（物理电子学专业论文）用于平面显示器件的新型微孔道板的研究.pdf

用干平a显示器件的新型微孔道板的研究 摘要 微孔道板 ( m c p )在微电子流检测中是一种常用而有效的 卜 具 增强器所采用的也是微孔道板。m c p以其高增益、低噪声等优点 而通道式象 获得了越来 越广泛的应用。而传统的 m c p是由玻璃管拉制而成，由于在制造技术上存在限 制，使它的使用面积受到制约，在平面显示器件中难于应用。为此，我们希望 能够克服传统 m c p的弊端，从材料结构和制造技术土进行革新，研制新型 m c p , 用于平面显示器件。 孙 j m c 。 的 微 孔 道 司 由 两 种 方 法 获 得 : 一 是 采 用 光 敏 微 晶 玻 璃 ， 通 过 光 刻 腐蚀的方法制成;另一 种是直 接采用多孔玻璃。在微空玻璃的每个微孔的内壁 涂敷二次发射系数。 值较大的发射材料一m g 0薄膜。经过系列实验，可以证 明，新型 m c p有良好的电学性能，具有美好的应用前景本论文将详细介绍这 种新型微孔道板的结构、制造方法以及测试结果等。 由于彻底淘汰了传统 m c p的工艺，新型 m c p可制成任意的面积大小，大大 扩 展了它的使用范围。特别值得一提的是，在正在研制的一种新型多层平板结 构的真空微电子显示器件中，这种新型m c p 作为关键部件之一，将发挥传统m c p 所 不 能 完 成 的 重 要 作 用 夕 关键词:微孔道板光敏微晶玻璃多孔玻璃 用于平面显示器件的新型微孔道板的研究 a b s t r a c t mi c r o - c h a n n e l p l a t e ( mc p ) i s a k i n d o f i m p o r t a n t d e v i c e t h a t i s u s e d w i d e l y . i t i s m o s t l y u s e d i n t h e c h e c k i n g o f m i c r o e l e c t r o n i c c u r r e n t . b u t t h e t r a d i t i o n a l k i n d o f mc p h a s l i mi t wh e n u s e d i n a n e w k i n d o f fl a t t e d - s t r u c t u r e d d i s p l a y d e v i c e b e c a u s e it s d i m e n s i o n i s t o o s m a l l . i t c o u l d h a r d l y b e m a d e t o a l a r g e a r e a . b u t t h i s n e w k i n d o f fl a t t e d - s t r u c t u r e d d i s p l a y d e v i c e r e q u i r e s a c o n t r o l l a b l e d i m e n s i o n . s o i t i s i m p o r t a n t t o i n n o v a t e t h e p r o d u c e t e c h n i c a l t o m a k e t h e n e w k i n d o f mc p m e e t t h e r e q u i r e m e n t o f t h e d e v i c e t h e r e a r e t o w a y s t o m a k e t h e n e w k i n d o f mc p . o n e m e t h o d i s u s e i o n c h i s e l i n s t r u m e n t , t h e o t h e r o n e i s u s e p h o t o s e n s i t i v e m i c r o - c r y s t a l g l a s s o r p o r o u s g l a s s i n m a k i n g t h e b a s i s o f n e w mc p . i n t h i s r e s e a r c h w o