文摘微通道板(Microchannel Plate,MCP)是高能宇宙辐射探测设施(High Energy Radiation Detection facility,HERD)中增强型科学级互补金属氧化物半导体相机(Intensified Scientific Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,IsCMOS)的核心电子倍增器件。通过采用原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)技术与扩口技术,研制出高增益、长寿命、大开口、低光晕的MCP,用于满足空间探测的严苛技术要求。结合扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、X射线光电子能谱仪(X-ray Photoelectron Spectrometer,XPS)、原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)、3D轮廓测量仪表征MCP的表面形貌和微观结构;通过增益、寿命及成像测试分析评估电子倍增及成像特性;利用CST Studio Suite构建仿真模型,验证二次电子发射系数(Secondary Electron Emission,SEE)以及开口面积比(Open Area Ratio,OAR)对MCP性能的影响。测试结果表明,ALD技术在MCP通道内壁形成均匀致密的Al2O3薄膜,粗糙度从0.55 nm降低至0.43 nm,变形量降低了71%。增益从372@800 V提升至743@800 V,在总输出电荷量30 C时,工作寿命相对提升6.5倍。扩口技术使得MCP的OAR从67%提升至87%,增益从743@800 V提升至945@800 V,光晕10%峰高全宽直径(Full Width at Maximum,FWM)从378μm降低至288μm。模拟结果表明,更高的SEE和OAR,可有效提高MCP的增益,抑制入射电子的散射以及光晕的产生。测试结果与模拟仿真基本吻合,为空间探测需求用高性能MCP提供了重要实验与理论依据。
