本发明涉及光电探测领域，具体涉及光电倍增管。
背景技术：
光电倍增管是将微弱的光信号转换成电信号并对电信号进行倍增放大的真空电子器件，能够对极微弱光线进行有效的探测，能够广泛应用于极微弱光探测、光子探测、化学发光、生物发光等研究领域，具有探测效率高，时间分辨率高等特点。光电倍增管作为一种真空器件，主要包括光电阴极、聚焦电极、电子倍增器等部件。光电倍增管的核心部分是光电阴极，其性能好坏直接影响整个光电倍增管的性能，其主要性能参数为量子效率(量子效率指光电阴极每接收100个光子所能发射的光电子数)，量子效率越高，光电倍增管的探测效率就越高，信噪比就越好。目前用于可见光波段微弱光探测的光电倍增管普遍使用k2cssb双碱光电阴极。
光电倍增管的制备主要的方法有光电流监控法和反射率监控法，无论是光电流监控还是反射率监控的方法，都是针对真空蒸镀法制备工艺，申请号为201610856127.2的专利申请中提出的一种光电流监控和反射率监控相结合的方法，将更加有利于实现对光电阴极镀膜过程中关键参数的精确控制。
根据半导体载流子扩散理论，在界面处掺杂浓度高的一方的多数载流子会往掺杂浓度低的一方扩散，由于两个掺杂区域形成了一个电势差，即在能带弯曲区中存在一个内建电场，有利于材料内电子向表面输运。上述理论最早应用在gaas光电阴极发射层中。
但是根据现有方法制备出的双碱锑化物光电阴极仅能控制光电阴极整体的厚度，对于其内部的掺杂浓度变化不可控，无法形成稳定的阴极结构，导致光电阴极的重复性差。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高量子效率的微通道板型光电倍增管、双碱光电阴极及制备方法，用于解决现有的光电阴极重复性差的技术问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种微通道板型光电倍增管，包括：
透光的玻璃真空容器，其内部为真空状态，所述双碱光电阴极覆盖在所述玻璃真空容器的上半球内表面上；
置于所述玻璃真空容器下半球内表面上的反光膜；
置于所述玻璃真空容器内中心偏下的位置且用来收集电子的聚焦电极；
置于所述聚焦电极后端用来产生增殖电子的微通道板型电子倍增极；
置于所述玻璃真空容器尾部、用来供电给所述双碱光电阴极、聚焦电极和微通道板型电子倍增极的供电极；
其中，所述光电阴极、聚焦电极、微通道板型电子倍增极置于所述玻璃真空容器内，所述供电极穿过所述玻璃真空容器与外部电路相连。
其中的双碱光电阴极是由多层碱锑化物依次堆叠在基底上形成的，从双碱光电阴极的基底至外表面方向上碱锑化物的组成呈锑元素逐渐减少、碱金属元素逐渐增多的规律。上述双碱光电阴极体内掺杂浓度渐变，结构稳定，其中靠近基底位置处的锑元素相对较多的，此处的半导体材料偏强p型，靠近外表面位置处的碱金属元素较多，此处的半导体材料偏弱p型，由此双碱光电阴极的内部形成有利于电子向双碱光电阴极表面运输的内建电场，可以使更多低能量电子被激发到真空中。
进一步的，在本发明中，所述基底为低本底的硼硅玻璃。即玻璃真空容器的内表面为低本底的硼硅玻璃，指含有放射性元素比例非常小的一类硼硅玻璃，具有化学稳定性好、热稳定性好的特点。
对于双碱光电阴极来说，碱金属元素为+1价，锑为-3价，二者比例通常为3:1，因此，在本发明中，在形成上述双碱光电阴极渐变内部结构的过程中，位于中间某一层的碱锑化物为标准层，标准层中的碱金属元素的数量与锑元素的数量之比为3:1，相对标准层靠近双碱光电阴极基底的碱锑化物中碱金属元素的数量与锑元素的数量之比小于3:1，相对标准层靠近双碱光电阴极外表面的碱锑化物中碱金属元素的数量与锑元素的数量之比大于3:1。
