[发明专利]一种二次电子发射薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子材料与器件技术领域，涉及一种可用于电子倍增器的二次电子发射薄膜的制备方法。

背景技术

氧化镁（MgO）薄膜因为具有二次电子发射系数高、抗带电粒子轰击性能好及制备工艺简单等优点，目前被广泛应用于图像增强器、光电倍增管、电子倍增器、正交场放大器和等离子体显示器等器件中。在用于电子倍增器时，为了使器件获得长的使用寿命，二次电子发射薄膜必须能耐受较高功率电子流长时间的轰击，因此制备的MgO薄膜厚度需要达到几十纳米甚至一百纳米以上。但是，由于氧化镁是绝缘材料，较厚的MgO薄膜在电子流轰击下会产生表面荷电现象，这会使其二次电子发射系数快速降低并最终接近于1，从而影响薄膜二次电子发射的稳定性。这一问题限制了氧化镁薄膜在高性能电子倍增器中的应用。

为了避免较厚的MgO薄膜在电子流轰击下产生表面荷电，Henrich采用在MgO薄膜中掺入了一定比例的金以形成MgO/金属陶瓷薄膜，使薄膜的导电性得到增强，并且为了使这种薄膜能够具有接近于纯MgO薄膜的高二次电子发射系数，通过工艺处理在薄膜表面形成一层MgO含量很高的薄层（Appl.Phys.Lett.，1973，23（7）：7-8）。这种二次电子发射薄膜的具体制备方法是采用射频溅射法溅射MgO/Au复合靶在金属基底上制备MgO/Au金属陶瓷薄膜，然后用能量为500ev的Ar⁺对薄膜表面进行轰击处理，利用Ar⁺对金的溅射速率远高于对MgO的溅射速率从而在MgO/Au金属陶瓷薄膜表面形成一个具有高MgO含量的薄层。由于Au的掺入，这种MgO薄膜导电性得到了改善，使其在膜层较厚时仍能有效避免表面荷电，因而可以通过增加薄膜厚度以提高薄膜耐受较高功率电子流轰击的性能，并且因为在薄膜表面有MgO含量很高的薄层存在，此薄膜还具有较高的二次电子发射系数。将这种二次电子发射薄膜应用于电子倍增器时，可以使电子倍增器获得较高的增益和较长的使用寿命。

研究表明，尽管以上文献中报道的这种二次电子发射薄膜相对于纯氧化镁薄膜具有前述优点，但它也存在以下明显的不足之处：

（1）使用一个含有一定比例金成分的复合氧化镁靶制备二次电子发射薄膜，因此，在薄膜沉积过程中靶材内的氧化镁和金受到相同功率的Ar⁺溅射。由于Ar⁺对MgO和Au的溅射速率差异很大，造成沉积在基底上的薄膜中的Au含量发生变化，与靶材中的Au含量不一致；并且，Ar⁺对MgO和Au的溅射速率的差异大小还会随着溅射功率和工作气体压强等条件的改变而发生变化；此外，MgO和Au晶粒的生长、氧化镁结晶取向、薄膜中金的含量及金晶粒在薄膜中的分布与轰击靶材的Ar⁺的能量及两种材料各自的沉积速率有关。因此，这种成膜方法不能通过分别调控MgO和Au的溅射条件来得到合适的氧化镁和金晶粒尺寸、氧化镁结晶取向、金含量及金晶粒在薄膜中的分布，所以难以对制备工艺进行精细的优化以得到性能优异的二次电子发射薄膜。

（2）为了提高薄膜的二次电子发射系数，在薄膜沉积完成后，需要用较高能量（如500ev）的氩离子对其表面进行溅射处理，利用Ar⁺对MgO和Au的差异化溅射得到表面高MgO含量的薄层。但这种方法制备的薄膜表面MgO层的厚度难以精确控制，如果表面MgO层厚度过厚则会降低薄膜导电性，从而影响二次电子发射稳定性，如过薄则会降低薄膜的二次电子发射系数。并且，Ar⁺溅射处理会造成表层氧化镁晶粒的损伤，降低氧化镁的二次电子发射系数。特别是由于Ar⁺对各种金属与氧化镁的溅射速率的差异大小也各不相同，有些金属由于溅射速率较低或者与MgO有较强的结合力的原因与MgO的溅射速率差异不大，则无法使用这种方法制备表面高氧化镁含量的薄层，因此该方法对制备掺入不同金属材料的氧化镁薄膜的适用性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二次电子发射薄膜的制备方法，以克服上述现有技术的不足。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二次电子发射薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1）、采用溅射钛、镍、铬、金、银、铂中一种材料的靶材或由其中几种材料组成的复合靶材在金属基底上沉积缓冲层，其厚度为3-100nm；