r k w e u s e t h e s e c o n d m e t h o d . mg o w a s c h o s e n a s t h e s e c o n d a l e m i s s i o n ma t e r i a l . t h i s n e w k i n d o f mc p c o u l d b e ma d e u n l i mi t e d o f i t s d i m e n s i o n , s o s u e c o u l d m a k e a v e r y l a r g e o n e t o p r e p a r e f o r t h e u s i n g i n t h e m u l t i - fl a t t e d s t r u c t u r e d v a c u u m m i c r o e l e c t r o n i c d i s p l a y d e v i c e s . k e y w o r d s : mc p ; 户o t o s e n s i t i v emi c r o - c 竹s t a l g l a s s ; p o r o u s g l a s s 用于平面显示器 件的新型微孔道板的研制 第一 .章绪论 第一节 微孔道板的简介 微孔道板是一种常用的平板型电子倍增器件。 它的英文名称是mi c r o c h a n n e l p l a t e ,简称为 m c p a自 的用途非常广 一 泛。 在微电子流检测中，人 们常常使用微 孔道板作为检测器，这是种常用而很有效的办法之一。而七十年代就开始出 现的通道式象增强器，它所采用的也是微孔道板。微孔道板应用于图像管巾， 可以明显地改善图像的清晰度，增大信息量。微孔道板的另一个重要应用就是 红外夜视仪。目前它在国防工业中得到了广 一 泛的应用。 在当今这样的一个信息社会，人们获取信息的最重要的途径就是通过视觉 图像。在一个图像系统中，图像质量的好坏与很多因素都有关系，而人们也都 在努力探索，试图改善器件的性能及外观，新 t j 摄像器件和显示器件的研究也 越来越活跃。市场因素对器件的发展提出了更高的要求，导致竟争加剧，更新 变快。今天的电子diy 示器件及产品的研制的一个重要方向就是平面化。如今己 经出现了液晶显示 ( l c d) ,等离子体显示 ( p d p )等平板型的显示器件二液晶 显示器件的应用已经非常广泛，而等离子体显示器的研制也非常成功，而1 1 也 己经有成熟的产品投放市场。但是价格都比较昂贵。哪种器件结构简单，性能 良 好，使用方便，成本低廉，它就会赢得市场。在这样的趋势中，新近发展起 来一门高新技术，就是真空微电子技术。这门科学的发展非常迅猛，专家估计， 到二十一世2，真空微电子器件将成为最重要的电子器件之 一 。在平板显示器 件和平板摄像器件的领域中，真空微电子器件显示了强大的生命力，必将获得 很大市 场 第二节新型微孔道板的研制背景 在国外，真空微电子摄像器件和显示器件的研制非常活跃。国内也 e 在进 用于平面显示器件的新型微孔道板的研制 行平板型显示器件和平板型摄像器件的研究。研究发现，在这样一 种平板化的 潮流中，mc p的外观结构尤其适用。而r . mc p具有高增益、低噪声的特点， 性能良好。不仅如此，在研究过程中发现，mc p的使用不仅是可能，而且成为 必要。在现在_l e . 在研制的一种平面显示器件中，采用的是一种多孔硅的平面电 子源。由于它是 一 种发射强度比较弱的源，所以要求必须进行内部放大，才能 达到显不器电子源的要求。这时就需要用到平面结构的微孔道板作为倍增器件。 其实，在当今正在研究的真空微电子平板显示器件的研制中，儿乎所有的电子 源都采用了场发射平面电子源。这种源是依靠腐蚀出的尖端进行发射，虽然发 射密度很高，但由于尖端的面积太小，所以发射电流强度普遍很小。这样的情 况下，就必须使用内部放大。为了与平板型的结构相配合，就必须使用微孔道 板作为内部放大器件。而在平板型摄像器件的结构设计中也用到了内部放大部 分。刘于真空微电子摄像器件而言，它在结构设计上不同于传统的摄像器件， 它没有电荷存储的部件，而单像素信号电流又是比较小的，不使用内部放大则 很难形成有效的信号。这些都要求使用 mc p 。但此时就带来了 一 个面积问题。 