体积导电微通道板的结构设计与特性模拟

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1、南京理工大学硕士学位论文体积导电微通道板的结构设计与特性模拟姓名：谭昊申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：汪贵华20090622硕十论文体积导电微通道板的结构设计与特性模拟摘要对于传统的铅硅酸盐玻璃微通道板，为了使玻璃具有足够的电导率，必须进行氢热还原处理以产生表面导电层。但是导电薄膜层经受长时间的电子轰击后，发射和补充电子的能力会逐渐降低；更重要的是，氢还原中大量的氢残留在导电薄膜层表面，在电子轰击时被电离化而形成离子反馈，如果使用离子阻挡膜，又会使信号受到衰减，信噪比下降。而采用体积导电材料制备微通道板则可以克服这些缺点

2、，从而改变现有微通道板难以在增益，动态特性及噪声等方面同时得到改善的现状。本文主要研究这种体积导电微通道板。介绍了微通道板的原理、结构以及发展状况，分析了微通道的特性，论述了这种体积导电微通道板的优势、结构和特性。本文通过已有的微通道增益特性分析方法初步得到了用于体积导电微通道板的增益理论公式，并根据公式做出了增益与长径比的曲线；初步分析了体积导电玻璃的电流传递特性以及新的脉冲供电方式；分析了体积导电玻璃微通道板和传统微通道板的电场分布，阐述了体积导电玻璃能用于制造新型无离子反馈膜微通道板的原因并根据其XPS电子能谱曲线判定了它的

3、成分。关键词：微通道板，体积导电，增益，长径比，离子反馈声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：—』阻加。7年6月2多日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的

4、部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：—_二竭L2p97年占月j弓日硕士论文体积导电微通道板的结构设计与特性模拟1绪论微光夜视技术作为开拓人眼视觉的方法，自上个世纪六十年代以来发展非常迅速。新概念、新思想、新工艺和新技术的不断出现，推动着夜视器件与技术的发展。这期间，国外微光夜视技术的发展已经历了一代，二代和三代，并且进入了第四代。由于军用光电子技术的需求牵引，电子倍增器件得到了很快的发展，其中以微通道板(MCP—Microchannelplate)为典型代表。MCP的问世、应用和发展，促进了微光像

5、管和微光夜视技术的更新换代。首先实现了二代微通道像管的问世，并用倒像式和近贴式结构像管实现了替代一代三级面板藕合像管的变革，八十年代中期，美国已用二代微光夜视系统装备部队；相继高性能长寿命MCP问世后，立即引入到三代微光像管中，促进了三代微光成像系统性能的飞跃。到目前为止，利用半导体玻璃制作的体积导电微通道板已经成为研究的焦点。1．1研究背景和意义微通道板是一种二维连续电子倍增的器件，它是一个薄片状阻性通道板，两个端面为导电层，板内有成千上万个细长的通道，而在通道内壁涂有次级发射材料。当有电子进入通道后，撞击管壁产生二次电子，随后

6、这些二次电子在电场作用下不断加速与管壁撞击，从而产生更多的电子，这样电子就得到了倍增。传统的微通道板都是由铅硅酸盐玻璃制造的，为了使玻璃具有足够的电导率，必须进行氢热还原处理以产生表面导电层。氢热还原工艺可在微通道表面形成一层100A的单晶Pb或a．Pb的n型半导体的表面导电层，二次电子发射系数大于3，电阻在108．1010Q之间。由于像增强器正常工作期间经受长时间的电子轰击，这层导电薄膜会变得不稳定，在使用过程中会产生一系列的问题。首先就是导电薄膜层的发射和补充电子的能力随着工作时间的延长而逐渐降低，使MCP的效率下降。然后，更

7、重要的是，氢还原中大量的氢残留在导电薄膜层表面，在电子轰击时被电离化而形成J下离子进入通道，并沿电场反向迁移损坏NEA层，并有损光电阴极的光电发射特性。为了抑制离子反馈，必须在通道板电子输入端面上加离子阻挡膜，这种离子阻挡层通常是由非导电材料构成的，可有效地减小离子反馈，但它会散射或吸收由光电阻极发射的电子，这样将不可避免地使信号受到衰减，信噪比下降¨。如果采用体电导材料制备MCP，就没有必要进行氢热还原处理，也没有必要采用离子阻挡膜。美国的Litton电子一光学系统(EOS)公司和美军夜视及电子传感监理会在“21世纪微通道板(M

8、CP)技术新的开发前沿：体积导电MCP型像增强器"一文【2】中对微通道板的材料做出了如下评述：1绪论硕士论文“半导体硅材料的电阻率较低，无法加载电子增殖所需要的电场强度，因而不能使用。半导体磷酸盐玻璃已经成为制作体电导微通道板最有希望的材料，用该玻