(高清版)GB∕T 37951-2019 微通道板試驗方法

ICS31.260國家市場監(jiān)督管理總局中國國家標準化管理委員會I 12規(guī)范性引用文件 1 1 24.1大氣條件 24.2真空條件 2 24.4樣品 2 25.1尺寸 25.2外觀質量 7 85.4工藝適應性 5.5環(huán)境適應性 ⅢGB/T37951—2019本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別這些專利的責任。本標準由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。本標準由全國光學和光子學標準化技術委員會(SAC/TC103)歸口。研究所、中國科學院上海硅酸鹽研究所。協(xié)調一致，并促進貿易和交流，有必要制定微通道板試驗方法的國家標準。本標準的試驗項目涉及微通道板的尺寸、外觀質量、電性能、工藝適應性和環(huán)境適應性，包含了外性能指標，可適用于大多數(shù)應用場合。由于微通道板的外形和通道均以圓形為主，其他形狀(如，多邊形等)的應用數(shù)量非常少，因此本標準中凡涉及形狀尺寸時，其試驗方法均以圓形為例，但這并不影響到標準的通用性，因為其他形狀的尺寸可采用類似的方法由解析幾何學關系進行計算。除尺寸測量和力學環(huán)境試驗用的通用儀器設備外，微通道板試驗所需的專用儀器設備目前沒有市1GB/T37951—2019微通道板試驗方法本標準適用于微通道板。下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T1185—2006光學零件表面疵病3.1微通道板microchannelplate;MCP3.2有效區(qū)usefularea使用功能所期望的最小電子倍增區(qū)域。開口面積比openarearatio3.4增益gain輸出電子流與輸入電子流的比值。3.5輸入和輸出電極之間所加電壓與流過兩電極間的穩(wěn)態(tài)電流之比。注：單位面積的暗電流稱為暗電流密度。3.7由通道間增益差異性產生的輸出電子圖像亮暗分布不均勻的視覺特性。3.8發(fā)射點emissionpointGB/T37951—20193.9場致發(fā)射fieldemission3.10輸入信噪比與輸出信噪比的比值。3.114通用要求試驗場所的溫度為15℃~30℃、相對濕度為30%～55%。a)溫度偏離規(guī)定值±2℃或±2%,取較大者；且隨時間的變化，偏離規(guī)定值±1℃或±1%,取較b)振幅偏離規(guī)定值±5%;c)振動頻率偏離規(guī)定值±2%,當頻度低于25Hz時，為±0.5Hz;d)加速度偏離規(guī)定值±5%。除斜切角和電極深度試驗外，試驗所用的樣品通常為宜優(yōu)于5級。稱為樣品。若樣品需要暴露在大氣環(huán)境中試驗，應采取適宜的保護措施(如，使用防護罩、保護性氣體5試驗方法235.1.1.2試驗步驟在側面的3個不相同的直徑方向，用游標卡尺各測量一次。5.1.1.3試驗數(shù)據(jù)處理外徑取最大的測量值，以毫米(mm)為單位，結果表示到小數(shù)點后兩位。5.1.2厚度5.1.2.1儀器設備5.1.2.2試驗步驟在端面的3個不同位置，用千分尺各測量一次。5.1.2.3試驗數(shù)據(jù)處理厚度取最大的測量值，以毫米(mm)為單位，結果表示到小數(shù)點后兩位。5.1.3有效區(qū)直徑5.1.3.1儀器設備工具顯微鏡，精度優(yōu)于0.1mm。5.1.3.2試驗步驟主要步驟如下：a)將樣品平放在工具顯微鏡臺面上；b)調節(jié)工具顯微鏡焦距，使端面圖像清晰可見；c)在構成有效區(qū)最小外圍尺寸的(假想的)圓周(以下簡稱為有效區(qū)外圓)上選取3個點(3個點之間盡量分散),采集3個點的坐標；d)重復上述c)的步驟，在有效區(qū)外圓上另選3個點，并采集坐標。