抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器及其制备方法技术

一种抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器及其制备方法，包括：基材单元和类金刚石碳基薄膜，其中，基材单元上设有多个阵列的通孔；沿所述通孔周向设有隔离环，隔离环位于基材单元上下表面；类金刚石碳基薄膜形成于基材单元未被隔离环覆盖部分的表面。本发明专利技术提高了多层厚型气体电子倍增器的工作稳定性、极大提高了厚型气体电子倍增器增益的稳定性，有效拓展了多层厚型气体电子倍增器的应用范围。

Multilayer Thick Gas Electron Multiplier for Inhibiting Charging Effect and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器及其制备方法
本专利技术涉及微结构气体探测器领域，尤其涉及一种抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器及其制备方法。
技术介绍
厚型气体电子倍增器(ThickGasElectronMultiplier，简称THGEM)是2004年由R.Chechik等人专利技术的一种微结构气体探测器(MPGD)。单张THGEM膜装配成的探测器的增益就能达到104以上，THGEM还具有百微米量级的位置分辨能力和10纳秒量级的时间分辨能力。THGEM在高能物理实验中具有广泛的应用前景，已被考虑用于COMPASS实验和ALICE实验的切伦科夫环形成像探测器的升级。此外，THGEM还被考虑用于穿越辐射探测器中，以用于电子离子对撞机实验中的电子鉴别。由于单张THGEM膜装配成的探测器工作在高增益模式下时需要很高的工作电压，这种情况下容易发生打火放电现象从而降低探测器工作稳定性并减少其使用寿命。因而通常情况下THGEM探测器采用多张THGEM膜装配而成，这种多个THGEM级联的多级放大的工作模式降低了单个THGEM所需工作电压的同时提升了探测器总的有效增益。然而这样一来会使探测器整体的厚度和机械结构的复杂程度变大，雪崩产生的电荷在不同放大级之间传输时会有很大一部分电子损失掉。在稳定的粒子源连续照射条件下，探测器的增益会随着时间发生明显的变化。理论计算和实验结果表明造成这种增益的变化的原因是由于电子在孔内雪崩产生的次级电子和离子会吸附到绝缘基材表面，这些绝缘表面积累的电荷会改变电荷倍增区的电场，从而对探测器的有效增益造成影响，这种效应称为充电效应。由于这些积累的电荷很难泄放，因此随着探测器受辐照时间的增加，积累的电荷会不断增多，需要很长时间才能达到平衡使电场稳定，因此会导致探测器有效增益在很长一段时间内都会不断发生变化，增益随时间的稳定性很差。在几乎所有的应用中，增益稳定性都对于气体探测器至关重要，这主要体现在对探测效率和能量分辨率这两项指标的影响上，从而影响探测器性能。因此，改善或消除MTHGEM探测器中的充电效应有利于提高其性能表现从而扩展其应用范围，是目前MTHGEM探测器发展所需要解决的关键问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的之一在于提出一种抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器，其特征在于，包括：基材单元和类金刚石碳基薄膜，其中，基材单元上设有多个阵列的通孔；沿所述通孔周向设有隔离环，隔离环位于基材单元上下表面；类金刚石碳基薄膜形成于基材单元未被隔离环覆盖部分的表面；所述基材单元自上而下依次包括：顶部铜层、顶部PCB层、中部第一铜层、中部PCB层、中部第二铜层、底部PCB层和底部铜层；所述隔离环位于顶部铜层和底部铜层上。作为本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器的制备方法，包括以下步骤：制作基材单元；在所述基材单元上未被隔离环覆盖的部分沉积类金刚石碳基薄膜。作为本专利技术的又一个方面，提供了一种探测器，内含有所述的抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器，或者所述的制备方法获得的抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器。作为本专利技术的再一个方面，提供了一种所述探测器在高能物理实验中的应用。基于上述技术方案可知，本专利技术的抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器及其制备方法。相对于现有技术至少具有以下优势之一：1、本专利技术提高了多层厚型气体电子倍增器的工作稳定性本专利技术在多层厚型气体电子倍增器上沉积一层具有很高电阻率(面电阻率为0.5～2PΩ/□)但不绝缘的DLC薄膜的方法，能够有效地去除多层厚型气体电子倍增器工作时产生的充电效应，使得探测器的有效增益一直能够保持稳定，对提升探测器工作的稳定性具有重要的作用。2、本专利技术有效拓展了多层厚型气体电子倍增器的应用范围本专利技术能极大提高厚型气体电子倍增器增益的稳定性，应用在高能物理实验中时，探测器的能量刻度的精确度能显著提高，，从而提高探测器的能量分辨。此外，增益稳定性提高使探测效率等性能保持稳定，从而使MTHGEM能应用到对探测器性能要求更高的实验和应用中去。附图说明图1是本专利技术实施例中所述基材单元俯视图；图2是本专利技术实施例中所述基材单元剖面结构示意图；图3是本专利技术实施例中所述厚型气体电子倍增器剖面结构示意图；图4是本专利技术实施例中所述磁控溅射沉积设备示意图；图5是本专利技术实施例中制作多层厚型气体电子倍增器的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术公开了一种抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器，包括：基材单元和类金刚石碳基薄膜，其中，基材单元上设有多个阵列的通孔；沿所述通孔周向设有隔离环，隔离环位于基材单元上下表面；类金刚石碳基薄膜形成于基材单元未被隔离环覆盖部分的表面；所述基材单元包括铜层和PCB层；铜层包括顶部铜层、中部第一铜层、中部第二铜层和底部铜层；PCB层包括顶部PCB层、中部PCB层和底部PCB层；所述基材单元自上而下依次包括：顶部铜层、顶部PCB层、中部第一铜层、中部PCB层、中部第二铜层、底部PCB层和底部铜层；所述隔离环位于顶部铜层和底部铜层上。其中，所述多层厚型气体电子倍增器的顶部铜层和底部铜层电极间的电阻值为10～900GΩ；其中，基材单元的顶部铜层和底部铜层电极间的电阻值大于200TΩ；其中，所述DLC薄膜的面电阻率为0.5～2PΩ/□；例如为1PΩ/□。其中，所述通孔直径为0.3mm～1mm，间距为0.7mm～1.2mm。其中，所述DLC薄膜的厚度为0.5～1.5μm；例如为1μm。本专利技术还公开了一种所述的抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器的制备方法，包括以下步骤：制作基材单元；在所述基材单元上未被隔离环覆盖的部分沉积类金刚石碳基薄膜。其中，所述在基材单元上未被隔离环覆盖的部分沉积类金刚石碳基薄膜的步骤具体包括：S1：固定制作好的基材单元；S2：对磁控溅射设备抽真空；S3：在所述基材单元的上下两面沉积DLC薄膜。其中，所述步骤S3具体包括以下步骤：在待镀基材单元上施加400V的偏压，对基材单元表面进行等离子体轰击、刻蚀1-6分钟、例如为2分钟；调节基材单元上偏压为70V，石墨靶上电流设置为2-3.5A、例如为2.8A，溅射时间设置为100-140分钟、例如为120分钟，在基材单元的一面溅射沉积得到DLC薄膜；冷却20-60分钟、例如为40分钟后重复步骤S3在基材单元的另外一面溅射沉积得到DLC薄膜，形成上下两面沉积DLC薄膜的基材单元。其中，所述步骤S1具体包括以下步骤：S1.1：将所述基材单元样品使用鳄鱼夹固定在支架上；S1.2：将整个支架装到所述真空腔室内部的旋转轴上；S1.3：调整所述基材单元样品的位置，使其高度位于石墨靶的中部，所述石墨靶与所述基底样品的间距介于12cm至18cm之间，间距例如为15cm；其中，步骤S1之前对所述基材单元进行预处理使其清洁干燥。其中，步骤S1之前对磁控溅射设备的石墨靶材表面溅射清洗。本专利技术还公开了一种探测器，内含有所述的抑制充电效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器，其特征在于，包括：基材单元和类金刚石碳基薄膜，其中，基材单元上设有多个阵列的通孔；沿所述通孔周向设有隔离环，隔离环位于基材单元上下表面；类金刚石碳基薄膜形成于基材单元未被隔离环覆盖部分的表面；所述基材单元自上而下依次包括：顶部铜层、顶部PCB层、中部第一铜层、中部PCB层、中部第二铜层、底部PCB层和底部铜层；所述隔离环位于顶部铜层和底部铜层上。

