RU1780128C - Электронный умножитель - Google Patents

Abstract

Использование: вглектронной технике, в частности в конструкци х гибридных электронных умножителей, построенныхна базе микроканальных пластин (МКП) и полупроводникового диода-усилител  электронного потока. Сущность изобретени : электронный умножитель содержит последовательно установленные одну или несколько МКП и полупроводниковый диод, бомбардируемый потоком электронов, выход щих из МКП, причем выход ближайшей к диоду МКП и вход диода электрически соединены с первым и вторым электродами, соответственно установленными между МКП и диодом, причем первый электрод выполнен в форме усеченного конической поверхности, а второй электрод выполнен в форме усеченной конической поверхности, сопр женной с цилиндрической поверхностью, и установлен соосно с первым электродом. При подаче разности потенциалов на эти электроды между МКП и диодом образуетс  неоднородное электрическое поле, обеспечивающее сбор электронов с рабочей площади МКП на входную поверхность диода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил."ч^^

Description

Изобретение относитс  к электронной технике и может быть использовано в научном приборостроении при разработке детекторов зар женных частиц низких энергий.

Известна конструкци  быстродействующего электронного умножител  ЭУ на основе .микроканальных пластин МКП, в котором после МКП установлен дополнительный динод с высоким коэффициентом вторичной эмиссии. Это позвол ет снизить усиление и плотность выходного тока МКП, сохранив высокое усиление ЭУ, и расширить верхний предел измер емых интенсивностей потока частиц в несколько дес тков раз(при использовании эмиттеров с отрицательным электронным сродством.

Однако эксплуатаци  ЭУ в установках с периодическим ухудшением вакуума (например , в спектрометрах зар женных частиц ) приводит к необратимой деградации такого дин ода.

Известны также гибридные ЭУ, содержащие нар ду с МКП полупроводниковые усилители электронных потоков, принцип действи  которых основан на  влении генераций электронно-дырочных пар в рп-иереходе диода при его бомбардировке потоков

электронов.. Коэффициент усилени  диода может достигать несколько тыс ч, он мало чувствителен к воздействию воздуха и стабилен при изменении выходных токов в широких пределах.

Известна  конструкци  ЭУ, выбранна  в качестве прототипа, содержит последовательно установленные МКП и кремниевый пленарный диод, бомбардируемый потоком электронов, выход щих из МКП, Электроны ускор ютс  в электрическом поле плоского зазора между выходной поверхностью МКП и входной поверхностью диода. При разности потенциалов в зазоре не менее 5 кВ обеспечиваетс  коэффициент усилени  диода пор дка сотен-тыс чи 3 и соответственно может быть расширен предел измер емых интенсивностей потока частиц.

Недостатком известной конструкции ЭУ  вл етс  ограничение величины рабочей площади МКП площадью входной поверхности диода, что не позвол ет в полной мере реализовать преимущества гибридного ЭУ. Дл  повышени  стабильности коэффициента усилени  и долговечности при боль-, .ших загрузках желательно снижение плотности выходного тока МКП путем использовани  больд1ей рабочей площади (пор дка нескольких квадоатных сантиметров при загрузках более 10 имп/с). Однако соответствующее увеличение площади диода приводит к увеличению его емкости до тыс ч пикофарад. В услови х, когда невозможно произвольное уменьшение сопротивлени  нагрузки ЭУ (например, при включении токоограничивающего резистора в выходной цепи дл  защиты диода и регистрирующей аппаратуры от высоковольтных пробоев, а также при передаче выходного сигнала ЭУ по согласованной линии с конечным волновым сопротивлением), посто нна  времени интегрирующей цепи на выходе ЭУ превышает 10-100 не, ограничива  быстродействие.

Цель изобретени  - повышение стабильности коэффициента усилени  и быстродействи  ЭУ.

Указанна  цель достигаетс  тем, что ЭУ, содержащий последовательно установленные одну или несколько МКП и полупроводниковый диод в к.ачестве усилител  электронного потока, снабжен по меньшей мере двум  фокусирующими электродами, установленными соосно друг другу между МКП и диодом. Благодар  этому между выходной поверхностью МКП и входной поверхностью диода создаетс  неоднородное электрическое поле. Поперечное сечение потока выходных электронов МКП, ускор ющихс  в этом поле, у.меиьшзетсй до величины , равной площади входной поверхности диода. Геометрические соотношени  в конкретных выполнени х электродов и их взаимное расположение выбираютс  расчетным путем так, чтобы получить необходимую равномерность сбора электронов со всей рабочей площади МКП на входную поверхность диода заданного размера (с учетом разброса начальных скоростей и

направлений вылета электронов из МКП). В предлагаемом варианте выполнени  внутренн   поверхность одного из электродов выполнена в форме усеченной конической поверхности, а внутренн   поверхность

второго выполнена в форме усеченной конической поверхности, сопр женной своим меньшим основанием с цилиндрической поверхностью , диаметр которой не превышает диаметра меньшего основани  конуса первого электрода, при этом электроды установлены так, что выход МПК совмещен с меньшим основанием конуса первого электрода , а входна  поверхность диода совмещена с основанием цилиндра второго

электрода.

