专利摘要

本实用新型提供了一种感应读出的异层结构位敏阳极，解决现有位敏阳极加工需要采用高精度的微电子工艺或激光刻蚀设备，加工周期和加工成本均较高的问题。其中位敏阳极包括阳极基底、W电极、S电极及Z电极，所述W电极和S电极位于同一个平面层，且位于阳极基底的顶层；所述Z电极位于另外一个平面层，且位于阳极基底的底层。将三个电极分别位于两个不同的平面层，降低了对制作设备和制作工艺的要求，大大简化了位敏阳极的制作难度，缩短了位敏阳极的制作周期；增加了电极间绝缘沟道的宽度，避免了两个电极间绝缘沟道过窄，降低了两电极间导通的风险，提高了探测器的可靠性。

权利要求

1.一种感应读出的异层结构位敏阳极，其特征在于：包括阳极基底(3)、W电极(1)、S电极(2)及Z电极(4)，

所述W电极(1)和S电极(2)位于同一个平面层，且位于阳极基底(3)的顶层；

所述Z电极(4)位于另外一个平面层，且位于阳极基底(3)的底层。

2.根据权利要求1所述感应读出的异层结构位敏阳极，其特征在于：两个平面层上均设有引出电极(8)；

所述阳极基底(3)上设有与所述引出电极(8)相配合的电极引出孔(7)；

所述阳极基底(3)上还设有用于两平面层定位的第一标记孔(5)。

3.根据权利要求2所述感应读出的异层结构位敏阳极，其特征在于：还包括与阳极基底(3)的顶层或底层连接的支撑环(6)；

所述支撑环(6)的外轮廓尺寸与阳极基底(3)的外轮廓尺寸相适配，支撑环(6)的内径大于电极的收集区域外径；

所述支撑环(6)的材质与阳极基底(3)相同。

4.根据权利要求1至3任一所述感应读出的异层结构位敏阳极，其特征在于：所述阳极基底(3)为双面覆铜板；

所述双面覆铜板的基材为FR4或PTFE板材，基材厚度为0.1～0.3mm，铜厚度为2μm～17μm。

5.根据权利要求3所述感应读出的异层结构位敏阳极，其特征在于：所述阳极基底(3)和支撑环(6)之间设有粘接胶；

所述支撑环(6)上设有与所述第一标记孔(5)配合的第二标记孔(9)。

说明书

技术领域

本实用新型属于微弱、极微弱光探测技术，具体涉及一种感应读出的异层结构位敏阳极。

背景技术

光子计数方法是利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点，采用脉冲甄别技术和数字计数技术把极其弱的信号识别并提取出来。基于微通道板和位敏阳极读出的光子计数成像探测器具有信噪比高、抗漂移性好、时间稳定性好等优点，在天文学、高能物理、生物医学等领域得到了广泛的应用。

位敏阳极探测器采用位敏阳极来收集微通道板输出的电子云，根据阳极不同电极收集到的电子信号来解码出入射事件的位置。位敏阳极探测器的成像电荷读出方式有两种：分别为电荷直接收集读出和电荷感应读出(又称镜像电荷法)，两种方法不同的是电荷感应读出(镜像电荷法)是由呈高阻抗特性的半导体锗层收集微通道板(MCP)输出的成像电荷，然后通过电荷感应，将锗层上收集到的电荷耦合到位敏阳极上；而电荷直接收集法是由位敏阳极直接收集微通道板(MCP)输出的成像电荷。相比较电荷直接收集法的直接读出方式，电荷感应读出的感应读出方式有诸多明显优点，如可有效的减小电荷分割型位敏阳极所产生的分布噪声和大大简化了阳极探测器的真空封装工艺等，具体见申请号为200810184963.6的中国专利。

用于收集微通道板输出电子的位敏阳极主要有电阻阳极(Resistive

Anode)、多阳极微通道阵列(MAMA/Multi-Anode Microchannel Array)、楔条形阳极(WSA/Wedge and strip anode)、游标阳极(Vernier)、交叉条纹(Cross-Strip)等。其中，WSA位敏阳极应用最为广泛。

如图1所示，给出了3个电极的WSA阳极的几何简图，楔条形位敏阳极属于电荷分割型阳极，它包含有三个电极，分别是楔形电极(W电极01)、条纹电极(S电极02)以及在W和S之间的之字形电极(Z电极04)，W电极01、S电极02、Z电极04是由绝缘沟道分割开的金属电极，S电极是条形，其宽度沿X方向增加。W是楔形，其宽度沿Y方向增加，Z是介于W和S之间的电极，WSA阳极具有周期性，感应读出的异层结构位敏阳极的解码公式为：

