[发明专利]高计数率阻性微井型探测器放大单元的制备方法

说明书

本公开提供一种高计数率阻性微井型探测器放大单元的制备方法，包括：步骤S1：制备基材层；步骤S2：制备读出电极PCB；步骤S3：将步骤S1制备的基材层与步骤S2制备的读出电极PCB通过Pre‑preg层粘接；步骤S4：制备导电过孔；步骤S5：刻蚀基材层至DLC上表面形成井型放大孔阵列；以及步骤S6：移除导电过孔上表面附近的铜层，完成高计数率阻性微井型探测器放大单元的制备。

技术领域

本公开涉及微结构气体探测器技术领域，尤其涉及一种高计数率阻性微井型探测器放大单元的制备方法。

背景技术

上世纪90年代以来，微结构气体探测器(Micro-Pattern Gaseous Detector，MPGD)得到了蓬勃的发展。但是随着粒子物理实验的进一步发展，探测器所处的环境越来越苛刻，对于探测器的性能要求也越来越高，传统的微结构气体探测器也已经暴露出了许多技术上的不足。阻性技术的引入使微结构气体探测器开辟了新的发展方向。阻性微井型探测器(Micro-Resistive WELL，μRWELL)是一种具有单级放大结构、采用类金刚石碳(Diamond-like Carbon，DLC)阻性阳极技术的新型微结构气体探测器。阻性微井型探测器的结构紧凑，工艺简单，是微结构气体探测器未来的发展方向之一。阻性微井型探测器的主要部件是一块集成了放大单元和读出电极的μRWELL PCB，其结构如图1所示。阻性微井型探测器的放大单元是一种井型的盲孔，井壁是聚酰亚胺(APICAL)，井壁上方是铜电极，放大单元底部是一层DLC阻性电极，其作用是为了抑制探测器的打火放电，使得探测器能够实现更高的增益。当探测器出现打火放电现象时，会有相对较大的电流流过DLC阻性电极，因此在DLC阻性电极上会产生一定的压降，而由于整个探测器高压回路的压降维持不变，这样就会使放电区域上下电极之间的电压降低，放大区内电场减弱，从而抑制雪崩放大的进一步产生，对打火放电起到猝灭的作用。

普通的阻性微井型探测器在结构以及制作工艺方面相较于传统的微结构气体探测器具有明显的优势。但是由于DLC阻性阳极的引入，使得阻性微井型探测器的计数率能力受到限制。当入射粒子穿过探测器时，原初的电子漂移到井型放大孔内进行雪崩放大，放大后的次级电子收集在DLC电极上，并需要一定的时间才能通过DLC电极进入地回路，在DLC上电荷完全疏散之前，会在DLC阻性阳极表面形成压降。当入射粒子的计数率较高时，DLC电极会由于电荷泄放速度不够快而积累电荷，这会使探测器的增益明显下降，无法满足应用需求。测试结果表明，普通10cm×10cm阻性微井型探测器，在采用面电阻率为60MΩ/□左右的DLC薄膜作为阻性电极时，其计数率能力约为100kHz/cm²。随着探测器面积的增大，DLC电极上电荷疏散的时间会变长，从而使得探测器的计数率能力会进一步地降低。例如现有技术所制备的单阻性层快速接地(SG2++)阻性微井型探测器，首先，如图2所示，制备SG2++阻性微井型探测器所使用的基材为铜层/APICAL/DLC/铜层复合基材，在单面附铜的APICAL基材的另一面使用磁控溅射方法得到合适电阻率的DLC薄膜；然后再在DLC薄膜表面使用磁控溅射方法得到厚度为数微米的铜层；进一步的，如图3所示，再使用光刻的方法将DLC表面的铜层刻蚀为接地铜条；进一步的，如图4所示，制备阻性微井型探测器所使用的PCB读出电极结构；进一步的，使用Pre-preg将铜层/APICAL/DLC/铜层复合基材与PCB读出电极粘接起来；然后使用光刻方法在APICAL以及APICAL铜层上刻蚀得到井型放大区结构，最后将接地铜条与外围的地电位连接起来，得到如图5所示的SG2++阻性微井型探测器放大单元结构。当入射粒子穿过探测器时，原初电子在井型放大区内进行雪崩放大，放大后的次级电子经DLC收集并通过接地铜条能够实现快速疏散，从而提高探测器的计数率能力。