Предлагаема  форма электродов обеспечивает:

а)малые вариации времени пролета электронов от МКП к диоду, что исключает

их вли ние на быстродействие ЭУ;

б)малый разброс углов падени  электронов на вход диода и, как следствие, посто нство коэффициента усиление диода независимо от места вылета электронов с

поверхности МКП.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый ЭУ отличаетс  наличием фокусирующих электродов между МКП и входом диода, выполнением

одного из них в форме усеченной конической поверхности, а другого в форме усеченной конической поверхности, сопр женной с цилиндрической поверхностью , диаметр которой не превышает диаметра меньшего основани  конуса первого электрода диода - с основанием цилиндра второго электрода. Таким образом, за вл емый ЭУ соответствует критерию новизна . Сравнение за вл емого решени  с

другими техническими решени ми в данной области техники не позволили вы вить в них признаки, отличающие за вл емое решение от прототипа, на основании чего можно сделать вывод о соответствии критерию существенные отличи .

На чертеже схематично изображен предлагаемый ЭУ (в сечении плоскостью, проход щей через ось симметрии,;, представлен пример конкретного П1;толиени 

электродов, устанавливаемых между МКП и диодов.

ЗУ содержит две МКП 1 и 2, полупроводниковый диод 3, электрод 4, соединенный с выходом МКП 2 и электрод 5, соединенный с входной поверхностью 6 диода 3. Электрод 4 имеет форму усеченной конической поверхности, а электрод 5 - форму усеченной конической поверхности, сопр женной с цилиндрической поверхностью. Отношение рабочих площадей МКП и диода может быть выбрано не менее 10...100, в данном случае оно составл ет более 30.

Предлагаемый ЗУ работает следующим образом.

На МКП 1 и 2 подаютс  рабочие напр жени  (600-900 В), на диод 3 подаетс  напр жение обратного смещени  (10-200 В). Между электродами 4 и 5 прикладываетс  разность потенциалов 6...10 кВ. Первичной частице, падающей на вход МКП 1 в преде-лах рабочей площади МКП соответствует пакет электронов на выходе МКП 2, содержащий 10 ...10 электронов. Зти электроны ускор ютс  в поле между электродами 4, 5 и приход т на входную поверхность 6 диода 3 независимо от места падени  первичной частицы. При этом они создают в рп-переходе пор дка 10 электронно-дырочных пар, и в цепи диода возникает импульс тока длительностью 1...3 НС. Таким образом, при полном усилении ЗУ не менее 10 общее усиление МКП не превышает пор дка 10 , благодар  чему обеспечиваетс  стабильность работы умножител  при потоках частиц на входе до 10 част/с на 1 см рабочей площади МКП.

Поскольку площадь диода значительно меньше 1 см (например, около 3 см ), его емкость не превышает нескольких дес тков пикофарад. Сопротивление нагрузки ЗУ может быть выбрано исход  из удобства передачи его сигналов по согласованным лини м внутри и вне вакуумной камеры при посто нной времени выходной цепи ЗУ не более 1...2 не.

Испытани  умножител  дали следующие результаты: относительна  нестабильность коэффициента усилени  при загрузке от 10 имп/с до 5- 10 имп/с - не более 2% (при коэффициенте усилени  около 2 -10): неравномерность коэффициента усилени  в

пределах рабочей площади, составл ющей около 1 см - не более 15%; длительность выходного импульса на половине высоты при сопротивлении нагрузки 50 Ом и выходной емкости ЗУ около 20 пФ - менее 3 не.

Предлагаема  конструкци  ЗУ позвол ет использовать рабочую площадь МКП в несколько дес тков раз превышающую площадь входной поверхности диода. По сравнению с прототипом при одинаковых

Claims (2)

1. заданных емкост х диодов сохран етс  быстродействие и значительно увеличиваетс  стабильность усилени  и долговечности. При одинаковых заданных рабочих площад х МКП благодар  возможности использовани  диода меньшей площади и меньшей емкости возрастает быстродействие ЗУ. Формула изобретени  1. Злектронный умножитель, содержащий последовательно установленные одну

   или несколько микроканальных пластин и полупроводниковый диод в качестве усилител  электронного потока, отличающийс  тем, что, с целью повышени  стабильности коэффициента усилени  и быстродействи , умножитель снабжен по меньшей мере двум  фокусирующими электродами, установленными соосно друг другу между ближайшей к диоду микроканальной пластиной и диодом.
2. 2. Умножитель поп.1,отличающийс   тем, что он снабжен двум  фокусирующими электродами, внутренн   поверхность одного из которых выполнена в форме усеченной конической поверхности, а внутренн   поверхность второго выполнена в форме усеченной конической поверхности, сопр женной своим меньшим основанием с цилиндрической поверхностью, при этом выход микроканальной пластины совмещен

   с меньшим основанием конуса первого электрода, а входна  поверхность диода совмещена с основанием цилиндра второго электрода.

   64

   выжод м.кл

   ewxoi (множител 

   вхо9 диода