5.1.3.3試驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)有效區(qū)外圓上3個點的坐標，按圓的方程式[式(1)]計算有效區(qū)直徑，取較小者，計算結果表示到小數(shù)點后一位。(x—xo)2+(y—yo)2=R2…………(1)式中：(x,y)--—[笛卡爾直角坐標系]坐標；(xo,yo)——圓心坐標；R--—(有效區(qū))半徑，單位為毫米(mm)。5.1.4有效區(qū)同心度5.1.4.1儀器設備工具顯微鏡，精度優(yōu)于0.1mm。45.1.4.2試驗步驟主要步驟如下：a)將樣品平放在工具顯微鏡臺面上；b)調節(jié)工具顯微鏡焦距，使端面圖像清晰可見；c)分別在端面外圓和有效區(qū)外圓上各選取3個點(3個點之間盡量分散),并采集坐標。5.1.4.3試驗數(shù)據(jù)處理按式(1)分別計算端面外圓和有效區(qū)外圓的圓心坐標，按式(2)計算有效區(qū)外圓圓心偏離端面圓心的距離，即有效區(qū)同心度，計算結果表示到小數(shù)點后一位。L=√(x?一x?)2+(y?—y?)2…………(2)L-——兩圓心之間的距離，單位為毫米(mm);(x?,y?)、(x?,y?)——分別為兩圓心的坐標。5.1.5通道直徑5.1.5.1儀器設備5.1.5.2試驗步驟主要步驟如下：a)將樣品平放在工具顯微鏡臺面上；b)調節(jié)顯微鏡焦距，使通道清晰可見；c)在有效區(qū)內，選取3個通道，在每個通道圓周上各選取3個點(3個點之間盡量分散),并采集坐標。5.1.5.3試驗數(shù)據(jù)處理按式(1)計算通道直徑，取算術平均值，以微米(μm)為單位，計算結果表示到小數(shù)點后一位。5.1.6開口面積比5.1.6.1儀器設備5.1.6.2試驗步驟主要步驟如下：a)將樣品平放在工具顯微鏡臺面上；b)調節(jié)顯微鏡焦距，使通道清晰可見；c)在有效區(qū)內，選取3組通道，每組為2個相鄰的通道；d)在每個通道圓周上各選取3個點(3個點之間盡量分散),并采集坐標。5.1.6.3試驗數(shù)據(jù)處理計算結果表示到小數(shù)點后一位，計算步驟如下：5a)在每組中選取一個通道，按式(1)計算通道直徑，取算術平均值；b)按式(1)計算6個通道的圓心坐標；c)按式(2)計算2個相鄰通道圓心間的距離(通道間距),取算術平均值；d)按式(3)計算開口面積比。式中：OAR——開口面積比；d——通道直徑，單位為微米(μm);D——通道間距，單位為微米(μm)。5.1.7斜切角5.1.7.1儀器設備工具顯微鏡，精度優(yōu)于0.1μm;平行光光源。5.1.7.2試驗步驟主要步驟如下：a)專用樣品制備：1)將MCP放在傾斜(可行時，等于斜切角)的夾具上，用平行光照射端面，轉動MCP,目視觀察透射光的強弱變化，在透光最強的位置，標注大概的通道傾斜方向；2)用刀具(如，刀片等)在端面上沿通道傾斜方向劃切(注意減輕對通道的非預期破壞);3)沿切口將MCP掰開，從而得到通道剖面的樣品，如圖1所示；4)若剖面不規(guī)整，以至于難以找到與通道傾斜方向一致的參考線時，在通道傾斜的平行方向，再次按上述方法解剖MCP,直至得到預期的樣品為止。b)將上述樣品平放在工具顯微鏡平臺上，使端面與平臺垂直，且與平臺Y軸平行。c)調節(jié)工具顯微鏡焦距，使通道剖面圖像清晰。d)在剖面顯微圖像的3個不同部位，各選擇一根與通道傾斜方向一致的參考線。e)在每一根參考線上選取兩點，并采集坐標。輸出端電極深度輸出端電極深度斜切角Y輸入端電極深度輸入端輸出端圖1斜切角樣品制備及測試原理圖6GB/T37951—2019(x?,y?)、(x?,y?)—-—參考線上任意兩點的坐標。