СПОСОБ ЭЛЕКТРОННОГО ОБЕЗГАЖИВАНИЯ МИКРОКАНАЛЬНОЙ ПЛАСТИНЫ Российский патент 2017 года по МПК H01J9/12 

Область техники

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к технологии обезгаживания микроканальных пластин (МКП), и может быть использовано для повышения качества электронно-оптических преобразователей, фотоэлектронных умножителей и детекторов на основе МКП.

Уровень техники

Известен способ электронного обезгаживания МКП, включающий подачу на МКП высоковольтных импульсов наносекундной длительности, прикладывая отрицательный потенциал к входной поверхности пластины или положительный к выходной поверхности [патент РФ №2304821, МПК⁶ H01J 9/12. Способ обезгаживания микроканальной пластины, опубл. 2007 г.]. При обезгаживании амплитуду импульсов повышают до 20 кВ. Количество импульсов и продолжительность обезгаживания определяют по максимальному значению и скорости изменения во времени постоянного тока, протекающего в ускоряющем промежутке после окончания импульсного воздействия.

Недостатками данного способа является недостаточное обезгаживание пластин в начальной части каналов, что снижает качество и надежность прибора, в котором установлена МКП, и необходимость использования генератора высоковольтных наносекундных импульсов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, включающий подачу напряжения постоянного тока на МКП и пропускание через нее тока, величину которого повышают до 3 мкА в течение 3 часов, выдерживают на этом уровне в течение 20 часов и снижают до нуля в течение часа [Кесаев С.А., Сергеев И.Н., Молоканов О.А., Кармоков A.M., Пергаменцев Ю.Л., Попугаев А.Б. Влияние режимов термического обезгаживания и электронной тренировки на усиление МКП // Тезисы IV Международной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии». Кисловодск-Ставрополь: СевКавГТУ, 2004, с. 127-130. ISBN 5-9296-0157-7].

Недостатками прототипа являются высокое остаточное газосодержание МКП в начальной части каналов и длительность процесса обезгаживания. В процессе изготовления фотоэлектронного прибора при электронном обезгаживании МКП для увеличения скорости газовыделения увеличивают ток падающего на входную поверхность МКП пучка электронов. Однако увеличение входного тока ограничено значениями, при которых происходит разрушение структуры материала МКП и необратимые изменения усилительных свойств МКП. Увеличивая число МКП в составе прибора, необходимо уменьшать величину входного тока при электронном обезгаживании, чтобы усиленный поток электронов не вывел из строя микроканальные пластины. В таком случае для полного обезгаживания всех МКП необходимо значительно увеличивать время обработки, что может привести к нежелательному дополнительному снижению коэффициента вторичной эмиссии у выхода каналов МКП или в последней МКП полностью, если используется сборка из двух или трех МКП. Кроме того, повышение времени обезгаживания лимитирует производительность оборудования. При сокращении времени обезгаживания начальные (по длине) части каналов МКП (или целиком первая пластина, если используется сборка из двух или трех МКП) останутся недотренированными и сохранят высокое остаточное газосодержание.

Техническим результатом является снижение газосодержания и газовыделения в МКП, в том числе в начальной (по длине) части каналов, до уровня требований фотоэлектронных приборов нового поколения с долговечностью 15000 ч и более, а также уменьшение времени обезгаживания МКП.

Раскрытие изобретения

Технический результат достигается тем, что в способе электронного обезгаживания микроканальной пластины на МКП подают импульсное или постоянное напряжение и в течение заданного времени электронный поток направляют от входа к выходу МКП, после чего меняют полярность напряжения питания между входом и выходом МКП и электронный поток направляют от выхода к входу МКП, по истечении заданного времени операции повторяются до полного обезгаживания МКП с одновременным повышением напряжения на МКП и выходного тока МКП до значений, не ухудшающих параметры МКП.