传统的m c p的制造工艺和技术十 分成熟，已的制造是将一束铅玻璃或矾玻璃管 加热软化，经过拉制形成孔径非常细 f 1 q u m 左右)的玻璃管。这样，山于原 始面积的限制，就使得加工而成的 mc p不会具有很大的面积，远远不能满足许 多场合的需要，而且造价非常昂贵。这就制约了mc p自身的优越性，使得它不 能符合需要，难于在平面显示器件中加以应用，因为如果应用于平面显示器件， 它必须有很大的面积。因此本项研究希望，能够彻底革新mc p的制造技术和工 艺，制成随怠可控面积大小的 mc p 在现阶段，新型m c p的研制主要有两个方向，其中之是采用离子刻蚀的 方法，用离子刻蚀机在玻璃基底上刻蚀出微孔。但是这种方法成本较高，离子 刻蚀机价格昂贵，而且刻蚀速度也很慢。另一种方法就是微孔玻璃法。本论文 研究的这种新型mc p是采用将光敏微晶玻璃曝光进行化学腐蚀的方法制成直径 约为 l o p m微孔，或者也可直接采用多孔玻璃。对光敏微晶玻璃的腐蚀工艺是 不受面积限制的，而且微晶玻璃微晶化之后，强度是普通玻璃的好几倍，在这 一点l 就明显地优一于受拉制工艺限制的传统 mc p 。多孔玻璃的优点在于材料的 选择非常简单，利用多孔玻璃天然的内部孔道来作为电子的通路，大大简化了 用于平面显示器件的新型微孔道板的研制 工艺，并且显然也能极大地降低成本。新型 mc p的工作原理和传统 mc p的一 样，是建立在二次电子发射理论的基础之上这就是本论文研究的背景。为此， 本项研究的日的就是克服传统 mc p的这些弊端，以达到能够随意控制微孔道板 的使用面积，充分利用它平面型结构的优点，以 便在平板显示器件和平板摄像 器件中使用。本项研究的成果具有广泛的应用前景和很高的实用价值。 用于平面显示器件的新型微孔道板的研制 第二章传统微孔道板的结构及工作原理 第一节传统微孔道板的结构 现在首先介绍一下传统 mc p的结构 0 。( 女 1 1 图) 哥了 微 孔 道 /， 玻 璃基底 ,.,. = 1 0 u m c 图 1 、传统微孔道板的结构 ( 平面图) mc p是 一 个薄片状阻性通导板，板内有很多紧密排列泊一起的微孔管道， 两个端而为导电层每 一 个微孔管道实际上就是 一 个通导式电子备增器。每一 个孔道的直径约为2 0 u m- 5 0 u m，长度约为0 . 5 m m - 2 m m，孔径比约为1 : 5 0 0 微孔道是由铅玻璃或矶玻璃管拉制而成，并在其内壁覆盖一种阻性材料，使其 二 次发射系数。 1 。因此可以说，微孔道板实际上就是一种管长比管径大很多 的内壁涂有发射材料的管子。一般说来，mc p的放大倍数可达 1 护以上。在制 作的时候，先在较粗的玻璃管中覆盖上二次电子发射材料，然后将这一束玻璃 用于平面显示器件的新型微孔道板的研制 管加热，使其软化，然后拉长，达到预定的孔径大小后冷却切割成薄片，然后 磨光，在两面蒸镀薄膜电极制成。 上图仅仅是一个示意图，为了说明问题而放大了孔道的直径， 不代表器件 的实际尺寸。而 且 在实际应用中，器件的外形也有所不同。 第二节二次电子发射原理 由于mc p的工作是利用二次电子发射原理完成的，所以下面简要回顾 一 下 二次发射理论。 当定能量的电子束轰击物体表面时，就会有电子从表面上发射出来。这 种现象就叫做次级电 子发射或一次电 子发射。 该现象是山c o m p b e l l 于 1 8 9 9年 首次发现的。 它是一 种重要的电子发射形式。 一 般称轰击物体表面的电子为“ 源 电子”或 “ 一 次电子” ，称从表面发射出来的为 “ 次级电子”或 “ 二次电子” 。 次级电子的数日与 原电子的数目 之比是 “ 次级发射系数” ，是衡量几次发射性能 的一个重要参数 实验发现， 通常用 。表示 纯金属、半导体、绝缘体和一些复杂的组合物都会发生次级发 射。通常纯金属的。 值较小，其最大值不过比 1稍大一些，而半导体和绝缘体 的。 值较大，有的可达 6 - 8 。 一 些复合体就是为了获得较高二次发射系数而研 制的，。 值有的可达十几甚至是儿十。 次级电子发射的物理过程非常复杂，虽然人们对其发射机理已进行较长时 间的探讨，并企图对其做全面描述，但是到目前为止，人们对它的认识仍然不 够确切，各种理论并存。在这里我们着重它的实际应用，而不必去深究它的发 射机理。总起来讲， 一 般认为二次电子发射的过程大致可分为只个物理阶段。 首先是_ _ 次电子的激发过程。