c)在電極圓周上選取3個點，并采集坐標；d)翻轉樣品使輸出端朝上，重復上述步驟，在輸出端電極圓周上選取3個點(3個點之間盡量分c)分別在輸入端電極和端面的圓周上各選取3個點(3個點之間盡量分散),并采集坐標；d)翻轉樣品使輸出端朝上，重復上述步驟，在輸出端電極和端面的圓周上各選取3個點(3個點之間盡量分散),并采集坐標。7GB/T37951—2019主要步驟如下：a)專用樣品：按5.1.7.2a)的方法制備專用樣品(見圖1),或使用相同的樣品；b)將上述樣品平放在工具顯微鏡平臺上，使端面與平臺垂直，且與平臺Y軸平行；c)調節(jié)工具顯微鏡焦距，使通道內電極延伸的圖像清晰可見；d)移動工具顯微鏡光標，在MCP輸入端側面線(即電極深度的起點)上采集X軸坐標；沿X軸向移動光標至通道內電極延伸的最大深度處(即電極深度的終點),再次采集X軸坐標；e)同樣按d)的方法，采集輸出端電極起止點的X軸坐標；f)在剖面的3個不同部位，重復上述d)和e)的步驟，分別采集電極起止點的X軸坐標。電極起止點之間X軸坐標的差值的絕對值即為電極深度，分別計算輸入和輸出電極的深度，取算需要時，電極深度也可表述為通道直徑的倍數(shù)(相對值),等于電極深度與通道直徑的比值。主要步驟如下：a)將反射光源和直線參照物(如，直線型燈管)置于凈化工作臺面的上方；b)將樣品置于專用器皿中，并平放在凈化工作臺面上；c)目視觀察上方直線參照物在端面上的成像；d)水平轉動樣品一周，旋轉時，目視觀察在轉動過程中直線的像是否有彎曲現(xiàn)象。若觀察到直線的像有彎曲現(xiàn)象，則判定為變形(即端面平面度較差)。5.2外觀質量放大鏡或顯微鏡，放大倍數(shù)為10倍，并附帶長度測量的標準標板。按GB/T1185—2006規(guī)定的可見法疵病試驗方法和破邊試驗方法，使用放大鏡或顯微鏡觀察端8GB/T37951—20195.2.3試驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)疵病的可覺察性確定表面疵病可見度等級和破邊公差；需要時，給出疵病的尺寸和數(shù)量。5.3電性能5.3.1增益5.3.1.1儀器設備增益測試裝置及測試原理如圖2所示。A?、A?—-—電流計；e?——輸入電信號；e?——輸出電信號；Iout——輸出電流；Va陽極電壓；Ve——陰極電壓；Vp——工作電壓；V?——測量環(huán)電壓。圖2增益測試原理圖5.3.1.2試驗參數(shù)主要參數(shù)如下：a)輸入電流密度通常為1×10211A/cm2~1×10-10A/cm2(試驗時，換算為有效區(qū)內的輸入電流Iin,Iin通常采用測量環(huán)間接測量，并由實驗確定修正系數(shù));c)V.通常為20V;d)Vp通常為600V～1100V(Vp最高不宜超過1200V);e)V。通常為1500V。注：使用引導語“通?！标愂鲈囼瀰?shù)時，表示常用值，為推薦使用。設置試驗參數(shù)；用電流計A?測量測量環(huán)入射電流；用電流計A?測量Iout。5.3.1.4試驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)測量環(huán)入射電流和修正系數(shù)計算Iin;按式(5)計算增益，計算結果表示到個位。9GB/T37951—2019式中：G——增益；Iout——輸出電流，單位為皮安(pA);Iin——輸入電流，單位為皮安(pA)。5.3.2電阻5.3.2.1儀器設備電阻測試裝置及測試原理如圖3所示?！璏CP說明：I,——傳導電流；圖3電阻測試原理圖5.3.2.2試驗參數(shù)Vp通常為800V(V。最高不宜超過1200V)。5.3.2.3試驗步驟設置試驗參數(shù)；用電流計A測量Is。5.3.2.4試驗數(shù)據(jù)處理按式(6)計算電阻，計算結果表示到個位。式中：Vp——工作電壓，單位為伏(V);GB/T37951—20195.3.3暗電流密度5.3.3.1儀器設備暗電流測試裝置及測試原理如圖4所示。