阅读说明：本技术 应用于穿越辐射探测器的放大单元的制备方法 (Preparation method of amplification unit applied to penetrating radiation detector ) 是由 周意 宋国锋 邵明 尚伦霖 张广安 鲁志斌 王旭 刘建北 张志永 于 2020-04-23 设计创作，主要内容包括：本公开提供一种应用于穿越辐射探测器的放大单元的制备方法,包括：步骤S1：制备读出电极PCB板并在其表面沉积DLC薄膜层；步骤S2：制备连接层PCB板；步骤S3：将步骤S2所制备的连接层PCB板粘接在步骤S1所制备的读出电极PCB上,使连接层PCB板上的盲孔与读出电极PCB上的过孔对齐,并在连接层PCB板表面以及通孔壁上沉积DLC薄膜；步骤S4：制作放大区PCB板；以及步骤S5：在连接层PCB板的通孔中填充环氧树脂胶后与步骤S4所制备的放大区PCB板粘接,完成用于穿越辐射探测器的放大单元的制备。(The invention provides a preparation method of an amplification unit applied to a traversing radiation detector, which comprises the steps of S1, preparing a reading electrode PCB and depositing a D L C thin film layer on the surface of the reading electrode PCB, S2, preparing a connecting layer PCB, S3, adhering the connecting layer PCB prepared in the step S2 to the reading electrode PCB prepared in the step S1, aligning blind holes in the connecting layer PCB with through holes in the reading electrode PCB, depositing a D L C thin film on the surface of the connecting layer PCB and the through hole walls, S4, manufacturing the amplification area PCB, and S5, filling epoxy resin glue in through holes in the connecting layer PCB, adhering the through holes to the amplification area PCB prepared in the step S4, and completing the preparation of the amplification unit used for the traversing radiation detector.)

具体实施方式

本公开提供了一种应用于穿越辐射探测器的放大单元的制备方法，所述制备方法工艺简单、可靠，所制备的探测器对高能粒子探测的增益高、增益均匀性和稳定性好、二维位置分辨能力好、能承受很高的粒子辐照计数率，可克服现有的穿越辐射探测器的主要缺点和不足之处。

本公开所述制备方法所制备的应用于穿越辐射探测器的放大单元，为保证探测器的增益，其放大单元使用阻性电极提供电场，阻性电极相比金属电极能够耐受更高的电压而不打火放电，阻性材料为类金刚石碳基薄膜(Diamond-like Carbon，DLC)，DLC通过磁控溅射方法沉积到绝缘材料表面，读出电极采用现有的PCB工艺生产。放大单元的孔结构也是使用PCB生产工艺中的机械钻孔技术。为保证读出电极板与盲孔放大区的耦合平整可靠，引入了中间连接层PCB板。这种阻性井型探测器结构示意图如图12所示，图中所示结构通过一定的机械结构密封固定在充满工作气体(主要为惰性气体)的气室中，探测器主要由漂移电极和阻性井型放大单元组成。阻性井型放大单元的主体材料为绝缘基材，绝缘基材的上表面覆盖有一层阻性DLC作为阻性电极，井型放大单元与读出电极PCB耦合在一起，读出电极PCB(信号读出电极)的表面有一层接地阻性层，用于收集和泄放雪崩电荷。其中绝缘基材厚度约0.2mm～1mm，表面的阻性材料厚度为百纳米量级，基材上有六角密排分布的孔，孔直径约0.2mm～0.8mm。工作时，漂移电极和放大单元上的阻性电极加有电压，读出电极PCB上的阻性层接地，使漂移区具有一定电场，而盲孔有聚焦电场的作用，电场强度很高。当高能带电粒子或光子进入漂移区时，会在使工作气体电离产生原初电子，原初电子在电场的作用下进入孔中，在孔内的强电场的作用下发生雪崩放大，雪崩放大产生的大量电子朝读出电极方向漂移时会在读出电极上感应出信号，信号通过一定的读出电子学采集用于分析入射粒子的特性。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种应用于穿越辐射探测器的放大单元的制备方法，结合图2至图12所示，所述制备方法，包括：

步骤S1：制备读出电极PCB板并在其表面沉积DLC薄膜层；包括：

子步骤S11：制备读出电极PCB板；以及

在本公开实施例中，读出电极PCB板的板厚度为3mm，通过PCB工艺生产，如图3所示，其中间层包括二维的互相垂直的条状读出电极构成的读出电极层，分为上读出电极层和下读出电极层，设置于中间层的不同层面，中间由厚70μm的绝缘层隔开，其中(一维)上读出电极层的上读出电极条通过过孔连接到读出电极PCB板表面，其读出电极(铜)条的宽度在80μm；下读出电极层的下读出电极条宽度为320μm，同层读出电极相邻的电极条与电极条之间的距离为400μm。