当次电子入射到发射体内部以后，发射体原子 的壳层电一 f 受到激发跃迁到导带或较高能级， 一 次电子能量损耗，速度变慢， 成为导带内 “ 束缚”电子这些受到激发但未逸出的电子称为内次级电子。第 万 _ 个阶段是内次级电子向表面运动的过程。内次级电子有一定的能量，其中速 度方向指向发射体表面的那一部分就会向表面运动。在这个过程中，电子会与 导带内的电子碰撞，与晶格原子碰撞，等等，本身将部分损失或全部损失能量。 一 一一 一 一 一 一 一一 卫 上 f do x t r; as dlr ld 3 i. f 6h b f * 1一 一 一一一- 一一 一 第州个阶段是克服表面势垒的逸出过程。内次级电子在发射体内经过多次碰撞 而运动到表面时，如果能量还足以克服表面势垒的影响，它们就能逸出表面形 成真正的二次电子。 影响次级发射系数。的主要因素有很多，主要包括次电了的能量，入射 角，材料的逸出功，温度和吸附气体等。次级电子的时滞性很小，月次级电子 发射系数与次电流的强度无关;与热电子发射一样，有热噪声。这些都是二 次电子发射的一些特性。 第三节传统微孔道板的工作原理 微孔道板的工作过程是这样的:在微孔道板中，当具有初能量的一次电子 进入微通导后，在管壁上碰撞到低域值的二次发射材料，产生二次电子。在外 电场的作用下，这些二次电子向外出射，运动过程中还会再与管壁发生碰撞， 再次激发出二次电子。这样电子在微孔道内部运动的整个过程中，可以进行多 次碰撞。由于涂覆的二次电子发射材料的。 值较大，囚此最后能够形成很强的 二次电子流，对 一 次电子形成放大。 在板的 匕 下两面，分别有电极膜，它们的作用是补充电子，因为在mc p工 作时，其内部由于二次电子的发射会有很大的电子损失，必须及时进行补充， 以保持其电位的中性。这样它才能连续不断地工作下去，否则会产生电位的变 化，而导致不能正常工作 用于平面显示器件的新型微孔道板的研制 第三章新型mc p的结构原理和工艺 第一节结构和工作原理 我们下面来具体介绍 一 卜 新型微孔道板的结构和工作原理。 新型mc p的结构如图所示。( 如图2 ) 新型微孔道板是由玻璃基底和上下两层导电膜组成的。玻璃基底的内部布 满微孔管道，管道内壁覆盖的是一层二次电t 发射材料。玻璃基底的厚度约为 0 .5 m m，孔径约为 1 0 1 m左右，孔径比约为 1 : 5 0 。制造 mc p玻璃基底的材料 可以有两种，一是光敏微晶玻璃，通过化学曝光腐蚀的方法形成微孔;另一种 是直接采用多孔玻璃。在实验中所采用的面积是3 c mx 3 c m ( 实际上这个面积是 不受限制的) ，正方形，每个微孔的内壁涂有低域值的二次发射系数。 1 的二 导电 层 . 洲欠 料林 才 料 导 电 层 图2 、 微孔道板的结构 ( 剖面图) 用于平面显示器件的新型微孔道板的研制 次电子发射材料在玻璃基底的两面镀有 a l 导电膜。导电膜的材料可以是金或 者铝，一般说来用金膜比较好一些，因为金的化学性质较为稳定但是在试验 中可以先采用铝膜，问题不大。 新型mc p的工作原理也是利用了 _ 次电子发射的原理， 这一 点 与传统 mc p 一样 第二节新型mc p的制造工艺 2 . 1 1 :_ 艺原理 一、玻璃基底 卜 面提到，玻璃基底的材料可以采用光敏微晶玻璃或多孔玻璃。下面分别 加以讨论。 光敏微晶玻璃是一种新材料，对它进行微细加工的方法是化学腐蚀。这是 利用了它同时具有光敏特性和定向 腐蚀特性的特点。当紫外光透过刻有图形的 模板照射到光敏微晶玻璃上后，在玻璃的受光部分的内部，发生了光化学还原 反应，生成与图象相同的a g 原子潜象。 在热处理显影后，玻璃受光部分发生性 质变化，产生了某种大量的特殊微晶，它在 h f酸中的溶解 ( 腐蚀)速度约是 未发生变化部分 ( 即未受光部分)的2 0倍。这种较大的腐蚀速度差，使其可以 实现定向腐蚀。因此，这些特性就决定了我们可以实现在光敏微晶玻璃基底上 腐蚀出孔道 如果直接采用多孔玻璃作为玻璃基底也是可以的。多孔玻璃一般是起过滤 作用的玻璃材料，由普通玻璃在特定温度及状态条件下烧结而成，内部布满了 直径 5 it m左右的微孔道，在烧结温度条件的不同状态下，孔道的直径也会有 所不同。水分子可以通过这些微孔道。因此可以推想电子也能够通过。为了扩 大孔道直径并使微孔道的形状更加规则，需要将多孔玻璃用 h f酸浸泡扩孔。 这样电子的通过就会比较顺利一些。 