Способ изготовления фотоэлектронного прибора



Способ изготовления фотоэлектронного прибора
Способ изготовления фотоэлектронного прибора

 


Владельцы патента RU 2616973:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к электровакуумной технике, к технологии изготовления фотоэлектронных приборов (ФЭП), содержащих одну или несколько микроканальных пластин (МКП). Технический результат - увеличение срока службы ФЭП без ионно-барьерной пленки. В способе изготовления фотоэлектронного прибора, включающем изготовление корпуса прибора, катодного узла, коллектора электронов, монтаж внутренних деталей и узлов, сварку узлов прибора, загрузку всех узлов в высоковакуумную установку финишной сборки, откачку всей системы, термическое обезгаживание всех узлов в вакууме, электронное обезгаживание МКП и коллектора электронов в вакууме, изготовление фотокатода на катодном узле, герметизацию прибора, выгрузку ФЭП из установки финишной сборки, после загрузки в высоковакуумную установку финишной сборки катодного узла, корпуса с микроканальными пластинами и коллектора электронов осуществляют откачку всей системы до давления не более 10-8 Па, термическое обезгаживание всех узлов в вакууме в течение не менее 4 ч при температуре от 300 до 400°С, электронное обезгаживание МКП и коллектора электронов, для чего в течение не менее 30 сек при температуре от 0 до 400°С направляют электронный поток от входа к выходу МКП и далее на коллектор электронов, после чего корпус с МКП при помощи манипулятора переворачивают и направляют электронный поток от выхода к входу МКП и далее на коллектор электронов, синхронно меняя полярность напряжения питания между входом и выходом МКП, выдерживают в течение не менее 30 сек, снова переворачивают корпус с МКП, меняя полярность напряжения, и повторяют так в течение не менее 2 ч до полного обезгаживания МКП, постепенно увеличивая напряжение на МКП и выходной ток МКП до значений, не ухудшающих параметры МКП, после чего формируют фотокатод на катодном узле и далее корпус с МКП устанавливают на коллектор электронов, а катодный узел на корпус и выполняют герметизацию прибора. 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электровакуумной технике, в частности к технологии изготовления фотоэлектронных приборов (ФЭП), содержащих одну или несколько микроканальных пластин (МКП).

Уровень техники

Фотоэлектронный прибор представляет собой электровакуумное устройство, содержащее корпус, фотокатод, эмитирующий электроны под действием оптического излучения, умножительную систему на основе микроканальных пластин и коллектор электронов, в качестве которого может быть использован анод, содержащий один или несколько выходов, люминесцентный экран или электронно-чувствительная матрица. К фотоэлектронным приборам относятся электронно-оптические преобразователи (ЭОП), фотоэлектронные умножители (ФЭУ), многоанодные ФЭУ, координатно-чувствительные детекторы (КЧД).

Основная причина выхода из строя фотоэлектронных приборов с микроканальными пластинами связана с изменением свойств фотокатода под воздействием ионной бомбардировки, возникающей в результате образования ионов в процессе электронно-стимулированной десорбции при ударе электрона о стенку канала микроканальной пластины. Бомбардировка фотокатода и стенок каналов МКП ионами приводит, с одной стороны, к эмиссии вторичных электронов и появлению паразитного сигнала, с другой - к резкому снижению чувствительности фотокатода. Сочетание большого количества сорбированного МКП газа с малым внутренним объемом фотоэлектронного прибора приводит к значительному газовыделению, ухудшению вакуума и отравлению фотокатода в работающем приборе при прохождении электронного потока через МКП. Все эти явления приводят к значительному снижению срока службы.

