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薄膜特性及其在光子计数成像系统中的应用赵菲菲赵宝升张兴华李伟邹玮赛小锋韦永林引言光学报,,光子计数成像不仅可以探测到单光子信息,满足对微弱光检测的要求,而且具有同时获得光子的时间和位置信息的优点,因此在光谱测量、生物发光、放射探测、高能物理、空间探测等领域有着特殊的作用‘”!2捎梦恢昧槊粞艏ǖ墓庾蛹剖低常第卷第期年月文章编号:—/泄蒲г何靼补庋Ь芑笛芯克獾缱友遥挛魑靼泄蒲г貉芯可海本摘要利用电子束真空蒸镀方法制作了薄膜,用作感应读出方式光子计数成像系统的电荷感应层,研究了石英玻璃衬底和陶瓷衬底上薄膜的结构特征、表面形态以及各种工艺参数对薄膜电阻的影响。湎哐苌测试表明,两种衬底上沉积的薄膜均为立方相非晶态。场发射扫描电子显微镜枷癖砻魇⒉AС底上的薄膜致密平整,陶瓷衬底上的薄膜比较粗糙,厚度较薄时,陶瓷晶界处薄膜不连续导致电阻较大。通过改变沉积速率、薄膜厚度及采用退火的方法可以控制薄膜电阻。对比了采用不同阻值电荷感应层时系统的性能,发现阻值对探测器的分辨率影响小,对计数率影响较大。关键词薄膜光学;电荷感应层;电子束蒸发;光子计数成像;,收稿日期:——;收到修改稿日期:——基金项目:国家自然科学基金资助课题。作者简介:赵菲菲,女,博士研究生,主要从事紫外探测器光电阴极方面的研究。猰篺甪甤导师简介:赵宝升,男,博士生导师,主要从事光电子领域方面的研究。:..琋,\/琗痑琒,甌甌猺甌甀,.,甌—;籩籶籧.’
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庾蛹剖上裨实验方法笛榻峁胺治采用郦霍尔离子源对基片进行轰击清洁处理,以其成像电荷读出方式有两种:一种是电荷直接收集方式;另一种是电荷感应读出方式5辈捎玫荷感应读出方式时,电荷感应层膜的电阻不同,电荷在膜层的扩散速度不同,从而导致成像电荷保持分布形状的时间常数不同,因此膜的电阻影响光子计数系统的性能,是系统性能的重要参数。本文采用电子束真空蒸镀的方法制备了膜,研究了不同衬底膜晶相结构、表面形貌和各种工艺条件下的薄膜电阻,以及电阻对楔条型阳极庾蛹剖上裣低承阅艿挠跋臁值绾啥脸龇绞较拢庾蛹剖低车那岸瞬分都是相同的,包括阴极窗、光阴极和微通道板4庸庖跫ū砻嬉莩龅墓獾缱釉诰驳缂铀场的作用下径直轰击⒉次电子倍增。通常情况下,镸采用“毙图读5姆绞剑块捎谩癦”型堆叠的方式。如图尽电荷直接收集法中经对龊笫涑龅牡绾由位敏阳极直接收集;而电荷感应读出方式中输出的电荷先轰击呈高阻抗特性的半导体膜,然后通过电荷感应,由膜背面的位敏阳极收集,如图尽O喽杂谥苯邮占绞剑绾筛杏Χ脸方法可以有效的减小因胙艏渚驳绯〉畸变所引起的图像扭曲变形,避免了位敏阳极次级电子的重新分布所引起的分布噪声。而且膜的绝缘衬底可直接作为真空器件封装管壳部件,位敏阳极置于真空器件外,避免了真空封装时相关的热处理工艺对阳极的精细结构产生的破坏作用,大大简化了阳极探测器的真空封装工艺。另外,将膜绝缘衬底接地可以保证真空器件内的高压和外部电子读出电路的完全隔绝,从而简化了探测器的相关电子学设计。实验中选用石英玻璃和氧化铝陶瓷做衬底。氧化铝陶瓷中的玻璃相很少,晶相结构完整,只存在位移极化,其介质损耗由电导过程引起且很小;石英玻璃结构紧密,弱联系离子较少,所以其介质损耗也很小,具有高电阻率、低介质损耗和高击穿电压的特点。相对而言,石英玻璃价格便宜,介电