二、二次发射材料 这样的新型 mc p的工 作原理与传统 mc p 一 样，也是利用了二次电子发别 的理论。所以，关键是要在每个微孔的内壁形成 一 层二次电子发射材料的薄膜 用于平面显示器件的新型微孔道板的研制 与传统mc p相比，由于微孔管道不是由拉制而形成的，所以不能预先涂覆二次 发射材料，这就给工艺增添了难度。因此我们必须考虑其它的方法。而且，二 次发射材料的选择也是非常重要的。在各种发射材料中，很重要的一种就是氧 化物型次级发射体。这主要是指一些碱土金属，被，镁，钡等的氧化物。其中 最主要的一种就是氧化镁 ( m g 0 ) 。经过比较和选择， 我们决定采用 m g 0 。一 般来讲，虽然有很多金属材料以及几乎所有的半导体和介质的二次发射系数都 大fl ，但是要作为实用的二次电子发射体，须满足以 f 工作要求: 1 . 较高的二次发射系数。 2 . 较低的下作电压。 3 . 热发射小。 4 工作稳定。即使在高温和大电流 卜 长时间工作，其二次发射系数变化应该很 刁 、 5 . 材料制取容易，二次发射性能均匀。 而m g 0正 是 符合这 样条 件的 一 种高 效率的 一 次电 子发 射材料。 它是属 于 氧化物 型的次级发射体。它的二次发射系数 。 值很大，有资料表明，在一次电子能量 为l 0 0 e v - 3 0 0 e v时， m g 0的二次发射系数可达1 0 0 。而巨 ，二次电 子与一 次电 子的数量成正比，亦即二次发射系数与一次电流的密度无关。除此之外，氧化 镁还有很好的热稳定性，在高温 ( 6 0 0 以 卜 )下工作，只要没有有害气体，发 射能力不改变。它甚至可以直接暴露大气，而所受影响非常小。基于以上原因， 我 们决定 采用m g 0作为 二次电 子发射材料。 关于m g 0有如此巨 大的 二 次发 射的 原因，一 般说来可以 有两种解释。 一 种 是马尔托效应。当快速电子撞击到阴极表面时，由于发生了二次发射，使表面 充 匕 正电尽管这个真正的二次发射并不算很大，但是由于氧化镁是很好的介 质， 充上的正电荷很难通过介质来中和， 这样就在介质薄膜表面上( 1 0 -， 到 1 0 -， 厘 米)形成一层很强的电场，它足以使金属底层产生场致发射，这个场致发射叠 加在并不太大的真正的二次发射上，就使得总的发射电流很大。根据这种解释， 1一 以得出结论说，介质层越薄，场强越强，场致发射越大，因而总的发射电流 就越大。 另一种解释是认为山于 一 次电子的激发，在发射体内接近表面处产生电子 明于平面显示器件的新型微孔道板的研制 雪崩放 电。 在实际应用中，可以小必去管氧化镁到底为什么又如此巨大的二次发射， 研究中只要利用这一点就可以了。 这时就遇到了一个具体问 题:怎样在微孔内 壁涂敷m g 0薄膜。 此时4 、 能采 用常规的真空镀膜方法，因为， m g 0的 熔点很高， 通常要在3 0 0 0 口c 以 上， 不仅 比多孔玻璃的熔点要高很多，甚东比钨丝的熔点还要高;而且，由于微孔管道 的 孔径非常细小， 也难以 保证蒸镀的效果。 理想的办法是将m g 0粉末制成溶液， 通过浸泡填充到微孔道之中。实验中采用的是冰乙酸溶液。之所以采用冰乙酸 溶液是由 于它很容易挥发， 祛除方便， 而目 它是一种酸性较弱的酸， m g 0能溶 解于其中:它与m g 0的 化学反应又很小，不产生其它杂质。 将玻璃基底 ( 光刻 腐蚀好的 光敏微晶玻璃或磨制好的多孔玻璃) 浸泡到m g 0的冰乙 酸溶液中， 一 段时间后取出，很容易除去冰乙酸而保留下m g 0薄膜。 2 . 2制备过程 一、玻璃基底的制备 1 . 光敏微品玻璃基底的制备 ( 1 ) 曝光 清洗微晶玻片: 。 用洗涤剂与脱脂棉洗去玻片表面的油脂和污物。 . 用水冲净。 。 用去离子水冲洗数次。 . 用无水乙醇脱水，晾干或烘干。 定位: 。 先以透射光和反射光的形式检查表面光学性质是否均匀，不均匀处不能位 于曝光中心区。 。 将其定位于曝光台 匕 ，盖上掩膜板 ( 有金属膜的一面紧贴玻璃基片) ，放到 紫外灯下曝光 曝光: 约为 1 0到 1 2小时。 - 一 一一 f 1 t - s a x t $ 1 6 ej lf fi= l i $iz d=1竺 1 一一一 一一 ( 2 ) 显影 玻璃片用瓷片或铁片 ( 称之为夹片)夹好，放在恒温炉内显影。 