A-—電流計；V———陽極電壓；圖4暗電流測試原理圖5.3.3.2試驗參數(shù)主要參數(shù)如下：a)真空度優(yōu)于3×10-5Pa;b)Vp通常為800V～1000V(Vp最高不宜超過1200V);c)Va通常為200V～1500V。5.3.3.3試驗步驟設置試驗參數(shù)；用電流計A測量Id。5.3.3.4試驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)Ia和有效區(qū)直徑(見5.1.3)按式(7)計算暗電流密度，計算結果表示到小數(shù)點后一位?！?7)I暗電流密度，單位為安每平方厘米(A/cm2);Id——暗電流，單位為安(A);S?——有效區(qū)面積，單位為平方厘米(cm2)。5.3.4增益不均勻性5.3.4.1儀器設備增益不均勻性測試裝置及測試原理如圖5所示；顯微鏡，放大倍數(shù)為10倍。GB/T37951—2019MCPVV.——陰極電壓；圖5增益不均勻性測試原理圖測試應在照度不大于1×10-41x的暗室環(huán)境中進行，測試裝置所用陰極電子源和熒光屏的均勻性不應影響到熒光屏圖像中增益不均勻分布的可覺察性判定。發(fā)射點(見5.3.5)和場致發(fā)射(見5.3.6)的a)輸入電流密度通常為1×10-10A/cm2(試驗時，換算為有效區(qū)內的輸入電流Iin,In通常采用測c)Vp通常在600V～900V內調節(jié)(Vp最高不宜超過1200V);d)Va應滿足熒光屏圖像觀察，輸出端與熒光屏間的陽極場強通常為7000V/mm～10000V/mm。5.3.5發(fā)射點5.3.5.1儀器設備發(fā)射點測試裝置及測試原理如圖6所示；顯微鏡，放大倍數(shù)為10倍。MCPMCP熒光屏Cap說明：Va———陽極電壓；圖6發(fā)射點測試原理圖5.3.5.2試驗參數(shù)Vp通常為1000V(Vp最高不宜超過1200V);Va同5.3.4.2d)的要求。5.3.5.3試驗步驟采用可見法試驗，主要步驟如下：a)設置試驗參數(shù)；b)用顯微鏡觀看熒光屏上的圖像，觀察圖像中有無亮點或閃爍；c)當發(fā)現(xiàn)有亮點或閃爍時，應調節(jié)Vp,觀察其亮度變化情況。5.3.5.4試驗數(shù)據(jù)處理若觀察到圖像中有亮點或閃爍，且隨Vp的降低而逐漸變暗，并最終消失，則判定為發(fā)射點；若亮點或閃爍不隨Vp的降低而改變，通常考慮場致發(fā)射(見5.3.6)的因素。5.3.6場致發(fā)射5.3.6.1儀器設備場致發(fā)射測試裝置及測試原理如圖7所示；顯微鏡，放大倍數(shù)為10倍。GB/T37951—2019CV說明：a)設置試驗參數(shù)；b)用顯微鏡觀看熒光屏上的圖像；c)觀察圖像中有無亮點或閃爍。噪聲因子測試裝置及測試原理如圖8所示。GB/T37951—2019陰極陰極VI光電倍增管熒光屏MCP2說明：l——熒光屏輸出光信號；圖8噪聲因子測試原理圖5.3.7.2試驗參數(shù)主要參數(shù)如下：a)真空度優(yōu)于3×10-5Pa;b)輸入電流密度為1×10-10A/cm2(試驗時，換算為有效區(qū)內的輸入電流Iin,In通常采用測量環(huán)間接測量，并由實驗確定修正系數(shù));c)Ve為—200V;d)Vp為800V;e)Va為6000V。5.3.7.3試驗步驟主要步驟如下：a)樣品預處理：按5.4.1的方法對樣品進行電子清刷。b)輸入信噪比測試：1)將未裝樣品的測試夾具安裝在真空室內；3)無輸入電流時，測量熒光屏輸出信號的平均值和偏離平均值的均方根噪聲值；4)有輸入電流時，再測量熒光屏輸出信號的平均值和偏離平均值的均方根噪聲值。c)輸出信噪比測試：1)將裝有樣品的測試夾具安裝在真空室內；3)無輸入電流時，測量熒光屏輸出信號的平均值和偏離平均值的均方根噪聲值；4)有輸入電流時，再測量熒光屏輸出信號的平均值和偏離平均值的均方根噪聲值。