进一步的，在本发明中，各个层级之间形成整体结构且渐变过渡，其中贴合光电阴极的基底处的碱锑化物中碱金属元素的数量与锑元素的数量之比为2.75:1～2.85:1，呈明显的强p型半导体，然后逐渐过渡到光电阴极的外表面处的碱锑化物中碱金属元素的数量与锑元素的数量之比为3.05:1～3.25:1，呈弱p型半导体。
进一步的，在本发明中，除贴合光阴电极内表面的一层碱锑化物中的碱金属元素仅包含钾元素外，其余层的碱锑化物中的碱金属元素均包含钾和铯两种且每层碱锑化物中的钾元素与铯元素的数量之比为2:1。
制备上述微通道板型光电倍增管，最关键的是对反光膜和双碱光电阴极进行制备，所述反光膜和双碱光电阴极的制备包括以下步骤：
第一步、在常温环境下，对所述玻璃真空容器进行反光膜的蒸镀；
第二步、在大于300℃温度下，对所述玻璃真空容器进行高温烘烤除气；
第三步、在小于200℃温度下，记录初始玻壳反射率，并对钾源、铯源和锑球进行除气；
第四步、在120℃～190℃温度下，进行底钾蒸镀；
第五步、在120℃～190℃温度下，进行钾与锑同时蒸镀；
第六步、在120℃～190℃温度下，进行钾与锑交替蒸镀；
第七步、在110℃～180℃温度下，进行铯蒸镀；
并且，在前述钾、铯和锑的蒸镀过程中，采用光电流与玻壳反射率同时监控的方法来控制玻璃真空容器内的双碱光电阴极的膜层蒸镀。
具体的，双碱光电阴极按照如下方法进行制备：
将已经镀好反光膜的玻璃真空容器安装到钟罩内，所述钟罩为真空系统，该钟罩内部分别设置多个环状、条状的铠装丝和热电偶，保证玻璃真空容器顶端、四周和中心位置的温度均匀性，在玻璃真空容器的正上方的钟罩上安装石英棒，石英棒一端接触到玻璃真空容器的顶端，石英棒另一端连接用于测量反射率的光纤；
然后将包括钾源、铯源和锑球的阴极组件伸入到玻璃真空容器中，同时将锑球置于玻璃真空容器中赤道平面偏下的位置；
当温度从大于300℃的烘烤温度降低到200℃以下时，记录下此时的初始玻壳反射率值，调节照明灯电流5.5a、电压为106v，然后给予钾源、铯源以及锑球分别通以电流为3.5a、2.0a和0.5a，开始进行钾源、铯源和锑球除气；
接着在120℃～190℃温度下，按照0.2a/min的增长速度调整钾源电流进行底钾蒸镀，当钾源电流到达5.5a时，钾蒸汽开始析出并吸附在玻璃真空容器内表面上，此时监测的光电流曲线开始上升，当光电流达到峰值保持恒定时，完成底钾蒸镀；
接着在120℃～190℃温度下，进行钾与锑同时蒸镀，保持钾源电流不变逐渐增加锑球电流，当监测到光电流开始上升并保持斜率在20°～45°之间时，锑球电流约为2.0a，维持光电流20°～45°斜率的上升趋势，且玻壳反射率以下降为主；当进行了x小时后，x取0.5到1.0小时，监测到光电流曲线无法保持固定斜率并趋于平缓；
然后在120℃～190℃温度下，进行钾与锑的交替蒸镀，将锑球电流关闭，钾源电流增加0.5a，直至光电流曲线和玻壳反射率曲线均上升后并不再变化，顺序进行以下每一轮操作：
首先以前一次关闭时的锑球电流大小来打开锑球电流，使光电流曲线和玻壳反射率曲线再次上升，通过调整锑球电流维持玻壳反射率曲线上升斜率；当进行了y小时后，y取0.5到1.0小时，监测到光电流曲线斜率再次趋于平缓，关闭锑球电流；此后，钾源电流增加0.5y/xa，y取本轮对应的值，使玻壳反射率曲线和光电流曲线继续上升直至斜率水平为止；
每一轮均重复上述过程，直到使玻壳反射率值上升到初始玻壳反射率值的1到2倍后不再继续重复，关闭锑球电流和钾源电流；
