[发明专利]一种防潮高透明度的类金刚石涂层的制备方法

说明书

本发明公开了在核探测晶体表面的一种防潮高透明度的类金刚石(DLC)涂层的制备方法，包括以下步骤：1S：利用重金属和气体混合等离子体对基体表面进行高低能交替清洗；2S：以碳靶为阴极，利用双T异面型磁过滤沉积方法在基体上进行高致密DLC涂层的沉积；3S：利用低能气体离子源对DLC进行纳米结构刻蚀形成3‑5nm的无定形增透层。该方法基于双T异面型磁过滤沉积方法，在沉积过程中可自形成超致密、高透光率DLC，能够方便解决核探测器中如NaI、CsI晶体易潮解，同时需要高的可见光透光率的需求，能够大幅延伸易潮解核探测晶体的使用环境和范围。

技术领域

本发明属于核探测晶体表面处理领域，具体涉及易潮解晶体表面沉积抗潮、高透过率的DLC涂层的制备方法。

背景技术

闪烁体按其化学性质可分为两类：一类是无机晶体闪烁体，通常是含有少量杂质(称为激活剂)的无机盐晶体，如碘化钠(铊激活)单晶体、即NaI(Tl)，碘化铯(铊激活)单晶体、即CsI(Tl)，硫化锌(银激活)、即ZnS(Ag)等。无机晶体闪烁体属离子型晶体，原子(离子)之间结合得比较紧密相互之间影响比较大，晶格中原子电子能级加宽成为一系列连续的能带。其中最低能量状态已为电子所填满，故称为满带；价电子都处于稍高的能量状态，这种能带称为“价带”。若价带未填满，则在外电场作用下将有净电流产生；若价带已填满，则必须有电子被激发到更高的能带—导带上去，才能产生电流，此时价带上有一空穴，导带上有一电子，即产生了一个自由电子—空穴对。价带与导带之间的空隙中不存在电子能级，称为禁带；禁带有一宽度E_g，它和晶体的导电性质密切相关，导体在0.1eV左右，半导体在0.63—2.5eV之间，无机闪烁体为绝缘透明物质，E_g>3eV，NaI为7.0eV。当核辐射进入闪烁体时，既可产生自由电子—空穴对，也可以产生激子。而后电子从导带或激带跃迁到价带，退激过程中放出光子；也存在着竞争过程—非辐射跃迁，即通过放热(晶格振动)退激。

碘化钠闪烁晶体能吸收外来射线能量使原子、分子电离和激发，退激时发射出荧光光子。NaI(Tl)晶体的密度较大(ρ＝3.67g/cm³)，而且高原子序数的碘占重量的85％，所以对γ射线的探测效率特别高，同时相对发光效率大；它的发射光谱最强波长为415nm左右，能与光电倍增管的光谱响应较好匹配。此外，晶体的透明性也很好，测量γ射线时能量分辨率也是闪烁体中较好的一种。

NaI(Tl)晶体的缺点是容易潮解，吸收空气中的水分就会变质失效,透光性和能量响应大大下降；因此常规的方法是采用铝箔来密封；铝箔会大幅减少粒子进入晶体几率，同时需要对粒子穿过铝箔时的能量损失进行修正。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题，基于磁过滤沉积等技术通过沉积超薄、且致密透光的DLC膜层解决核探测晶体易潮解的关键技术问题。该方法基于T型磁过滤沉积方法、气体离子源技术在沉积过程中可形成超致密、高透明度的DLC膜层，该DLC膜层能有效阻挡晶体的潮解，大幅降低因核探测晶体潮解问题带来的探测器成本、效率等方面的损失。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种防潮高透明度的类金刚石涂层的制备方法，包括以下步骤：

1S：利用重金属和气体混合等离子体对基体表面进行高低能交替清洗；

2S：以碳靶为阴极，利用双T异面型磁过滤沉积方法在基体上进行高致密DLC涂层的沉积；

3S：利用低能气体离子源对DLC进行纳米结构刻蚀形成3-5nm的无定形增透层。

其中，所述T型磁过滤沉积方法为：使所述碳靶产生的碳离子依次穿过第一强脉冲线包、和T型磁过滤弯管。

其中，

设置所述第一强脉冲线包的频率为0.1～200Hz，电流为0.1～50A；