高阻薄膜制备方法及高阻薄膜与流程

1.本公开涉及光电技术领域，尤其涉及高阻薄膜制备方法及高阻薄膜。


背景技术：

2.微通道板(microchannel plate，简称为：mcp)是由数百万根独立的通道式电子倍增器紧密有序排列而成，除具有出色的电子倍增性能外，还有优异的时间分辨与空间分辨等优点；因而其被广泛应用于微光夜视技术、空间探测技术、辐射探测技术等方面。但随着探测成像要求的不断提高，传统铅硅酸盐玻璃基mcp因其加工性能限制，难以满足结构及性能要求。


技术实现要素：

3.为克服相关技术中存在的问题，本公开实施例提供高阻薄膜制备方法及高阻薄膜。所述技术方案如下：
4.根据本公开实施例的第一方面，提供一种高阻薄膜制备方法，包括：
5.将预处理后的微通道板放置于原子层沉积设备进行初处理；
6.在初处理后的所述微通道板上进行导电层沉积；
7.在所述导电层上制备复合叠层结构，所述复合叠层结构包括i个循环结构，每个所述循环结构包括n个循环的高阻相和m个循环的低阻相；
8.在所述复合叠层结构上沉积二次电子发射层；
9.对沉积了所述二次电子发射层的所述微通道板进行结晶处理。
10.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本公开实施例提供一种高阻薄膜制备方法，包括：将预处理后的微通道板放置于原子层沉积设备进行初处理；在初处理后的所述微通道板上进行导电层沉积；在所述导电层上制备复合叠层结构，所述复合叠层结构包括i个循环结构，每个所述循环结构包括n个循环的高阻相和m个循环的低阻相；在所述复合叠层结构上沉积二次电子发射层；对沉积了所述二次电子发射层的所述微通道板进行结晶处理。其中，通过ald制备出特定比例的高阻系材料与低阻系材料的复合材料，通过调控复合材料中导电相的循环比例，从而可以获得电阻可控的mcp用高阻薄膜。
11.在一个实施例中，所述在所述微通道板上进行导电层沉积，包括：
12.在所述微通道板上进行第一预设循环的al2o3沉积。
13.在一个实施例中，所述高阻相包括：al2o3；所述低阻相包括：tio2或in2o3。
14.在一个实施例中，所述复合叠层结构的厚度小于或者等于200nm且大于或者等于100nm。
15.在一个实施例中，所述n为小于或者等于20且大于或者等于8的任意整数。
16.在一个实施例中，所述m为小于或者等于15且大于或者等于4的任意整数。
17.在一个实施例中，所述二次电子发射层，包括：al2o3，或，mgo，或，al2o3与mgo的复合材料。
18.在一个实施例中，所述将预处理后的微通道板放置于原子层沉积设备进行初处理，包括：
19.对所述原子层沉积设备进行抽真空并开启加热升温至预设温度；所述预设温度小于或者等于150℃且大于或者等于60℃；
20.保持预设时长后开启氮气吹扫。
21.在一个实施例中，所述对沉积了所述二次电子发射层的所述微通道板进行结晶处理，包括：
22.通过真空退火炉对沉积了所述二次电子发射层的所述微通道板进行结晶处理。
23.根据本公开实施例的第二方面，提供一种高阻薄膜，包括由上述任一项实施例所述的高阻薄膜制备方法制备得到。
24.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
25.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
26.图1是根据一示例性实施例示出的高阻薄膜制备方法的流程图。
27.图2是根据一示例性实施例示出的高阻薄膜制备方法的流程图。
28.图3是根据一示例性实施例示出的高阻薄膜制备方法的流程图。
29.图4是根据一示例性示出的tio2掺杂浓度与mcp体电阻关系示意图。
具体实施方式
30.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
31.图1是根据一示例性实施例示出的高阻薄膜制备方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤s101-s103：
32.在步骤s101中，将预处理后的微通道板放置于原子层沉积设备进行初处理。
33.其中，原子层沉积(atomic layer deposition，简称为：ald)技术是一种自限制型原子级薄膜沉积技术，该方法制备薄膜具有表面均匀致密、连续性好、复型性高、薄膜纯度高且可精准控制薄膜厚度等特点，采用ald技术制备mcp打拿极替代传统铅还原打拿极是目前国内外新型mcp研究热点。
34.常见mcp工作电阻一般在106～109ω之间，其导电层厚度在100～200nm，计算可得ald制备mcp导电层薄膜的方块电阻率约为10
12
～10
14
ω
·