最后将温度降低10℃，然后开始进行铯的蒸镀，初始的铯源电流为4.5a，按照0.5a/30min的增长速度将铯源电流增加到6a，在此过程中光电流曲线继续上升，经过1小时后，玻壳反射率值上升到初始玻壳反射率值的1.4～2.4倍，停止蒸镀。
有益效果
本发明提供了一种阴极量子效率更高的微通道板型光电倍增管，在光电流和玻壳反射率相结合的阴极制备方法的基础上，控制钾、铯、锑的蒸镀过程，蒸镀过程中依次形成从仅有钾元素的结构到包含钾和锑元素且以锑量偏多为主的结构再到包含钾和锑元素且从双碱光电阴极体内到表面锑量逐渐减小、钾量逐渐增多的结构，最后到铯原子充分将钾原子从阴极表面置换形成了k2cssb光电阴极结构。
按照本发明方法最终形成的双碱光电阴极具有从双碱光电阴极的基底至外表面方向上碱锑化物的组成呈锑元素逐渐减少、碱金属元素逐渐增多的规律结构，使得内部的掺杂浓度由原先的不可控变为可控，从而制备出的光电阴极一致性强，且形成稳定的内建电场使得量子效率更高。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，
图1碱锑比例正常的k2cssb能带结构示意图；
图2碱锑比例由体内到表面逐渐变化的k2cssb能带结构示意图；
图3变掺杂k2cssb阴极理想结构图；
图4为微通道板型光电倍增管的制备过程；
图5为从开始底钾蒸镀过程到钾与锑交替蒸镀过程结束期间对反射率和光电流的监测曲线；
图6为从开始底钾蒸镀过程到钾与锑交替蒸镀过程结束期间对钾源电流和锑球电流的监测曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种微通道板型光电倍增管，其基本组成为：
透光的玻璃真空容器，其内部为真空状态，双碱光电阴极覆盖在所述玻璃真空容器的上半球内表面上；
置于所述玻璃真空容器下半球内表面上的反光膜；
置于所述玻璃真空容器内中心偏下的位置且用来收集双碱光电阴极产生的电子的聚焦电极；
置于所述聚焦电极后端用来产生增殖电子的微通道板型电子倍增极；
置于所述玻璃真空容器尾部、用来供电给所述双碱光电阴极、聚焦电极和微通道板型电子倍增极的供电极；
其中，所述光电阴极、聚焦电极、微通道板型电子倍增极置于所述玻璃真空容器内，所述供电极穿过所述玻璃真空容器与外部电路相连。
光电倍增管在工作时，从上半球入射的光从会首先被上半球的双碱光电阴极吸收，透过的部分会被下半球的反光膜反射回双碱光电阴极进行二次吸收。当光照射在双碱光电阴极上时，双碱光电阴极吸收入射光子并从表面发射出电子，电子会在双碱光电阴极与聚焦电极之间的电场作用下被聚焦电极收集，然后通过微通道板型电子倍增极进行电子增殖，最终在阳极接收并形成光电流信号。
图1为碱锑比例正常的k2cssb能带结构示意图。图中ec为导带，ev为价带，ef为费米能级，evac为真空能级，eg为禁带宽度。碱锑比例正常的k2cssb光电阴极具有立方结构，是p型半导体材料，其禁带宽度是1ev，电子亲和势是1.1ev。因此，从图1中可以看到当入射光照射到光电阴极上时，价带中的电子可以获得光子能力并跃迁到导带，这些具有不同能量的电子在向阴极表面输运过程中会发生热化，能够到达阴极表面的电子中，只有能量高于电子亲和势的电子才会跃过表面势垒被激发到真空中去。
而为了增强量子效率，需使得相比图1中碱锑比例正常的光电阴极能够让更多的电子跃过表面势垒被激发到真空中去，因此通过改变双碱光电阴极结构来实现上述目的。
如图2所示，上述微通道板型光电倍增管中的双碱光电阴极具有特殊的结构，其为在基底上依次堆叠多层碱锑化物的形式，并且掺杂具有规律，即从双碱光电阴极的基底至外表面方向上碱锑化物的组成呈锑元素逐渐减少、碱金属元素逐渐增多的趋势。
