Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время отсутствуют приборы, способные конкурировать с электронно-оптическими преобразователя-ИИ (ЭОП) используемыми в приборах ночного видения, рентгеновских треобразователях и усилителях изображения^
В результате непрерывного возрастания требований к парамет-эам ЭОП на смену устаревшим конструкциям приходят новые виды преобразователей. Применение в ЭОП третьего поколения микрока-шльных пластин (МКП) позволило существенно улучшить усилитель-гые характеристики преобразователя.
Проблема собственных шумов МКП остро сказывается в ЭОП гредназначенных для приборов ночного видения, усилителей слабого игнала и других подобных устройств.
Шумы в МКП подразделяют на два вида:
статичесхие, зависящие от технологических факторов и харак-еризующиеся разбросом диаметров и длин каналов;
динамические, величина которых зависит от случайных изме-ений коэффициента усиления, величины вторичной электронной миссии первого удара и эффективной площади каналов.
Перечисленные параметры динамического шума определяются:
устойчивостью элементов на поверхности первого -удара (ПУ) к аектронной бомбардировки;
степенью дефектности поверхностного слоя ПУ и парциальной уіичиной вторичной эмиссии каждого элемента, так как интегральный )эффициент эмиссии (КЭ) зависит от каждого элемента присутст-лощего в эмитирующем слое;
- условиями детектирования фотоэлектронов между каналами и рекомбинацией сигнальных электронов на ионах десорбированных с внутренней поверхности канала.
Поэтому для снижения шумов в МКП необходимо формировать входные отверстия каналов, обеспечивающие высокую эффективность отбора фотоэлектронов и стабильный коэффициент вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) особенно на поверхности ИУ.
Ранее предлагалось улучшить отбор первичных электронов и тем самым понизить шумы, путем формирования конусообразных входных отверстий каналов при помощи химического или ионного травления. С целью минимизирования флуктуации вторичной электронной эмиссии (ВЭЭ) применялось также, стекло для изготовления МКП, в составе которого находились устойчивые к электронной бомбардировке компоненты. При этом в первом случае обеспечивалось незначительное снижение шумов, а во втором требовалось кардинальное изменение существующей технологии.
В настоящей работе с целью улучшения параметров предлагается осуществлять модификацию входной поверхности каналов умножения обработкой МКП в вакууме ленточным электронным лучом. Полагается, что десорбция слабосвязанных компонентов-модификаторов (К, Na и РЬ), остаточных атомов травителей и моющих средств (загрязнений) при нагреве снизит флуктуацию вторичной эмиссии" (ВЭ) и повысит КВЭ поверхности первого удара. Кроме того, капиллярные процессы будут формировать новую структуру поверхности с микрогеометрией входных окон в виде зоронки, способствующей более эффективному отбору электронов первичного фототока.
В этой связи разработка технологического процесса влияющего на параметры МКП и "приборов, является актуальной и перспективной.
Целью диссертационной работы являлось: исследование техноло-ичесхих возможностей применения электронно-лучевой обработки орцов каналов умножения для создания малошумящих МКП.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить ледующие задачи:
разработать физическую модель' теплового воздействия элек-ронного луча на поверхность МКП, определить условия и длитель-ость термокапиллярного формирования поверхности МКП, глубину эеднения поверхности стекла и время обезі аживания канала от де-эрбированных элементов;
определить физико-химические особенности электронно-учевой обработки МКП и влияние условий её проведения на бмисси--шые свойства свинцовосиликатного стекла, микрогеометрию и пара-етры МКП;
разработать и опробовать лабораторный технологический про-2сс обработки входной поверхности МКП электронным лучом.
Следует также отметить, что ігри решении этих задач было вы-элнено:
разработана и изготовлена технологическая оснастка для осу-ествления ЭЛО ленточным пучком;
выработаны рекомендации для создания промышленного обсру-тания ЭЛО МКП.
Основные положения, выносимые на зашиту:
І. Аналитическая модель процесса ЭЛО МКП, описывающая наев и плавление поверхности пластины, формирования конусообраз->го входа каналов, диффузии и десорбции с поверхности слабосвязан-ііх элементов-модификаторов и технологических загрязнений.
-
Результаты экспериментальных исследований влияния ЭЛО на геометрические размеры МКП и торцы каналов.
-
Экспериментальные зависимости распределения модификаторов в поверхностном слое ССС и величины вторично-электронной эмиссии до и после ЭЛО.
-
Результаты исследования электрических характеристик и параметров экспериментальных МКП и ЭОП.
-
Основные узлы конструкции электронно-лучевой установки для обработки МКП.
