Резистивные характеристики пограничных и внутренних каналов микроканальных сот мкп18-10

Хатухов А.А., Ашхотов О.Г. (oandi@rambler.ru ) Кабардино-Балкарский госуниверситет им. Х.М. Бербекова

Микроканальные пластины (МКП) - стеклянные вакуумные многоканальные вторично-электронные преобразователи и усилители организованных в пространстве потоков заряженных частиц и излучений. Конструктивно типовая современная МКП представляет собой стеклянный диск, состоящий из микроканальной вставки (МКВ) и монолитного обрамления (МО). МКВ в свою очередь состоит из микроканальных сот (МКС). В пределах МКВ содержится несколько миллионов регулярно расположенных круглых микроканалов. Первые три ряда каналов МКС считаются пограничными (ПК), остальные - внутренними каналами (ВК). Аббревиатура МКП18-10 означает, что внешний диаметр МКВ равен 18 мм, а диаметр одного канала - 10 мкм. В работе использовались МКП производства ВТЦ БАСПИК (г. Владикавказ). Одной из важнейших характеристик является электрическое сопротивление МКП, которое складывается из сопротивления параллельно включенных каналов. Сопротивление ПК и ВК может отличаться друг от друга в связи с разной их технологической предысторией. Целью работы было нахождение разницы в сопротивлениях ПК и ВК для оценки резистивного фактора в неоднородности их усиления.

Попытки измерения сопротивления каналов МКП нами предпринимались ранее [1]. Был построен резистивный профиль микроканальных сот (МКС) для заготовок МКП 1810, прошедших разные режимы термоводородного восстановления (ТВВ). По данным этих работ был сделан вывод о различии в свойствах пограничных (ПК) и внутренних каналов (ВК) МКС, которые определяет разная скорость их восстановления. Мы использовали образцы после ТВВ, т.е. очувствленные вытравленные заготовки (ОВЗ) МКП. ОВЗ с одной стороны имели общий контактный электрод, а измерение сопротивления каналов выполнялось позиционированием электрического зонда с не металлизированной стороны. Для МКП с интегральным сопротивлением 10 Ом сопротивление одного канала должно быть порядка 1014 Ом. Подобная методика

измерения давала сопротивление канала около 10 Ом, то есть анализировалось сопро-

тивление области МКП, состоящей приблизительно из 100 параллельно включенных каналов.

Для оценки резистивного фактора в неоднородности усиления ПК и ВК МКС необходима более точная диагностика их электрических свойств. Здесь ситуация осложняется необходимостью нахождения разницы в сопротивлениях указанных каналов для вполне работоспособных МКП, у которых дефекты электронного изображения (в основном, сотовая структура) практически не проявляются при работе в линейном режиме.

Обозначим сопротивление единичного канала через а сопротивление стенки между каналами - Яст. Расклад сопротивлений в случае измерения сопротивления канала ОВЗ с односторонней металлизацией (рис.1) приведен на рис.2. Как видно, все каналы соединены с одной стороны общим контактным электродом. Сопротивление стенки между каналами гораздо меньше сопротивления вдоль канала, т.к. толщина стенки для МКП 18-10 примерно равна 2 мкм, а длина канала - 400 мкм. Следовательно, растекание тока по соседним каналам должно быть существенным.

Рис. 1. Измерение сопротивления канала на ОВЗ с односторонней металлизацией. 1 - источник напряжения, 2 -электрический зонд, 3 - исследуемый канал, 4 - ОВЗ, 5 - контактный электрод, 6 -регистрирующий прибор.

Рис.2. Упрощенная модель распределения сопротивлений в случае исследования ОВЗ с односторонней металлизацией. 1 - источник напряжения, 2 -сопротивление стенки между соседними каналами, 3 - сопротивления каналов, 4 -регистрирующий прибор.

Можно токи растекания направить в обход регистрирующего прибора путем заземления остальных каналов с помощью кольцевого контактного электрода (рис. 3), как показано на рис. 4. Но, в этом случае вход регистрирующего прибора окажется практически зашунтированным более низкоомным сопротивлением Яст.

