多层结构电容阳极及其制备方法、位敏阳极探测器技术

本发明专利技术公开了一种多层结构电容阳极及其制备方法、位敏阳极探测器，以解决电容阳极的电荷收集效率低且结构稳定性差的问题。具体包括底层电介质和设置在底层电介质上方的镜像电荷读出单元，设置在底层电介质和镜像电荷读出单元之间的K层第一电极层，及分别设置在相邻两个第一电极层之间的K

【技术实现步骤摘要】
多层结构电容阳极及其制备方法、位敏阳极探测器


[0001]本专利技术涉及位敏阳极探测器及其制备方法，具体涉及一种多层结构电容阳极及其制备方法、位敏阳极探测器。

技术介绍

[0002]感应式位敏阳极光子计数探测器主要由光电阴极、V型或者Z型级联MCP、镜像电荷读出单元和位敏阳极组成。单光子入射光电阴极通过外光电效应转换成单光电子，单光电子经级联MCP倍增后输出电子云团，电子云团在加速电场作用下撞击到电阻薄膜层表面，然后其高频信号经过电介质耦合至后端的位敏阳极，直流成分通过电阻薄膜层泄放至地平面，位敏阳极读出电极输出的电荷信号携带有事件的位置信息，通过后端读出电子学解码出电荷云团的质心位置坐标，最终实现光子计数成像。具有背景噪声低、信噪比高、动态范围宽、无暗电流影响等优点，已被广泛应用于深空紫外、X射线和各种高能带电粒子探测、时间分辨荧光寿命成像、光电子能谱仪等领域。
[0003]位敏阳极是探测器实现成像功能的关键部件，主要有电阻阳极、楔条阳极、游标阳极、延时线阳极、交叉条阳极和电容阳极。电阻阳极受电阻热噪声和寄生电容影响，空间分辨率和计数率都很低；楔条阳极受极间电容和分割噪声影响，空间分辨率无法进一步提高；游标阳极虽然具有很高的空间分辨率，但是计数率很低，而且制作工艺较为复杂；延时线阳极利用信号在电极上传输的时间差计算位置，因而具有较高的时空分辨能力，但对时间测量电路的精度要求较高；交叉条阳极通过多个条带电极对电荷云进行采样，并由解码公式计算质心位置，要求每个输出电极都具有独立读出电路，增加了读出电子学系统的复杂性，且延时线阳极和交叉条阳极采用多层结构，其加工工艺极为复杂。结合镜像电荷读出技术的电容阳极利用电容阵列分割和传导电荷信号，具有无热噪声和高带宽的性能优点，且制备工艺和读出电子学相对简单，在能够保证空间分辨成像性能的同时实现高计数率探测，具备很大的潜力和发展前景。
[0004]传统的镜像电荷读出式位敏阳极探测器主要包括光电阴极组件、微通道板(MCP)组件、含有感应薄膜层的陶瓷基底和位敏阳极，陶瓷基底位于MCP后端并参与到探测器管壳的封接，位敏阳极置于探测器外部，通过固定结构与陶瓷基底紧贴。这种探测器结构含有诸多优点，比如读出电子学不受高压影响、不需要处理信号读出接插件、避免了电子漂移产生的静电成像畸变和位置重构偏差等。然而对于多层结构电容阳极，这种探测器结构存在一些问题：电容阳极利用二维电容阵列对电荷信号进行传导和分割，同时电容阳极与镜像电荷读出单元之间形成的耦合电容会影响电容阳极的电荷收集效率，因此电容阳极对信号分割电容、寄生电容和耦合电容的变化非常敏感；多层板电容阳极与感应层基底之间的间距很容易受到装配过程的影响而产生非均衡的变化，这会改变电容阵列的互容值并扰乱电容阵列的均匀性，降低探测器的成像性能。同时，额外设计的固定和压紧装置增加了探测器结构的复杂性，不适合工作在高强度和高频冲击振动环境中。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种多层结构电容阳极及其制备方法、位敏阳极探测器，以解决电容阳极的电荷收集效率低，且结构稳定性差，导致探测器的成像性能差的技术问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种多层结构电容阳极，其特殊之处在于：包括底层电介质和设置在底层电介质上方的镜像电荷读出单元，设置在底层电介质和镜像电荷读出单元之间的K层第一电极层，以及分别设置在相邻两个第一电极层之间的K
‑
1层第二电极层；其中，K≥2且为整数；所述第一电极层与所述第二电极层之间设有中间层电介质；
[0007]所述底层电介质、第一电极层、第二电极层、中间层电介质以及镜像电荷读出单元为一体化设置；所述第二电极层上设置信号读出电极；所述底层电介质和各个中间层电介质上分别对应设置有四个电极孔，用于将信号读出电极引出；
[0008]所述镜像电荷读出单元包括感应层基底；所述感应层基底上端中部镀有高阻感应薄膜，所述高阻感应薄膜的外缘设有一圈接地电极。
[0009]进一步地，所述第一电极层包括第一周长电极区和矩形的第一收集电极区；
[0010]所述第一周长电极区包括分别设置在第一收集电极区四边的四组M个并排等间距设置的第一长条形电极，M>1且为奇数；
[0011]所述第一收集电极区包括(((2M+1)
×
(2M+1))－1)/2个正方形电极构成的(2M+1)行
×
(2M+1)列矩阵；其中，偶数行正方形电极的数量比奇数行正方形电极的数量多一个，且相邻行之间的正方形电极在纵向上错位设置；各个正方形电极在水平和垂直方向上的间距保持一致，且相邻近的正方形电极之间设有间隙；位于第一收集电极区四边外围的M个正方形电极分别与对应的M个第一长条形电极合为一体；
[0012]所述第二电极层包括第二周长电极区和矩形的第二收集电极区；
[0013]所述第二收集电极区和第一收集电极区形状相同且上下对应；
