷技术
液滴状微针肋
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文章编号:1002-2082(2004)05-0025-05微通道板及其主要特征性能潘京生(北方夜视技术股份有限公司南京分公司,江苏南京 210006)摘 要: 简要描述了微通道板的工作原理,介绍了微通道板的主要特征性能及其工作参数,包括厚度、开口面积比、增益及增益均匀性、动态范围、噪声、工作寿命和空间分辨率等,阐述了这些特征性能和参数彼此间的相互关联和相互制约的特殊关系。
在此基础上,对影响和制约微通道板名个特征性能和参数的特殊关系及因素作了详细分析。
这项工作对进一步认识和协调处理微通道板的各种特征性能和参数有着非常积极的作用。
关键词: 微通道板;增益;噪声因子;像增强器中图分类号:TN223 文献标识码:AMicrochannel Plates And Its Main CharacteristicsPAN Jing-sheng(No r th Night V isio n Techno log y Ltd.Co.,N anjing Branch,Na njing210006,China)Abstract:The w o rking principle o f micro channel pla te(M CP)is described briefly.The main perfo rma nce char acteristics and its wo r king para meters ar e int roduced,including thickness,open a rea ra tio,gain unifo rmity,dy namic r ang e,w o rking life a nd r eso lution e tc.Th e r elationship betw een these perfo rmances characte ristics a nd par ameter s is pr esented.On the basis o f the presentation mentio ned a bov e,a specific rela tio nship a nd facto rs,which a ffec t pa rame ters,is analysed.T he fur the r under sta nding and pro cessing o f the relatio nship betw een M CP'S main cha racteristic perfo r ma nces and pa rameter s ar e mor e sig nificant for the M C P's pro ductio n a nd application.Keywords:M CP;g ain;noise fig ure;imag e intensifier引言微通道板是于20世纪60年代末开发成功的一种简单紧凑的电子倍增器件,可以探测带荷粒子、电子、X射线和UV光子,具有低功耗、自饱和、高速探测和低噪声等优点,并以多种形式应用于各类探测器中。
微通道板的形状如一聚集了上百万个细微的平行空心玻璃管的薄圆片,每一空心管通道的作用犹如一个连续的打拿极倍增器,薄片两端面镀有镍铬金属薄膜。
外环为一圈镀有镍铬金属薄膜但没有通道的实体边,用于提供良好的端面接触以便施加电压。
微通道板必须工作于真空环境中,因其工作机理是利用通道内表层产生二次电子,在薄片两面加上电压。
当电子或其它粒子以一定能量撞击低电势输入面的通道内壁时产生二次电子,二次电子在场强的作用下沿着通道加速前进。
重复多次碰撞过程,最后在高电势的输出端面产生大量的电子,这个过程被形象地比喻为“电子雪崩”,如图1所图1 微通道板工作原理示意图Fig.1 Schematic diagram of work ing principle f or MCP 示。
这个倍增器件的增益取决于施加的电压值、长径比和通道内壁材料的二次电子发射特性。
通过收稿日期:2003-04-18; 修回日期:2003-08-10作者简介:潘京生(1965-),男,北京人,高级工程师,主要从事微通道板和光纤倒像器的设计开发和制作工作。
·25· y yg x205901@sina.co m 应用光学 J.Applied O ptics Sept.2004,25(5):25-29 调节微通道板端面间的电压,可以控制这个倍增器的增益。
由于增益取决于长径比而非通道的绝对尺寸,所以微通道板的尺寸及孔径可以做得很小而不改变其基本性能。
在提供信号倍增的同时,还可以获得良好的空间分辨能力。
因此,微通道板主要应用于微光像增强器。
微通道板的工作特性取决于它的增益和噪声因子以及空间分辨能力。
微通道板的几个主要特性参数在相应工作条件下相互影响并相互制约着。
巧妙处理这些参数即可达到所要求的工作效果。
1 厚度微通道板的厚度取决于通道直径。
通常情况下,长径比L /d c (L 为微通道板厚度即通道长度,d c 为通道直径)在40～55之间。
微通道板增益与微通道板的长径比在不同电压条件下的对应关系如图2所示。
