本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種采用MEMS工藝制備有機(jī)微通道板的方法。
背景技術(shù)：
微通道板(MCP)是20世紀(jì)60年代末開發(fā)成功的一種簡(jiǎn)單緊湊的電子倍增器件,由光纖,玻璃,鉛等材料組成。它實(shí)際上是一塊通道內(nèi)壁具有良好二次發(fā)射特性和一定導(dǎo)電性能的微細(xì)空心通道鉛玻璃纖維面板。
微通道板(MCP)分幅管是MCP行波選通X射線分幅相機(jī)(MCP－XFC)最關(guān)鍵的組成部分，由鍍制有光電陰極構(gòu)成的微帶線的MCP和制作在光纖面板上的熒光屏組成。一束X光或是紫外光照射光電陰極，就會(huì)產(chǎn)生光電子，從陰極的入射面出射，進(jìn)入到MCP的通道內(nèi)，當(dāng)遇到加速電場(chǎng)時(shí)，就會(huì)在通道內(nèi)運(yùn)動(dòng)并連續(xù)轟擊通道壁產(chǎn)生二次電子倍增效應(yīng)。當(dāng)MCP兩端加有直流電壓時(shí)，光電陰極只是起發(fā)射光電子的作用，即單純的陰極作用，這時(shí)分幅管相當(dāng)于一個(gè)像增強(qiáng)器；如果微帶線上加載的是一個(gè)脈沖電壓，那么光電陰極也起微帶傳輸線作用，分幅管就是一個(gè)行波選通的分幅變像管。
分幅相機(jī)(MCP－XFC)的靈敏度和穩(wěn)定性由它的核心器件微通道板(Microchannel Plate:MCP)所決定，改善微通道板(MCP)的靈敏度和穩(wěn)定性，對(duì)提升行波選通型XFC的性能起著至關(guān)重要的作用。
MCP的微帶選通電壓由MCP的微帶阻抗決定，同樣寬度和厚度的微帶，阻抗越大，其上選通脈沖的有效幅度越高，直接導(dǎo)致MCP的增益增高。而MCP的微帶阻抗又與MCP基板的介電常數(shù)有很大關(guān)系，同樣寬度的微帶，如果需要高的阻抗則需要MCP基板的介電常數(shù)越小，這樣其上選通電壓的幅度越高，MCP的增益也就越高。同時(shí)，介電損耗也會(huì)影響增益的動(dòng)態(tài)均勻性。介電損耗越小，電壓脈沖在微帶上傳輸過程中隨著長(zhǎng)度的增加衰減減小，以此保證成像過程中的增益和圖像的均勻性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決背景技術(shù)中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種采用MEMS工藝制備有機(jī)微通道板的方法，該方法制備的有機(jī)微通道板具有介電常數(shù)低，介電損耗小的有點(diǎn)，能夠保證分幅相機(jī)中脈沖電壓的高幅度和低損耗性能，進(jìn)而提高分幅相機(jī)的增益強(qiáng)度和增益均勻性。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種采用MEMS工藝制備有機(jī)微通道板的方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
1)采用MEMS工藝制備出具有高深寬比結(jié)構(gòu)的硅基基底；所述高深寬比結(jié)構(gòu)為柱狀結(jié)構(gòu)；制備采用干法刻蝕或電化學(xué)濕法刻蝕；
2)采用ALD或化學(xué)氣相沉積的方法在步驟1)制備的硅基基底上沉積有機(jī)物；
3)通過機(jī)械減薄方式將硅基基底表面多余的有機(jī)物去除，露出基底上表面；
4)通過化學(xué)腐蝕的方式將硅基底去除，形成有機(jī)微通道；
5)通過原子層沉積工藝在有機(jī)微通道內(nèi)部沉積導(dǎo)電層和二次電子發(fā)射層，最終得到有機(jī)微通道板。
上述步驟1)中干法刻蝕具體是：采用掩膜材料，通過反應(yīng)離子刻蝕或者等離子體耦合刻蝕方式刻蝕出微孔結(jié)構(gòu)；
