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微通道板(MCP)的介绍

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主要介绍微通道板(Microchannel Plate,MCP)的原理与结构等内容

    1. 微通道板结构

    2. 微通道板工作原理

    3. 微通道板参数

    4. 微通道板制作工艺

    5. 微通道板应用


微通道板结构


微通道板是一种具有电子倍增功能的真空电子器件,主要由数百万到数千万的直径从4 mm到25 µm的超薄导电玻璃毛细管组成,毛细管的长度在0.20 mm到1.0 mm之间,通过将他们组合在一起,切成薄板的形状,形成微通道板。



微通道板工作原理


微通道板是利用固体的二次电子发射特性来工作的,每个通道的内壁都有特定的二次电子发射材料,当电子或粒子进入通道时,产生的二次电子可以从通道壁发射出来。然后这些电子通过施加在MCP两端的电场加速,并沿抛物线轨迹运动并撞击相反的壁,通过这种方式进一步产生二次电子。这个过程沿着通道重复多次,最后从输出端释放出大量电子。



微通道板参数


1. 厚度:


MCP的厚度几乎和通道的长度一致。通道长度(L)和通道直径(d)的比值可以用α(α=L/d)表示。其中MCP的增益是由α和微通道壁材料的二次电子发射系数决定。所以如果是相同材料和相同α值制成的MCP,不管尺寸相差有多大,它们的增益都是相同的。标准MCP的α值在40到60之间。因此,MCP厚度可以随通道直径变化,一般是通道直径的40到60倍。太薄的微通道板由于机械强度比较低,容易出现损坏。


微通道板的厚度同时也会影响噪声水平,一般来说,随着厚度的增加,电子在内部的行程也会增加,并且碰撞的次数也会有一个明显的提升。由于每一次碰撞产生的二次电子数是不确定的,并且每一次碰撞都会产生一定的噪声,那么,碰撞的次数越多,产生的噪声越大。


2. 开口率(OAR):

OAR表示MCP的总面积与有效倍增通道面积的比值。一般的开口率为60%,理想的开口率是越大越好,可以使更多电子进入倍增通道。因此,特殊客户定制的MCP可以通过控制蚀刻玻璃通道壁,使输入侧的开口率达到70%到80%。



3. 偏角:


偏角是指微通道的中心轴线和MCP表面法线的角度。这个角度主要和以下因素有关:探测效率、防止入射粒子通过通道、离子阱效应、两个或多个MCP堆叠时的空间分辨率。一般最佳的角度在5°~15°。



4. 电极:


MCP的电极是通过在输入和输出端面蒸镀镍基合金或镍铬来形成电极。由于这些电极分布在MCP表面两侧,所以跨表面电阻在100 Ω到200 Ω。在制作电极时,同时也会在每个通道中形成一部分电极,通道中电极的深度一般为通道直径(d)的0.5到3.0倍之间。由于在通道中的电极会影响输出电子的角度和能量的分布,所以在空间分辨率比较重要的图像增强器中,电极的深度可能会更深,以便于准直输出电子。


微通道板制作工艺






微通道板的应用



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