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與有機膜的復合在去離子水中MCP單側表面有機膜的沉覆、鋁(Al)膜的濺射及其氧化、有機膜的高溫脫除等環節中,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體上,在室溫下干燥固化,并在低溫下堅膜;用光學放大鏡對膜層進行檢查,選質量優良者待用。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,根據所用裝置的成膜速率(事先標定),用時間監控法控制膜層厚度,相繼檢查雙層膜的質量。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,3為環形陽極槽,4為有機膜,5為Al膜,與4構成雙層膜,且膜面對MCP6,7為高度可調的平盤,整個組件置于真空室內。實驗時,調節平盤7,使MCP輸入面與雙層膜的Al膜疊合,系統正常工作時,陰陽極間產生輝光放電。結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。整個工藝環節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關鍵,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反應,形成低分子量、易揮發的化合物,由真空系統抽走。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的相應結果。再經過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地下各層結構的影響用UV光電法對無膜和帶膜MCP特性進行了測量,結果是:MCP體電阻無明顯變化,這是由于新工藝并未改變MCP通道內表面的膜層結構、導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通道內表面的場致發射、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射禰補了一次透過光電子數的減少和通道內表面二次電子發射層結構無明顯改變所致。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與Vin呈線性關系。當Vin>Vo(圖中接近1000V)時,Iout將呈飽和狀態。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,定量測量有待探索。3.3.3透膜方式下電子數對mcp增益的影響設N0個電子入射在薄膜中,遷移距離X后,剩余電子為N,再經過dx距離,電子減少數為dN,則dN與N、dx成正比,dΝ=-kΝdxdN=?kNdx負號表征電子數減少,k為比例常數則Ν=Ce-kx當x=0時?Ν=Ν0x=L時,Ν=Ν0e∴Ν=Ν0e-xL定義L為遷移長度,表示電子經過距離L后,數目變為Ν0e。圖6示出了透過膜層電子數與膜厚的關系。由圖可見,當x=0時,即無膜情況,N=N0;當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