[发明专利]光电倍增管玻璃光窗的金属氮化物增透膜、制备方法、制备系统及光电倍增管

说明书

本发明提供一种光电倍增管玻璃光窗的金属氮化物增透膜、制备方法、制备系统及光电倍增管，其制备过程包括：首先真空环境下，在光电倍增管玻璃光窗的内表面镀制一层金属薄膜；在含氮气氛环境下，进行辉光放电离子氮化，使所镀的金属薄膜被氮化成为金属氮化物薄膜，所述金属氮化物薄膜为宽带隙金属氮化物薄膜，禁带宽度大于4.2eV。本发明提出的金属氮化物增透膜可有效提高光电倍增管的量子效率，同时通过本发明的转移式双工位的光电倍增管玻璃光窗的金属氮化物增透膜的制备系统，可在一个钟罩下的两个工位的切换，实现金属薄膜的镀制和对金属薄膜的辉光离子氮化，快速实现光电倍增管光窗的金属氮化物增透膜的制备。

技术领域

本发明涉及光电倍增管技术领域，尤其是椭圆形光窗使用的增透膜，具体而言涉及一种光电倍增管玻璃光窗的金属氮化物增透膜、制备方法、制备系统及光电倍增管。

背景技术

光电倍倍增管(PMT)是一种将微弱光信号转化成电信号并将电信号进行数次倍增放大输出的真空光学探测器件，具有极高的灵敏度和超快的时间响应特性，广泛应用于物理学、天文学、医学成像、石油测井等领域。大尺寸光电倍增管，尤其是目前20英寸的光电倍增管，主要应用于高能物理质子衰变、中微子探测、宇宙线探测等方面的研究。

光电倍增管主要由光窗、光电阴极(也称为广电发射阴极)、聚焦电极、倍增器以及阳极组成，光通过光窗入射到光电阴极时，光电阴极向真空中激发出光电子，这些光电子按照聚焦电极形成的电场进入倍增器，通过进一步的二次发射得到倍增放大，然后通过阳极进行收集后通过引线系统进行信号输出。

为提高光电倍增管的量子效率(QE，光电阴极发射出来的光电子的数量与入射光光子的数量比)，现有技术中时通过在光窗基底上镀一层氧化锰薄膜作为增透膜，增强光的透射，并抑制电子向基底迁移，从而促进光电发射，提高量子效率。但由于氧化锰能带带隙较窄，最小为0.26eV，其本身就可以吸收一部分波长大于300nm的光，因而氧化锰提升光电倍增管量子效率的能力有限。

发明内容

本发明的第一方面提出光电倍增管玻璃光窗的增透膜，即金属氮化物薄膜，为宽禁带金属氮化物薄膜，带隙宽度大于4.2eV，可有效提高光电倍增管(PMT)的量子效率。

本发明的第二方面还提出一种光电倍增管玻璃光窗的金属氮化物增透膜的制备方法，包括以下步骤：首先，真空环境下，在光电倍增管玻璃光窗的内表面镀制一层金属薄膜；然后，在含氮气氛环境下，进行辉光放电离子氮化，使所镀的金属薄膜被氮化成为金属氮化物薄膜，所述金属氮化物薄膜为宽带隙金属氮化物薄膜，禁带宽度大于4.2eV。

本发明的第三方面还提出一种转移式双工位的光电倍增管玻璃光窗的金属氮化物增透膜的制备系统，可在一个钟罩下的两个工位的切换，实现金属薄膜的镀制和对金属薄膜的辉光离子氮化，快速实现光电倍增管光窗的金属氮化物增透膜的制备。

可选的实施中，转移式双工位的金属氮化物增透膜的制备系统包括真空组件、加热组件、反射率监控组件、镀膜组件、等离子氮化组件、转移运动组件以及气体输送组件，其中：真空组件包括一底部平台以及可移除地安装到底部平台上的钟罩，二者固定后在钟罩内形成真空环境；加热组件，设置在所述钟罩的内侧，用于对真空环境进行升温和温度保持；反射率监控组件，包括镀膜厚度监控组件，采用蓝光反射率监控膜层的厚度，以及辉光氮化监测组件，通过蓝光反射率监控氮化过程；转移运动组件，设置在钟罩内，用于将光电倍增管的玻璃壳体在镀膜位置和辉光氮化位置之间的转换；镀膜组件，伸入到安装到钟罩内的光电倍增管的玻璃壳体内，对玻璃壳体的光窗内表面镀制金属薄膜；等离子氮化组件，用于对转移到辉光氮化位置的玻璃壳体内镀制的金属薄膜进行辉光放电等离子氮化，使得金属薄膜氮化为金属氮化物薄膜；气体输送组件，设置在钟罩壁上，并可与钟罩内部的真空环境连通，为辉光等离子氮化过程冲入氮气和氢气的混合气或氨气，并且在氮化完成后，通过气体输送系统冲入氮气，使得真空环境释放至常压；其中，同一光电倍增管的玻璃壳体的金属薄膜镀制以及金属薄膜氮化，在同一钟罩内的不同位置切换而进行对应的镀膜和氮化处理。