MCP: 마이크로채널 플레이트의 이득

• 정의 및 기능: MCP는 다양한 입자와 방사선(전자, 이온, 진공자외선, X선, 감마선)을 감지하고 감지된 신호를 증폭하는 2차원 센서입니다. 이러한 증폭을 이득(Gain)이라고 합니다.
• 이득(Gain)의 작동 원리: 이득을 달성하는 과정은 입력단과 출력단 사이에 전압(VD)을 인가하여 MCP 채널을 따라 전위 구배를 형성하는 것입니다. 전자와 같은 입사 입자가 채널에 진입하여 내벽에 부딪히면 여러 개의 2차 전자가 방출됩니다. 이 2차 전자는 전위 구배에 의해 가속되어 포물선 궤적을 그리며 이동하며 채널 벽에 반복적으로 부딪히고 추가적인 2차 전자 방출을 유발합니다. 이 과정이 계속되면 채널의 출력단으로 이동함에 따라 전자 수가 기하급수적으로 증가 하여 출력단에서 많은 전자가 방출됩니다.
• 이득을 결정하는 요소: MCP의 이득은 두 가지 주요 요소에 의해 결정됩니다.
  • 채널 길이(L)와 채널 직경(d) 의 비율을 α(α=L/d) 라고 합니다.
  • 채널 벽 재료에 내재된 2차 배출 계수 . 표준 MCP는 일반적으로 40~60 범위의 α 값으로 제작됩니다. MCP 두께는 필요한 채널 직경과 설계 α 값에 따라 결정됩니다.
• 이득 및 단수: 어셈블리의 MCP 단수를 선택하여 필요한 이득을 얻을 수 있습니다. 자료에서는 1단, 2단, 3단 MCP의 일반적인 이득 특성 예를 제공하며, 단수를 증가시키면 일반적으로 달성 가능한 이득이 증가함을 보여줍니다.
  • 1단계 MCP는 공급 전압에 따라 약 104 또는 105의 이득을 달성할 수 있습니다.
  • 2단계 MCP는 공급 전압에 따라 약 106 또는 107의 이득을 달성할 수 있습니다.
  • 3단 MCP는 공급 전압에 따라 약 10^7 또는 10^8의 이득을 얻을 수 있습니다. 특정 모델도 이득 값을 명시합니다. 예를 들어, MCP와 애벌랜치 다이오드(AD)를 결합한 F14844 하이브리드형 검출기는 총 10^6 이상의 이득을 얻을 수 있습니다. MCP 이득은 1~10^4, AD 이득은 1~10^2이며, 전자 충돌 이득은 100~800입니다. F2221~F2226 어셈블리와 같은 다른 모델은 각 단계에 대한 최소 이득을 명시합니다. 1단은 1x10^4, 2단은 1x10^6, 3단은 1x10^7입니다.
• 이득 측정 및 특성: 자료에는 MCP 이득 특성과 펄스 높이 분포(PHD)가 언급되어 있습니다. PHD는 개별 입사 입자로 인한 출력 펄스 진폭 분포와 관련이 있으며, 이득 변화를 반영합니다. 음의 온도 특성(온도가 증가함에 따라 저항이 감소)을 갖는 MCP의 저항은 인가 전압 및 저항과 관련된 스트립 전류에 영향을 미칩니다. 이득 특성은 일반적으로 공급 전압에도 의존합니다.
• 작동 조건이 이득에 미치는 영향: MCP 저항을 정확하게 측정하려면 MCP가 진공 상태여야 합니다. MCP 표면에 기체가 흡착되어 성능에 영향을 미칠 수 있으므로 사용 전 또는 보관 후에는 전압을 공급하기 전에 24시간 이상 고진공에서 진공 상태로 유지하여 기체를 제거하는 것이 좋습니다. MCP 또는 어셈블리에 전원을 공급할 때는 전압을 천천히 높여야 합니다. 저항 및 암전류와 같은 측정에는 작동 주변 온도가 필수 조건입니다. 진공 수준은 작동에 매우 중요하며, 일반적으로 1.3 x 10-4 Pa 미만입니다. F14844 시리즈는 더 높은 압력(1 Pa 이하)에서 작동할 수 있지만, 1 Pa에서의 이득은 1 x 106으로 표시됩니다.
• 이득 조정: 여러 개의 고전압 전원 공급 장치를 사용하면 MCP 이득을 독립적으로 조정할 수 있습니다. 단일 고전압 전원 공급 장치를 사용하는 분배 회로를 사용하면 비용이 절감되지만, 신호 출력이 변경됨에 따라 MCP 이득이 달라집니다.

요약하자면, 이득은 MCP의 기본적인 신호 증폭 능력으로, 인가된 전압 하에서 채널 내에서 발생하는 일련의 2차 전자 방출을 통해 달성됩니다. 이득은 채널 구조(L/d 비율), 재료 특성, 그리고 어셈블리에 사용되는 MCP 단 수의 영향을 받습니다. 인가된 전압과 진공 조건은 적절한 작동과 지정된 이득 수준 달성에 매우 중요합니다.