以下的双碱光电阴极，具体以钾和铯为碱元素的锑化物来介绍。
图3中的双碱光电阴极的结构中，中间某个位置的碱锑化物结构为与价电子配比相符的标准层，图3中为从上向下数的第3层，即碱金属元素的数量与锑元素的数量之比为3:1。为了形成有利于电子穿越的内电场，将相对标准层靠近双碱光电阴极基底的碱锑化物中碱金属元素的数量与锑元素的数量之比小于3:1，同时结合光电阴极的稳定性，控制贴合光电阴极的基底处的碱锑化物中碱金属元素的数量与锑元素的数量之比为2.75:1～2.85:1，图3中取值为2.82:1；还将相对标准层靠近双碱光电阴极外表面的碱锑化物中碱金属元素的数量与锑元素的数量之比大于3:1，光电阴极的外表面处的碱锑化物中碱金属元素的数量与锑元素的数量之比为3.05:1～3.25:1，图3中取值为3.12:1。并且，除贴合光阴电极内表面的一层碱锑化物中的碱金属元素仅包含钾元素外，其余层的碱锑化物中的碱金属元素均包含钾和铯两种且每层碱锑化物中的钾元素与铯元素的数量之比为2:1。由此形成的结构，由体内锑量稍多到阴极表面逐渐变化为钾量稍多的阴极结构，靠近基底处的结构偏强p型，靠近表面处的结构偏弱p型，因此，在阴极体内实现掺杂浓度由体内到阴极表面逐渐变化的结构，这在图2中体现在从阴极体内到表面能带逐渐向下倾斜，从而形成有利于电子向表面输运的内建电场，表面由于禁带宽度向下倾斜导致表面电子亲和势降低，可以使更多的低能量电子跃过表面势垒激发到真空中。
为了形成如图3所示的渐变结构，可按照以下基本操作方案进行：首先形成k-sb层，由于标准k-sb层中k与sb的数量之比为3:1，但在变掺杂结构中，要求前期sb量稍多，因此蒸镀比例为k：sb＝2.82:1；继续蒸镀sb量逐渐减少，k量逐渐增多，每一个蒸镀周期的重复过程都形成了一个不同比例的k-sb层，由体内到表面依次为k2.88sb1.0、k2.94sb1.0、k3.0sb1.0、k3.06sb1.0和k3.12sb1.0。在cs蒸镀过程中，每个cs原子取代一个k原子，最终形成k/cs比例为2:1的碱金属锑化物结构。
如图4所示，上述微通道板型光电倍增管的制备过程中的最关键的部分是在于双碱光电阴极的制备，在此前还需进行反光膜的制备，因此主要制备过程包括以下步骤：
第一步、在常温环境下，对所述玻璃真空容器进行反光膜的蒸镀，这里玻璃真空容器选用球形或椭球形，且为低本底硼硅玻璃；
第二步、在大于300℃温度下，对所述玻璃真空容器进行高温烘烤除气；
第三步、在小于200℃温度下，记录初始玻壳反射率，并对钾源、铯源和锑球进行除气；
第四步、在120℃～190℃温度下，进行底钾蒸镀；
第五步、在120℃～190℃温度下，进行钾与锑同时蒸镀；
第六步、在120℃～190℃温度下，进行钾与锑交替蒸镀；
第七步、在110℃～180℃温度下，进行铯蒸镀；
并且，在前述钾、铯和锑的蒸镀过程中，采用光电流与玻壳反射率同时监控的方法来控制玻璃真空容器内的双碱光电阴极的膜层蒸镀。
所述底钾蒸镀之前，调节照明灯电流为5.5a，电压为106v，钾源、铯源和锑球分别采用3.5a、2.0a和0.5a的除气电流。
步骤四中，通过在钾源电流3.5a的基础上，按照一定增长速度调整钾源电流直到光电流曲线上升并达到峰值且保持恒定，实现保持整个底钾蒸镀过程的玻壳反射率不变。
步骤五中，通过调整钾源电流和锑球电流，使得光电流曲线维持一定斜率的上升趋势且玻壳反射率以下降为主，直到光电流曲线无法保持固定斜率并趋于平缓。