Самым распространенным решением устранения указанных недостатков является нанесение на входную поверхность МКП специальной тонкой пленки, прозрачной для электронов, но не прозрачной для ионов. Такая ионно-барьерная пленка, изготавливаемая главным образом из окиси алюминия, позволяет создавать фотоэлектронные приборы с долговечностью до 10000 ч. Однако использование ионно-барьерной пленки приводит к снижению эффективности сбора фотоэлектронов с ~60% (в случае без ионно-барьерной пленки) до ~35% [Т. Jinno, et al. Lifetime-extended MCP-PMT. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 629 (2011) 111-117]. Также при работе электронно-оптических преобразователей III поколения с ионно-барьерными пленками возникли затруднения в распознавании объектов с ярко светящимися элементами, вокруг которых возникает широкий слепящий ореол [С.В. Куклев, Д.С. Соколов, И.Н. Зайдель. Электронно-оптические преобразователи. - М.: Машиностроение, 2004]. Поэтому возникла проблема создания фотоэлектронных приборов без ионно-барьерной пленки на входной поверхности МКП и одновременно с долговечностью, не уступающей долговечности приборов с ионно-барьерной пленкой.

Для устранения паразитных явлений, вызванных процессом электронно-стимулированной десорбции, применяются и другие различные конструктивные и технологические решения.

Известен фотоэлектронный умножитель [патент США №2014361683 МПК H01J 43/04. Electrostatic suppression of ion feedback in a microchannel plate photomultiplier. Опубл. 11.12.2014], содержащий дополнительный электрод, представляющий собой тонкую сетку, между фотокатодом и микроканальной пластиной. ФЭУ также содержит источник питания, обеспечивающий подачу напряжения на электроды, причем на сетку подается потенциал, равный или больше, чем потенциал на входе МКП, обеспечивая тем самым потенциальный барьер для движения ионов от МКП к фотокатоду. Недостатками данного технического решения являются невысокий динамический диапазон, поскольку барьерная сетка задерживает до 20-30% фотоэлектронов; большое временное разрешение вследствие значительного расстояния между фотокатодом и входом МКП и наличием потенциального барьера между сеткой и входом МКП, вызывающего торможение фотоэлектронов; низкая вибрационная прочность прибора из-за наличия тонкой сетки.

Известен способ изготовления ЭОП с МКП без ионно-барьерной пленки [патент РФ №2372684 МПК H01J 31/50. Способ изготовления электронно-оптического преобразователя и устройство для его реализации. Опубл. 10.11.2009], принятый за прототип, в котором после изготовления МКП по стандартной технологии на ее входную и выходную поверхности наносят изоляционный или полупроводниковый слой, проводящий слой и второй изоляционный или полупроводниковый слой, далее после проведения первого электронного обезгаживания МКП и экрана в корпусе ЭОП формируют индивидуальные газопоглотители в каналах МКП в виде покрытия на стенках каналов МКП со стороны входа, выхода МКП или с обеих сторон из вещества, обладающего высокой сорбционной способностью и коэффициентом вторичной эмиссии больше единицы, а также формируют индивидуальные газопоглотители между каналами МКП на входной, выходной поверхностях МКП или с обеих сторон и на экране в виде покрытия из вещества, обладающего высокой сорбционной способностью, после этого проводят второе электронное обезгаживание МКП и экрана в корпусе ЭОП. Недостатком данного технического решения является недостаточно высокий срок службы ЭОП без ионно-барьерной пленки.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является увеличение срока службы ЭОП без ионно-барьерной пленки.

