微通道板玻璃的二次电子发射系数的测量

本文对二次电子发射现象,特别是对用作微通道板的玻璃这类绝缘体、半导体材料的二次电子发射现象及其二次电子发射系数的测量作以叙述。 §1二次电子发射现象 当电子以一定的速度轰击物体的表面时,发现有电子从该物体的表面逸出,这些电子的产生称作二次电子发射,这种现象叫做二次电子发射现象。     

微通道板的噪声因子与首次碰撞时二次电子发射系数的关系

本文着重讨论微通道板的噪声因子与首次碰撞时二次电子发射系数的关系，研究表明，在微通道板输入端通道内蒸镀适当深度的高二次发射系数的氧化镁材料，能显著地降低噪声因子。     

微通道板输入信号利用率提高研究

分析了微通道板输入信号损失的原因,提出了在微通道板输入端镀制绝缘层,从而提高微通道板输入信号利用率的方法,并进行了试验.试验结果表明:在微通道板输入端镀制一层15nm的绝缘层,可以提高微通道板输入信号的利用率,从而提高微通道板的增益.绝缘层的二次电子发射系数越高,微通道板输入信号的利用率越高,增益提高的比例越大.对SiO2膜层而言,可以提高12%左右;对Al2O3膜层而言,可以提高35%左右.在微通道板增益提高的同时,像增强器的分辨力和调制传递函数会降低,并且绝缘层的二次电子发射系数越高,分辨力和调制传递函数降低的比例越大.但微通道板分辨力和调制传递函数降低的比例远低于增益提高的比例.本文提出的提高微通道板输入信号利用率的方法具有一定的实用性,可以推广使用.     

低噪声、高增益微通道板的研制

降低微通道板噪声和增加其电子增益是改善微光像增强器信噪比、视场清晰度和亮度增益最好的技术途经之一。采用具有高而且稳定的二次电子发射系数的皮料玻璃和与皮料玻璃的热物理性能相匹配且化学腐蚀速率比皮料大4个数量级的芯料玻璃以及与两者在一切工艺过程相匹配的实体边玻璃，通过优化实体边实芯工艺制作出的高性能微通道板，其暗电流密度小于5×10-13A/cm2，固定图案噪声和闪烁噪声明显降低；在真空系统中，经40μAh电子清刷后，电子增益（800V）大于500。制管实验表明：这种微通道板达到了预期效果。     

微通道板结构参数对噪声因子的影响

采用对比测量方法研究了微通道板结构参数,即开口比、板厚、电极深度、离子阻挡膜、输入增强膜对其噪声因子的影响。结果表明,开口比增大,噪声因子减小;板厚增加,噪声因子增加;输入电极深度增加,噪声因子增加;离子阻挡膜会增加噪声因子;输入增强膜会降低噪声因子。其中,离子阻挡膜对噪声因子的影响最大,板厚对噪声因子的影响最小。微通道板的结构参数不仅对噪声因子产生影响,而且对其他参数,如增益、均匀性等性能均会产生影响。要降低微通道板噪声因子,比较可行的方法是将微通道板的开口比提高到68%,在此基础上,再在微通道板的输入端制作一层高二次电子发射系数的MgO2输入增强膜,使微通道板的噪声因子接近1,从而达到理想微通道板的水平。     

微通道板噪声因子与工作电压关系研究

为了解决微通道板噪声因子的测量问题,提出了一种测量像增强器光电阴极灵敏度和信噪比,从而测量出微通道板噪声因子的方法 .根据该方法,分别在不同阴极电压、微通道板电压以及阳极电压条件下测量了微通道板的噪声因子.测量结果表明,当阴极电压、微通道板电压以及阳极电压分别变化时,微通道板的噪声因子会随之变化.微通道板电压对噪声因子的影响最大,阳极电压的影响最小.微通道板电压每增加100 V,噪声因子大约增加0.11,而阳极电压每增加100 V,噪声因子大约增加3.3×10-4.微通道板工作电压提高,意味着电子碰撞能量提高,同时也意味着二次电子发射系数提高,而根据现有微通道板噪声理论,微通道板的噪声因子会减小,但实测结果却相反.造成这一矛盾的原因是在现有微通道板噪声理论中,仅仅考虑了二次电子发射系数、探测率、电子碰撞几率的因数,而未考虑到电子碰撞能量的因数,因此噪声理论需要进行修正.     