显彭的温度控制为 5 8 0 0c - -5 9 0 c,温控器的温度值随夹片的不同而有所不同， 显然是因为不同的基片的热传导系数小同而造成温度梯度不同。瓷片的温度要 高些，而铁片 一 ( 用于大面积的微晶玻璃的显影)由于表面积大，而炉中的温度 均匀区小，温度梯度会大到影响显影，所以要经常调换方向以减少影响。 显影时间一般 5 0 小时足够了。 ( 3 ) 腐蚀 用 1 0 %的 h f酸溶液，在室温下进行腐蚀，定位点先透，然后要不断地取 出观察。因为一l透孔后，孔径将以十分快的速度增长。 ( 的 微晶化 将质量好的光刻件重新曝光和显影，使其微晶化，以得到良好的力学和电 学性能。 2 . 多孔玻璃基底的制备 ( 功 模具的准备 为了使多孔玻璃基底的厚度均匀地控制在 0 .5 m m 左右，在磨制的时候需要 使用模具。实验中设计并加工的一个模具的外型图如图。r 1约为 2 . 1 2 c m, r 2 为 2 . 5 c m d =0 . 5 m m 图3 、 多孔玻璃磨制所使用的模具 ( 俯视图及剖面图) 用于平面显示器件的新型微孔道板的研制 ( 2 ) 磨制 将多孔玻璃截成3 c m x 3 c m的小片 ( 正好嵌入模其内径) 将玻璃嵌入模具，填充石蜡或松香。在这里，填充的日的有两个，是使 玻璃和模具牢靠地粘合在一起不致脱落，二是使石蜡或松香填满多孔玻璃 的微孔内部，这样就不会因磨料进入微孔而导致堵塞，因为驭除微孔内的 石蜡或松香比祛除磨料要容易得多。填充的方法使用吹风机加热， 变成液态 后进入微孔，自然冷却后即可凝固。 图4 、 磨制方法 在磨床 l 将多孔玻璃磨制成 0 . 5 m m 厚。磨料的选择要先粗后细，使用粗砂 快速磨薄，然后用细砂进行精磨，以确保玻璃表面的平整和光滑。 玻璃基底的磨制是一象需要细心并且费时的工作，也是基底制作的关键 环节。基底的好坏直 接影响到 a 1 膜的蒸镀，所以要做到尽量平整。如果基 底表面很粗糙，就会导致 a 1 膜必须很厚，否则不能形成导电膜，这样势必 影响到电子出射。导电膜越厚， 吸收电子越多， 收集极接收到的电子流减少， 直接影响放大倍数。 ( 3 ) 清洗 1 4 用于平面显示器件的新型微孔道板的研制 将磨制好的多孔玻璃中微孔内的填充物的填充物清洗千净。 a .填充物为石蜡; 。 将玻璃基底放入清水中煮沸 ( 可加入少量硫酸提高沸点) ，祛除大部分石蜡 反复煮多次。 。 用洗液浸泡并加热，清洗玻璃基底。 。 将玻璃基底使用超声波发生器加振清洗 . 放置在石油醚中，略微加热，彻底清洗 卜 净 . 用去离子水浸泡。 . 脱水烘干。 b .若填充物为松香: 。 酒精清洗。 . 脱水烘干。 ( 4 ) 扩孔 . 将玻璃基底放入4 0 %的h f酸溶液浸泡 5 分钟。此步骤的目的是使孔径扩大 到 l o o m左右 。 清洗，并用去离子水浸泡。 . 用超声波发生器加振，彻底驱除h f 溶液的残留。 。 脱水烘干。 3 , m g o溶液的 浸泡 将m g o按一定的配比制成它的冰乙酸溶液，充分搅拌溶解。 . 将玻璃基底放入，密闭。 。 用超声波发生器加振3 0 分钟，使m g o溶液充分进入微孔道内 部。 . 静置2 4 小时。 . 取出烘千 4 ,蒸镀电极 在基底的两面分别采用真空镀膜的方法蒸镀 a 1 电极膜。 ( 1 )材料准备: 铝丝:将纯铝的铝丝或铝条放入清洗液中清洗，然后冲洗干净，烘干，真空保 存 用于平面显示器件的新型微孔道板的研制 钨丝:将钨丝放入 n a o l l 溶液中，采用电抛光的方法，将钨丝作为电极，通电， 一 段时间以后钨丝就清洗十净了 ( 2 ) a l 电极膜的蒸镀: 采用常规的真空镀膜工艺，在 真 空 度 为1 0 - 心 喻一加 电 流 1 8安培并调整膜厚的测控仪，将膜的厚度控制在 0 .0 4 9 p m 几百欧姆的量级。 电流强度不大于 测星表面电牡在 ( 3 )粘接电极引线: 在两面电极膜上分别用导电胶粘接电极引线。导电胶采用的是银粉和乙酸 j 月 旨 混合而成的液态胶 电极粘接完之后，静置儿个小时 至此，mc p的制作过程就完成了 使胶牢i ll 。 可以进行测量。 用于平面显示a件的新型微孔道板的研制 第四章测量与结果 第一 节测量电路 测量电路如图所示。 酬硼 注意:要在装架之前用丙酮彻底清洗电极接线座，以保证良 好的绝缘性 在加上较高电压后会出现漏电现象，影响测量的准确性。 收 集极 玻 a 基 底 图5 , mc p的倍增系数的测量电路 将电路接好，排气达到一定真空度时即可测量。 