Раскрытие изобретения

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления фотоэлектронного прибора, включающем изготовление корпуса прибора, катодного узла, коллектора электронов, монтаж внутренних деталей и узлов, сварку узлов прибора, загрузку всех узлов в высоковакуумную установку финишной сборки, откачку всей системы, термическое обезгаживание всех узлов в вакууме, электронное обезгаживание МКП и коллектора электронов в вакууме, изготовление фотокатода на катодном узле, герметизацию прибора, выгрузку ФЭП из установки финишной сборки, после загрузки в высоковакуумную установку финишной сборки катодного узла, корпуса с микроканальными пластинами и коллектора электронов, осуществляют откачку всей системы до давления не более 10-8 Па, термическое обезгаживание всех узлов в вакууме в течение не менее 4 ч при температуре от 300 до 400°С, электронное обезгаживание МКП и коллектора электронов, для чего в течение не менее 30 сек при температуре от 0 до 400°С направляют электронный поток от входа к выходу МКП и далее на коллектор электронов, после чего корпус с МКП при помощи манипулятора переворачивают и направляют электронный поток от выхода к входу МКП и далее на коллектор электронов, синхронно меняя полярность напряжения питания между входом и выходом МКП, выдерживают в течение не менее 30 сек, снова переворачивают корпус с МКП, меняя полярность напряжения, и повторяют так в течение не менее 2 ч до полного обезгаживания МКП, постепенно увеличивая напряжение на МКП и выходной ток МКП до значений, не ухудшающих параметры МКП, после чего формируют фотокатод на катодном узле и далее корпус с МКП устанавливают на коллектор электронов, а катодный узел на корпус и выполняют герметизацию прибора.

Краткое описание чертежей

Сущность предлагаемого способа изготовления фотоэлектронного прибора поясняется фиг. 1, на которой схематично изображена высоковакуумная установка для выполнения финишной сборки ФЭП с загруженными в нее сборочными единицами, и фиг. 2, на которой показано выполнение электронного обезгаживания МКП и коллектора электронов в высоковакуумной установке, где 1 - основной отсек для формирования фотокатода, 2 - модуль для электронного обезгаживания и герметизации, 3 - катодный узел, 4 - корпус прибора с МКП, 5 - коллектор электронов, 6 - электронная пушка для обезгаживания коллектора электронов, 7 и 8 - манипулятор.

Осуществление изобретения

Предлагаемый способ изготовления фотоэлектронного прибора реализован следующим образом.

В модуль 2 для электронного обезгаживания и герметизации высоковакуумной установки финишной сборки загружают катодный узел 3, корпус 4 с МКП (общим числом от одной до трех) и коллектор 5 электронов (фиг. 1). Обычно используют корпуса с микроканальными платанами общим числом от одной до трех, но могут использовать корпуса и с большим числом микроканальных платан. После загрузки при помощи манипулятора 7 катодный узел 3 перемещают в основной отсек 1, а корпус 4 с МКП и коллектор 5 электронов остается напротив электронной пушки 6 (фиг. 2). После этого вакуумную камеру откачивают до давления не более 10-8 Па, опускают печь и модуль 2 прогревают при температуре 390°С (допустимо от 300 до 400°С) в течение не менее 4 ч (обычно 10-12 ч). После завершения термического обезгаживания температуру в камере снижают до 25°С и выполняют электронное обезгаживание коллектора 5 электронов и МКП. Допускается выполнять электронное обезгаживание при температуре от 0 до 400°С. Повышение температуры, при которой выполняется электронное обезгаживание коллектора электронов и МКП, способствует повышению интенсивности газовыделения, при этом общее время электронного обезгаживания дополнительно сокращается до 50%. На МКП подают напряжение, постепенно увеличивая в течение всего процесса электронного обезгаживания от 400 до 900 В для одной МКП (возможно дальнейшее увеличение напряжения до значения, не ухудшающего параметры МКП). Также отрицательное напряжение (до 200 В) относительно входа МКП подают на электронную пушку 6. В течение заданного времени (от 30 сек до нескольких часов) электронный поток облучает входную поверхность МКП, при этом выполняется контроль выходного тока (постепенно увеличивая его в течение всего процесса электронного обезгаживания от 2 до 7 мкА, возможно дальнейшее увеличение тока до значения, не ухудшающего параметры МКП). С выхода МКП поток электронов попадает на коллектор 5 электронов, находящийся под более высоким потенциалом, тем самым выполняя его обезгаживание. Далее при помощи манипулятора 8 корпус 4 с МКП переворачивают так, чтобы поток электронов с электронной пушки 6 облучал выходную поверхность МКП, и одновременно меняют полярность потенциалов на входе и выходе МКП. Таким образом, меняя поверхность МКП относительно падающего потока электронов, выполняют двустороннее обезгаживание МКП. Далее эти операции повторяют в течение не менее 2 ч до тех пор, пока микроканальная пластина не будет полностью обезгажена. По окончании обезгаживания МКП и коллектора 5 электронов начинается процесс формирования фотокатода на катодном узле 3. После этого манипулятором 7 катодный узел 3 переносят на корпус 4 с МКП и выполняют герметизацию корпуса 4 с МКП с коллектором электронов 5 и катодным узлом 3. Время, затраченное на электронное обезгаживание МКП, при использовании данного способа сокращается на 25-40%, при этом остаточное газовыделение МКП существенно ниже (примерно в 2,4 раза), чем при стандартном одностороннем обезгаживании МКП.

