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真空紫外光探測器及其系統(tǒng)單元的制作方法
【專利摘要】一種真空紫外光探測器及其系統(tǒng)單元，真空紫外光探測器由帶納米孔的多孔陽極氧化鋁模板構(gòu)成，該納米孔中沉積有可生長出單質(zhì)金屬納米線的單質(zhì)金屬。系統(tǒng)單元是：用一銅環(huán)片作陽極，用真空紫外光探測器作陰極，兩者間插有絕緣墊圈，將陰極與一個電流計串聯(lián)，并在該系統(tǒng)單元中加設(shè)一可為陽極與陰極間提供正或負偏壓的直流穩(wěn)壓電源；使用時，采用全電子產(chǎn)額的方法測量真空紫外光光強信號，其可以實現(xiàn)真空環(huán)境下測量30－250eV的紫外光信號強度，測量高效且信號穩(wěn)定。
【專利說明】真空紫外光探測器及其系統(tǒng)單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種測量真空紫外光光強度的探測器及其系統(tǒng)單元。
【背景技術(shù)】
[0002]在真空紫外能區(qū)(本申請中指30 - 250eV范圍)，由于任何物質(zhì)的折射率(實部)均趨近于1，物質(zhì)對于光的吸收強烈，不存在透明物質(zhì)，真空紫外能區(qū)的實驗必須在真空條件下完成。受真空腔體體積限制，要求探測器的尺寸必須盡可能小，而且在整個有效探測敏感面積內(nèi)均勻，高效。在真空紫外能區(qū)，可供選擇的探測器主要有氣體電離室、正比計數(shù)管、閃爍計數(shù)器+ CXD相機、半導體探測器(硅光電二極管)和通道倍增管。
[0003]氣體電離室和閃爍計數(shù)器+ CXD相機的體積大；正比計數(shù)管需加鈹(Be)窗或鋁(Al)窗；硅光電二極管是該能區(qū)常用的探測器，但硅光電二極管對偏振信號敏感，在不同偏振態(tài)測量時，易引起偏差；微通道板(MicroChannel plate, MCP)是通道倍增管的一種,也是該能區(qū)常用的探測器。微通道板增益高(一片的增益可達103-104)、空間分辨本領(lǐng)強、能量響應(yīng)范圍寬、噪聲低(約在io_16a)、不受磁場影響，對偏振不敏感，有效探測面積較大且均勻。但微通道板通常采用兩片板呈“V”字形或三片板呈“Z”字形疊加起來使用，以提高電子倍增系數(shù)。堆疊的過程通常要在超凈間內(nèi)操作，還需要將通道對正，否則會降低測量信號強度，使信噪比很低。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的主要目的是提供一種真空紫外光探測器，探測時其信號穩(wěn)定，使用高效、安全。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案:
[0006]一種真空紫外光探測器，其由一具有納米孔結(jié)構(gòu)的多孔陽極氧化鋁模板構(gòu)成，該多孔陽極氧化鋁模板的納米孔中沉積有可生長出單質(zhì)金屬納米線的單質(zhì)金屬。
[0007]所述真空紫外光探測器中的單質(zhì)金屬為鐵、鈷、鎳、銅和鋅中的一種；對應(yīng)之，在納米孔中生長的單質(zhì)金屬納米線為鐵一金屬納米線、鈷一金屬納米線、鎳一金屬納米線、銅一金屬納米線或鋅一金屬納米線。
[0008]所述真空紫外光探測器中的多孔陽極氧化鋁模板上的納米孔分布密度大于IO9個/ cm2。
[0009]本實用新型的另一目的是提供一種真空紫外光探測系統(tǒng)單元。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案:
[0011]一種真空紫外光探測系統(tǒng)單元，用一銅環(huán)片作陽極，用權(quán)利要求1所述的真空紫外光探測器作陰極，兩者間插有絕緣墊圈，將陰極與一個電流計串聯(lián)，并在該系統(tǒng)單元回路中加設(shè)一可為陽極與陰極間提供正或負偏壓的直流穩(wěn)壓電源。
[0012]所述真空紫外光探測系統(tǒng)單元中，所述的電流計為用于微電流測量的皮安電流表或飛安電流表，測量范圍>lfA。[0013]所述真空紫外光探測系統(tǒng)單元中，所述絕緣墊圈采用聚四氟乙烯墊圈，墊圈厚度
0.5-2mm。
