微通道板（Microchannel Plate，MCP）是一種大面陣的高空間分辨的電子倍增探測器，並具備非常高的時間解析度。主要用作高性能夜視像增強器，並廣泛套用於各科研領域。微通道板以玻璃薄片為基地，在基片上以數微米到十幾微米的空間周期以六角形周期排布孔徑比空間周期略小的微孔。一塊MCP上約有上百萬微通道，二次電子可以通道壁上碰撞倍增放大，工作原理與光電倍增管相似。
基本介紹
- 中文名：微通道板
- 外文名：Microchannel Plate
- 英文簡寫：MCP
- 特點：體積小、重量輕、
- 類型：特殊光學纖維器件類型
- 學科：電子工程
簡介,特點,結構,原理,運作原理,電子倍增原理,操作模式,注意事項,MCP的套用,
簡介
微通道板是一種特殊光學纖維器件，是一種先進的具有傳輸、增強電子圖像功能的電子倍增器，具有體積小、重量輕、解析度好、增益高、噪聲低、使用電壓低等優點，它利用其二次電子發射特性，可使高速碰撞在內壁（通道）上的電子成倍增加，使之達到萬倍以上的電子增流，利用這種特性，現在微通道板廣泛用於光電倍增管、像增強器，微光電視、X光像增強器、高速示波管，以及光子計數、 X- 射線、紫外光子、電子、離子、帶電粒子、亞原子粒子等的探測，現在微通道板一般有如下規格：
特點
1. 通道孔徑：5～50 μm
2．開口比：≥60%
3．電極材料：Ni-Cr
4．電極浸沒深度：輸入端：≤0.8d (d : 通道孔徑) 輸出端：2～3d (d: 通道孔徑)
5．烘烤溫度：≤400℃
6．高輸出電流、大動態範圍、高增益、低噪聲、長壽命
7．帶/不帶固體邊
結構
一塊微通道板是由104-107個相互平行的小的電子倍增管組成，一個電子倍增管的尺寸為，通道長几十微米，通道長度和直徑之比為40-100，通道之間距離一般為幾十微米，通道與板的表面偏置一個角度，通常為8度，孔內表面材料的二次電子發射係數為大於等於3。
原理
運作原理
微通道板的運作原理與光電倍增管和電子倍增管相似，首先是粒子或光子撞擊偵測器表面，產生了二次電子或光電子；再藉由電場加速，使電子再撞擊下一個表面，產生多次倍增的二次電子，使訊號放大。這表面是由高電阻的材料構成，為連續式的二次發射極 (dynode)。最後增強的電子訊號通常由一個陽極收集，或是打在磷光屏上顯像。
電子倍增原理
在微通道板的每個通道的內壁上都塗有一種能發射次級電子的半導體材料，當給微通道板加了一定電壓後，就會在每個通道中產生一個均勻的電場。這個電場是軸向的。所以能使進入電場的低能電子（光子或電子）與壁碰撞的時候能產生次級電子，並且在軸向電場的作用下次級電子被加速，這樣次級電子碰到壁上又會產生更多的新的次級電子。這樣。對於一個入射粒子。在板的輸出端就會產生很多的電子。實際上我們很容易理解，每個通道就是一個光電倍增管，不過它沒有專門的光陰極，而且打拿極是連續分布的，另外入射電子不只限於光子，事實上任何載能電子，只要在通道壁上能打出次級電子，它都能回響，與光電倍增管外電路分壓器相比擬，它利用鉛玻璃自身的體電阻作為分壓電阻，一般極間總電阻為10歐，通道中的電勢梯度使次級電子得到加速，獲得能量，從而保證在下一次轟擊通道時有足夠大的二次發射係數。
操作模式
在非相對論能量中，單個粒子通常產生的效應太小而不能直接檢測。微通道板用作粒子放大器，將單個撞擊粒子轉變成電子云。通過在MCP上施加強電場，每個單獨的微通道變成連續打拿極電子倍增器。通過小孔進入一個通道的粒子或光子被保證撞擊通道的壁，因為通道與板成一定角度。衝擊開始傳播通過通道的電子級聯，根據電場強度和微通道板的幾何形狀放大原始信號幾個數量級。在級聯之後，微通道在檢測到另一信號之前需要時間來恢復（或再充電）。電子從板的另一側離開通道，在那裡它們被收集在陽極上。一些陽極被設計成允許空間分辨的離子收集，產生入射在板上的粒子或光子的圖像。儘管在很多情況下，收集陽極用作檢測元件，MCP本身也可以用作檢測器。通過電子級聯產生的極板的放電和再充電可以與施加到極板的高壓分離，並被測量以直接產生對應於單個粒子或光子的信號。
MCP的增益非常嘈雜，意味著連續檢測到兩個相同的粒子常常會產生非常不同的信號幅度。可以使用恆定分數鑑別器來消除由峰高變化引起的時間抖動。採用這種方式，MCP能夠以非常高的解析度測量粒子到達時間，使其成為質譜儀的理想檢測器。
注意事項
MCP使用中的注意點：
- 保持端面的清潔，不能用手觸摸。
- 避免碰撞，擠壓造成機械破損。
- 防止兩端面間高壓擊穿造成絕緣破壞。
- 防止MCP一次性直接暴露在強粒子束中。
MCP的套用
通常在套用時，會使用兩片微通道板 (稱Chevron MCP) 到三片微通道板 (稱z stack MCP) 相連，使訊號放的更大，最高可以偵測到單一粒子或光子。因為微通道管由上百萬個分開的微米級通道構成，提供了很好的二維空間解析度，可以設計來讓帶電粒子、或光子產生二維影像。其套用有，如夜視鏡和光分解離子成像。還有：
- 作為各種粒子計數用，由於沒有窗和包裝材料的吸收問題，在低能粒子探測中顯出優越性。
- MCP由於包含上百萬個坐標位置完全確定的，相對獨立的通道計數系統，應此它常被作為位置靈敏探測器。
- 利用快上升時間特性，MCP也可用於飛行時間譜儀的探頭。