[0014]所述第二周长电极区包括分别设置在第二收集电极区四边的四组M+1个并排等间距设置的第二长条形电极；所述第二长条形电极的长度大于第一长条形电极的长度，第二长条形电极的外侧短边与第一长条形电极的外侧短边上下对齐；第二长条形电极在垂直方向上同时与两个相邻的第一长条形电极具有重合区域；
[0015]位于所述第二收集电极区各顶点两侧的两个第二长条形电极合并为信号读出电极；
[0016]所述第二收集电极区包括((((2M+1)
×
(2M+1))－1)/2)+1个等边菱形电极构成的(2M+1)行
×
(2M+1)列矩阵；其中，偶数行菱形电极的数量比奇数行菱形电极的数量少一个，且相邻行之间的菱形电极在纵向上错位设置；各个菱形电极在水平和垂直方向上的中心距离保持一致，且相邻近的菱形电极之间设有间隙；等边菱形电极的边长大于正方形电极的对角线长度；等边菱形电极的对角线长度等于第二长条形电极的宽度；位于第二收集电极区四边外围的M+1个菱形电极分别与对应的M+1个第二长条形电极合为一体；其余的菱形电极四角在垂直方向上同时与对应的四个正方形电极具有重合区域。
[0017]进一步地，所述感应层基底的相对介电常数为10～50；所述感应层基底的厚度为0.8～1.2mm。
[0018]进一步地，所述高阻感应薄膜的方阻范围为1MΩ～100MΩ，厚度范围为100nm～500nm。
[0019]进一步地，所述第一电极层和第二电极层的厚度范围为10μm～20μm。
[0020]进一步地，所述高阻感应薄膜采用锗制备。
[0021]本专利技术还提供了一种多层结构电容阳极的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0022]步骤1、通过流延工艺制备多个生瓷片，其中一个作为感应层基底，一个作为底层电介质，其他作为中间层电介质，在底层电介质和各个中间层电介质上对应位置分别设置四个电极孔；
[0023]步骤2、在各个电极孔的孔壁上设置导电层；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层结构电容阳极，其特征在于：包括底层电介质(1)和设置在底层电介质(1)上方的镜像电荷读出单元(2)，设置在底层电介质(1)和镜像电荷读出单元(2)之间的K层第一电极层(3)，以及分别设置在相邻两个第一电极层(3)之间的K
‑
1层第二电极层(4)；其中，K≥2且为整数；所述第一电极层(3)与所述第二电极层(4)之间设有中间层电介质(5)；所述底层电介质(1)、第一电极层(3)、第二电极层(4)、中间层电介质(5)以及镜像电荷读出单元(2)为一体化设置；所述第二电极层(4)上设置信号读出电极(43)；所述底层电介质(1)和各个中间层电介质(5)上分别对应设置有四个电极孔，用于将信号读出电极(43)引出；所述镜像电荷读出单元(2)包括感应层基底(21)；所述感应层基底(21)上端中部镀有高阻感应薄膜(22)，所述高阻感应薄膜(22)的外缘设有一圈接地电极(23)。2.根据权利要求1所述的多层结构电容阳极，其特征在于：所述第一电极层(3)包括第一周长电极区(31)和矩形的第一收集电极区(32)；所述第一周长电极区(31)包括分别设置在第一收集电极区(32)四边的四组M个并排等间距设置的第一长条形电极，M>1且为奇数；所述第一收集电极区(32)包括(((2M+1)
×
(2M+1))－1)/2个正方形电极构成的(2M+1)行
×
(2M+1)列矩阵；其中，偶数行正方形电极的数量比奇数行正方形电极的数量多一个，且相邻行之间的正方形电极在纵向上错位设置；各个正方形电极在水平和垂直方向上的间距保持一致，且相邻近的正方形电极之间设有间隙；位于第一收集电极区(32)四边外围的M个正方形电极分别与对应的M个第一长条形电极合为一体；所述第二电极层(4)包括第二周长电极区(41)和矩形的第二收集电极区(42)；所述第二收集电极区(42)和第一收集电极区(32)形状相同且上下对应；所述第二周长电极区(41)包括分别设置在第二收集电极区(42)四边的四组M+1个并排等间距设置的第二长条形电极；所述第二长条形电极的长度大于第一长条形电极的长度，第二长条形电极的外侧短边与第一长条形电极的外侧短边上下对齐；第二长条形电极在垂直方向上同时与两个相邻的第一长条形电极具有重合区域；位于所述第二收集电极区(42)各顶点两侧的两个第二长条形电极合并为信号读出电极(43)；所述第二收集电极区(42)包括((((2M+1)
×
(2M+1))－1)/2)+1个等边菱形电极构成的(2M+1)行
×
(2M+1)列矩阵；其中，偶数行菱形电极的数量比奇数行菱形电极的数量少一个，且相邻行之间的菱形电极在纵向上错位设置；各个菱形电极在水平和垂直方向上的中心距离保持一致，且相邻近的菱形电极之间设有间隙；等边菱形电极的边长大于正方形电极的对角线长度；等边菱形电极的对角线长度等于第二长条形电极的宽度；位于第二收集电极区(42)四边外围的M+1个菱形电极分别与对应的M+1个第二长条形电极合为一体；其余的菱形电极四角在垂直方向上同时与对应的四个正方形电极具有重合区域。3.根据权利要求1或2所述的多层结...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，白永林，郑锦坤，曹伟伟，王博，朱炳利，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：