多气隙阻性井型探测器、放大单元、基材及制备方法技术

本公开提供一种多气隙阻性井型探测器、放大单元、基材及制备方法，该多气隙阻性井型探测器放大单元由下至上依次包括：底部DLC层、底部Apical层、Prepreg层、中部DLC层、顶部Apical层以及顶部DLC层；其中，该放大单元的上表面上形成有多个起始于顶部DLC层的上表面，终止于中部DLC层的上表面的井型孔。本公开提供的多气隙阻性井型探测器、放大单元、基材及制备方法中的多气隙阻性井型探测器放大单元是一个整体，不再需要依靠工作时电极产生的静电力来把单元上下两部分吸在一起，因此，在探测器打火放电，工作电压改变时，放大单元也不会因为静电力的改变而造成井型结构的变化，因此能极大的提高探测器的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
多气隙阻性井型探测器、放大单元、基材及制备方法
本公开涉及微结构气体探测器
，尤其涉及一种多气隙阻性井型探测器、放大单元、基材及制备方法。
技术介绍
在当前的大型核与粒子物理实验中，粒子的飞行时间(Time-of-Flight，TOF)与位置是非常重要的物理参数。飞行时间测量是进行末态带电粒子鉴别的非常重要而常用的手段。对撞产生的高能末态粒子，高速飞过有限的距离，要求飞行时间探测器具有非常好的时间分辨能力，才能区分不同粒子之间速度上的差异，与动量测量相结合，从而实现粒子鉴别。精确的时间测量通常还是实验中的触发所需要的，同时还能用来有效压制本底计数。位置测量则是对粒子的径迹与对撞点进行重建的必要手段，在高能物理实验中不可或缺。同时具有好的时间分辨与位置分辨的探测器在很多实验中都有很强的需求。另一方面，随着对撞机的能量和亮度不断提高，对探测器的计数率能力提出了很高的要求(＞10kHz/mm2)，此外，随着实验规模的不断变大，还希望探测器具有较大的有效面积(～m2)以及较低的造价。因此，具有高计数率，高位置分辨，高时间分辨，可大面积制造的气体探测器是当前物理实验中一个非常迫切的需求。阻性镀膜技术的发展对新型探测器的研发提供了有力的技术支持。2015年，CERN的研究人员提出了多种利用微结构气体探测器来进行高精度时间测量的方法，这些用于高精度时间测量的微结构探测器被称为快时间响应微结构气体探测器(FTM-FastTimingMPGD)。多气隙阻性井型探测器(MRWELL-Multi-gapResistiveWELL)是FTM中的一种，其结构示如图1所示。该探测器的放大单元是一种全阻性井型结构，放大单元分为三层：上下两层为阻性电极，中间层为绝缘层，这种完全是阻性的井型结构加上一个漂移电极就能够形成一个单气隙的全阻性井型探测器。由于阻性材料对快信号透明的特性，这种单气隙的全阻性井型探测器进行叠加，可以制作成多气隙全阻性井型探测器。探测器的最下方是读出电极，读出信号是是每一个井型放大单元中雪崩电子运动在读出电极上产生的感应信号的总和。由于MRWELL的每个气隙都很窄，因此能够有效减小由原初电离位置的不确定性造成的时间晃动，提高时间分辨。此外，由于MRWELL探测器属于一种微结构气体探测器，故天生具有计数率能力高，位置分辨好的特点，因而在当前的高亮度物理实验，高计数率环境下的应用中具有非常大的应用前景。现有的MRWELL放大单元的制作流程是使用一面镀铜，另一面镀有阻性DLC(Diamond-likeCarbon，类金刚石碳)的APICAL(一种基于聚酰亚胺的材料)薄膜作为基材，通过刻蚀的方法制作出通孔，然后与双面镀有阻性DLC的APICAL薄膜组合形成井型放大单元。制作过程大致分为如图2所示几个步骤：1)在基材镀铜的一面进行刻蚀，把铜刻蚀出小孔阵列；2)对APICAL薄膜进行刻蚀：由于铜能够有效的阻挡化学溶液，只有在上层铜膜上有空的地方才能对APICAL进行刻蚀，因此刻蚀后在APICAL上会形成对应的孔阵列；3)将孔底部的悬浮着的DLC清除掉，形成通孔；4)移除基材顶部所有的铜；5)将基材倒扣过来，放置在一层双面镀有阻性DLC的APICAL上，形成井型结构。双面镀有阻性DLC的APICAL上和孔接触的阻性DLC作为井型结构的下层电极，而另外一面的阻性DLC将作为下一层放大结构的漂移电极。然而，在实现本公开的过程中，本申请专利技术人发现，利用现有技术的制作方法制作出来的MRWELL探测器放大单元主要存在两个缺点：1、为了优化DLC的电阻、内应力等基本性能，通常镀在APICAL上的阻性DLC厚度为100nm左右，这种厚度的DLC很容易被溶液渗透，因此DLC在APICAL刻蚀过程中，无法对APICAL进行有效保护。现有技术方案在刻蚀前，都会把基材上有DLC的一面放置在一块抗刻蚀的硬质底板上，并用抗刻蚀的胶带把基材的四周贴紧密封，以防止刻蚀液进入，如图3所示。由于APICAL刻蚀完成后，要将其取下进行进一步处理，因此刻蚀基材不能与底板完全粘上，其中间部分与底板是分离的。由于基材的中间部分与底板是分离的，因此在APICAL刻蚀的过程中，当刻蚀液达到APICAL基材的底部时，会渗透并穿过APICAL底部的DLC进入到基材与底板之间的缝隙当中。如图4所示，当缝隙中的刻蚀液积累得较多时，刻蚀液又会再次渗透穿过DLC并于孔壁附近APICAL相接触并对其进行刻蚀。这种刻蚀是不受控制的，会破坏孔结构并导致该区域无法正常工作。为了避免这种情况出现，在现有技术方案中需要特别精确的控制APICAL刻蚀的时间，使得溶液刚好刻蚀到APICAL底部并与DLC接触时停止刻蚀。但是由于刻蚀溶液本身浓度具有不均匀性，并且也会随时间变化，因此很难控制好刻蚀时间。2、放大单元的井型结构并不是一个真正的整体，而是将一个孔型结构扣合在DLC阻性层上，利用探测器工作时放大单元的上下DLC阻性电极所产生的静电力将两个部分吸在一起。当孔刻蚀得不好，或者探测器工作电压发生改变时，放大单元某些区域的上下两部分有可能脱离开来，导致探测器某些区域无法工作。由于以上提到的这些缺点，目前利用现有技术的制作方法制备出来的MRWELL探测器存在各种各样的问题，比如加不上高压，容易打火放电，加上高压却看不到信号等等。公开内容(一)要解决的技术问题基于上述技术问题，本公开提供一种多气隙阻性井型探测器、放大单元、基材及制备方法，以缓解现有技术的制作工艺中难以控制刻蚀时间，导致井型孔被刻蚀液破坏，并且放大单元某些区域的上下两部分有可能脱离开来，导致探测器某些区域无法工作的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供一种多气隙阻性井型探测器放大单元，其由下至上依次包括：底部DLC层；底部Apical层，所述底部DLC层镀在其下表面；Prepreg层，粘接在所述底部Apical层上；中部DLC层，粘接在所述Prepreg层上；顶部Apical层，所述中部DLC层镀在其下表面；以及顶部DLC层，镀接在所述顶部Apical层上；其中，该放大单元的上表面上形成有多个起始于所述顶部DLC层的上表面，终止于所述中部DLC层的上表面的井型孔。在本公开的一些实施例中，其中：所述底部Apical层和所述顶部Apical层的厚度均介于45μm至55μm之间；所述底部DLC层、所述中部DLC层和所述顶部DLC层的厚度均介于90nm至110nm之间。根据本公开的另一个方面，还提供一种多气隙阻性井型探测器放大单元的基材，用于制备本公开提供的多气隙阻性井型探测器放大单元，其由下至上依次包括：第一基材，其由下至上依次包括：铜层；DLC层，所述铜层镀接于其下表面；以及Apical层，所述DLC层镀接于其下表面；以及第二基材，其由下至上依次包括：底部铜层，其上用于设置接地或者接高压的线路和连接点；底部DLC层，所述底部铜层镀接在其下表面，该底部DLC层通过Prepreg层粘接在所述第一基材的所述Apical层的上表面上；Apical层，所述底部DLC层镀接在其下表面；顶部DLC层，镀接在所述Apical层上；以及顶部铜层，镀接于所述顶部DLC层上。在本公开的一些实施例中，其中：所述第一基材和所述第二基材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多气隙阻性井型探测器放大单元，其由下至上依次包括：底部DLC层；底部Apical层，所述底部DLC层镀在其下表面；Prepreg层，粘接在所述底部Apical层上；中部DLC层，粘接在所述Prepreg层上；顶部Apical层，所述中部DLC层镀在其下表面；以及顶部DLC层，镀接在所述顶部Apical层上；其中，该放大单元的上表面上形成有多个起始于所述顶部DLC层的上表面，终止于所述中部DLC层的上表面的井型孔。