一 .一.一-一 itl - v %r 塑 e y a 兰a o l u fi 的 研 制 mc p在真空室中用支架支撑。如果选用金属支架而不做任何屏蔽措施的 话，支架会在电场的影响下吸收电子，对电位产生影响。所以应该尽量避免使 用金属支架，或者即使使用，也要在其外部包裹绝缘层，保持它为稳定的零电 位这也是将 卜 层电极膜的电位设成零点的原因，因为下层电极膜是直接接触 支架的保持它们的电位稳定，刁能使测量数据更加准确在试验中要将支架 的表面涂一层绝缘胶，覆盖起来 收集极的材料采用康铜片在收集极的表面点燃内酮，熏制获得 一 层疏松 的碳膜。它的作用是减少电子散射的损失。 第二节测量数据 在整个研究工作中， 首 先改变了m g 0的 浓度， 室温:2 5 c 溶液浓度: 1 )饱和( m a x ) 溶液: 2 ) 6 1 .8 % m a x 溶液: 制备了大量的样品，并采用了不同的参数条件。我们 配置了4 种浓度的溶液。如下所示。 8 2 % 51 % 3 ) 5 0 % m a x 溶液: 4 ) 8 5 % m a x 溶液: 4 1 % 7 0 % ( 0 .9 g / 7 4 . 5 m u ( 0 . 5 6 g / 7 4 . 5 m l ) ( 0 .4 5 g / 7 4 .5 m l ) ( 0 .7 6 g / 7 4 . 5 m l ) 典型的实测数据如下，其中各个符号的意义为: 1 0 :灯丝发射的一次电流1 1 :收集极接受到的电流 1 2 :卜 层a l 电极膜的电流1 3 :上 层a l 电极膜的电流 v i :灯丝电位v 2 :上层电极膜的电压 另外，由测量电路图可以看出，下层电极膜的电位为零电位，灯丝电位为 负电位。 用于平面显示器件的新型微孔道板的研制 室温:2 4 0c， vi 二一 2 0 0 v ，i( u a) , mg 0浓度:饱不 !8 2 % v ( v)玻璃基底厚度:0 . 0 5 3 1 m v201 0 02 0 0 3 0 04 0 0 1 03 . 544 . 244 1 111 . 63 . 14 . 86 1 2- 2 . 9- 2 . 0- 0 . 21 . 54 . 0 1 31 . 0 第一组 室温:2 4 c vi =- 2 0 0 v mg 0浓度:5 0 % 饱和 4 1 % 玻璃基底厚度:0 . 0 5 3 “ m v201 0 02 0 03 0 04 0 0 t o5 . 54 . 24 . 55 4. 2 1 12 32 . 2 4 . 87 . 26 . 2 1 2一 3 . 2- 2 . 2 0 . 522 1 3 14 第二9 1 1 室温: 2 4 0c , mg o浓度: 6 1 .8 % 饱和 5 1 % v1 =- 2 0 0 v玻璃基底厚度:0 .0 5 3 61 m v20 1 0 02 0 03 0 0 4 0 0 1 0 444 . 2 44 1 1 11 . 63 . 1 4 . 86 1 2一 29 - 2 . 0- 0 . 21 . 5 4 . 0 1 1 3 1 . 53 . 0 第三组 用干平面显示器件的新型微孔道板的研制 室温: 2 4 c ， iv l g o浓度:8 5 % 饱和 7 0 % vi = - 2 00 v玻璃基底厚度:0 .0 5 3 u m v201 0 02 0 03 0 04 0 0 1 044 . 54 . 554 1 10 . 83 . 25 . 26 . 35 . 2 1 2一 3 . 5一 1 . 20 . 81 . 01 . 0 1 31 . 0 第四组 室温: 2 4 c ， mg o浓度: vi =- 2 0 0 v hf浓度: v2 1 0 4 0 %, o 浸泡时间 1 0 0 5 n 些 2 l 1 0 8 5 %饱和 7 0 % 玻璃基底厚度:0 .0 4 5 u m 3 0 0 4 0 0 1 一 20一。 竺一土斗 写 噜 鲁 井 814.5 h一12一13 第五组 在上述数据中，可以着到一个很有趣的现象，就是 1 2电流的方i.j 。从t _ 表 数据中可以看出1 2经历了一次反向，而且都是在 v 2电压为 1 0 0 - 2 0 0 v之间时 发生的反17 ，非常稳定。造成这种结果的原因是什么呢?