在本公开中，所述读出电极PCB板的厚通常在0.4mm～5mm，读出电极层的铜条宽度在80μm～1mm，相邻条间距200μm～2mm，两层读出电极层的层与层之间绝缘层厚度为70μm～200μm，具体参数根据应用需求而定。

子步骤S12：在读出电极PCB表面沉积DLC薄膜层；

使用磁控溅射设备在读出电极PCB基材表面镀DLC薄膜层，参照图4所示，DLC薄膜层的面电阻率为1MΩ/□～1GΩ/□，厚度100nm～1μm。本实施案例中使用的磁控溅射设备为Hauzer850，设备参数包括：磁场控制电流为2A，样品腔初始真空度为5×10^-5mbar，氩气流量200sccm，乙炔流量6.5sccm，高纯石墨靶功率7.5kW，沉积时间为150min。DLC沉积完成后，检测其面电阻率为60MΩ/□。

步骤S2：制备连接层PCB板；

使用PCB工艺生产连接层PCB，所述连接层PCB中包括盲孔和通孔，如图5所示。通常板厚为150μm～1mm，通孔直径0.5mm～3mm，盲孔直径1mm～5mm，盲孔深度小于板厚。本实施案例中优选厚度为0.2mm，通孔直径2mm，盲孔直径为5mm、深度为0.1mm。

步骤S3：将步骤S2所制备的连接层PCB板粘接在步骤S1所制备的读出电极PCB上，使连接层PCB板上的盲孔与读出电极PCB上的过孔对齐，并在连接层PCB板表面及通孔壁上沉积DLC薄膜；

将图5所示连接层PCB板通过环氧树脂胶粘接在图4所示读出电极PCB上，连接层PCB上的盲孔与读出电极上的过孔对齐，从而保证粘接平整，结果如图6所示。

使用磁控溅射设备在连接层PCB板表面及通孔侧壁上沉积一层一定电阻率的DLC薄膜，DLC面电阻率为1MΩ/□～1GΩ/□，厚度100nm～1μm。本实施案例中使用的磁控溅射设备为Hauzer850，设备参数：磁场控制电流为2A，样品腔初始真空度为5×10^-3mbar，氩气流量200sccm，乙炔流量6.5scem，高纯石墨靶功率7.5kW，沉积时间为150min。DLC沉积完成后，检测其面电阻率为60MΩ/□；结果如图7所示。

步骤S4：制作放大区PCB板；

子步骤S41：选取PCB基材并在其表面沉积DLC薄膜；以及

选取一定厚度的PCB基材，厚度一般为0.2mm～1mm，本实施案例中厚度为0.4mm。在PCB基材表面沉积用磁控溅射设备沉积极低电阻率的DLC薄膜，电阻率小于1kΩ/□，DLC面电阻率为1Ω/□～1kΩ/□，厚度100nm～1μm。本实施案例中使用的磁控溅射设备为Hauzer850，设备参数为：高纯石墨靶功率4kW，高纯Cr靶功率4kW，高纯铜靶功率4kW，沉积时间为10min；氩气流量200sccm，样品腔内初始真空度5×10^-5Torr。镀膜完成后，经检测PCB基材表面DLC面电阻率为1Ω/□。

子步骤S42：在沉积DLC薄膜后的PCB基材上制备孔阵列，完成放大区PCB板的制备；

如图8所示，子步骤S41后，使用机械钻孔的方法在PCB上钻六角密排的孔，孔直径通常为0.2mm～0.8mm，孔间距0.4～1.6mm，本实施案例中孔直径为0.5mm，孔间距为1mm。

步骤S5：在连接层PCB板的通孔中填充环氧树脂胶后与步骤S4所制备的放大区PCB板粘接，完成用于穿越辐射探测器的放大单元的制备。

如图10所示，在步骤S3后的(图7所示)连接层PCB板上的通孔中涂环氧树脂胶，利用孔中的胶将步骤S4后的(图9所示)放大区PCB板粘接到连接层PCB上，如图11所示，完成用于穿越辐射探测器的放大单元的制备。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开应用于穿越辐射探测器的放大单元的制备方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种应用于穿越辐射探测器的放大单元的制备方法，该制备方法所制备的探测器可实现对粒子的能量和二维位置探测，有效增益高，且增益均匀性好；探测器可实现高增益下稳定工作。本发明中的探测器放大单元，采用了阻性电极，阻性电极通过磁控溅射法制备，电阻率均匀可控。相比于传统的金属电极，可有效抑制探测器在工作时的打火放电现象，使探测器能够在高增益下稳定工作；采用了中间连接层和读出电极PCB表面双阻性层结构，能够及时有效泄放探测器工作时产生的电荷，保证金属电极到接地点具有足够大的安全距离，因此制备方法容错性很高；采用了低阻DLC作为井型孔上方的电极，不需要在孔周围留空白的环形区域(RIM)，可有效抑制探测器工作时可能发生的打火放电现象，因此能够大幅度简化放大单元的加工制作，提高成品率，降低加工成本。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。