由图可见,要获得最大增益,要求微通道板厚度满足最佳长径比。
微通道板的厚度薄到一度程度会严重降低其机械强度,操作处理时极易损坏,并且增加了制造难度,所以应在权衡工艺制造难度的同时,尽量选择相对合适的长径比参数,使之接近于最佳长径比,以获得相对较为满意的微通道板增益。
图2 微通道板增益与通道长径比的对应关系Fig .2 C orrespondence relationship of gain and lengthdiameter ratio of microchannel plates 另外,微通道板的通道与微通道板两端面的垂直轴线存在一定的角度,这个角度称为微通道板的斜切角,通常的斜切角为5°,8°和12°。
斜切角可以增加入射电子撞击通道内表面的几率,减少离子反馈,还可以避免作为输出窗口荧光屏上的光线直接反射到输入端的光阴极面上。
2 开口面积比开口面积比为微通道板工作区的通道开口面积与整个工作区面积之比。
开口面积比决定微通道板的探测效率,并在一定程度上影响微通道板的噪声因子。
微通道板的开口面积比可用下式计算:OAR =0.907(d c /P )2式中,OAR 为开口面积比;d c 为通道直径;P 为通道中心距(大的开口面积比可获得大的入射效率,从而提高探测效率)。
但若完全考虑追求大的开口面积比参数,会给微通道板的工艺制造带来非常大的困难。
通常微通道板的开口面积比为58%～63%。
但也有将微通道板输入面的通道口处理成漏斗状,使开口面积比达到70%甚至80%的。
美国的Galileo 公司曾进行过这方面的工作,但由于工艺难度大,这项技术没有进入实质性应用。
微通道板的实际探测效率比其开口面积比约高出20%。
这是由于撞击在非开口区域的电子受场强作用将有很大部分再进入相邻通道。
但是三代像增强器由于使用的是有离子阻挡层的微通道板,使微通道板探测效率有所降低。
3 增益微通道板的增益主要取决于微通道板输入面与输出面的电势差和微通道板的输入电流密度。
通过增加施加于微通道板端面间的电势差及通道内电子的撞击能量,可以获得更多的二次电子,从而使微通道获得更大的增益。
由于微通道板特殊的制造过程,使得通道内部通常吸附着大量残余气体:如H 2,H 2O ,CO 2和NO 2等。
在实际应用中,微通道板首先要经过烘烤排气和一定剂量的电子清刷等处理。
电子冲刷过程将降低微通道板通道内壁工作面的二次电子发射能力,从而降低微通道板的增益。
经过清刷处理之·26·应用光学 2004,25(5) 潘京生:微通道板及其主要特征性能后,仍然还会有一定量的气体分子残留下来。
一些吸附在靠近通道出射端的残余气体,在电场或电子撞击作用下,产生电离或脱附。
反馈离子可降低光阴极的量子转换效率。
这些反馈离子在通道内反向加速并在撞击邻近入射端的通道壁时还会产生额外的电子增益,形成背景噪声。
离子反馈的发生取决于残余气体压力和电子密度。
有外来污染物的微通道板还有可能产生自发射。
为了尽量降低微通道板产生的背景噪声,微通道板最大工作电压不得超过1000V,通常推荐的最佳工作电压为700V 。
在单通道电子倍增探测器中,离子反馈被倍增器件的弯曲螺旋形状所阻止,所有离子只能在一个很短的行程内运动并撞击通道壁。
由于缺乏足够的撞击能量,因而反馈离子不能产生二次电子。
因此,单通道电子倍增器在不受到空间电荷效应限制的情况下,其增益可达到108。
弯曲通道微通道板的设计由此得到启发,弯曲通道的微通道板可以获得106的增益并可有效抑制离子反馈和由此引发额外增益而产生的背景噪声。
因此,虽然弯曲通道微通道板应用效果非常不错,但是其制造工艺难于控制,至今仍然无法转化为批量生产和应用。
为了在不增加噪声的前提下获得更高的增益,通常采用两片微通道板的“V ”型叠加或三片微通道板“Z ”型叠加方法,如图3所示。
“V ”型叠加微通道板组件工作电压范围为1000V ～1800V ,可获得的增益为106～107,输出噪声暗点数可维持在一个相对满意的范围。
“Z ”型叠加微通道板组件工作电压范围为1500V ～2700V ,可以获得107～108的增益并且维持良好的信噪比,但是,这两种叠加方式都将损失探测器件的空间分辨率。
入射电子的撞击能量和开口面积比与增益也有着很大关系。
有效提高第一次电子撞击通道内壁概率及第一次撞击的二次电子产额将大大提高倍增器件的增益。
在三代像增强器中,为了保护Ⅲ-Ⅴ族负电子亲和势的半导体光阴极不受反馈离子的损害,在微通道板的输入面镀有一层厚度为3～5nm 的多孔状氧化铝膜,用于阻止能量低于200eV 的电子穿越,以此来阻止正离子从通道反馈而出(但这并不能阻止反馈离子在反馈过程中撞击内壁产生额外电子增益而形成的背景噪声)。
这不仅降低了微通道板的探测效果,还减小了入射电子的撞击能量,因此也在一定程度上降低了微通道板的增益。
图3 微通道板电压与增益的对比关系Fig .3 Voltage versus gain of MCP 微通道板的输入电流密度对增益也有很大影响。
当工作电压低于700V 时,微通道板的增益即输出电流密度随工作电压增加而成比例增加,此时输入电流密度对增益没有影响。
工作电压超过700V 时,微通道板的增益在一定范围内随着输入电流密度的增加而成比例增加,但当输出电流密度超过输入电流密度的5%后,输出电流密度将不再随之成比例增加,这就是微通道板的“自饱和现象”。