【技术特征摘要】
1.一种多气隙阻性井型探测器放大单元，其由下至上依次包括：底部DLC层；底部Apical层，所述底部DLC层镀在其下表面；Prepreg层，粘接在所述底部Apical层上；中部DLC层，粘接在所述Prepreg层上；顶部Apical层，所述中部DLC层镀在其下表面；以及顶部DLC层，镀接在所述顶部Apical层上；其中，该放大单元的上表面上形成有多个起始于所述顶部DLC层的上表面，终止于所述中部DLC层的上表面的井型孔。2.根据权利要求1所述的多气隙阻性井型探测器放大单元，其中：所述底部Apical层和所述顶部Apical层的厚度均介于45μm至55μm之间；所述底部DLC层、所述中部DLC层和所述顶部DLC层的厚度均介于90nm至110nm之间。3.一种多气隙阻性井型探测器放大单元的基材，用于制备如权利要求1或权利要求2所述的多气隙阻性井型探测器放大单元，其由下至上依次包括：第一基材，其由下至上依次包括：铜层；DLC层，所述铜层镀接于其下表面；以及Apical层，所述DLC层镀接于其下表面；以及第二基材，其由下至上依次包括：底部铜层，其上用于设置接地或者接高压的线路和连接点；底部DLC层，所述底部铜层镀接在其下表面，该底部DLC层通过Prepreg层粘接在所述第一基材的所述Apical层的上表面上；Apical层，所述底部DLC层镀接在其下表面；顶部DLC层，镀接在所述Apical层上；以及顶部铜层，镀接于所述顶部DLC层上。4.根据权利要求3所述的多气隙阻性井型探测器放大单元的基材，其中：所述第一基材和所述第二基材中的所述Apical层的厚度均介于45μm至55μm之间；所述第一基材的所述DLC层以及所述第二基材中的所述底部DLC层和所述顶部DLC层的厚度均介于90nm至110nm之间；所述第一基材的所述铜层以及所述第二基材的所述顶部铜层的厚度均介于4μm至...

【专利技术属性】
技术研发人员：周意，吕游，尚伦霖，张广安，鲁志斌，刘建北，张志永，王旭，
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