(高清版)GB∕T 37951-2019 微通道板试验方法

ICS31.260国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会I 12规范性引用文件 1 1 24.1大气条件 24.2真空条件 2 24.4样品 2 25.1尺寸 25.2外观质量 7 85.4工艺适应性 5.5环境适应性 ⅢGB/T37951—2019本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国光学和光子学标准化技术委员会(SAC/TC103)归口。研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所。协调一致，并促进贸易和交流，有必要制定微通道板试验方法的国家标准。本标准的试验项目涉及微通道板的尺寸、外观质量、电性能、工艺适应性和环境适应性，包含了外性能指标，可适用于大多数应用场合。由于微通道板的外形和通道均以圆形为主，其他形状(如，多边形等)的应用数量非常少，因此本标准中凡涉及形状尺寸时，其试验方法均以圆形为例，但这并不影响到标准的通用性，因为其他形状的尺寸可采用类似的方法由解析几何学关系进行计算。除尺寸测量和力学环境试验用的通用仪器设备外，微通道板试验所需的专用仪器设备目前没有市1GB/T37951—2019微通道板试验方法本标准适用于微通道板。下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文GB/T1185—2006光学零件表面疵病3.1微通道板microchannelplate;MCP3.2有效区usefularea使用功能所期望的最小电子倍增区域。开口面积比openarearatio3.4增益gain输出电子流与输入电子流的比值。3.5输入和输出电极之间所加电压与流过两电极间的稳态电流之比。注：单位面积的暗电流称为暗电流密度。3.7由通道间增益差异性产生的输出电子图像亮暗分布不均匀的视觉特性。3.8发射点emissionpointGB/T37951—20193.9场致发射fieldemission3.10输入信噪比与输出信噪比的比值。3.114通用要求试验场所的温度为15℃~30℃、相对湿度为30%～55%。a)温度偏离规定值±2℃或±2%,取较大者；且随时间的变化，偏离规定值±1℃或±1%,取较b)振幅偏离规定值±5%;c)振动频率偏离规定值±2%,当频度低于25Hz时，为±0.5Hz;d)加速度偏离规定值±5%。除斜切角和电极深度试验外，试验所用的样品通常为宜优于5级。称为样品。若样品需要暴露在大气环境中试验，应采取适宜的保护措施(如，使用防护罩、保护性气体5试验方法235.1.1.2试验步骤在侧面的3个不相同的直径方向，用游标卡尺各测量一次。5.1.1.3试验数据处理外径取最大的测量值，以毫米(mm)为单位，结果表示到小数点后两位。5.1.2厚度5.1.2.1仪器设备5.1.2.2试验步骤在端面的3个不同位置，用千分尺各测量一次。5.1.2.3试验数据处理厚度取最大的测量值，以毫米(mm)为单位，结果表示到小数点后两位。5.1.3有效区直径5.1.3.1仪器设备工具显微镜，精度优于0.1mm。5.1.3.2试验步骤主要步骤如下：a)将样品平放在工具显微镜台面上；b)调节工具显微镜焦距，使端面图像清晰可见；c)在构成有效区最小外围尺寸的(假想的)圆周(以下简称为有效区外圆)上选取3个点(3个点之间尽量分散),采集3个点的坐标；d)重复上述c)的步骤，在有效区外圆上另选3个点，并采集坐标。5.1.3.3试验数据处理根据有效区外圆上3个点的坐标，按圆的方程式[式(1)]计算有效区直径，取较小者，计算结果表示到小数点后一位。(x—xo)²+(y—yo)²=R²…………(1)式中：(x,y)--—[笛卡尔直角坐标系]坐标；(xo,yo)——圆心坐标；R--—(有效区)半径，单位为毫米(mm)。5.1.4有效区同心度5.1.4.1仪器设备工具显微镜，精度优于0.1mm。45.1.4.2试验步骤主要步骤如下：a)将样品平放在工具显微镜台面上；b)调节工具显微镜焦距，使端面图像清晰可见；c)分别在端面外圆和有效区外圆上各选取3个点(3个点之间尽量分散),并采集坐标。5.1.4.3试验数据处理按式(1)分别计算端面外圆和有效区外圆的圆心坐标，按式(2)计算有效区外圆圆心偏离端面圆心的距离，即有效区同心度，计算结果表示到小数点后一位。L=√(x₂一x₁)²+(y₂—y₁)²…………(2)L-——两圆心之间的距离，单位为毫米(mm);(x₁,y₁)、(x₂,y₂)——分别为两圆心的坐标。