Использование предлагаемого способа изготовления фотоэлектронного прибора по сравнению с прототипом позволит существенно снизить остаточное газосодержание в начальной части каналов МКП за счет более тщательного двустороннего электронного обезгаживания МКП по сравнению с односторонним обезгаживанием, что позволит существенно снизить скорость деградации фотокатода и увеличить срок службы фотоэлектронных приборов без ионно-барьерной пленки, снизив при этом трудоемкость изготовления прибора.

Способ изготовления фотоэлектронного прибора, включающий изготовление корпуса прибора, катодного узла, коллектора электронов, монтаж внутренних деталей и узлов, сварку узлов прибора, загрузку всех узлов в высоковакуумную установку финишной сборки, откачку всей системы, термическое обезгаживание всех узлов в вакууме, электронное обезгаживание МКП и коллектора электронов в вакууме, изготовление фотокатода на катодном узле, герметизацию прибора, выгрузку ФЭП из установки финишной сборки, отличающийся тем, что после загрузки в высоковакуумную установку финишной сборки катодного узла, корпуса с микроканальными пластинами и коллектора электронов осуществляют откачку всей системы до давления не более 10-8 Па, термическое обезгаживание всех узлов в вакууме в течение не менее 4 ч при температуре от 300 до 400°C, электронное обезгаживание МКП и коллектора электронов, для чего в течение не менее 30 сек при температуре от 0 до 400°C направляют электронный поток от входа к выходу МКП и далее на коллектор электронов, после чего корпус с МКП при помощи манипулятора переворачивают и направляют электронный поток от выхода к входу МКП и далее на коллектор электронов, синхронно меняя полярность напряжения питания между входом и выходом МКП, выдерживают в течение не менее 30 сек, снова переворачивают корпус с МКП, меняя полярность напряжения, и повторяют так в течение не менее 2 ч до полного обезгаживания МКП, постепенно увеличивая напряжение на МКП и выходной ток МКП до значений, не ухудшающих параметры МКП, после чего формируют фотокатод на катодном узле и далее корпус с МКП устанавливают на коллектор электронов, а катодный узел на корпус и выполняют герметизацию прибора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к ионным системам, и может быть использовано в области ракетно-космической техники, при разработке, изготовлении и сборке ионно-оптической системы (ИОС) ионных двигателей (ИД).

Изобретение относится к электронной промышленности, области тонкопленочных технологий, нанесения и контроля пленочных покрытий с заданными характеристиками для эмиссионной электроники.

Изобретение относится к технологии получения материалов, поверхность которых обладает стабильными электрофизическими свойствами, в частности электродов газоразрядных и электровакуумных приборов (холодных катодов газоразрядных лазеров, контакт-деталей герконов, электродов масс-спектрометров и др.).

Изобретение относится к области рентгеновской техники. Анод (30) формируют, используя углерод, такой как армированный углеродом углеродный композит или иную керамическую подложку (50).

