[发明专利]用于气体光电探测器的阻性光阴极、制备方法及测试方法

说明书

本公开提供一种用于气体光电探测器的阻性光阴极、制备方法及测试方法，该用于气体光电探测器的阻性光阴极包括：基底层以及DLC薄膜，该DLC薄膜形成于基底层的上表面。本公开实施例提供的用于气体光电探测器的阻性光阴极、制备方法及测试方法使用DLC薄膜来制备阻性光阴极材料，采用磁控溅射方法在基底层上沉积DLC薄膜，使得DLC一方面能够作为气体探测器的透射式光阴极材料，另一方面也能够适用于气体探测器的阻性电极材料应用，并且通过优化改进DLC制备的工艺参数，使得在基底层上能够得到量子效率高，电阻率合适，厚度均匀性好，结合力强的DLC薄膜。

技术领域

本公开涉及微结构气体探测器技术领域，尤其涉及一种用于气体光电探测器的阻性光阴极、制备方法及测试方法。

背景技术

光阴极作为气体光电探测器的核心部件，它能够通过外光电效应将高能入射粒子穿过介质时产生的切伦科夫光转换为光电子。光电子在气体探测器中进一步雪崩放大，同时在读出板上感应出信号，从而实现光探测。

目前，现有技术中用于气体光电探测器上的主流光阴极材料为CsI。CsI光阴极具有相对较高的量子效率(QE-Quantum Efficiency)，和较为简单的制备方法(热蒸发法)，在用于光电探测的气体探测器中得到了较为广泛的应用，例如：Picosecond Micromegas探测器中的CsI透射式光阴极，该探测器用于产生切伦科夫光的辐射体为厚度为3mm的MgF₂晶体，在透射式光阴极制作时，需要先在MgF₂晶体上镀上一层厚度为3.3nm左右的Cr作为探测器的电极使用，然后再在Cr上蒸镀厚度为18nm左右的CsI作为光阴极。

另外一种常见的光阴极材料是金属光阴极，金属光阴极具有很好的稳定性，抗辐照能力强，但是光电转换的量子效率很低，因此金属光阴极大多数应用在入射光子数非常多的实验中，例如：Picosecond Micromegas探测器中的铬或铝透射式光阴极，该探测器用于产生切伦科夫光的辐射体为MgF₂晶体，再在MgF₂晶体上蒸镀一层铬或铝同时作为探测器电极和光阴极。

然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，基于CsI的透射式光阴极在运输与安装过程中与空气中的水蒸气接触容易发生潮解，导致CsI量子效率变低。在极端环境下，晶体结构甚至完全被破坏，而失去光电转换的功能。因此CsI的储存环境十分严格，一般在真空环境下保存，以至于储存成本很高且操作极为不便。二是CsI抗辐照能力弱，容易被离子轰击损坏，在高计数率应用中老化得非常快。金属光阴极主要有两个缺点，第一是量子效率偏低，因此需要使用厚度较大的MgF₂晶体。而使用厚度较大的晶体除了会导致成本大幅度增加外，还会使得切伦科夫光的扩散范围变大，在一些需要位置测量的应用中会导致探测器的位置分辨能力变差。第二是金属光阴极是良导体，在气体探测器中作为电极应用时对探测器的打火放电起不到任何抑制作用，这进一步限制了金属光阴极的应用范围。因此当前主流的光阴极材料在与气体探测器结合使用时存在的诸多问题限制了气体光电探测器在核与粒子物理实验领域的进一步发展和应用。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种用于气体光电探测器的阻性光阴极、制备方法及测试方法，以缓解现有技术中的CSI光阴极材料难以储存且易老化，金属光阴极材料量子效率偏低、对探测器的打火放电起不到任何抑制作用的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种用于气体光电探测器的阻性光阴极，包括：基底层；以及DLC薄膜，形成于所述基底层的上表面。

在本公开的一些实施例中，其中，所述基底层为MgF₂晶体圆片。