微通道板二次电子发射功能层关键参数对器件增益的演化影响机制研究

本文推荐：该研究通过原子层沉积(ALD)技术在微通道板(MCP)内壁构建Al2O3/MgO二次电子发射(SEE)功能层，实验证实器件增益从104提升至105量级。结合CST仿真系统揭示了SEE产额峰值(δm)、偏置电压和微通道纵横比对增益的调控规律，为MCP性能优化提供了多参数协同设计策略。

　　

Highlight

ALD技术对MCP增益性能的提升

原子层沉积(ALD)工艺可实现超薄功能薄膜的保形沉积。本研究采用ALD在微通道内表面沉积具有高二次电子产率(SEY)的SEE功能层。我们选择公认的高SEY涂层材料Al₂O₃和MgO，通过精确控制纳米级薄膜厚度，显著提升微通道内电子倍增效率。

建模与仿真方法

基于第二节实验结果，我们建立MCP增益性能仿真模型。考虑到实际MCP包含约220万根微通道，为简化计算，采用单通道等效模型。通过计算机仿真技术(CST)软件构建三维电磁场-粒子相互作用模型，结合蒙特卡洛方法模拟电子碰撞过程的随机分布特性。

MCP增益性能仿真

微通道电子增益主要受两种SEE倍增机制调控：单次碰撞增益由SEY特性主导，实际工作中还受偏置电压(U)影响。研究发现：

1. 1.

   当SEE产额峰值δ_m从3增至4时，MCP增益提升两个数量级

2. 2.

   SEE功能层厚度从1nm增至5nm时，δ_m由2.6升至3.8，对应增益从3×10³跃升至5×10⁵

3. 3.

   偏置电压每增加100V，增益提升2.3倍

4. 4.

   微通道纵横比通过改变电子碰撞次数影响增益，在1000V电压下，纵横比从22增至42时，增益从1.5×10²飙升至4×10⁵

Conclusion

通过系统研究得出四大结论：

1. 1.

   实验证实纳米级SEE功能层可显著提升商用MCP增益

2. 2.

   仿真揭示了δ_m、偏置电压等关键参数的定量影响规律

3. 3.

   微通道几何结构通过调控电子运动轨迹影响增益

4. 4.

   为MCP性能优化提供了多参数协同设计框架