[发明专利]用于大面积Micromegas探测器制作的热熔胶膜热压接方法

说明书

本公开提供了一种用于大面积Micromegas探测器制作的热熔胶膜热压接方法，包括以下步骤：备好读出阳极板；制作热熔胶膜垫片，将制好的热熔胶膜垫片预排布于读出阳极板两侧；采用丝网张力平衡方法和辊压热压接技术，将不锈钢丝网粘接于读出阳极板两侧；在读出阳极板上制作漂移电极，完成Micromegas探测器的制备。

技术领域

本公开涉及Micromegas探测器的制作，尤其是一种用于大面积Micromegas探测器制作的热熔胶膜热压接方法。

背景技术

随着大型对撞机实验中粒子能量和亮度的不断提高，对探测谱仪中的各个探测器的计数能力、抗辐照性能、空间和时间分辨等提出了更高的要求。传统的多丝室、正比管已经很难满足这些需求。20世纪90年代，微结构气体探测器(MPGD)的出现，提供了一种很好的解决方案。Micromegas(Micro-Mesh Gaseous Structure，微网格气体探测器)就是其中典型代表之一，具有高计数率、抗辐射、高精度位置灵敏等诸多优异特性，因此很快成为气体探测器的重要研究方向之一。Micromegas探测器是典型的平行电极结构探测器，如图1所示，三个电极将探测器分成3-5mm的电离漂移区和单层厚度约为100μm的雪崩放大区。带电粒子或光子在漂移区直接电离或光电效应产生原子分子电离产生电子离子对，这些电离电子在漂移电场的作用下漂移，通过金属丝网进入雪崩放大区，在电场强度约为50kV/cm以上的放大区内，电离电子产生级联倍增，从而产生可观测的足够多的电荷信号。雪崩放大区可由单层或多层金属丝网和气体间隙叠加组成。显而易见，Micromegas探测器的制作难点集中在约100μm的极窄的雪崩间隙上。

法国Saclay实验室和欧洲核子中心(CERN)的RD51小组专门从事Micromegas探测器的研究工作。先后发展了Bulk和Micro-Bulk探测器的制作工艺。随着Micromegas研制技术的不断发展，已经成功在很多大型物理实验中应用，如日本的T2K实验，CERN的COMPASS实验等，以及正在开展和计划的实验，如ATLAS谱仪的Muon探测器的升级Phase I计划等。除此之外，该探测器在其他很多领域也有广阔的应用前景，例如同步辐射装置上的衍射实验，热中子成像，X射线成像，μ子成像等。

针对越来越丰富的应用前景，大面积、低成本、高效率的探测器制作技术需求紧迫。在我们研发大面积热熔胶膜压接技术之前，国际上能够实现大面积Micromegas探测器制作的只有Bulk工艺。这种技术主要通过紫外光辐照和化学刻蚀，来实现探测器核心雪崩结构的制作，目前正为ATLAS实验设计建造大型Muon探测器系统。

现有的技术中，能够实现大面积制作的只有法国Saclay实验室和CERN研发的Bulk技术，可以实现米量级的探测器制作。国内高能物理研究所和中国原子能院也先后研究了这一方法，但是限于设备规模，都尚未研制出有效面积大于100mm×100mm的探测器。Bulk技术基于感光膜的紫外曝光和后期的化学刻蚀来实现Micromegas探测器核心雪崩结构的制作。

Bulk技术首先将光敏薄膜、不锈钢丝网，层层压接在读出电路板上，然后利用紫外光辐照和化学刻蚀实现丝网和读出阳极板之间支撑结构的制作。这种方法制作的支撑结构通常直径为200μm-400μm，间距2mm。

现有Bulk技术的缺点：

1、技术复杂，污染环境：

这种方法对准直曝光，化学刻蚀有较苛刻的要求，需要专门的仪器设备，而且化学刻蚀不可避免对环境有较大的污染，所以很难推广使用。目前只有极少数单位掌握这一技术，且成品率较低，很难满足日益增长的应用需求。

2、对材料限制苛刻，扩展性差：

曝光刻蚀技术也决定了探测器的雪崩支撑间距不能太大，限制了探测器结构的演变。比如在一些低气压应用环境下，需要探测器的雪崩气隙由100μm增大到500μm，或者采用双层丝网结构的新结构探测器，Bulk工艺就无法适用。