[发明专利]超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法

说明书

本发明提供一种超大长径比微通道板通道内壁制备功能膜层的方法，通过提供新型设计的沉积用反应腔，结合充分扩散的工艺，在超大长径比微通道板基底内壁沉积厚度均匀的具有高二次电子发射系数、高介电常数的单一功能膜层或者复合功能膜层以提升微通道板增益性能的同时，提高微通道板电荷存储能力，以此提高微通道板在瞬态电子成像与探测系统中应用时的动态范围。

技术领域

本发明涉及微通道板技术领域，具体而言涉及一种超大长径比MCP通道内壁制备功能膜层的方法。

背景技术

微通道板(Microchannel Plate,MCP)是由许多(10⁴～10⁷)个通道电子倍增器(Channeltron electron multiplier,CEM)组成的结构紧凑的两维阵列，具有体积小、重量轻、增益高、噪声低、均匀性好、空间分辨率高、时间响应快等优点，广泛应用于夜视技术、空间技术、光学仪器、光电子学仪器、辐射探测仪器等多种领域，是一种非常重要的二维电子倍增器件。

原子层沉积是一种特殊的化学气相沉积方法，通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应腔并在基底上化学吸附并反应而形成沉积膜，其反应属于自限制性反应，即当一种前驱体与另一种前驱体反应达到饱和时，反应自动终止。原子层生长的自限制性特点使其制备的薄膜具有厚度精确可控、表面均匀性好、保形性优等特点，目前在科研以及商业生产上得到了广泛的应用。此技术可在高深宽比沟槽以及通道内沉积膜层，为微通道板的性能提高带来一定的可能。

将ALD技术应用于微通道板中，国内外均以开展了一些相关的研究，例如美国的相关研究机构联合研究的不同于传统MCP生产流程的电阻层+发射层制作方法，电阻层材料体系包括Mo/Al₂O₃掺杂、W/Al₂O₃掺杂，其公开的相关专利包括：US 2013/0193831《Microchannel Plate devices with tunable conductive films》；中国科学院西安光学精密机械研究所也进行相关的一系列研究，基于微通道板制作电阻层以取消现有微通道板生产工艺中的氢还原工艺，已经公开相关专利包括：201910068958.7《微通道板及在微通道板内壁制备Cu掺杂Al₂O₃高阻薄膜的方法》、201810791167.2《一种微通道板及在微通道板内壁制备Ni掺杂Al₂O₃高阻薄膜的方法》。北方夜视技术股份有限公司在此方面也开展了相关的研究，首先是电阻层+发射层方案的研究，在研究过程中发现，电阻层技术所显示出来的基底固定图案噪声问题，无法用于成像级微通道板中。因此将原子层沉积技术应用于MCP的制作中，在MCP通道内壁沉积一层具有高二次电子发射系数的氧化铝(Al₂O₃)材料来增强MCP发射层的性能，以此来提升微通道板的增益，相关研究成果以论文形式发表：丛晓庆,邱祥彪,孙建宁,et al.原子层沉积法制备微通道板发射层的性能[J].红外与激光工程,2016,002(6)。

在常规微通道板中，其长径比范围基本上在30～60之间，使用标准ALD设备，经过一定的工艺优化，能够在微通道板表面以及内壁表面膜层厚度的均匀性达到±1％以内。然而，在特殊领域中使用的具有超大长径比的微通道板通道内沉积均匀膜层难度非常大，膜层厚度均匀性无法达到要求将会极大的影响微通道板增益的均匀性与稳定性，同时还会影响微通道板的使用寿命。例如在瞬态电子成像与探测系统中，对微通道板动态范围要求比较高，微通道板的饱和效应的研究表明，在这方面应用领域，需要使用具有更大长径比的微通道板。