Рис. 3. Измерение сопротивления канала на ОВЗ с экранирующим кольцевым электродом.

1 - источник напряжения, 2 - 1-ый зонд, 3 -исследуемый канал, 4 - ОВЗ, 5 -экранирующий кольцевой электрод, 6 - 2-ой зонд, 7 - регистрирующий прибор.

Рис. 4. Упрощенная модель распределения сопротивлений в случае исследования ОВЗ с экранирующим кольцевым электродом. 1 - источник напряжения, 2 -сопротивление стенки между соседними каналами, 3 - сопротивления каналов, 4 -регистрирующий прибор.

Для минимизации токов утечки, на наш взгляд, следует выбрать способ измерения сопротивления каналов с помощью двух зондов (рис. 5). В этом случае паразитные токи уменьшаются за счет дополнительных сопротивлений Яст (рис. 6).

Рис. 5. Измерение сопротивления канала на Рис. 6. Упрощенная модель распределения

ОВЗ с помощью двух зондов. сопротивлений в случае исследования ОВЗ

1 - источник напряжения, 2 - 1-ый зонд, 3 - с помощью двух зондов.

исследуемый канал, 4 - ОВЗ, 5 - 2-ой зонд, 1 - источник напряжения, 2 -

6 - регистрирующий прибор. сопротивление стенки между соседними

каналами, 3 - сопротивления каналов, 4 -регистрирующий прибор.

С учетом сказанного, нами была создана установка, позволяющая измерять сопротивление каналов ОВЗ с минимизацией возможных утечек тока по соседним каналам. Внешний вид установки и ее блок-схема приведены соответственно на рис.7, 8. Установка позволяет позиционировать зонды с повышенной точностью, при этом положение зондов можно контролировать в ходе измерений. Измерительный модуль (рис.9, 10) состоит из камеры 2, в которой размещен держатель образца 5 с двумя зондами 4, 8 на манипуляторах 3, 9. Первый зонд представляет собой медную проволоку диаметром 1200мкм с закруглением на конце (рис 11). Относительно большой диаметр выбран для надежного контакта с нужным каналом и для исключения его перемещения при диагностике соседнего канала. Плавное закругление обеспечивало постоянный контакт при отклонении зонда от нормали к поверхности образца. Второй зонд изготовлен из тонкой стальной проволоки, заточенной химическим способом до внутреннего диаметра канала (рис. 12). Положение зондов контролировалось с помощью микроскопа 1 (Latimet Automatic, увеличение 50х-1000х). Другая особенность установки - возможность измерения сопротивления на атмосфере. Для этого с помощью лампы-подогревателя 10 формировались атмосферные условия с пониженной влажностью (45-50%). Температура

подогрева составляла 1000С и контролировалась термопарой 11. Эта температура была максимальной, так как дальнейшее увеличение температуры недопустимо вследствие возрастания ионной составляющей проводимости. В качестве регистрирующего прибора использовался электрометр В7-45. Величина прикладываемого к каналу напряжения составляла 15В. Погрешность измерения сопротивления - не более 10%.

Рис.7. Внешний вид установки.

Рис. 8. Блок-схема установки для измерения сопротивления канала на ОВЗ с помощью двух зондов.

Рис.9. Внешний вид измерительного

Рис. 10. Схема измерительного модуля.

модуля. 1 - микроскоп, 2 - камера, 3 - система

манипуляции 1-ым зондом, 4 - 1-ый зонд, 5 - держатель образца, 6 - манипулятор держателя, 7 - ОВЗ, 8 - 2-ой зонд, 9 -система манипуляции 2-ым зондом, 10 -электрическая лампа-подогреватель, 11 -термопара.

Порядок подготовки установки к измерениям был следующий. Сначала устанавливался 1-ый зонд на исследуемую группу каналов. Затем с помощью манипулятора 6 вращался держатель на 1800 и тем самым 2-ой зонд размещался под объективом микроскопа. После установки 2-го зонда на нужный канал образец прогревался в течение 1 часа при температуре 1000С. Далее при постоянном прогреве системы и контроле положений зондов производилось измерение сопротивления соответствующих каналов.