cm左右，自然界不存在电阻率在该范围内的材料，故而需要经过不同材料进行复合已使其薄膜电阻率满足该范围。目前利用ald开发出的已经利用在mcp导电层组合主要有zno-al2o3，w-al2o3以及mo-al2o3。
35.而本公开采用原子层沉积技术在微通道裸板上制备新型ald-mcp。
36.在一种可实现方式中，上述步骤s101包括以下子步骤s1011-s1012：
37.在步骤s1011中，对原子层沉积设备进行抽真空并开启加热升温至预设温度；预设温度小于或者等于150℃且大于或者等于60℃；
38.在步骤s1012中，保持预设时长后开启氮气吹扫。
39.具体的，将清洗烘干后的mcp置于夹具内并放置于ald沉积设备内，对ald沉积设备抽真空并开启加热升温至60-150℃，保温一段时间后开启氮气吹扫，待设备压力稳定后进行下述各步骤中的复合薄膜的沉积。
40.在步骤s102中，在初处理后的微通道板上进行导电层沉积；
41.在一种可实现方式中，在微通道板上进行第一预设循环的al2o3沉积。
42.具体的，可以通过ald工艺优先沉积50-100循环的al2o3作为复合膜层打底层。
43.在步骤s103中，在导电层上制备复合叠层结构，复合叠层结构包括i个循环结构，每个循环结构包括n个循环的高阻相和m个循环的低阻相；
44.其中，高阻相包括：al2o3；低阻相包括：tio2或in2o3。
45.复合叠层结构的厚度小于或者等于200nm且大于或者等于100nm。
46.n为小于或者等于20且大于或者等于8的任意整数。
47.m为小于或者等于15且大于或者等于4的任意整数。
48.在步骤s104中，在复合叠层结构上沉积二次电子发射层；
49.二次电子发射层，包括：al2o3，或，mgo，或，al2o3与mgo的复合材料。
50.在步骤s105中，对沉积了二次电子发射层的微通道板进行结晶处理。
51.在一种可实现方式中，通过真空退火炉对沉积了二次电子发射层的微通道板进行结晶处理。
52.具体的，将步骤s104制备出的ald-mcp放置于真空退火炉内，将真空退火炉内抽真空至10-1
pa，并升温至250-500℃，对ald-mcp退火4-10h，其目的在于将前一步制得的低阻相材料二次结晶，改善其导电性能。
53.在一种可实现方式中，ald载气及吹扫气体选用氮气或氩气；ald反应腔室底压为10-1
pa，反应压力为100-200pa。
54.本公开实施例提供一种高阻薄膜制备方法，包括：将预处理后的微通道板放置于原子层沉积设备进行初处理；在初处理后的所述微通道板上进行导电层沉积；在所述导电层上制备复合叠层结构，所述复合叠层结构包括i个循环结构，每个所述循环结构包括n个循环的高阻相和m个循环的低阻相；在所述复合叠层结构上沉积二次电子发射层；对沉积了所述二次电子发射层的所述微通道板进行结晶处理。其中，通过ald制备出特定比例的高阻系材料与低阻系材料的复合材料，通过调控复合材料中导电相的循环比例，从而可以获得电阻可控的mcp用高阻薄膜。
55.下面通过几个实施例详细介绍实现过程。
56.实施例一
57.本公开目的在于通过低温ald制备出特定比例的高阻系材料al2o3与低阻系材料tio2(或in2o3)的复合材料，再经高温退火使tio2(或in2o3)再结晶降低复合材料电阻率。通过调控复合材料中导电相的循环比例已达到电阻可控的mcp用高阻薄膜。本公开提供具体技术方案如下：
58.s1、洁净mcp；
59.s2、将清洗烘干后的mcp置于夹具内并放置于ald沉积设备内，抽真空并开启加热升温至60-150℃，保温一段时间后开启氮气吹扫，待设备压力稳定后进行复合薄膜的沉积：
60.s3、通过ald工艺优先沉积50-100循环al2o3作为复合膜层打底层；
61.s4、通过ald工艺制备高阻相与低阻相复合叠层结构，也即制备导电层；
62.其中，高阻相为al2o3，低阻相为tio2或in2o3；
63.复合叠层结构包含i个循环结构，其中每个循环结构包含n个cycle的高阻相和m个cycle的低阻循环相；
64.复合叠层总设计厚度为100～200nm；
65.n为8-20中任意整数，m为4-15中任意整数；
66.s5、通过ald工艺沉积50-100cycle二次电子发射层；
67.其中，二次电子发射层包括al2o3，mgo或其复合材料；
68.s6、将制备出的ald-mcp放置于真空退火炉内，抽真空至10-1
pa，并升温至250-500℃；
69.s7、ald-mcp退火4-10h，其目的在于将前一步制得的低阻相材料二次结晶，改善其导电性能；
70.s8、得到制备好的ald-mcp；
71.优选地，ald载气及吹扫气体选用氮气或氩气；
72.优选地，ald反应腔室底压为10-1
pa，反应压力为100-200pa；
73.与现有技术相比，本公开具有如下优势：
74.1、本公开采用低温ald制备方法，过程简单可控，通过控制导电相的循环比例可达导电层电阻率的精准控制，且制备膜层结构致密，表面平整、厚度均匀；