電化學(xué)濕法刻蝕具體是：通過KOH腐蝕出倒金字塔形狀，通過HF、四甲基甲酰胺、鹽酸和活性劑組成的陽(yáng)極氧化溶液，對(duì)經(jīng)過處理后的硅片進(jìn)行電化學(xué)刻蝕。
步驟1)中，高深寬比的柱狀結(jié)構(gòu)通過ALD工藝在硅基表面制備一層三氧化二鋁，起阻擋層的作用，三氧化二鋁層存在于有機(jī)通道內(nèi)部，作為勢(shì)壘阻擋層起到對(duì)二次電子的阻擋作用。
上述步驟1)的具體步驟是：
1.1)選取(100)晶向，電阻率1-10Ωcm的P型硅襯底，用干氧、濕氧和干氧交替通入熱氧化的方式，氧化生成約300nm的二氧化硅作為掩膜，熱氧化溫度1180℃；
1.2)光刻掩膜窗口，使用氫氟酸緩沖液BOE將二氧化硅腐蝕出圖形；
1.3)通過等離子體刻蝕的方式將硅襯底刻蝕成具有高深寬比結(jié)構(gòu)的柱狀陣列。
上述步驟2)的具體步驟是：
2.1)基底預(yù)處理，將硅基底分別在丙酮、乙醇和去離子水溶液中超聲清洗，除去刻蝕殘留物，保證基底表面和側(cè)壁潔凈度；
2.2)用煮沸的乙醇溶液處理，接著將在61％的硝酸溶液中對(duì)通過硅基底進(jìn)行處理，使-OH原子團(tuán)暴露在表面，至此，完成基底的預(yù)處理流程；
2.3)采用原子沉積系統(tǒng)，以己二酰二氯和環(huán)己烷二胺HMDA為前驅(qū)氣體在基底表面沉積尼龍有機(jī)物；具體過程為：
2.3.1)向反應(yīng)腔體中通入20s的己二酰二氯；
2.3.2)反應(yīng)腔室內(nèi)通入清洗氣體氮?dú)?分鐘，對(duì)腔室進(jìn)行清洗；
2.3.3)向反應(yīng)腔室內(nèi)通入20s的HMDA；
2.3.4)反應(yīng)腔室內(nèi)通入清洗氣體氮?dú)?分鐘，對(duì)腔室進(jìn)行清洗；
2.3.5)通過調(diào)節(jié)步驟2.3.1)—2.3.4)循環(huán)的次數(shù)，控制生長(zhǎng)膜層直至將孔徑完全封閉。
上述步驟3)的具體步驟是：
3.1)采用2000號(hào)砂紙對(duì)基底表面有機(jī)物進(jìn)行粗減薄，得到較粗糙表面；3.2)利用500號(hào)或者小于500號(hào)的砂紙繼續(xù)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行減薄，得到較光滑表面；3.3)采用SiO2懸濁液和拋光布對(duì)表面進(jìn)行拋光。
步驟2)中有機(jī)物材料是尼龍或聚酰胺或聚酰亞胺或聚丙乙烯。
步驟(3)中機(jī)械減薄是砂紙或砂輪方式。
步驟4)中化學(xué)腐蝕的溶液是KOH溶液或TMAH溶液。
步驟5)中導(dǎo)電層是Al2O3:ZnO或MgO:ZnO。
本發(fā)明的方法制備的有機(jī)微通道板具有介電常數(shù)低，介電損耗小的有點(diǎn)，能夠保證分幅相機(jī)中脈沖電壓的高幅度和低損耗性能，進(jìn)而提高分幅相機(jī)的增益強(qiáng)度和增益均勻性。采用ALD工藝之后，擺脫了玻璃基板種類限制，可以選用小介電常數(shù)、低損耗的有機(jī)MCP基板，提高M(jìn)CP上微帶線的特征阻抗，從而增大MCP的微帶選通脈沖電壓幅度，以致提高分幅相機(jī)的增益。
通過本發(fā)明提出的有機(jī)襯底的MCP，選用了介電常數(shù)約為2的尼龍作為基板材料，同時(shí)該材料的介電損耗較小，滿足了選通脈沖分幅相機(jī)的需要。
附圖說(shuō)明
圖1(a)為本發(fā)明制備出的硅基微通道基底；
圖1(b)為本發(fā)明沉積有機(jī)物后的微通道基底；
圖1(c)為機(jī)械減薄有機(jī)物后的微通道基底；
圖1(d)為刻蝕掉硅犧牲層后的有機(jī)物微通道陣列；
圖1(e)為沉ALD在微通道內(nèi)沉積導(dǎo)電層和二次電子發(fā)生層后得到的有機(jī)物微通道板；
具體實(shí)施方式