如果稍加分析就会看 出，这正好验证了实验前所做的设想可以看到，在 v 2电) -r - 较低时，1 2的方 向为吸收电子的方向 这说明在电压较低时，没有或很少有二次电子的发射。 灯丝发射出来的电子基本上都被下层电极膜所吸收。当 v 2逐渐升高，1 2随之 慢慢便少，进而反向。这是由十，电压提高到一定值时，山于一次电子能量的 增加，开始出现二次电子的发射。发射体损失大量电子，入不敷出形成亏空， 月于平面显示器 件的新型微孔道板的研制 势必要形成电f - 的补充以保持发射体的中性。否则它的电位会不断升高，_ 二 次 电了山于收到较高电位的影响难以出射，就小会保持发射的稳定。我们蒸镀电 极膜的原因，也就是要形成电子的补充回路。补充电流的方向与吸收电子形成 电流的方向是相反的。当二次电子发射量逐渐增多时，补充电流逐渐增大，逐 渐抵消掉吸收电流，从而形成反向。补充电流越多，说明发射的二次电子的数 量就越多。所以说，1 2实际上是两部分电流相互抵消所得到的结果。这正好能 够印证二次电子发射的存在。 第三节放大倍数的计算 测得了如 卜 的结果之后，如何计算放大倍数呢?这是一个值得讨论的问题。 不能直观地用收集极电流i l 去与发射极电流 i o 相除得到。 值。从如下的图示中 可以看出，钨丝发射的电流并没有完全进入 mc p的微孔之中进行放大，而是有 很多的损失。真正进入微孔得到有效放大的那一部分电流才是真正的一次电流。 可以看出，灯丝发射的电流主要分成三部分:一部分进入了玻璃基底的微孔道 内部，成为真正的一次电流;一部分被下层电极膜所散射;另一部分被下层电 极膜吸收。被下层电极所散射掉的电子是很难估算量的多少的。由 于上面提到 的保护措施 ( 零电位的选择) ，可以先不考虑这一部分损失。为了计算真正的 一 次电流的大小，需要测量出被下层电极膜吸收的那一部分电流的大小。在上层 电极膜不加电压的时候，即 v 2 = 0的时候，由于电子的能量较小，没有二次发 射的存在，下层电极收集到的电流 1 2可以认为全部是被下层电极膜所吸收的电 流，而不是前面所述两部分电流抵消后的结果，那么 ( 1 0 - 1 2 )所得到的就是真 正进入微孔道的一次电流。在上层电极膜电压逐渐提高的过程中，可以近似地 认为这是稳定的一次电流，没有改变。 与此同时，放大以后的电流也不是简单地由收集极电流构成。因为二次电 子获得能量出射出微孔之后，就会受到上层电极膜的阻挡。由于二次电子的初 动能为零，所以到达上层电极膜的时候能量较低，很容易被上 层电极膜所吸收 造成电子流的损失。余下那部分能通过上层电极膜的电子流，受到了收集极电 压的加速后获得较大动能，在到达收集极上之后又会有一些被散射掉而不能被 用于平面显示器件的新型微孔道 版的研制 第五章分析和讨论 从以上数据可以看出，新型mc p 有1 0 - 1 5 倍的放大。这是一个比较平均的 结果， 在较好的条件下，能够达到2 0 倍左右。当然随着研究的深入， 这个值还 会进一步改善。而且在需要非常高的放大倍数的场合下， 还可以使用级联的方 法。可以看出，放大倍数和以下条件因素有关: 1 . 孔径比。 传统的mc p 的孔径比约为1 : 5 0 ， 是较为合适的。孔径比 太大不利 于电子出射，太小则碰撞次数太少影响放大倍数。但是，由于本项研究所采用 的皿次发射材料不同于传统 mc p ，所以 应该重新考虑。孔径比的确定与二次发 射材料的发射系数。 是有密切关系的。 如果二次发射系数较大， 那么打出的二 次电 子数量就越多， 这时候如果孔径比非常大， 就是说如果板厚非常大，二次 电子就不容易从板中出 射， 在孔道中形成空间电荷效应，从而会改变发射体的 电位使之形成电 位降，从而更加阻碍二次电子的出射。如果二次发射系数较小， 就应该适当增加板的厚度，使电子在板中的碰撞次数增加，提高放大倍数。由 于我们考虑到 m g o的二次发射系数较大，所以尽量不选用板厚较大的玻璃基 底。 2 . a i 电 极薄膜的厚度。如果厚度太小， 使电阻率太大， 会影响电子的补充，同 时影响到玻璃基底的电位使之升高， 抑制二次发射;厚度太大则会对电子出 射 形成阻挡吸收，损失电子。 所以要在导电基本良 好的前提下尽量降低薄膜的厚 度。一般来讲，使电 极的表面电阻达到几百欧姆的量级就较为合适了。 3 . m g o的 浓 度。 这需 要 在实 验中 不 断 摸索 最 适 合的 浓 度 值。 经 过所 作 的 一系 列 对比实验，从上面我i f 的测量结果