[0014]本實用新型的優(yōu)點是:
[0015]I)本實用新型所述真空紫外光探測器中采用的多孔陽極氧化鋁模板的電絕緣性好，可保證在高電壓下不被擊穿，故此，測量安全、可靠；
[0016]2)本實用新型真空紫外光探測器中采用的多孔陽極氧化鋁模板的孔密度大，即微通道的數(shù)量大，能保證探測器有效探測敏感面積均勻，測量高效且信號穩(wěn)定。
[0017]3)本實用新型多孔陽極氧化鋁模板的宏觀尺寸可以按照測量實驗條件要求加工，能夠滿足真空條件下對探測器體積要小的要求。
[0018]4)本實用新型真空紫外光探測系統(tǒng)單元中，通過為陽極與陰極間加高偏壓裝置，可提高陽極收集電子的效率，增大電流信號強度，使測量更高效、快捷；
[0019]5)本實用新型所用原材料來源廣泛，且多孔陽極氧化鋁模板制備過程簡單，可以通過人為控制生長條件，制備不同生長長度、孔徑尺寸、孔徑間距、孔密度；故用其測量，整體成本低廉，用I片的金屬納米線探測器可以替代現(xiàn)有技術(shù)中所使用的MCP微通道板2-3片，故較MCP微通道板的成本有極大幅度的降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型真空紫外光探測器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為圖1中局部結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0022]圖3為本實用新型真空紫外光探測系統(tǒng)單元構(gòu)成原理示意圖(加正偏壓)。
[0023]圖4為本實用新型真空紫外光探測系統(tǒng)單元構(gòu)成原理示意圖(加負偏壓)。
[0024]圖5為用本實用新型真空紫外光探測器測量光強時的光路示意圖。
[0025]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
【具體實施方式】
[0026]本實用新型的主創(chuàng)點在于:用一具有納米孔結(jié)構(gòu)的多孔陽極氧化鋁模板構(gòu)成真空紫外光探測器，并將該真空紫外光探測器構(gòu)建真空紫外光探測系統(tǒng)單元以用于測量真空紫外光強度。
[0027]參見圖1、圖2所示，本實用新型真空紫外光探測器是以具有納米孔結(jié)構(gòu)的多孔陽極氧化鋁模板130為基片，通過電化學沉積方法，將單質(zhì)金屬沉積到納米孔131中，在納米孔中生長單質(zhì)金屬納米線132。單質(zhì)金屬可以是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)和鋅(Zn)中的一種，對應(yīng)之，生長的單質(zhì)金屬納米線是鐵(Fe) —金屬納米線、鈷(Co) —金屬納米線、鎳(Ni) —金屬納米線、銅(Cu) —金屬納米線或鋅(Zn) —金屬納米線。
[0028]本實用新型的金屬納米線探測器主要用于測量在真空環(huán)境下(真空度優(yōu)于6 X 10_4Pa)真空紫外光(50 — 250eV范圍)的信號強度。
[0029]構(gòu)建本實用新型真空紫外光探測系統(tǒng)單元:
[0030]參見圖3、圖4，用鍍金的銅環(huán)片11作為陽極，用本實用新型真空紫外光探測器13作為陰極，兩者之間插有絕緣墊圈12，該絕緣墊圈采用聚四氟乙烯墊圈，墊圈厚度0.5-2mm為宜，該絕緣材料及厚度的選擇，既能有效起到絕緣的作用，又可盡可能的使整體部件所占空間最小。在該真空紫外光探測器與地電位之間串接一個電流計14，該電流計14優(yōu)選是6517A靜電計/高阻表(Keithley, Instruments Inc.，USA);并在該系統(tǒng)單元回路中加設(shè)一可為陽極與陰極間提供正或負偏壓的直流穩(wěn)壓電源:參見圖3，在陽極與地電位之間加設(shè)可提供正偏壓的直流穩(wěn)壓電源；或參見圖4，在地電位與電流表負極之間加設(shè)可提供負偏壓的直流穩(wěn)壓電源；所構(gòu)成系統(tǒng)單元的電路中的導線全部采用屏蔽電纜線。
[0031]在真空紫外光探測系統(tǒng)單元的電路中加偏壓的作用是增加溢出金屬表面電子的動能，提高陽極收集電子的效率，增大電流信號強度。銅環(huán)片鍍金的作用一是為了保護陽極不被氧化，二是使探測信號不被銅的吸收邊影響。