X＝2*Qs/(Qw+Qs+Qz)，Y＝2*Qw/(Qw+Qs+Qz)；

式中：Qw、Qs、Qz分别是W、S、Z电极收集到3个电脉冲的电量。

目前，WSA位敏阳极制作方法主要有两种，在附着在绝缘材料上的金属薄膜上刻蚀阳极图形，位敏阳极的三个电极分布在同一个平面上，阳极基底03一般采用石英玻璃或陶瓷，加工方式主要采用微电子光刻工艺和激光加工工艺。文献中(光子学报，2008，37(1)：11-16)详细介绍了微电子光刻工艺的方法，其又分为“先光刻腐蚀后电镀增厚”和“先电镀增厚后光刻腐蚀”两种。而激光加工方法是直接在附着在基底上的金属膜层进行刻蚀，得到需要的图形。

常规的位敏阳极结构是在绝缘衬底上蒸镀金属膜层，然后在金属膜层上光刻或激光刻蚀出所需的阳极图形。由于阳极各电极间绝缘沟道较窄(一般在十几到几十μm)，阳极加工需要采用高精度的微电子工艺或激光刻蚀设备，加工周期和加工成本均比较高。另外，过窄的绝缘沟道也容易附着导电颗粒造成电极导通，影响探测器的可靠性。

实用新型内容

为了解决现有位敏阳极加工需要采用高精度的微电子工艺或激光刻蚀设备，加工周期和加工成本均较高的技术问题，本实用新型提供了一种感应读出的异层结构位敏阳极，可提升探测器可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种感应读出的异层结构位敏阳极，其特殊之处在于：包括阳极基底、W电极、S电极及Z电极，所述W电极和S电极位于同一个平面层，且位于阳极基底的顶层；所述Z电极位于另外一个平面层，且位于阳极基底的底层。

进一步地，所述两个平面层上均设有引出电极；

所述阳极基底上设有与所述引出电极相配合的电极引出孔；

所述阳极基底上还设有用于两平面层定位的第一标记孔，以保证两个平面层上图形位置的精确。

进一步地，还包括与阳极基底的顶层或底层连接的支撑环；

所述支撑环的外轮廓尺寸与阳极基底的外轮廓尺寸相适配，支撑环的内径大于电极的收集区域外径；所述支撑环的材质与阳极基底相同。

进一步地，所述阳极基底为双面覆铜板；所述双面覆铜板的基材为FR4或PTFE板材，基材厚度为0.1～0.3mm，铜厚度为2μm～17μm。

进一步地，所述阳极基底和支撑环之间设有粘接胶；

所述支撑环上设有与所述第一标记孔配合的第二标记孔。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、本实用新型位敏阳极中将三个电极分别位于两个不同的平面层，降低了对制作设备和制作工艺的要求，大大简化了位敏阳极的制作难度，缩短了位敏阳极的制作周期；

位敏阳极的几个电极异层分布结构，大大增加了电极间绝缘沟道的宽度，避免了两个电极间绝缘沟道过窄，降低了两电极间导通的风险，提高了探测器的可靠性。

2、本实用新型阳极基底上设有标记孔，用于对准两个平面层上的电极图形。

3、本实用新型位敏阳极中阳极基底可采用双面覆铜板，在双面覆铜板的铜面加工电极即可，大大简化了位敏阳极的制作工艺，降低制作成本，还使大批量生产成为可能。

附图说明

图1是现有楔条形阳极结构图；

图1中，附图标记如下：

01-W电极，02-S电极，03-阳极基底，04-Z电极。

图2是本实用新型感应读出的异层结构位敏阳极的爆炸示意图(未设有支撑板)；

图3是图2的剖视图；

图4是本实用新型带有支撑环的位敏阳极结构示意图；

图5是图4的爆炸图；

图6是图4的A-A向剖视图；

图7是本实用新型感应读出的异层结构位敏阳极的应用示意图；

图2至图7中，附图标记如下：

1-W电极，2-S电极，3-阳极基底，4-Z电极，5-第一标记孔，6-支撑环，7-电极引出孔，8-引出电极，9-第二标记孔，11-输入窗，12-光阴极，13-微通道板，14-高阻薄膜，15-陶瓷基底，16-位敏阳极，17-焊盘。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型的内容作进一步详细描述。

