Принцип работы и основные характеристики микроканальных пластин

Каждый канал в МКП имеет вид цилиндрической трубочки (рис. 11.6), для характеристики которой служит конструктивный параметр — «калибр». Калибр К равен отношению длины канала I к его внутреннему диаметру d:

В фотоэлектронных приборах электроны, испускаемые катодом, попадают внутрь канала, ударяются о его стенки и вызывают . вторичную эмиссию электронов. В свою очередь, вторичные электроны, двигаясь под действием электрического поля вдоль канала, многократно ударяются о его стенки и совершают новые акты вторичной эмиссии. Это приводит к тому, что количество электронов вдоль канала прогрессивно увеличивается и ток на выходе из канала во много раз превышает ток на его входе. Для эффективного усиления тока под действием вторичной эмиссии необходимо, чтобы отношение длины канала (т. е. толщины МКП) к внутреннему диаметру канала было не менее 50 — 100. Коэффициент усиления по току в канале микроканальной 1 пластины может достигать «10⁵. Он повышается с увеличением коэффициента вторичной эмиссии (КВЭ) стекла канала, его 1 калибра, а также с повышением разности потенциалов, прило- i женных к МКП. 1

Ввиду несовершенства технологии диаметры отдельных каналов I отличаются друг от друга — это приводит к различию усиления « между отдельными каналами и появлению структурного шума.

При увеличении коэффициента усиления по току более 10^э в микроканальной пластине с прямолинейными каналами может 1 возникать обратная электрическая связь между ее входными и выходными участками, в результате прибор перестанет работать стабильно, в частности уменьшается отношение полезного сигнала к шуму и наступает насыщение по току.

В сигнале, переносимом электронами, всегда имеется флуктуационный шум: относительная величина флуктуаций в сигнале, состоящем из пе электронов, составляет не менее не все электроны, падающие на МКП, вызывают появление на ее выходе ответных импульсов — например, электроны, ударившие по перегородкам между каналами, не участвуют в процессах умножения в каналах (вероятность этого процесса тем больше, чем меньше коэффициент заполнения МКП каналами);

Появление шума, связанного непосредственно с МКП, обусловлено следующими основными факторами:

импульсы, возникающие на выходе МКП, при входе в его каналы единичных электронов не одинаковы по амплитуде (числу электронов), т. е. имеют разную эффективность детектирования;

в МКП процесс умножения электронов начинается не из одной точки канала — электроны, влетающие в канал перпендикулярно торцу МКП, претерпевают меньше стадий умножения, чем электроны, влетающие под углом и ударяющиеся о стенку канала у самого входа;

при прохождении электронного тока через МКП происходит ионизация остаточного газа — образующиеся положительные ионй ударяются о стенки каналов, что вызывает «паразитную» вторичную эмиссию и соответственно появление ионного послеимпульса, повышающего фактор шума.

С целью увеличения отношений значений сигнала к шуму рекомендуется комплекс конструкторских и технологических усовершенствований МКП: увеличение активной части поверхности МКП, т. е. повышение коэффициента заполнения, что повышает эффективность детектирования; повышение коэффициента вторичной эмиссии стенок каналов; удаление адсорбированных на поверхности каналов молекул газа и снижение Давления остаточных газов в приборах с МКП. Обычно эта операция производится путем электронной бомбардировки внутренних поверхностей каналов щи очень малой плотности тока на входе — не более 10~⁹ А/см² (применение для обезгаживания электронной бомбардировкой более высоких плотностей тока недопустимо — это объясняется снижением КВЭ стенок каналов после их интенсивной бомбардировки электронами, что в последующем приводит к повышению фактора шума); нанесение на вход каналов МКП слоев с высоким КВЭ (например, на основе MgO или CsJ); создание МКП с изогнутыми (криволинейными) каналами с большим углом наклона на входе и практически Применение микроканальных пластин позволяет создавать фотоэлектронные приборы с очень высокой механической прочностью и обеспечивает значительное улучшение их характеристик.

Фотоэлектронные приборы с МКП обладают значительно меньшей чувствительностью к внешним магнитным полям, способным исказить их параметры. Это объясняется малым расстоянием (порядка доли миллиметра) между фотокатодом и МКП и соответственно очень короткими траекториями фотоэлектронов (как известно, влияние магнитных полей тем значительнее, чем меньше скорости электронов и длиннее их траектория).

В электронно-оптических преобразователях микроканальные пластины применяются для усиления электронного потока с фотокатода с целью повышения яркости изображения на их экранах. Микроканальная пластина располагается между катодом и люминесцентным экраном на пути электронного потока, формирующего изображение. Электронное изображение переносится с фотокатода на входную поверхность микроканальной пластины обычно с помощью электронной линзы. Выходящий с каждого канала усиленный в 10³ — 10⁵ раз электронный поток возбуждает соответствующий элементарный (точечный) участок люминесцентного экрана. Формируемое катодом изображение разбивается по числу каналов МКП, сохраняя при этом пространственное распределение информации.

Яркость изображения на экране тем выше, чем больше усиление по току в каналах, а разрешающая способность тем лучше, чем больше каналов и чем меньше диаметр каждого канала.