Изобретение относится к приборам вакуумной и твердотельной электроники, в частности к автоэмиссионным элементам на основе углеродных нанотрубок (УНТ), используемых в качестве катодов: к диодам, к триодам и к устройствам на их основе.

Изобретение относится к области электронной техники. Способ изготовления эмиссионно-активного сплава катода для электровакуумных приборов СВЧ включает приготовление исходных компонентов сплава заданного соотношения на основе, по меньшей мере, двух компонентов, при этом одного из них - тугоплавкого металла, другого - щелочноземельного металла, соединение исходных компонентов сплава катода в инертной газовой среде посредством высокотемпературного плавления и последующей кристаллизации с обеспечением формирования заготовки сплава катода, при этом, по меньшей мере, двукратного повторения упомянутой технологической операции, обработку заготовки сплава катода с обеспечением ее заданного размера и формы.

Изобретение относится к технологии изготовления эмиттеров электронов с пониженной работой выхода, может использоваться в диоде для выпрямителей переменного тока в постоянный при высоких температурах окружающей среды.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к способам лазерной обработки материалов при изготовлении автоэмиссионных катодов из стеклоуглерода, которые могут быть использованы в области приборостроения электронной техники, а именно в электровакуумных приборах с большой плотностью электронных потоков и микросекундным временем готовности.

Изобретение относится к области электроники. Технологический прибор для обработки полого холодного катода в газовом разряде, содержащий полый холодный катод, анод, расположенный коаксиально внутри катода и равноудаленный от его поверхности, стеклянную вакуумно-плотную оболочку, в котором анод выполнен составным, рабочая часть анода, контактирующая с газовым разрядом, соединена с его внешней частью, электрически контактирующей с внешним источником напряжения или тока, посредством разъемного соединения, выполнена из того же материала, что и рабочая поверхность катода, обработана с не меньшим классом чистоты, чем у катода, со стороны входа в катод частично экранирована диэлектриком, расположенным коаксиально снаружи анода.

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно, к способу получения трехмерно-структурированной полупроводниковой подложки для автоэмиссионного катода, и может быть использовано в различных электронных приборах: СВЧ, рентгеновских трубках, источниках света, компенсаторах заряда ионных пучков и т.п.

Изобретение относится к области электронной техники. Фотоумножитель состоит из стеклянного прозрачного корпуса, сформованного методом вакуумной калибровки из стеклянной трубки диаметром в несколько см.

Изобретение относится к области электронной техники в частности, к фотоэлектронному умножителю (ФЭУ), который используется для регистрации оптического сигнала в широком диапазоне световых потоков без возникновения нелинейных искажений.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкции структуры вторично-электронного умножителя, и может быть использовано в масс-спектрометрах времяпролетного типа и для регистрации слабых потоков импульсных заряженных частиц.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения фактора шума микроканальной пластины. Способ включает снятие сигнала со всей площади люминесцентного экрана, который осуществляется в процессе изготовления МКП, регистрацию сигнала каждого импульса с выхода МКП, его усиление и подачу на многоканальный амплитудный анализатор импульсов.

Изобретение относится к области твердотельных умножителей частоты электромагнитного излучения, работающих в гигагерцовом-терагерцовом диапазонах частот. .

Изобретение относится к вакуумной электронике и может быть использовано в клистронах, мощных СВЧ лампах и устройствах защиты от мощных СВЧ импульсов. .

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для регистрации слабых световых сигналов в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике и может применяться в радиационной медицине, оптике и в других различных технических приложениях.

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Изобретение относится к вакуумной электронике и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП). .

Изобретение относится к электронной оптике и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП). .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к системам, предназначенным для обнаружения различных объектов и наблюдения за ними в условиях ограниченной видимости (в темное время суток, при наличии дождя и тумана, во время снегопада, при задымлении окружающей среды, во время пылевой бури), и может быть использовано при проведении поисково-спасательных работ, в охранных системах, в военном деле, в различных транспортных средствах, например в речных и морских судах.
Наверх