现有楔条形位敏阳极属于电荷分割型阳极，包含有三个电极，楔形(W)电极、条纹(S)电极以及在楔形(W)电极和条纹(S)电极之间的之字形(Z)电极，几个电极位于同一个平面，其解码公式是X＝2*Qs/(Qw+Qs+Qz)，Y＝2*Qw/(Qw+Qs+Qz)；常规设计和制作方法：在附着在绝缘材料上的金属薄膜上刻蚀阳极图形，位敏阳极的三个电极分布在同一个平面上，基底一般采用石英玻璃或陶瓷，加工方式主要采用微电子工艺或激光加工工艺。

位敏阳极探测器的成像电荷采用电荷感应读出方式，其原理是利用镜像电荷技术，由蒸镀在陶瓷基底15上的高阻薄膜14收集MCP输出的电子云团，同时位于陶瓷基底15背面的位敏阳极感应相应的电荷云。根据感应电荷的原理，可以对位敏阳极进行创新性的设计和加工，以优化位敏阳极的加工工艺，提高探测器的可靠性。根据位敏阳极的图形和位敏阳极的解码公式，确定分布在顶层和底层的电极。W电极1和S电极2收集电荷量决定了电子云团的质心位置。由感应电荷原理，可以将Z电极4放置在其他平面。这样通过感应读出后，Z电极4感应信号会比同平面结构感应信号稍弱，在解码电子云质心时可以通过校正因子来校正，即解码公式变为X＝2*Qs/(Qw+Qs+k*Qz)，Y＝2*Qw/(Qw+Qs+k*Qz)，其中k为校正因子，与阳极基底3厚度、材质、相对介电常数相关，具体数值可以根据实验来测定。

如图2至图6所示，一种感应读出的异层结构位敏阳极，包括阳极基底3、金属电极；金属电极的电极图案和电极数量根据各阳极解码原理不同而不同，具体解码原理是指基于电荷分割型的解码，阳极为电荷分割型的位敏阳极，具体为楔条形阳极及根据具体应用的相关设计变形，如阳极可以为圆形，正方形，长方形，扇形等诸多结构；电极数量包括三电极结构和四电极结构。

阳极的各个电极分布在不同的平面，具体为分布在两个不同的平面层，且两个各电极层共享阳极基底3(绝缘介质)。对于楔条型阳极，两个电极层平面层中间为绝缘介质层，金属电极包括W电极1、S电极2、Z电极4，用于确定光子二维位置的W电极1和S电极2位于同一个平面层，且位于阳极基底3的顶层，其余的Z电极4位于另外一个平面层，且位于阳极基底3的底层；三个电极图形位于同一平面时仍可以构成常规结构的位敏阳极。

金属电极材料可以为铜、金、铝等导电性能良好的金属材料，电极厚度为1μm～17μm，若采用铜等易氧化的金属材料，须在电极图形表面镀金以防止阳极面板氧化。

阳极基底3为FR4、PTFE或其他绝缘材料，相对介电常数一般在2～5之间，厚度在0.1～0.3mm。另外，阳极基底3也为双面覆铜板；双面覆铜板的基材为FR4或PTFE板材，基材厚度为0.1～0.3mm，铜厚度为2μm～17μm，在双面覆铜板的铜箔进行光刻加工W电极1、S电极2、Z电极4，大大简化了位敏阳极的制作工艺，降低了制作难度并提高了位敏阳极的可靠性。

在两个平面层上均设有标记；阳极基底3上设有若干与标记相配合的第一标记孔5，用于对准两个平面层上的电极图形。

本实施例位敏阳极还包括支撑环6，所述支撑环6的外轮廓尺寸与阳极基底3的外轮廓尺寸相适配(略大于)，支撑环6的内径大于电极的收集区域外径；所述支撑环6的材质与阳极基底3相同，其厚度在1～3mm。在阳极基底3和支撑环6之间设有粘接胶，在一定压力和温度下进行阳极基底3和支撑环6压合，在支撑环6上设有第二标记孔9，粘接压合过程中需注意对准标记，保证压环铜电极和位敏阳极引线电极位置相对应。

