免污離子壁壘超薄膜的制備與性能

免污離子壁壘超薄膜的制備與性能

微通道板是三級光刻顯微器的重要部件。輸出銀幕上有一個離子斑，這會影響圖像的質(zhì)量、光刻基本的強度及其使用壽命。因此，在多孔基微通道板的輸入表面沉積了厚度為30-40（死電壓為150-200v）的al2o3超膜作為離子墻，可以有效防止正離子反饋。針對二極驟冷直流離子濺射成膜工藝碳污染的嚴(yán)重性和電子增益明顯下降(20%)等問題,提出和實施了免污離子壁壘超薄膜形成的新途徑。1mcp與有機膜的復(fù)合在去離子水中MCP單側(cè)表面有機膜的沉覆、鋁(Al)膜的濺射及其氧化、有機膜的高溫脫除等環(huán)節(jié)中,MCP都直接與有機膜緊密接觸,這是膜層表面和MCP被碳污染的主要根源。2免污膜新技術(shù)2.1在獨立的有機膜上形成高純度超膜2.1.1膜的干燥固化將粘度適中和厚度0.5-1μm的有機膜粘附在拋光潔凈的金屬環(huán)體上,在室溫下干燥固化,并在低溫下堅膜;用光學(xué)放大鏡對膜層進行檢查,選質(zhì)量優(yōu)良者待用。2.1.2雙膜形成用磁控濺射方法在自持有機膜上形成高純Al膜,根據(jù)所用裝置的成膜速率(事先標(biāo)定),用時間監(jiān)控法控制膜層厚度,相繼檢查雙層膜的質(zhì)量。2.2實驗裝置的裝置和工藝條件的控制在輝光放電條件下將Al膜貼附在MCP輸入面上,同時完成Al膜的氧化和有機膜的脫除,工藝原理及組件如圖1所示。1為金屬陰極盤,2為自持雙層膜金屬環(huán),3為環(huán)形陽極槽,4為有機膜,5為Al膜,與4構(gòu)成雙層膜,且膜面對MCP6,7為高度可調(diào)的平盤,整個組件置于真空室內(nèi)。實驗時,調(diào)節(jié)平盤7,使MCP輸入面與雙層膜的Al膜疊合,系統(tǒng)正常工作時,陰陽極間產(chǎn)生輝光放電。結(jié)果雙層膜表面層有機膜襯底充電,在靜電力作用下,雙層膜吸附在MCP輸入面上。相繼有機膜分解,Al膜氧化,所形成的Al2O3離子壁壘膜在分子力作用下牢固吸附在MCP輸入面上。整個工藝環(huán)節(jié)中有機膜不直接接觸MCP,因此擺脫了有機膜分解時碳對膜層表面和MCP直接污染的條件。實驗中,低溫等離子體放電貼膜工藝條件的控制是技術(shù)關(guān)鍵,放電條件不合適,膜層易翹起、飛掉,呈花斑狀的破毀氣泡等。工作氣體氧受激原子的碰撞引起與有機膜襯底的化學(xué)反應(yīng),形成低分子量、易揮發(fā)的化合物,由真空系統(tǒng)抽走。3成分分析與帶膜mcp特性的測量3.1uv-x-ms輻射表面清除對xps效果的影響Al2O3膜層經(jīng)X射線光電子能譜分析給出,其中含C量由直流離子濺射成膜工藝的35%降低到8.6%;圖2和圖3分別給出XPS的相應(yīng)結(jié)果。再經(jīng)過UV輻射表面清除工藝,膜層表面含C量已減少到甚微程度。此處需指出的是,離子壁壘膜表面的碳污染,將會降低光陰極的靈敏度;MCP內(nèi)壁的碳污染會影響其電性能和光陰極特性。和直流濺射相比,新工藝中,MCP是否被碳污染或MCP的碳污染能降低到何種程度,有待于作精確檢測和分析比較。3.2新工藝對mcp地下各層結(jié)構(gòu)的影響用UV光電法對無膜和帶膜MCP特性進行了測量,結(jié)果是:MCP體電阻無明顯變化,這是由于新工藝并未改變MCP通道內(nèi)表面的膜層結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電層電阻無明顯變化所致;暗電流無明顯變化,這是由于新工藝不影響MCP通道內(nèi)表面的場致發(fā)射、沒引起電子親和勢和脫出功的變化所致;電子增益降低小于10%左右(而直流濺射工藝增益降低達20%),這是由于Al2O3薄膜附加的二次電子發(fā)射禰補了一次透過光電子數(shù)的減少和通道內(nèi)表面二次電子發(fā)射層結(jié)構(gòu)無明顯改變所致。圖4給出了電子增益特性比較曲線。3.3電子通信功能與死電壓3.3.1電子透過特性在MCP特性測試臺上對帶膜MCP的輸出電流(Iout)和輸入電子能量(eVin)進行了測量。圖5給出了新工藝制作的離子壁壘膜的電子透過特性,即MCP輸出電流與輸入電子能量的關(guān)系。該曲線的直線部分的反向延長線與軸的交點Ve(圖中約為250V),此即為死電壓值。只有能量Vin-Ve>0的電子全部進入通道得到倍增,Iout增大很快且在很寬的能量范圍內(nèi)與Vin呈線性關(guān)系。當(dāng)Vin>Vo(圖中接近1000V)時,Iout將呈飽和狀態(tài)。3.3.2薄膜mcp法所謂死電壓是指Al2O3膜層阻止電子透過能力的物理量,其值正好是電子不能通過該厚度薄膜時能量損失的極限值。入射電子能量大于該極限值,電子就能穿透該厚度的薄膜,通過MCP得到倍增。關(guān)于膜層對離子阻止作用可以從像管的圖像對比度方面顯現(xiàn),定量測量有待探索。3.3.3透膜方式下電子數(shù)對mcp增益的影響設(shè)N0個電子入射在薄膜中,遷移距離X后,剩余電子為N,再經(jīng)過dx距離,電子減少數(shù)為dN,則dN與N、dx成正比,dΝ=-kΝdxdN=?kNdx負(fù)號表征電子數(shù)減少,k為比例常數(shù)則Ν=Ce-kx當(dāng)x=0時?Ν=Ν0x=L時,Ν=Ν0e∴Ν=Ν0e-xL定義L為遷移長度,表示電子經(jīng)過距離L后,數(shù)目變?yōu)棣?e。圖6示出了透過膜層電子數(shù)與膜厚的關(guān)系。由圖可見,當(dāng)x=0時,即無膜情況,N=N0;當(dāng)x→∞時N→0,說明電子難于透過薄膜,所以膜層越厚,透過的電子數(shù)愈少,對MCP增益影響就越大。一般情況下,L為幾百埃,所以x小于L值。設(shè)電子通過給定膜層厚度損失的能量為Ve,在電子入射能量Vin大于Ve時,透過電子數(shù)N大于Ν0e。4mcp電子增益降低MCP免污離子壁壘形成新途徑不但使膜層含C量顯著降低,同時具備了MCP體電阻