5.3.7.4試驗數(shù)據(jù)處理按式(8)分別計算輸入信噪比和輸出信噪比，計算結果表示到小數(shù)點后兩位。GB/T37951—2019式中：…………S?！休斎腚娏鲿r，平均信號值，單位為皮安(pA);S?——無輸入電流時，平均信號值，單位為皮安(pA);Ne———有輸入電流時，偏離平均值的均方根噪聲值，單位為皮安(pA);N?——無輸入電流時，偏離平均值的均方根噪聲值，單位為皮安(pA)。按式(9)計算噪聲因子，計算結果表示到小數(shù)點后兩位。式中：NF——噪聲因子；(S/N)out——輸出信噪比。5.3.8電極電阻5.3.8.1儀器設備數(shù)顯式萬用表，電阻擋精度優(yōu)于1Ω。5.3.8.2試驗步驟…………主要步驟如下：a)選擇合適量程的電阻擋；b)將樣品的輸入端朝上，平放工作臺面上；c)用萬用表測試筆分別接觸輸入端電極膜層直徑方向的兩端，測量輸入端電極的電阻，在3個不同的方向各測量一次；d)翻轉樣品使輸出端朝上，再按上述步驟c),測量輸出端電極的電阻。5.3.8.3試驗數(shù)據(jù)處理分別計算輸入和輸出電極的電阻的算術平均值，以歐(Ω)為單位，計算結果表示到個位。5.3.9使用壽命5.3.9.1儀器設備使用壽命試驗裝置及測試原理同增益測試(見圖2)。5.3.9.2試驗參數(shù)主要參數(shù)如下：a)真空度優(yōu)于3×10-?Pa;b)輸入電流密度通常為1×10-11A/cm2(試驗時，換算為有效區(qū)內的輸入電流In,Im通常采用測量環(huán)間接測量，并由實驗確定修正系數(shù));c)Vc為—200V;d)Vp通常為800V(Vp最高不宜超過1200V);GB/T37951—2019e)V。通常為1000V～1500V;f)增益閾值(Gl,使用功能允許的最低增益限定值);g)額定壽命(TL,使用功能要求的最短使用壽命)。c)按5.3.1的方法測試增益，首先測量樣品的初始值(G?);若G?≥G,則開始以下試驗步驟；否d)記錄試驗的開始時間(時刻t?);e)按一定的間隔時間在線測試增益(G,),間隔時間應與使用壽命的允差相適應，監(jiān)測點還應包若試驗僅需判定使用壽命的符合性(即不需要實際值),則可在試驗時間到達TL時中止試驗。使用壽命等于t?和t?的時間差；若試驗是分段間隔進行的，使用壽命等于累計的實際試驗時間。若試驗僅需判定使用壽命的符合性，比較T?時刻的增益和G,判定使用壽命的符合性。電子清刷試驗裝置及測試原理同增益測試(見圖2)。a)真空度優(yōu)于1×10-?Pa;b)V.為—200V;c)Va通常為1500V;d)Vp通常為600V～1000V(Vp最高不宜超過1200V)。a)按5.3.1的方法測試電子清刷前的初始增益；b)設置試驗參數(shù)；GB/T37951—2019d)調節(jié)輸入電流和Vp,使輸出電流符合清刷工藝，記錄工藝過程及參數(shù)；主要參數(shù)如下：a)真空度優(yōu)于1×10-?Pa;b)烘烤溫度；c)溫度變化速率通常不大于10℃/min。主要步驟如下：主要參數(shù)如下：a)真空度優(yōu)于1×10-?Pa;b)高溫和低溫溫度；c)溫度變化速率。主要步驟如下：場致發(fā)射；b)將樣品放在夾具上，然后放入溫度試驗箱內；c)根據(jù)產品規(guī)范的溫度試驗條件，確定溫度和時間曲線；h)按5.3.1～5.3.6的方法，測試樣品的增益、電阻、暗電流密度、增益不均勻性、發(fā)射點和場致均勻性、發(fā)射點和場致發(fā)射的變化情況。主要參數(shù)如下：a)真空度優(yōu)于1×10-?Pa;b)樣品溫度；c)溫度變化速率。主要步驟如下：a)采用溫度試驗箱控制MCP電性能測試裝置中的樣品溫度；b)試驗前，按5.3.1和5.3.2的方法測試增益和電阻的初始值；c)