-
Технологический процесс ЭЛО входной поверхности каналов, обеспечивающий наименьшую величину шумов МКП по сравнению с типовыми образцами.
Методы исследования При изучении процесса ЭЛО МКП в теоретической части работы использовалась модельная задача распределения температуры в полубесконечном теле с учетом автомодельностк теплового поля, на базе кинетической теории релаксации поверхности был рассмотрен процесс формирования торцевой поверхность каналов, для исследования диффузии элементов из стекла применялись уравнения коэффициента диффузии (Стокса-Энштейна) и вязкости (Френкеля-Андраде), для описания десорбции и удаления алементої из каналов применялось соотношение Поляни-Вигнера и уравнение газового баланса з вакуумных системах. Для экспериментальных иссле-.'онаний использовались оптические и электронные методы изучение кк:. сочности, вторично-ионная и электронная спектрометрия, а так м« іИпс-ь.'є промышленные методы исследования вторичной электронно* эмиссии, шумов и усиления МКП.
Научная новизна:
1. Предложены механизмы формирования входов каналов МКП в
де "сотовой структуры" на поверхности, за счет релаксационных
оцессов, стимулированных капиллярным давлением, действующим
расплавленные торцы каналов, а также изменения состава поверх-гтного слоя канала вследствие диффузионно-десорбшюнных процес-ї, протекающих во время ЭЛО.
-
Впервые показано, что при затвердевании расплава после ЭЛО >езультате удаления щелочных элементов, устранения механических фектов поверхности и восстановления мостиковых связей типа O-Si в приповерхностной области образуется модифицированный )й, нового состава и с реконструированной структурой.
-
Установлено, что повышение коэффициента вторичной эмиссии :ле ЭЛО обусловлено удалением из поверхностного слоя свинцовоси-катного стекла углеродных загрязнений и слабосвязанных оксидов ц К, РЬ) с малыми парциальными КВЭЭ на глубину, превышающую іти на порядок глубину выхода вторичных электронов.
Практическая ценность работы:
-
Определены технологические особенности ЭЛО микроканаль-х пластин типа МКП и МКПО, обусловленные применением стекол с (личными тепловыми характеристиками и даны рекомендации по 5ору режимов обработки.
-
Сформулированы требования к технологическому оборудованию' О МКП. Разработана и изготовлена оригинальная технологическая :астка для экспериментальной и полупромышленной вакуумной «тронно-лучевой установки, защищенная авторским свидетельством СР № 1635463.
-
Разработан технологический процесс ЭЛО входной поверхности 'Л, позволяющий обеспечить плоскостность пластины, увеличить
эффективную площадь каналов от 60 до 84%, повысить коэффициен вторичной электронной эмиссии поверхности на 10%. и понизить урс вень шумов более чем в 2 раза. Изготовлены опытные образцы ЭОП улучшенными усилительными характеристиками.
Внедрение результатов работы. Разработанная технологическа установка и технология ЭЛО МКП внедрена и используется на ггр^ приятии "ГРАН" (г. Владикавказ, Алания) Минзлектронпрома. Эконс мический эффект от внедрения технологии составит 10 мил. рублей.
Диссертационная работа выполнялась в рамках хоздоговорны работ №N2 ГР. 01.89.36936, 01.90.00Є6367, 01.91.0054375 и ОКР по тек "Луч", согласно текатического плака научно-исследовательских рабе НИЛ СЭЛТ.
Аигюбаиия разультатов работы. Основные положения диссерт; ционпой работы докладывались и обсуждались на "Междуиароднс научно-технической конференции" "Актуальные проблемы фундамеї тальных наук" (Москва, 1991г.), "6 Всесоюзный научно-техничесю семинар" "Ионная и ио.шо-фотонная эмиссия" (Харьков, 1391г "Региональная научно-техническая конференция" "Обработка мат риалов высококонцентрированными источниками энергии" (Пена 1991), "Всесоюзная научно-технической конференции" "Новые принц пы формирования ТВ изображения" (Ленинград, 1990), "XXII научн техническая конференция по эмиссионной электронике" (Москва, 19 г.), "Всероссийская научно-техническая конференция" "Актуальні проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники' (Таганрі 1994г.), "Российская научно-техническая конференция" "Вакуумн; наука и техника" (Гурзуф, 1994г.)
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в рех научно-технических отчетах, 12 печатных работах и одном автор-гам свидетельстве.
Объем работы. Диссертация изложена на русском языке и состоит з введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы (90 наиме-эваний) и приложения. Общий объем диссертации 170 —стр., из, них і —стр. иллюстрации, 8— таблицы, 10—cfp. библиографии, 5—стр. эиложения.