步骤六中，将锑球电流关闭，给钾源电流一个增量，直至光电流曲线和玻壳反射率曲线均上升后并不再变化，此时打开锑球电流，使光电流曲线和玻壳反射率曲线再次上升，通过调整锑球电流维持玻壳反射率曲线上升斜率；当监测到光电流曲线斜率再次趋于平缓，关闭锑球电流；此后，再次给钾源电流一个增量，使玻壳反射率曲线和光电流曲线继续上升直至斜率水平为止；重复上述交替蒸镀过程，直到玻壳反射率值上升到初始玻壳反射率值的1到2倍后，关闭锑球电流和钾源电流。
步骤七中，在初始的铯源电流为4.5a的基础上一定增长速度将铯源电流增加到6a，当玻壳反射率值上升到初始玻壳反射率值的1.4～2.4倍后停止蒸镀。
具体到其中的双碱光电阴极的制备方法，包括以下步骤：
将已经镀好反光膜的玻璃真空容器安装到钟罩内，所述钟罩为真空系统，该钟罩内部分别设置多个环状、条状的铠装丝和热电偶，保证玻璃真空容器顶端、四周和中心位置的温度均匀性，在玻璃真空容器的正上方的钟罩上安装石英棒，石英棒一端接触到玻璃真空容器的顶端，石英棒另一端连接用于测量反射率的光纤。
然后将包括钾源、铯源和锑球的阴极组件伸入到玻璃真空容器中，同时将锑球置于玻璃真空容器中赤道平面偏下的位置。
当温度从大于300℃的烘烤温度降低到200℃以下时，记录下此时的初始玻壳反射率值，调节照明灯电流为5.5a，电压为106v，用于给光电阴极提供光子以激发光电阴极的电子形成光电流，然后给予钾源、铯源以及锑球分别通以电流为3.5a、2.0a和0.5a，开始进行钾源、铯源和锑球除气。
接着在120℃～190℃温度下，按照0.2a/min的增长速度在3.5a的基础上调整钾源电流进行底钾蒸镀，当钾源电流到达5.5a时，钾蒸汽开始析出并吸附在玻璃真空容器内表面上，此时监测的光电流曲线开始上升，当光电流达到峰值并保持恒定时，玻璃真空容器内部钾的含量趋于饱和，可以观察到整个底钾蒸镀过程的反射率保持不变，至此完成底钾蒸镀。
接着进行钾与锑同时蒸镀，保持钾源电流不变逐渐增加锑球电流，当钾和锑的量达到一定量后可以监测到光电流开始上升，当光电流保持斜率在20°～45°之间时，锑球电流约为2.0a，维持光电流20°～45°斜率的上升趋势，玻壳由于阴极越来越厚、增加了光的吸收，因此可以观察到此步骤玻壳反射率以下降为主；当进行了x小时后，x取0.5到1.0小时，监测到光电流曲线无法保持固定斜率并趋于平缓，此时在玻璃真空容器内表面形成的k-sb光电阴极以锑量偏多为主。
然后在120℃～190℃温度下，进行钾与锑的交替蒸镀，将锑球电流关闭，钾源电流增加0.5a，直至光电流曲线和玻壳反射率曲线均上升后并不再变化，顺序进行以下每一轮操作：
首先以前一次关闭时的锑球电流大小来打开锑球电流，使光电流曲线和玻壳反射率曲线再次上升，通过调整锑球电流维持玻壳反射率曲线上升斜率；当进行了y小时后，y取0.5到1.0小时，监测到光电流曲线斜率再次趋于平缓，关闭锑球电流；此后，钾源电流增加0.5y/xa，y取本轮对应的值，使玻壳反射率曲线和光电流曲线继续上升直至斜率水平为止；
每一轮均重复上述过程，直到使玻壳反射率值上升到初始玻壳反射率值的1到2倍后不再继续重复，关闭锑球电流和钾源电流；
上述从底钾蒸镀至完成钾与锑交替蒸镀的过程的光电流和反射率曲线具体见图5、该过程的钾源电流和锑球电流曲线见图6。
最后将温度降低10℃，然后开始进行铯的蒸镀，初始的铯源电流为4.5a，按照0.5a/30min的增长速度将铯源电流增加到6a，在此过程中光电流曲线继续上升，经过1小时后，玻壳反射率值上升到初始玻壳反射率值的1.4～2.4倍，即铯原子充分将钾原子从阴极表面置换形成了k2cssb光电阴极结构，停止蒸镀。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。