Краткое описание чертежей

Сущность способа поясняется фиг. 1, на которой схематично изображен процесс электронного обезгаживания МКП в прямом направлении, и фиг. 2, на которой показан процесс электронного обезгаживания МКП в обратном направлении, где 1 - электронная пушка, 2 - первая анодная сетка, 3 - микроканальная пластина, 4 - вторая анодная сетка, 5 - электронная пушка.

Осуществление изобретения

При прямом направлении электронного обезгаживания (фиг. 1) на электронную пушку 1 подается отрицательный относительно входа микроканальной пластины 3 потенциал U_П1 (от 20 до 250 В). На первую анодную сетку 2 подается такой потенциал U_С1, который не будет вносить искажений в электрическое поле между электронной пушкой 1 и МКП 3. Вход МКП 3 заземлен. К выходу МКП 3 прикладывается положительное напряжение U_{МКП ВЫХ} (от 400 до 900 B, возможно увеличение напряжения до значения, не ухудшающего параметры МКП). На вторую анодную сетку 4 подается положительный потенциал U_С2, значительно превышающий U_{МКП ВЫХ} (до 6 кВ). Электронная пушка 5 отключена. Поток электронов с электронной пушки 1, проходя через первую анодную сетку 2, попадает на микроканальную пластину 3, где происходит его усиление. С выхода МКП 3 электронный поток попадает на вторую анодную сетку 4, к которой подключен измерительный прибор для контроля выходного тока. Ток с выхода МКП 3 должен поддерживаться на заданном уровне (обычно от 2 до 7 мкА, возможно увеличение тока до значения, не ухудшающего параметры МКП). По истечении заданного времени (от 15 сек до 4 ч) направление электронного обезгаживания МКП 3 меняется на противоположное (фиг. 2). При этом меняются потенциалы на микроканальной пластине 3, на электронную пушку 5 подается отрицательный относительно выхода микроканальной пластины 3 потенциал U_П2 (от 20 до 250 B). На вторую анодную сетку 4 подается такой потенциал U_С2, который не будет вносить искажений в электрическое поле между электронной пушкой 5 и МКП 3. К входу МКП 3 прикладывается положительное напряжение U_{МКП ВЫХ} (от 400 до 900 В, возможно увеличение напряжения до значения, не ухудшающего параметры МКП). Выход МКП 3 заземлен. На первую анодную сетку 2 подается положительный потенциал U_С1, значительно превышающий U_{МКП ВЫХ} (до 6 кВ). Электронная пушка 1 отключена. Поток электронов с электронной пушки 5, проходя через вторую анодную сетку 4, попадает на микроканальную пластину 3, где происходит его усиление. С МКП 3 электронный поток попадает на первую анодную сетку 2, к которой подключен измерительный прибор для контроля тока. Ток с МКП 3 должен поддерживаться на заданном уровне (обычно от 2 до 7 мкА, возможно увеличение тока до значения, не ухудшающего параметры МКП). По истечении заданного времени (от 15 сек до 4 ч) направление электронного обезгаживания МКП 3 снова меняется на противоположное и т.д. Продолжительность двустороннего электронного обезгаживания микроканальной пластины определяется по интенсивности остаточного газовыделения.

Пример реализации способа

На первом этапе напряжение смещения на электронной пушке 1 составляло минус 200 B, напряжение на первой анодной сетке 2 - минус 20 B, напряжение на выходе МКП составляло 500 B, на вторую анодную сетку 4 подавалось напряжение 1,3 кВ, ток накала электронной пушки 1 подбирался таким, чтобы обеспечить выходной ток в цепи второй анодной сетки ~ 2,0 мкА. В таком режиме выполнялось электронное обезгаживание МКП в прямом направлении в течение 15 мин. По истечении этого времени отключалось питание, выход МКП заземлялся, на вход МКП подавалось напряжение 500 B, на первую анодную сетку 2 подавалось напряжение 1,3 кВ, напряжение смещения на второй электронной пушке 5 составляло минус 200 B, напряжение на второй анодной сетке 4 - минус 20 B, ток накала электронной пушки 2 подбирался таким, чтобы обеспечить выходной ток в цепи первой анодной сетки ~ 2,0 мкА. В таком режиме выполнялось электронное обезгаживание МКП в обратном направлении также в течение 15 мин. Затем данные операции повторялись несколько раз, чтобы общее время обезгаживания МКП при напряжении 500 B и выходном токе ~ 2,0 мкА составляло 2 ч.

