Fabrication and characterization of monolithically integrated microchannel plates based on amorphous silicon

基于非晶硅的单片集成微通道板的制备及性能表征

引用

Franco, A., Geissbühler, J., Wyrsch, N. 和 Ballif, C. 基于非晶硅的单片集成微通道板的制备与表征。Sci. Rep. 4, 4597；DOI:10.1038/srep04597 (2014)。

关键词

  • 微通道板 (MCP)
  • 氢化非晶硅 (a-Si:H)
  • 单片集成
  • 电子倍增
  • 制备工艺
  • 表征
  • 应用

简介

本文介绍了首块由氢化非晶硅制成的微通道板的制备与表征，这是一项突破，可实现在各种基板上的单片集成。

摘要

本文介绍了一种由氢化非晶硅 (a-Si:H) 制成的微通道板 (MCP) 的新型设计，称为 AMCP。与传统的铅玻璃MCP相比，AMCP具有诸多优势，包括：

  • 垂直集成：由于a-Si:H的低温沉积工艺，AMCP可以直接集成到专用集成电路（ASIC）或固态探测器上。这种单片集成最大限度地减少了死区，允许组件的独立优化，并减少了对昂贵键合技术的依赖。
  • a-Si:H的材料特性：与铅玻璃MCP不同，a-Si:H固有的电阻率使得二次电子的电荷补充成为可能，而无需额外的半导体层。
  • 可定制的通道几何形状：微电子行业的微加工技术允许定制AMCP中的通道几何形状。

资料描述了AMCP的制造工艺，包括将a-Si:H和其他材料的薄层沉积在硅基板上，然后通过精细的光刻和深反应离子刻蚀（DRIE）工艺来创建微通道。他们成功证明了在长宽比为12.5:1的AMCP中，电子倍增因子超过30。这一增益是在输入光电子电流高达100 pA时实现的，展现了a-Si:H在倍增过程中补充电子的高效性。

虽然获得的增益低于传统的MCP，但随着长宽比的进一步优化和高二次发射材料的使用，预计增益将提升几个数量级。文章最后概述了AMCP未来的研究方向，包括与Medipix2 ASIC集成用于粒子追踪和光子计数应用，以及与G-APD混合探测器用于医学成像。

来源：https://www.nature.com/articles/srep04597.pdf

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