本实施例还提供了一种感应读出的异层结构位敏阳极制作方法，包括以下步骤：

1)确定电极分布位置

根据所需位敏阳极的图形和位敏阳极的解码公式，确定分布在位敏阳极顶层和底层的电极；

所述电极包括W电极1、S电极2、Z电极4；

所述位敏阳极的解码公式为：

X＝2*Qs/(Qw+Qs+k*Qz)，Y＝2*Qw/(Qw+Qs+k*Qz)；

其中，Qw、Qs、Qz分别是W、S、Z电极4收集到3个电脉冲的电量；

X、Y分别是指位敏阳极接收到的电子云团质心坐标；

k为校正因子，与阳极基底3厚度、材质、相对介电常数相关，具体数值可以根据实验来测定。

2)制作掩膜版

根据所需位敏阳极外形尺寸分别制作顶层电极图形掩膜版和底层电极图形掩膜版，并在顶层电极图形掩膜版、底层电极图形掩膜版上加工标记；

所述顶层电极图形掩膜版包括W电极1和S电极2，所述底层电极图形掩膜版包括Z电极4；

3)加工阳极基底3

3.1)取出双面覆铜板，双面覆铜板基本参数满足如下要求：基材为FR4或PTFE板材，基材厚度为0.1mm～0.3mm，铜箔厚度为2μm～17μm，根据位敏阳极大小进行切割。切割的板材尺寸略大于所需位敏阳极外形尺寸，并在板材上做第一标记孔5以与顶层电极图形掩膜版、底层电极图形掩膜版上的标记相配合，以确保顶层电极图形和底层电极图形的定位精度和图形的正确性；

3.2)利用顶层电极图形掩膜版在阳极基底3顶层光刻出W电极1、S电极2的图形；利用底层电极图形掩膜版在阳极基底3底层光刻出Z电极4的图形，光刻时，需根据掩膜版标记和覆铜板基材第一标记孔5进行对准，以保证两个层面的图形位置精确。

4)加工支撑环6：

根据所需位敏阳极尺寸加工相应的支撑环6，支撑环6需具有一定的宽度，能够覆盖位敏阳极的引出电极孔。支撑环6内径需大于位敏阳极的收集区域外径，从而避免对阳极感应信号的影响。支撑环6上有与覆铜板基材第一标记孔5相对应的第二标记孔9，在支撑环与阳极电极引出孔7相对应的位置光刻出圆形铜电极，以便后续做金属过孔和引线焊接；

所述支撑环6的材质与阳极基底3相同，基材厚度1mm～3mm。

5)固定支撑环6与阳极基底3

在阳极基底3和支撑环6之间增加粘接胶，在一定压力和温度下进行位敏阳极和支撑环6压合；粘接压合过程中，保证阳极基底3上的第一标记孔5与支撑环6上的第二标记孔9对准，使得压环铜电极和位敏阳极引线电极位置相对应。

6)制作导电过孔

在带有支撑环6的阳极基底3上进行电极开小孔，小孔孔径为Φ0.5mm～Φ1mm，并对该小孔进行金属化，做成导电过孔。

7)镀金处理

将成形的位敏阳极进行镀金处理，具体方法可采用电镀或化学镀，以避免铜电极的氧化，制作完成的感应读出的位敏阳极如图4至6所示。

该制作方法缩短位敏阳极的制作周期，降低了制作成本，使大批量的阳极制作成为可能。同时，增加了阳极电极间的绝缘沟道宽度，提高了可靠性。

如图7所示，将制作好的位敏阳极16装配到光子计数成像探测器中，从位敏阳极支撑环6中各个焊盘17将阳极信号引出并进入读出电子学，光经过输入窗11到达光阴极12并产生光电效应，光电效应出射的电子进入微通道13后倍增输出电子云，蒸镀在陶瓷基底15上的高阻薄膜14(Ge)收集MCP输出的电子云，同时位于陶瓷基底15背面的位敏阳极16同时感应相应的电子云信号，阳极顶层(靠近Ge层基底)的电极经过陶瓷基底介质感应信号，阳极底层的电极经过陶瓷基底和阳极基底介质感应信号。所以，位于阳极底层的电极感应信号较顶层的稍弱，在计算光子事件位置时，需将位于底层的电极信号衰减考虑进去，通过k值校正位敏阳极16底层感应信号的衰减，经读出电子学和相关数据处理软件后得到探测器的成像结果。光子计数成像探测器属于微弱信号探测，前端电子学和位敏阳极16距离需尽可能短以减小电子学噪声，还可以将位敏阳极16与前端电子学一体化综合设计，制作在同一块pcb板上以进一步减小前端电子学噪声，提高探测器成像性能。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域技术人员在本实用新型主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴。

一种感应读出的异层结构位敏阳极专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。