75.2、本公开采用二次高温退火进一步改善导电层电阻率，试验发现退火后mcp不仅导电性提高，其稳定性也有明显改善，即退火后mcp体电阻不会再随电压与使用温度改变而明显波动；
76.3、进一步地，本公开ald-mcp退火步骤可与高温除气步骤合并步骤，简化制备生产过程。
77.实施例二
78.ald沉积tio
2-al2o3导电层
79.将清洗后的微通道板置于夹具内并放置于ald沉积设备内，开启真空泵抽真空至10-1
pa，开启腔室加热升温至80℃，二氧化钛tio2反应前驱体源为tdmat[四(二甲氨基)钛]和h2o，al2o3反应前驱体源为tma[三甲基铝]和h2o，设置tdmat加热温度为60℃，设置氮气n2流量分别为80sccm 80sccm。首先进行50循环(英文：cycle)al2o3打底层沉积，单个cycle为tma/n2/h2o/n2＝0.5s/8s/0.5s/10s。其次进行导电层沉积，首先是12cycle al2o3沉积，单个cycle为tma/n2/h2o/n2＝0.5s/8s/0.5s/10s；再进行6cycle tio2沉积，单个cycle为tdmat/n2/h2o/n2＝0.5s/10s/0.5s/10s。本实施例中12cycle al2o3和6cycle tio2为一个大循环，重复上述大循环70cycle即可完成导电层沉积。最后进行80cycle al2o3作为二次电子发射层，单个cycle为tma/n2/h2o/n2＝0.5s/8s/0.5s/10s。待沉积结束，降温取样并将所制得的ald-mcp置于真空退火炉内，抽真空至10-1
pa，升温至450℃保温8h。待降温后取出。
[0080]
实施例三
[0081]
ald沉积tio
2-al2o3导电层
[0082]
将清洗后的微通道板置于夹具内并放置于ald沉积设备内，开启真空泵抽真空至10-1
pa，开启腔室加热升温至100℃，tio2反应前驱体源为ticl4和h2o，al2o3反应前驱体源为tma[三甲基铝]和h2o，n2流量分别为80sccm 80sccm。其中，tio2掺杂浓度与mcp体电阻关系如图4所示。
[0083]
首先进行50cycle al2o3打底层沉积，单个cycle为tma/n2/h2o/n2＝0.5s/8s/0.5s/10s。其次进行导电层沉积，首先是12cycle al2o3沉积，单个cycle为tma/n2/h2o/n2＝0.5s/8s/0.5s/10s；再进行4cycle tio2沉积，单个cycle为ticl4/n2/h2o/n2＝0.3s/10s/0.5s/10s。本实施例中12cycle al2o3和4cycle tio2为一个大循环，重复上述大循环75cycle即可完成导电层沉积。最后进行80cycle al2o3作为二次电子发射层，单个cycle为tma/n2/h2o/n2＝0.5s/8s/0.5s/10s。待沉积结束，降温取样并将所制得的ald-mcp置于真空退火炉内，抽真空至10-1
pa，升温至450℃保温8h。待降温后取出。
[0084]
实施例四
[0085]
ald沉积in2o
3-al2o3导电层
[0086]
将清洗后的微通道板置于夹具内并放置于ald沉积设备内，开启真空泵抽真空至10-1
pa，开启腔室加热升温至100℃，in2o3反应前驱体源为incp(环戊二烯铟)和h2o，al2o3反应前驱体源为tma[三甲基铝]和h2o，n2流量分别为80sccm 80sccm。首先进行50cycle al2o3打底层沉积，单个cycle为tma/n2/h2o/n2＝0.5s/8s/0.5s/10s。其次进行导电层沉积，首先是10cycle al2o3沉积，单个cycle为tma/n2/h2o/n2＝0.5s/8s/0.5s/10s；再进行8cycle in2o3沉积，单个cycle为incp/n2/h2o/n2＝0.3s/10s/0.5s/10s。本实施例中10cycle al2o3和3cycle incp为一个大循环，重复上述大循环70cycle即可完成导电层沉积。最后进行80cycle al2o3作为二次电子发射层，单个cycle为tma/n2/h2o/n2＝0.5s/8s/0.5s/10s。待沉积结束，降温取样并将所制得的ald-mcp置于真空退火炉内，抽真空至10-1
pa，升温至350℃保温8h。待降温后取出。
[0087]
本公开还提供一种高阻薄膜，包括由上述任一项实施例所述的高阻薄膜制备方法制备得到。
[0088]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0089]
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。