5.1.5通道直径5.1.5.1仪器设备5.1.5.2试验步骤主要步骤如下：a)将样品平放在工具显微镜台面上；b)调节显微镜焦距，使通道清晰可见；c)在有效区内，选取3个通道，在每个通道圆周上各选取3个点(3个点之间尽量分散),并采集坐标。5.1.5.3试验数据处理按式(1)计算通道直径，取算术平均值，以微米(μm)为单位，计算结果表示到小数点后一位。5.1.6开口面积比5.1.6.1仪器设备5.1.6.2试验步骤主要步骤如下：a)将样品平放在工具显微镜台面上；b)调节显微镜焦距，使通道清晰可见；c)在有效区内，选取3组通道，每组为2个相邻的通道；d)在每个通道圆周上各选取3个点(3个点之间尽量分散),并采集坐标。5.1.6.3试验数据处理计算结果表示到小数点后一位，计算步骤如下：5a)在每组中选取一个通道，按式(1)计算通道直径，取算术平均值；b)按式(1)计算6个通道的圆心坐标；c)按式(2)计算2个相邻通道圆心间的距离(通道间距),取算术平均值；d)按式(3)计算开口面积比。式中：OAR——开口面积比；d——通道直径，单位为微米(μm);D——通道间距，单位为微米(μm)。5.1.7斜切角5.1.7.1仪器设备工具显微镜，精度优于0.1μm;平行光光源。5.1.7.2试验步骤主要步骤如下：a)专用样品制备：1)将MCP放在倾斜(可行时，等于斜切角)的夹具上，用平行光照射端面，转动MCP,目视观察透射光的强弱变化，在透光最强的位置，标注大概的通道倾斜方向；2)用刀具(如，刀片等)在端面上沿通道倾斜方向划切(注意减轻对通道的非预期破坏);3)沿切口将MCP掰开，从而得到通道剖面的样品，如图1所示；4)若剖面不规整，以至于难以找到与通道倾斜方向一致的参考线时，在通道倾斜的平行方向，再次按上述方法解剖MCP,直至得到预期的样品为止。b)将上述样品平放在工具显微镜平台上，使端面与平台垂直，且与平台Y轴平行。c)调节工具显微镜焦距，使通道剖面图像清晰。d)在剖面显微图像的3个不同部位，各选择一根与通道倾斜方向一致的参考线。e)在每一根参考线上选取两点，并采集坐标。输出端电极深度输出端电极深度斜切角Y输入端电极深度输入端輸出端图1斜切角样品制备及测试原理图6GB/T37951—2019(x₃,y₃)、(x₄,y₄)—-—参考线上任意两点的坐标。c)在电极圆周上选取3个点，并采集坐标；d)翻转样品使输出端朝上，重复上述步骤，在输出端电极圆周上选取3个点(3个点之间尽量分c)分别在输入端电极和端面的圆周上各选取3个点(3个点之间尽量分散),并采集坐标；d)翻转样品使输出端朝上，重复上述步骤，在输出端电极和端面的圆周上各选取3个点(3个点之间尽量分散),并采集坐标。7GB/T37951—2019主要步骤如下：a)专用样品：按5.1.7.2a)的方法制备专用样品(见图1),或使用相同的样品；b)将上述样品平放在工具显微镜平台上，使端面与平台垂直，且与平台Y轴平行；c)调节工具显微镜焦距，使通道内电极延伸的图像清晰可见；d)移动工具显微镜光标，在MCP输入端侧面线(即电极深度的起点)上采集X轴坐标；沿X轴向移动光标至通道内电极延伸的最大深度处(即电极深度的终点),再次采集X轴坐标；e)同样按d)的方法，采集输出端电极起止点的X轴坐标；f)在剖面的3个不同部位，重复上述d)和e)的步骤，分别采集电极起止点的X轴坐标。电极起止点之间X轴坐标的差值的绝对值即为电极深度，分别计算输入和输出电极的深度，取算需要时，电极深度也可表述为通道直径的倍数(相对值),等于电极深度与通道直径的比值。主要步骤如下：a)将反射光源和直线参照物(如，直线型灯管)置于净化工作台面的上方；b)将样品置于专用器皿中，并平放在净化工作台面上；c)目视观察上方直线参照物在端面上的成像；d)水平转动样品一周，旋转时，目视观察在转动过程中直线的像是否有弯曲现象。若观察到直线的像有弯曲现象，则判定为变形(即端面平面度较差)。5.2外观质量放大镜或显微镜，放大倍数为10倍，并附带长度测量的标准标板。按GB/T1185—2006规定的可见法疵病试验方法和破边试验方法，使用放大镜或显微镜观察端8GB/T37951—20195.2.3试验数据处理根据疵病的可觉察性确定表面疵病可见度等级和破边公差；需要时，给出疵病的尺寸和数量。5.3电性能5.3.1增益5.3.1.1仪器设备增益测试装置及测试原理如图2所示。A₁、A₂—-—电流计；e₁——输入电信号；e₂——输出电信号；Iout——输出电流；Va阳极电压；Ve——阴极电压；Vp——工作电压；V₁——测量环电压。图2增益测试原理图5.3.1.2试验参数主要参数如下：a)输入电流密度通常为1×10²¹¹A/cm²~1×10-¹0A/cm²(试验时，换算为有效区内的输入电流Iin,Iin通常采用测量环间接测量，并由实验确定修正系数);c)V.