一種鈉銫銻雙堿光電陰極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種光電陰極的制作方法，具體是一種鈉銫銻雙堿光電陰極的制作方法，主要用于弱光探測(cè)領(lǐng)域的光電倍增管、微光像增強(qiáng)器等類似光電器件的光電陰極制造。
【背景技術(shù)】
[0002]以光電倍增管為例，光電倍增管是一種將微弱信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的真空電子器件，(見圖1)，主要由陰極玻璃窗1、光電陰極I1、聚焦極II1、打拿極IV和陽(yáng)極V所組成。其工作原理是:當(dāng)弱光通過陰極玻璃窗I照射到光電陰極II時(shí)，光電陰極向真空中發(fā)射光電子，光電子在電場(chǎng)的作用下進(jìn)入打拿極IV的電子倍增系統(tǒng)，經(jīng)過多級(jí)的二次電子倍增，形成放大的電子流信號(hào)，最后被陽(yáng)極V收集并再次進(jìn)行放大和處理，供使用。光電倍增管主要用于弱光探測(cè)，在醫(yī)療儀器、光譜儀器、核物理研究、高能物理研究等領(lǐng)域。由于采用了二次電子倍增系統(tǒng)，因此具有極高的探測(cè)靈敏度和極低的噪聲。所以光電倍增管能在低能級(jí)光度學(xué)和光譜學(xué)方面，測(cè)量極微弱的輻射功率。然而光電倍增管(包括其它類似光電器件)的核心部分是光電陰極，其主要性能參數(shù)為量子效率(量子效率指光電陰極每接收100個(gè)光子所能發(fā)射的光電子數(shù))，量子效率越高，光電倍增管的探測(cè)效率就越高，信噪比就越好。目前用于可見光波段微弱光探測(cè)的光電倍增管普遍主要使用K2CsSb雙堿光電陰極(以下簡(jiǎn)稱鉀雙堿光電陰極)。鉀雙堿光電陰極光譜響應(yīng)的峰值量子效率約為27%，最高不超過30%，光譜響應(yīng)的長(zhǎng)波閾值約在620nm (見圖2虛線曲線)。
[0003]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各光電倍增管的應(yīng)用領(lǐng)域均對(duì)光電倍增管的性能，特別是對(duì)光電陰極的量子效率提出了更高的要求?，F(xiàn)有的鉀雙堿光電陰極的量子效率已不能適應(yīng)用戶的需求，而由于材料特性的限制，鉀雙堿光電陰極量子效率提升的空間不大，無論如何改進(jìn)，都滿足不了用戶對(duì)光電倍增管較高量子效率的要求。因此必須尋求新的途徑解決這一行業(yè)內(nèi)長(zhǎng)期存在的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要任務(wù)和目的是，根據(jù)現(xiàn)行的光電倍增管及其類似光電器件的光電陰極量子效率低，不能滿足用戶對(duì)光電倍增管較高量子效率要求的缺陷。設(shè)計(jì)一種新的Na2CsSb雙堿光電陰極(以下簡(jiǎn)稱鈉雙堿光電陰極)，用鈉雙堿光電陰極取代原來的鉀雙堿光電陰極在光電倍增管中的應(yīng)用。從根本上提高光電陰極的量子效率，達(dá)到滿足用戶對(duì)光電倍增管較高量子效率的要求，適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的需求。