铅硅酸盐玻璃氢还原表面层最佳结构探讨

目前广泛用于制造通道电子倍增器(CEM)和微通道板(MCP)的材料是铅硅酸盐玻璃。因为这种玻璃在一定温度下经氢还原处理之后,其表面会形成一个半导体二次电子发射层。该层的结构对二次电子发射特性及CEM和MCP的增益特性有直接的影响。本文根据可得到的关于这种表面层特性的资料及二次电子发射的唯象理论,归纳出一个较完整的结构模型,并提出一个最佳结构方案。     

微通道板的固有噪声

众所周知,通道的直径不一致(孔径a不一致)是使微通道板器件的最大分辨率下降的原因之一。因为M与α有关,这就决定着通道问的增益系数M不一致,即产生出空间噪声干扰图象观察。当然,瞬态噪声也会使微通道板的象质变坏。在瞬态噪声的情况下,增益系数的起伏是由每一通道的二次电子发射系数不规则特性所引起的。微通道板输出端总的瞬态     

弯曲通道式微通道板

弯曲通道式微通道板是高增益微通道技术的最新发展。这种新型的电子倍增器比一般的微通道板有许多重大改进。一般的微通道板的缺点是增益有限和具有离子反馈。当通道内残余气体分子被二次电子电离时,就产生离子反馈。于是,这些带正电荷的离子就反向通过通道,当它们撞击通道壁时已得到足够的动量产生二次电子。这些二次电子逐次放大,景终形成杂散的输出脉冲。在另一种情况下,离子可以完全脱离通道,撞击在象管的光电阴极上致使离子毒化,最后降低阴极的量子效率。为了便于微通道板以高增益模式或光子计数模式工作,必须要限制离子反馈。在弯曲通道式微通道板内完成这一工作的方法,是将通道弯凸到足够的凸率,以缩短离子撞击通道壁之前可以运行的距离。这样就限制了离子的动量和造成杂散脉冲的二次电子的生成几率,从而逐次降低噪声因数。由于大大地减小了离子反馈比,现在就可能使单一微通道板的工作增益超过10~6,并且由于弯曲通道式微通道板是单片的电子倍增器,还保持了电子图象的空间分辨率。弯曲通道式微通道板无论是用模拟输出或脉冲饱和输出工作都具有低噪音的均匀增益。弯曲通道式微通道板能按照每个用户所需尺寸定做。     

玻璃的二次发射和成分的关系

通道式倍增器(CEM)和微通道板(MCP)是五十年代末发展起来的一种新技术,目前已在科学的各个领域中得到广泛的应用,受到人们的高度重视。它以其体积小、增益高而著称。CEM和MCP的性能参数很多,而最重要的是增益和暗噪声。它们都和材料的二次电子发射有着密切的关系。这就刺激了人们对玻璃材料的二次发射研究的兴趣。在MCP广泛应用的今天,尽管人们对玻璃的二次发射作了不少研究,特别是对δ=δ(V_p)关系的研究较多。而对二次发射和组成的研究却显得甚为不足。 本文较详细地探讨了PS—Bi硅酸盐玻璃的二次电子发射,对二次发射系数和组成的关系作了初步研究,也涉及到一些工艺条件,诸如退火、酸洗、氢还原等对二次发射系数的影响。并研制出一种高发射系数、低发射电压的玻璃材料,这种材料的二次发系数是4.85。发射峰值电压是100V。膨胀系数为100.8×10^-7。软化点是535℃。     

由极值条件确定MCP通道内壁二次电子发射材料特征常数

本文明确指出,利用极值条件,通过测量MCP的极值增益,可方便准确地确定MCP通道内壁二次电子发射材料的特征常数A及其发射的二次电子的平均初始能量(动能)V₀。从而可准确设计、制造满足特定要求的MCP。     

基于解析法的X光分幅相机静态增益特性仿真

 采用解析法对X光分幅相机中微通道板单孔内电子运动、碰壁和二次发射一系列过程进行了建模与求解,依托商业Lorentz-2D软件,得到了二次电子初能量分布、电子碰壁前能量分布、渡越时间分布等仿真曲线。实验测量了分幅相机的静态灵敏度曲线,与仿真结果对比分析表明：光电子首次碰撞深度是影响相机增益的重要因素,给出了修正后的增益与电压关系表达式,定性分析了工作偏压等参数对首次碰撞深度的影响。     

