近日，中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態(tài)光學與光子技術國家重點實驗室副研究員朱香平課題組聯(lián)合松山湖材料實驗室研制出新一代高性能微通道板（Microchannel Plate，MCP）。該微通道板以多組分無鉛玻璃作為基板材料，采用原子層沉積技術（Atomic Layer Deposition，ALD）制備功能層，相比與傳統(tǒng)商業(yè)化含鉛MCP，工藝過程無需氫還原，降低了傳統(tǒng)MCP中由于鉛還原層而產(chǎn)生氣體吸附以及K40同位素β衰減等引起的噪聲。新一代高性能MCP基板可以承受更高的烘烤溫度，降低了MCP器件的放氣量，延長器件的使用壽命。此外，新一代高性能MCP技術能夠獨立精細調控體電阻，可滿足皮秒飛行時間測量等不同場景的應用需求。聯(lián)合團隊研制的ALD-MCP樣品增益優(yōu)于5×10? (@1000V)，且體電阻可在20-200MΩ范圍內精細可調。

圖1 ALD-MCP與傳統(tǒng)MCP結構示意圖

圖2 ALD-MCP制造流程

圖3 ALD-MCP小批量生產(chǎn)實物照片

圖4 原子層沉積功能薄膜的SEM圖

圖5 ALD-MCP M相循環(huán)百分比與體電阻

圖6 MCP增益特性曲線對比

圖7 MCP放氣量對比圖

圖8 ALD-MCP視場測試照片

微通道板是一種在單通道電子倍增器基礎上發(fā)展起來的具有多通道連續(xù)倍增極結構的電子倍增器件，因其獨特的增益、噪聲、空間分辨、時間分辨特性，成為光子、電子、離子探測和圖像增強/微弱光信號放大中的核心器件。科研人員利用ALD技術在微通道內壁沉積導電層和二次電子發(fā)射層功能材料，實現(xiàn)了結構材料和功能材料的分離，避免了傳統(tǒng)鉛玻璃氫還原工藝中材料與性能相互牽扯的矛盾，基體材料可擴展到硼硅酸鹽玻璃材料、高分子材料以及陶瓷材料等。該技術采用微電子工藝，工藝重復性高，產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，且可沉積更高二次電子發(fā)射系數(shù)材料，不含RoHS限制物質，具有噪聲低、增益高、壽命長、可實現(xiàn)更大面陣探測器件等優(yōu)點。

美國國家航空航天局（NASA）天體物理專家Anton Tremsin認為，ALD技術帶來大面積、高可靠性、低成本、高增益、低噪聲的高性能MCP及光電探測器新發(fā)展，開辟許多新應用，包括性價比更高的正電子發(fā)射斷層掃描(PET)醫(yī)療成像相機、安檢、高能粒子、天體物理、核物理等領域的粒子探測器。此外，在激光雷達、微光夜視圖像增強器、SEM等分析儀器以及時間分辨熒光/拉曼光譜儀、門控選通激光3D成像等領域均具有廣泛應用前景。

研究工作得到科技部重點研發(fā)計劃“高品質特種光電功能玻璃及制品開發(fā)”項目子課題“光纖制品及產(chǎn)業(yè)化關鍵制備技術”以及松山湖材料實驗室專項等項目的支持。