[0005]本發(fā)明的主要技術(shù)方案是:鈉銫銻雙堿光電陰極的制作方法包含鈉雙堿光電陰極制作裝置和具體操作步驟組成，A、鈉雙堿光電陰極制作裝置的結(jié)構(gòu)，在臺(tái)面上，通過管道設(shè)置一個(gè)與抽真空系統(tǒng)聯(lián)通的真空室，真空室內(nèi)正上方裝有一塊觀察窗，觀察窗外通過支架裝有一個(gè)陰極加工燈，陰極加工燈與光電陰極制作控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的電壓源正負(fù)極相連接，真空室內(nèi)右上方，從外向里裝有一個(gè)機(jī)械手，真空室內(nèi)底部，與已裝有堿金屬發(fā)生器、銻球的密封法蘭盤密封連接，密封法蘭盤上放置一個(gè)蒸發(fā)罩，蒸發(fā)罩正上方的圓孔內(nèi)放置陰極玻璃窗，在真空室外面罩烘箱；B、鈉雙堿光電陰極制作的具體操作步驟:a、安裝蒸發(fā)器，在密封法蘭盤上用螺釘安裝鈉蒸發(fā)器、銫蒸發(fā)器、銻球及收集極，而后將蒸發(fā)罩套在密封法蘭盤上，再將陰極玻璃窗放置在蒸發(fā)罩上端面的圓孔中并將孔蓋??；b、真空室的密封，將安裝好組件的密封法蘭盤裝入真空室，密封法蘭盤與真空室壁的底部之間裝有無氧銅墊片并通過螺栓拉緊密封連接，利用機(jī)械手將陰極玻璃窗從蒸發(fā)罩上端面的圓孔中移開，使陰極玻璃窗不再蓋住蒸發(fā)罩的孔；c、抽真空，將烘箱罩住真空室，連接烘箱與溫度控制系統(tǒng)，開啟抽真空系統(tǒng)對(duì)真空室進(jìn)行抽真空，當(dāng)壓強(qiáng)低于2X10 5Hibar時(shí)，打開溫度控制系統(tǒng)，設(shè)置加溫程序，開始對(duì)烘箱加熱，使真空室溫度在3 — 3.5小時(shí)內(nèi)上升到350°C，保溫7小時(shí)，然后自然降溫；d、接通蒸發(fā)器電源，當(dāng)烘箱溫度達(dá)到常溫后移開烘箱，用機(jī)械手將陰極玻璃窗放回到蒸發(fā)罩上方的圓孔中并將圓孔蓋住，用導(dǎo)線通過密封法蘭盤上的真空引線柱，依次將鈉蒸發(fā)器、銫蒸發(fā)器、銻球的兩端分別與光電陰極制作控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的電流源的正負(fù)極相連接，用導(dǎo)線通過真空引線柱，將串聯(lián)有弱電流計(jì)的收集極和陰極玻璃窗接觸電極的線路與光電陰極制作控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的電壓源正極相連接；e、真空室加溫，將烘箱罩住真空室，打開溫度控制系統(tǒng)，將溫度設(shè)定為185°C，開始對(duì)烘箱加熱，待真空室溫度達(dá)到185°C后，保溫20分鐘；f、調(diào)節(jié)燈、收集極電流電壓，打開光電陰極制作控制系統(tǒng)，陰極加工燈電流調(diào)到1.65±0.2A，收集極電壓調(diào)至+90V，觀察弱電流計(jì)的光電流變化；g、調(diào)節(jié)蒸發(fā)器電流，打開鈉蒸發(fā)器、銫蒸發(fā)器、銻球的電流源，分別將電流調(diào)至2.5A、2.5A、1.0A，按0.2A/每分鐘的速率增加鈉蒸發(fā)器和銫蒸發(fā)器的電流，按0.1A/每分鐘的速率增加銻球的電流，在此過程中觀察光電流的變化；h、控制蒸銫、銻電流，10分鐘之后，當(dāng)鈉蒸發(fā)器和銫蒸發(fā)器的電流增加到4.5A，鋪球的電流達(dá)到2.0A時(shí)，關(guān)閉銫蒸發(fā)器和鋪球的電流源，保持開啟鈉蒸發(fā)器的電流源，但減小鈉蒸發(fā)器電流的增加速率到0.1A/每分鐘，在此過程中觀察光電流的變化；