一种显著提高三代像增强器信噪比的微通道板

鉴于离子阻挡膜保证了三代像增强器的工作寿命，但增加了微通道板和三代像增强器的噪声因子，降低了三代像增强器的信噪比，削弱了NEA光阴极的优势，提出一种最新研制的微通道板。它优化了玻璃成份，提高了玻璃的工作温度，同时还改善了通道内壁工作面结构，且开口面积比达到65%～70%。通过三代像增强器制管试验证实，这种高性能微通道板具有低噪声因子特性，与标准MCP相比，可显著提高三代管的信噪比。最后指出通过进一步试验和改进，实现更高信噪比长寿命无膜三代像增强器的可能性。     

A novel design for a variable energy positron lifetime spectrometer

We present computer simulations of a new design of a variable energy positron lifetime beam that uses for a start signal the secondary electron emission from a 25-nm thick carbon foil (C-foil) located in front of the sample. A needle of ∼30 μm diameter is positioned on-axis right behind the foil, creating a radial electric field that deflects the secondary electrons radially outward so as to miss the sample and to hit the micro-channel plate (MCP) detector placed down beam. The MCP signal provides the start signal for the positron lifetime spectrometer. A grid can be further introduced between the sample holder and the MCP to yield a cleaner signal by preventing the positrons with large transmitted scattering angle from hitting the MCP. The cylindrical symmetry of this design reduces the experimental complexity and offers good timing resolution. We show that the design is robust against the transmitted energy and angle of the secondary electrons and positrons.     

微通道板二次电子倍增过程的三维数值模拟

在CST Particle Studio环境下建立了长径比为40的铅玻璃MCP的三维结构,将有限积分法与蒙特卡罗方法相结合,模拟了直流和高斯脉冲偏置下微通道内二次电子倍增过程,得到了通道轴向二次电子云密度的动态分布曲线。结果显示,二次电子云在通道轴向成高斯分布;在直流偏置下电子云在漂移过程中密度逐渐增大,分布逐渐变得集中,当电子云漂移至靠近输出电极位置时密度达到最大;在高斯偏置下,脉宽对电子倍增过程有决定性影响,当脉宽大于二次电子平均渡越时间时,倍增过程与直流偏置相似。     

霍尔推进器壁面材料二次电子发射及鞘层特性

霍尔推进器放电通道等离子体与壁面相互作用形成鞘层,不同壁面材料的二次电子发射对推进器鞘层特性具有重要影响,本文针对推进器壁面鞘层区域建立二维物理模型,研究了氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)和三氧化二铝(Al_2O_3)三种不同壁面材料的二次电子发射特性,在改进SiC材料二次电子发射模型的基础上,采用粒子模拟方法,讨论了壁面二次电子发射系数与电子温度和磁场强度的关系,研究了三种材料(BN,SiC和Al_2O_3)的鞘层特性,结果表明:修正的二次电子发射模型拟合曲线与实验曲线几乎一致;在相同电子温度下,三种材料(BN,SiC和Al_2O_3)的二次电子发射系数和壁面电子数密度依次增大,而鞘层电场和鞘层电势降依次减小,BN材料具有合适的二次电子发生射系数,使得霍尔推进器能在低电流下稳态工作。     

An application of the dust grain charging model to determination of secondary electron spectra

Dust grains – objects of different shapes with a size distribution from micro to nanometers – are generally considered as a part of many space as well as laboratory plasmas. Among various dust charging processes, electron-induced secondary emission plays an important role in plasmas containing a noteworthy portion of high-energy electrons. Since a part of secondary electrons has not the energy high enough to overcome the surface potential barrier, the resulting grain charge is determined not only by the secondary emission yield (related to the grain material and size) but also by the secondary electron spectrum. We have developed a model of secondary electron emission from small dust grains. In the present contribution, we discuss the profile of a secondary emission yield that can be received from the model and the measured equilibrium grain charge, both as functions of an incident electron beam energy. A comparison of these quantities leads to an estimation of secondary electron spectra. We have found that: (1) the energy spectrum of secondary electrons does not change with the energy of primary electrons and (2) the energy spectrum depends on the target material being harder for gold and silver than for glass grains.     

Secondary emission from small dust grains at high electron energies

A previous model for secondary electron emission from small grains is modified to calculate yields for micron sized grains, both spherical and cylindrical, when the primary electrons constitute a high energy parallel beam. It is found that, in general, the secondary electron yield is significantly higher than for the case of normal incidence. Moreover, the equilibrium potentials of the grain are always positive due to this enhanced secondary emission. These results are compared with experimental data recently available for micron sized glass particles, and equilibrium potentials, calculated based on the model presented here, and are found to be in reasonably good agreement with their measured potentials