本發(fā)明是采用MEMS工藝制備有機(jī)微通道板的方法，包括以下步驟：
1)采用MEMS工藝制備出具有高深寬比結(jié)構(gòu)的硅基基底；所述高深寬比結(jié)構(gòu)為柱狀結(jié)構(gòu)；制備采用干法刻蝕或電化學(xué)濕法刻蝕；干法刻蝕具體是：采用掩膜材料，通過反應(yīng)離子刻蝕或者等離子體耦合刻蝕方式刻蝕出微孔結(jié)構(gòu)；
電化學(xué)濕法刻蝕具體是：通過KOH腐蝕出倒金字塔形狀，通過HF、四甲基甲酰胺、鹽酸和活性劑組成的陽(yáng)極氧化溶液，對(duì)經(jīng)過處理后的硅片進(jìn)行電化學(xué)刻蝕；
高深寬比的柱狀結(jié)構(gòu)通過ALD工藝在硅基表面制備一層三氧化二鋁，起阻擋層的作用，三氧化二鋁層存在于有機(jī)通道內(nèi)部，作為勢(shì)壘阻擋層起到對(duì)二次電子的阻擋作用。
2)采用ALD或化學(xué)氣相沉積的方法在步驟1)制備的硅基基底上沉積有機(jī)物；
3)通過機(jī)械減薄方式將硅基基底表面多余的有機(jī)物去除，露出基底上表面；
4)通過化學(xué)腐蝕的方式將硅基底去除，形成有機(jī)微通道；
5)通過原子層沉積工藝在有機(jī)微通道內(nèi)部沉積導(dǎo)電層和二次電子發(fā)射層，最終得到有機(jī)微通道板。
結(jié)合以下具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以下實(shí)施例。
如圖1(a)—圖1(e)所示，本發(fā)明通過硅微通道板制備有機(jī)微通道板分為五個(gè)步驟：
1、制備硅基微通道基底
(1)選取(100)晶向，電阻率1‐10Ωcm的P型硅襯底，用干氧、濕氧和干氧交替通入熱氧化(1180℃)的方式，氧化生成約300nm的二氧化硅作為掩膜。
(2)光刻掩膜窗口，使用氫氟酸緩沖液(BOE)將二氧化硅腐蝕出圖形
(3)通過等離子體刻蝕的方式將硅襯底刻蝕成具有高深寬比結(jié)構(gòu)的柱狀陣列
2、襯底上沉積有機(jī)物
基底預(yù)處理。將硅基底分別在丙酮、乙醇和去離子水溶液中超聲清洗，以出去刻蝕殘留物，保證基底表面和側(cè)壁潔凈度，然后用煮沸的乙醇溶液處理。接著將在61％的硝酸溶液中對(duì)通過硅基底進(jìn)行處理，使得-OH原子團(tuán)暴露在表面。至此，完成基底的預(yù)處理流程。
采用原子沉積系統(tǒng)，以己二酰二氯和環(huán)己烷二胺(HMDA)為前驅(qū)氣體在基底表面沉積尼龍有機(jī)物。具體過程為：
a.向反應(yīng)腔體中通入20s的己二酰二氯；
b.反應(yīng)腔室內(nèi)通入清洗氣體氮?dú)?分鐘，對(duì)腔室進(jìn)行清洗
c.向反應(yīng)腔室內(nèi)通入20s的HMDA
d.反應(yīng)腔室內(nèi)通入清洗氣體氮?dú)?分鐘，對(duì)腔室進(jìn)行清洗
通過調(diào)節(jié)a-d循環(huán)的次數(shù)，控制生長(zhǎng)膜層直至將孔徑完全封閉。
3、采用機(jī)械減薄方式將表面多余的有機(jī)物去除，露出基底上表面；首先，采用2000號(hào)砂紙對(duì)基底表面有機(jī)物進(jìn)行粗減薄，得到較粗糙表面；然后利用500號(hào)或者更小號(hào)的砂紙繼續(xù)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行減薄，得到較光滑表面；最后，采用SiO2懸濁液和拋光布對(duì)表面進(jìn)行拋光。
4、采用化學(xué)腐蝕的方式將硅基底去除，形成有機(jī)微通道。
5、采用原子層沉積工藝在有機(jī)微通道內(nèi)部沉積導(dǎo)電層和二次電子發(fā)射層，最終得到有機(jī)微通道板；通過ALD系統(tǒng)，依次在通道內(nèi)沉積Al2O3:ZnO＝1：3的導(dǎo)電膜層和5nm的Al2O3二次電子發(fā)射層。