【技术特征摘要】
1.一种抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器，其特征在于，包括：基材单元和类金刚石碳基薄膜，其中，基材单元上设有多个阵列的通孔；沿所述通孔周向设有隔离环，隔离环位于基材单元上下表面；类金刚石碳基薄膜形成于基材单元未被隔离环覆盖部分的表面；所述基材单元自上而下依次包括：顶部铜层、顶部PCB层、中部第一铜层、中部PCB层、中部第二铜层、底部PCB层和底部铜层；所述隔离环位于顶部铜层和底部铜层上。2.根据权利要求1所述的抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器，其特征在于，所述多层厚型气体电子倍增器的顶部铜层和底部铜层电极间的电阻值为10～900GΩ；作为优选，基材单元的顶部铜层和底部铜层电极间的电阻值大于200TΩ。3.根据权利要求1所述的抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器，其特征在于，所述DLC薄膜的面电阻率为0.5～2PΩ/□；作为优选，所述DLC薄膜的面电阻率为1PΩ/□。4.根据权利要求1所述的抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器，其特征在于，所述通孔直径为0.3mm～1mm，间距为0.7mm～1.2mm；所述DLC薄膜的厚度为0.5～1.5μm；作为优选，所述DLC薄膜的厚度为1μm。5.如权利要求1-4任一项所述的抑制充电效应的多层厚型气体电子倍增器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制作基材单元；在所述基材单元上未被隔离环覆盖的部分沉积类金刚石碳基薄膜。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述在基材单元上未被隔离环覆盖的部分沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：周意，宋国锋，尚伦霖，张广安，鲁志斌，吕游，刘建北，张志永，邵明，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34