真空紫外光探测器及其系统单元的制作方法
【专利摘要】一种真空紫外光探测器及其系统单元，真空紫外光探测器由带纳米孔的多孔阳极氧化铝模板构成，该纳米孔中沉积有可生长出单质金属纳米线的单质金属。系统单元是：用一铜环片作阳极，用真空紫外光探测器作阴极，两者间插有绝缘垫圈，将阴极与一个电流计串联，并在该系统单元中加设一可为阳极与阴极间提供正或负偏压的直流稳压电源；使用时，采用全电子产额的方法测量真空紫外光光强信号，其可以实现真空环境下测量30－250eV的紫外光信号强度，测量高效且信号稳定。
【专利说明】真空紫外光探测器及其系统单元
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测量真空紫外光光强度的探测器及其系统单元。
【背景技术】
[0002]在真空紫外能区(本申请中指30 - 250eV范围)，由于任何物质的折射率(实部)均趋近于1，物质对于光的吸收强烈，不存在透明物质，真空紫外能区的实验必须在真空条件下完成。受真空腔体体积限制，要求探测器的尺寸必须尽可能小，而且在整个有效探测敏感面积内均匀，高效。在真空紫外能区，可供选择的探测器主要有气体电离室、正比计数管、闪烁计数器+ CXD相机、半导体探测器(硅光电二极管)和通道倍增管。
[0003]气体电离室和闪烁计数器+ CXD相机的体积大；正比计数管需加铍(Be)窗或铝(Al)窗；硅光电二极管是该能区常用的探测器，但硅光电二极管对偏振信号敏感，在不同偏振态测量时，易引起偏差；微通道板(MicroChannel plate, MCP)是通道倍增管的一种,也是该能区常用的探测器。微通道板增益高(一片的增益可达103-104)、空间分辨本领强、能量响应范围宽、噪声低(约在io_16a)、不受磁场影响，对偏振不敏感，有效探测面积较大且均匀。但微通道板通常采用两片板呈“V”字形或三片板呈“Z”字形叠加起来使用，以提高电子倍增系数。堆叠的过程通常要在超净间内操作，还需要将通道对正，否则会降低测量信号强度，使信噪比很低。
实用新型内容
[0004]本实用新型的主要目的是提供一种真空紫外光探测器，探测时其信号稳定，使用高效、安全。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案:
[0006]一种真空紫外光探测器，其由一具有纳米孔结构的多孔阳极氧化铝模板构成，该多孔阳极氧化铝模板的纳米孔中沉积有可生长出单质金属纳米线的单质金属。
[0007]所述真空紫外光探测器中的单质金属为铁、钴、镍、铜和锌中的一种；对应之，在纳米孔中生长的单质金属纳米线为铁一金属纳米线、钴一金属纳米线、镍一金属纳米线、铜一金属纳米线或锌一金属纳米线。
[0008]所述真空紫外光探测器中的多孔阳极氧化铝模板上的纳米孔分布密度大于IO9个/ cm2。
[0009]本实用新型的另一目的是提供一种真空紫外光探测系统单元。
[0010]为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案:
[0011]一种真空紫外光探测系统单元，用一铜环片作阳极，用权利要求1所述的真空紫外光探测器作阴极，两者间插有绝缘垫圈，将阴极与一个电流计串联，并在该系统单元回路中加设一可为阳极与阴极间提供正或负偏压的直流稳压电源。
[0012]所述真空紫外光探测系统单元中，所述的电流计为用于微电流测量的皮安电流表或飞安电流表，测量范围>lfA。[0013]所述真空紫外光探测系统单元中，所述绝缘垫圈采用聚四氟乙烯垫圈，垫圈厚度
0.5-2mm。
[0014]本实用新型的优点是:
[0015]I)本实用新型所述真空紫外光探测器中采用的多孔阳极氧化铝模板的电绝缘性好，可保证在高电压下不被击穿，故此，测量安全、可靠；
[0016]2)本实用新型真空紫外光探测器中采用的多孔阳极氧化铝模板的孔密度大，即微通道的数量大，能保证探测器有效探测敏感面积均匀，测量高效且信号稳定。
[0017]3)本实用新型多孔阳极氧化铝模板的宏观尺寸可以按照测量实验条件要求加工，能够满足真空条件下对探测器体积要小的要求。
[0018]4)本实用新型真空紫外光探测系统单元中，通过为阳极与阴极间加高偏压装置，可提高阳极收集电子的效率，增大电流信号强度，使测量更高效、快捷；
[0019]5)本实用新型所用原材料来源广泛，且多孔阳极氧化铝模板制备过程简单，可以通过人为控制生长条件，制备不同生长长度、孔径尺寸、孔径间距、孔密度；故用其测量，整体成本低廉，用I片的金属纳米线探测器可以替代现有技术中所使用的MCP微通道板2-3片，故较MCP微通道板的成本有极大幅度的降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型真空紫外光探测器结构示意图。
[0021]图2为图1中局部结构放大示意图。
[0022]图3为本实用新型真空紫外光探测系统单元构成原理示意图(加正偏压)。
[0023]图4为本实用新型真空紫外光探测系统单元构成原理示意图(加负偏压)。
[0024]图5为用本实用新型真空紫外光探测器测量光强时的光路示意图。
[0025]下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型的主创点在于:用一具有纳米孔结构的多孔阳极氧化铝模板构成真空紫外光探测器，并将该真空紫外光探测器构建真空紫外光探测系统单元以用于测量真空紫外光强度。