1、控制蒸鈉電流，隨著鈉蒸發(fā)器電流的不斷增加，當(dāng)達(dá)到約5.0A時(shí)，可以觀察到出現(xiàn)光電流，當(dāng)出現(xiàn)光電流之后，立即關(guān)閉鈉蒸發(fā)器的電流源；j、控制蒸銫電流，在關(guān)閉鈉蒸發(fā)器電流的同時(shí)打開銫蒸發(fā)器的電流源，此時(shí)銫蒸發(fā)器的電流為先前關(guān)閉時(shí)的電流，即為4.5A，按0.1A/每分鐘的速率增加銫蒸發(fā)器的電流，4分鐘后，當(dāng)銫蒸發(fā)器的電流達(dá)到約4.9A時(shí)，會(huì)觀察到光電流持續(xù)增大，此時(shí)不再增加銫蒸發(fā)器的電流，但保持開啟銫蒸發(fā)器的電流源，2分鐘后關(guān)閉，在關(guān)閉的同時(shí)打開鈉蒸發(fā)器、銻球的電流源，此時(shí)鈉蒸發(fā)器、銻球的電流為先前關(guān)閉時(shí)的電流，即鈉蒸發(fā)器電流約為5.0A，而銻球的電流為2.0A;k、控制蒸銫、銻電流，按0.1A/每分鐘的速率增加銻球的電流，5分鐘后，當(dāng)銻球的電流達(dá)到約2.5A時(shí)，光電流也會(huì)進(jìn)一步增大，此時(shí)保持銻球的電流不變，持續(xù)2分鐘，之后將銻球的電流降低到2.0A，鈉蒸發(fā)器的電流降低到4.5A，同時(shí)再次打開銫蒸發(fā)器的電流源，此時(shí)銫蒸發(fā)器的電流為先前關(guān)閉時(shí)的電流，即約為4.9A，保持此蒸發(fā)過程，在此過程中光電流會(huì)持續(xù)上升，20分鐘后光電流會(huì)達(dá)到最大值，當(dāng)光電流達(dá)到最大值時(shí)，關(guān)閉鈉蒸發(fā)器的電流源，將銫蒸發(fā)器的電流調(diào)低至4.5A，銻球的電流調(diào)低至2.0A;1、烘箱降溫，在50至60分鐘之內(nèi)將烘箱的溫度降低到165±5°C，在此過程中光電流會(huì)逐步下降；m、調(diào)節(jié)蒸銻電流，當(dāng)烘箱溫度達(dá)到165°C時(shí)，將銻球的電流調(diào)節(jié)到2.5A，并按0.005A/分鐘的速率增加，在此過程中，光電流會(huì)快速上升，并且在45分鐘后達(dá)到最大；n、關(guān)閉銫、銻電流源，當(dāng)光電流達(dá)到最大值之后，關(guān)閉銫蒸發(fā)器和銻球的電流源，自然降溫至室溫。
[0006]本發(fā)明通過實(shí)際應(yīng)用證明:完全達(dá)到研制目的，所制作的鈉雙堿光電陰極的量子效率明顯比鉀雙堿光電陰極的量子效率高，峰值量子效率可以達(dá)到45%，提高了十五個(gè)百分點(diǎn)；鈉雙堿光電陰極的長(zhǎng)波響應(yīng)閾值比鉀雙堿光電陰極的長(zhǎng)波響應(yīng)閾值大，可以達(dá)到700nm，擴(kuò)大80 nm;在可見光光譜范圍內(nèi)的微弱信號(hào)探測(cè)應(yīng)用中，使用鈉雙堿光電陰極的光電倍增管比使用鉀雙堿光電陰極的光電倍增管具有更高的信號(hào)探測(cè)效率，尤其是在高能物理的應(yīng)用中，普遍要求光電倍增管所使用光電陰極的量子效率要大于40%以上，而且光電陰極的直徑也需要增大。在這種應(yīng)用條件下，鈉雙堿光電陰極目前是唯一的最佳選擇；本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，容易掌握，只需一般的電真空技