[0032]就對電流信號的測量而言，加正偏壓和加負偏壓的效果是一樣的。但正偏壓電路，能很好地保護電流計，負偏壓的接法存在安全隱患。因為測量微電流信號的弱電流計的內(nèi)阻很小，通過內(nèi)阻的電流又很微弱，所以電流計兩端幾乎沒有電壓降。而實驗設(shè)備的各種腔體都是與地等電位的，即電流計與各種腔體等電位，因此即使實驗中誤操作，將電流計與其它設(shè)備短接了，也不會燒壞電流計。負偏壓的接法是陽極接地，若誤操作將電流計與其它設(shè)備短接，弱電流計兩端就加了高電壓，容易損壞電流計。由于弱電流計的價格都比較高，因此如果考慮容錯性，正偏壓的接線方式更可靠。
[0033]圖5為用本實用新型真空紫外光探測器測量光強時的光路示意圖。入射光可依次穿過銅環(huán)片11及絕緣墊圈12的中孔到達真空紫外光探測器13上。
[0034]本實用新型真空紫外光探測器的工作原理:其是基于光電效應(yīng)的原理，采用全電子產(chǎn)額的電流法進行測量。用真空紫外光探測器作陰極去構(gòu)建一真空紫外光探測系統(tǒng)單元，在真空紫外光探測器與地電位之間串接一個電流計。當真空紫外光子照射到真空紫外光探測器上，被金屬吸收后，激發(fā)金屬原子芯能級的電子，原子退激發(fā)過程產(chǎn)生的俄歇電子在向樣品表面移動的過程中由于非彈性碰撞會產(chǎn)生大量的二次電子；這些二次電子和一次電子(包括俄歇電子和光電子)逃離金屬表面使金屬帶正電，金屬為保持電中性的要求從接地的另一端補充等量的電子，在電流計上以電流的形式表現(xiàn)出來。所以全電子產(chǎn)額探測的是真空紫外光探測器與收集電子的陽極間的光電流。這種電流信號包括光電子、俄歇電子以及非彈性碰撞引起的二次電子。
[0035]本實用新型真空紫外光探測器的應(yīng)用可以帶來較大的積極效果，與現(xiàn)有技術(shù)使用的微通道板(MCP)相比:I片MCP價格在幾千元，而本實用新型金屬納米線探測器I片的成本非常低廉，其I片可以替代MCP微通道板2-3片，經(jīng)濟效果顯著。
[0036]上述各實施例可在不脫離本實用新型的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)視為例示性，而非用以限制本申請專利的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種真空紫外光探測器，其特征在于:其由一具有納米孔結(jié)構(gòu)的多孔陽極氧化鋁模板構(gòu)成，該多孔陽極氧化鋁模板的納米孔中沉積有可生長出單質(zhì)金屬納米線的單質(zhì)金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空紫外光探測器，其特征在于:所述的單質(zhì)金屬為鐵、鈷、鎳、銅和鋅中的一種；對應(yīng)之，在納米孔中生長的單質(zhì)金屬納米線為鐵一金屬納米線、鈷一金屬納米線、鎳一金屬納米線、銅一金屬納米線或鋅一金屬納米線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空紫外光探測器，其特征在于:所述的多孔陽極氧化鋁模板上的納米孔分布密度>109個/cm2。
4.一種真空紫外光探測系統(tǒng)單元，其特征在于:用一銅環(huán)片作陽極，用權(quán)利要求1所述的真空紫外光探測器作陰極，兩者間插有絕緣墊圈，將陰極與一個電流計串聯(lián)，并在該系統(tǒng)單元回路中加設(shè)一可為陽極與陰極間提供正或負偏壓的直流穩(wěn)壓電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的真空紫外光探測系統(tǒng)單元，其特征在于:所述的電流計為用于微電流測量的皮安電流表或飛安電流表，測量范圍> IfA。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的真空紫外光探測系統(tǒng)單元，其特征在于:所述絕緣墊圈采用聚四氟乙烯墊圈，墊圈厚度0.5_2mm。
【文檔編號】G01J1/42GK203414167SQ201320429605
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月18日
【發(fā)明者】趙佳 申請人:北京工商大學