В работе использовались восемь невытравленных заготовок (НВЗ) МКП 18-10 из одного блока 27п11б (ВТЦ БАСПИК , г. Владикавказ). Все образцы прошли стандартную технохимическую обработку (ТХО) и ТВВ [2] с отбором по 2 образца после определенных стадий восстановления (табл. 1). Из каждой пары одинаковых образцов один направлялся на измерение сопротивления каналов, а второй - на измерение

электронно-оптических параметров. Протокол испытаний электронно-оптических параметров приведен в табл.2.

Табл. 1. Режимы обработки исследуемых образцов

Табл. 2. Протокол испытаний электронно-оптических параметров МКП

при выходном токе

МКП 10-7 А.

В настоящей работе исследовалось как сопротивление каналов, так и сопротивление различных областей монолитного обрамления (МО) МКП. Мы хотели выяснить, насколько электрически связаны каналы крайних МКС с МО. Местоположение зондов при измерении сопротивления областей МО и каналов относительно них показаны на рис. 13. Первый ряд расположен на МО на расстоянии от вершины МКС, равном половине его диагонали. Второй ряд проходил через пограничные каналы на вершине МКС, а третий - через центральные каналы МКС. Первый зонд оставался неподвижным в течение всего эксперимента. Нами были исследованы также каналы МКС, как показано на рис. 14, 15. Для этого МКС условно делилась на внешнюю и внутреннюю области по отношению к МО. Внешней считалась область, граничащая с МО, а внутренней -противоположная область. Для каждой области замерялось сопротивление 10 каналов по диагонали МКС и 5 пограничных каналов от вершины МКС вдоль ее граней.

мкв

Рис. 13. Схема размещения зондов при измерении сопротивления областей МО и

Рис. 14. Выбор каналов при исследовании Рис. 15. Выбор каналов при исследовании внешней области МКС. внутренней области МКС.

Результаты по измерению сопротивления областей МО и МКВ для каждого из четырех образцов приведены на рис. 16-19 (табл. 3-6 соответственно). Из приведенных результатов следует, что длительность восстановления и время отжига в среде азота после восстановления влияет на резистивные характеристики МО и каналов. Увеличение времени процесса ТВВ приводит к уменьшению сопротивления для всех областей

образца, в то время как возрастание длительности отжига в среде азота стимулирует обратный процесс. Следует отметить, что при ожидаемом росте сопротивления с удалением от 1-го зонда, была получена примерно одинаковая проводимость всех рассмотренных областей МО (ряд 1, рис. 16-19).

Рис. 16. Сопротивление областей МО и

МКВ ОВЗ №1.

1 - ряд 1, 2 - ряд 2, 3 - ряд 3.

столбцов

Рис. 17. Сопротивление областей МО и

МКВ ОВЗ №2.

1 - ряд 1, 2 - ряд 2, 3 - ряд 3.

Рис. 18. Сопротивление областей МО и

МКВ ОВЗ №3.

1 - ряд 1, 2 - ряд 2, 3 - ряд 3.

Рис. 19. Сопротивление областей МО и

МКВ ОВЗ №4.

1 - ряд 1, 2 - ряд 2, 3 - ряд 3.

Табл. 3. Сопротивление областей МО и МКВ ОВЗ №1

Табл. 5. Сопротивление областей МО и

Табл. 4. Сопротивление областей МО и

МКВ ОВЗ №2

Табл. 6. Сопротивление областей МО и

МКВ ОВЗ №4

Данные по сопротивлению каналов для внешней и внутренней областей МКС приведены на рис. 20-23 (табл. 7-10). Здесь также наблюдается уменьшение сопротивления каналов ОВЗ с увеличением времени процесса ТВВ. Следующий за ТВВ отжиг в среде азота приводит к обратному процессу. Полученные результаты иллюстрируют различное поведение ПК и ВК как при их восстановлении, так и при отжиге. При 100 мин. режиме ТВВ сопротивление ПК каналов выше аналогичного