На втором этапе напряжение на МКП повышалось до 700 B, выходной ток до 3,3 мкА и при таком режиме в течение 2 ч выполнялось обезгаживание МКП с изменением направления потока электронов каждые 15 мин.

На третьем этапе напряжение на МКП устанавливалось равным 800 B, выходной ток - 6,2 мкА и в течение 2 ч выполнялось обезгаживание МКП с изменением направления потока электронов каждые 15 мин.

Во время выполнения двустороннего электронного обезгаживания МКП постоянно отслеживалась разность давления остаточных газов при отсутствии напряжения на МКП и подаче напряжения на МКП при помощи масс-спектрометра и соответствующего программного обеспечения. По данной разности давления остаточных газов можно было судить об интенсивности остаточного газовыделения микроканальной пластины. По окончании обезгаживания МКП был измерен коэффициент усиления пластины при различных напряжениях на МКП. Полученные результаты показывают, что коэффициент усиления МКП изменяется одинаково как при обычном одностороннем обезгаживании, так и при предлагаемом двустороннем, а интенсивность остаточного газовыделения после двустороннего обезгаживания в 2,39 раза меньше, чем после одностороннего. Время, затраченное на двустороннее обезгаживание, составило 6 ч, а на одностороннее обезгаживание - 8 ч.

Также с использованием предлагаемого способа можно обезгаживать сборку, состоящую из двух или трех микроканальных пластин.

Повышение температуры, при которой выполняется электронное обезгаживание МКП, до 50-400°С также способствует повышению интенсивности газовыделения из каналов МКП, при этом общее время двустороннего электронного обезгаживания МКП дополнительно сокращается до 50%.

Использование предлагаемого способа электронного обезгаживания МКП по сравнению с прототипом позволяет существенного снизить газосодержание и газовыделение МКП до уровня требований фотоэлектронных приборов нового поколения с долговечностью 15000 ч и более, получив при этом требуемое усиление, и уменьшить трудоемкость процесса электронного обезгаживания МКП.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к технологии обезгаживания микроканальных пластин (МКП), и может быть использовано для повышения качества электронно-оптических преобразователей, фотоэлектронных умножителей и детекторов на основе МКП. Технический результат - снижение газосодержания и газовыделения в МКП, в том числе в начальной по длине части каналов, до уровня требований фотоэлектронных приборов нового поколения с долговечностью 15000 ч и более, а также уменьшение времени обезгаживания МКП. В способе электронного обезгаживания микроканальной пластины на МКП подают импульсное или постоянное напряжение и в течение заданного времени электронный поток направляют от входа к выходу МКП, после чего меняют полярность напряжения питания между входом и выходом МКП и электронный поток направляют от выхода к входу МКП, по истечении заданного времени операции повторяются до полного обезгаживания МКП с одновременным повышением напряжения на МКП и выходного тока МКП до значений, не ухудшающих параметры МКП. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ электронного обезгаживания микроканальной пластины (МКП), включающий подачу напряжения и пропускание тока через МКП, отличающийся тем, что на МКП подают импульсное или постоянное напряжение и в течение заданного времени электронный поток направляют от входа к выходу МКП, после чего меняют полярность напряжения питания между входом и выходом МКП и электронный поток направляют от выхода к входу МКП, по истечении заданного времени операции повторяются до полного обезгаживания МКП с одновременным повышением напряжения на МКП и выходного тока МКП до значений, не ухудшающих параметры МКП.

2. Способ электронного обезгаживания микроканальной пластины по п. 1, отличающийся тем, что во время электронного обезгаживания повышают температуру МКП до 50-400°C.