[0027]参见图1、图2所示，本实用新型真空紫外光探测器是以具有纳米孔结构的多孔阳极氧化铝模板130为基片，通过电化学沉积方法，将单质金属沉积到纳米孔131中，在纳米孔中生长单质金属纳米线132。单质金属可以是铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)和锌(Zn)中的一种，对应之，生长的单质金属纳米线是铁(Fe) —金属纳米线、钴(Co) —金属纳米线、镍(Ni) —金属纳米线、铜(Cu) —金属纳米线或锌(Zn) —金属纳米线。
[0028]本实用新型的金属纳米线探测器主要用于测量在真空环境下(真空度优于6 X 10_4Pa)真空紫外光(50 — 250eV范围)的信号强度。
[0029]构建本实用新型真空紫外光探测系统单元:
[0030]参见图3、图4，用镀金的铜环片11作为阳极，用本实用新型真空紫外光探测器13作为阴极，两者之间插有绝缘垫圈12，该绝缘垫圈采用聚四氟乙烯垫圈，垫圈厚度0.5-2mm为宜，该绝缘材料及厚度的选择，既能有效起到绝缘的作用，又可尽可能的使整体部件所占空间最小。在该真空紫外光探测器与地电位之间串接一个电流计14，该电流计14优选是6517A静电计/高阻表(Keithley, Instruments Inc.，USA);并在该系统单元回路中加设一可为阳极与阴极间提供正或负偏压的直流稳压电源:参见图3，在阳极与地电位之间加设可提供正偏压的直流稳压电源；或参见图4，在地电位与电流表负极之间加设可提供负偏压的直流稳压电源；所构成系统单元的电路中的导线全部采用屏蔽电缆线。
[0031]在真空紫外光探测系统单元的电路中加偏压的作用是增加溢出金属表面电子的动能，提高阳极收集电子的效率，增大电流信号强度。铜环片镀金的作用一是为了保护阳极不被氧化，二是使探测信号不被铜的吸收边影响。
[0032]就对电流信号的测量而言，加正偏压和加负偏压的效果是一样的。但正偏压电路，能很好地保护电流计，负偏压的接法存在安全隐患。因为测量微电流信号的弱电流计的内阻很小，通过内阻的电流又很微弱，所以电流计两端几乎没有电压降。而实验设备的各种腔体都是与地等电位的，即电流计与各种腔体等电位，因此即使实验中误操作，将电流计与其它设备短接了，也不会烧坏电流计。负偏压的接法是阳极接地，若误操作将电流计与其它设备短接，弱电流计两端就加了高电压，容易损坏电流计。由于弱电流计的价格都比较高，因此如果考虑容错性，正偏压的接线方式更可靠。
[0033]图5为用本实用新型真空紫外光探测器测量光强时的光路示意图。入射光可依次穿过铜环片11及绝缘垫圈12的中孔到达真空紫外光探测器13上。
[0034]本实用新型真空紫外光探测器的工作原理:其是基于光电效应的原理，采用全电子产额的电流法进行测量。用真空紫外光探测器作阴极去构建一真空紫外光探测系统单元，在真空紫外光探测器与地电位之间串接一个电流计。当真空紫外光子照射到真空紫外光探测器上，被金属吸收后，激发金属原子芯能级的电子，原子退激发过程产生的俄歇电子在向样品表面移动的过程中由于非弹性碰撞会产生大量的二次电子；这些二次电子和一次电子(包括俄歇电子和光电子)逃离金属表面使金属带正电，金属为保持电中性的要求从接地的另一端补充等量的电子，在电流计上以电流的形式表现出来。所以全电子产额探测的是真空紫外光探测器与收集电子的阳极间的光电流。这种电流信号包括光电子、俄歇电子以及非弹性碰撞引起的二次电子。
[0035]本实用新型真空紫外光探测器的应用可以带来较大的积极效果，与现有技术使用的微通道板(MCP)相比:I片MCP价格在几千元，而本实用新型金属纳米线探测器I片的成本非常低廉，其I片可以替代MCP微通道板2-3片，经济效果显著。
[0036]上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本申请专利的保护范围。
【权利要求】
1.一种真空紫外光探测器，其特征在于:其由一具有纳米孔结构的多孔阳极氧化铝模板构成，该多孔阳极氧化铝模板的纳米孔中沉积有可生长出单质金属纳米线的单质金属。
2.根据权利要求1所述的真空紫外光探测器，其特征在于:所述的单质金属为铁、钴、镍、铜和锌中的一种；对应之，在纳米孔中生长的单质金属纳米线为铁一金属纳米线、钴一金属纳米线、镍一金属纳米线、铜一金属纳米线或锌一金属纳米线。
3.根据权利要求1所述的真空紫外光探测器，其特征在于:所述的多孔阳极氧化铝模板上的纳米孔分布密度>109个/cm2。
4.一种真空紫外光探测系统单元，其特征在于:用一铜环片作阳极，用权利要求1所述的真空紫外光探测器作阴极，两者间插有绝缘垫圈，将阴极与一个电流计串联，并在该系统单元回路中加设一可为阳极与阴极间提供正或负偏压的直流稳压电源。
5.根据权利要求4所述的真空紫外光探测系统单元，其特征在于:所述的电流计为用于微电流测量的皮安电流表或飞安电流表，测量范围> IfA。
6.根据权利要求4所述的真空紫外光探测系统单元，其特征在于:所述绝缘垫圈采用聚四氟乙烯垫圈，垫圈厚度0.5_2mm。
【文档编号】G01J1/42GK203414167SQ201320429605
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】赵佳 申请人:北京工商大学