通常为20V;d)Vp通常为600V～1100V(Vp最高不宜超过1200V);e)V。通常为1500V。注：使用引导语“通常”陈述试验参数时，表示常用值，为推荐使用。设置试验参数；用电流计A₁测量测量环入射电流；用电流计A₂测量Iout。5.3.1.4试验数据处理根据测量环入射电流和修正系数计算Iin;按式(5)计算增益，计算结果表示到个位。9GB/T37951—2019式中：G——增益；Iout——输出电流，单位为皮安(pA);Iin——输入电流，单位为皮安(pA)。5.3.2电阻5.3.2.1仪器设备电阻测试装置及测试原理如图3所示。…………MCP说明：I,——传导电流；图3电阻测试原理图5.3.2.2试验参数Vp通常为800V(V。最高不宜超过1200V)。5.3.2.3试验步骤设置试验参数；用电流计A测量Is。5.3.2.4试验数据处理按式(6)计算电阻，计算结果表示到个位。式中：Vp——工作电压，单位为伏(V);GB/T37951—20195.3.3暗电流密度5.3.3.1仪器设备暗电流测试装置及测试原理如图4所示。A-—电流计；V———阳极电压；图4暗电流测试原理图5.3.3.2试验参数主要参数如下：a)真空度优于3×10-5Pa;b)Vp通常为800V～1000V(Vp最高不宜超过1200V);c)Va通常为200V～1500V。5.3.3.3试验步骤设置试验参数；用电流计A测量Id。5.3.3.4试验数据处理根据Ia和有效区直径(见5.1.3)按式(7)计算暗电流密度，计算结果表示到小数点后一位。…………(7)I暗电流密度，单位为安每平方厘米(A/cm²);Id——暗电流，单位为安(A);S₀——有效区面积，单位为平方厘米(cm²)。5.3.4增益不均匀性5.3.4.1仪器设备增益不均匀性测试装置及测试原理如图5所示；显微镜，放大倍数为10倍。GB/T37951—2019MCPVV.——阴极电压；图5增益不均匀性测试原理图测试应在照度不大于1×10-41x的暗室环境中进行，测试装置所用阴极电子源和荧光屏的均匀性不应影响到荧光屏图像中增益不均匀分布的可觉察性判定。发射点(见5.3.5)和场致发射(见5.3.6)的a)输入电流密度通常为1×10-10A/cm²(试验时，换算为有效区内的输入电流Iin,In通常采用测c)Vp通常在600V～900V内调节(Vp最高不宜超过1200V);d)Va应满足荧光屏图像观察，输出端与荧光屏间的阳极场强通常为7000V/mm～10000V/mm。5.3.5发射点5.3.5.1仪器设备发射点测试装置及测试原理如图6所示；显微镜，放大倍数为10倍。MCPMCP荧光屏Cap说明：Va———阳极电压；图6发射点测试原理图5.3.5.2试验参数Vp通常为1000V(Vp最高不宜超过1200V);Va同5.3.4.2d)的要求。5.3.5.3试验步骤采用可见法试验，主要步骤如下：a)设置试验参数；b)用显微镜观看荧光屏上的图像，观察图像中有无亮点或闪烁；c)当发现有亮点或闪烁时，应调节Vp,观察其亮度变化情况。5.3.5.4试验数据处理若观察到图像中有亮点或闪烁，且随Vp的降低而逐渐变暗，并最终消失，则判定为发射点；若亮点或闪烁不随Vp的降低而改变，通常考虑场致发射(见5.3.6)的因素。5.3.6场致发射5.3.6.1仪器设备场致发射测试装置及测试原理如图7所示；显微镜，放大倍数为10倍。GB/T37951—2019CV说明：a)设置试验参数；b)用显微镜观看荧光屏上的图像；c)观察图像中有无亮点或闪烁。噪声因子测试装置及测试原理如图8所示。GB/T37951—2019阴极阴极VI光电倍增管荧光屏MCP2说明：l——荧光屏输出光信号；图8噪声因子测试原理图5.3.7.2试验参数主要参数如下：a)真空度优于3×10-5Pa;b)输入电流密度为1×10-¹0A/cm²(试验时，换算为有效区内的输入电流Iin,In通常采用测量环间接测量，并由实验确定修正系数);c)Ve为—200V;d)Vp为800V;e)Va为6000V。5.3.7.3试验步骤主要步骤如下：a)样品预处理：按5.4.1的方法对样品进行电子清刷。b)输入信噪比测试：1)将未装样品的测试夹具安装在真空室内；3)无输入电流时，测量荧光屏输出信号的平均值和偏离平均值的均方根噪声值；4)有输入电流时，再测量荧光屏输出信号的平均值和偏离平均值的均方根噪声值。c)输出信噪比测试：1)将装有样品的测试夹具安装在真空室内；3)无输入电流时，测量荧光屏输出信号的平均值和偏离平均值的均方根噪声值；4)有输入电流时，再测量荧光屏输出信号的平均值和偏离平均值的均方根噪声值。5.3.7.4试验数据处理按式(8)分别计算输入信噪比和输出信噪比，计算结果表示到小数点后两位。GB/T37951—2019式中：…………S。———有输入电流时，平均信号值，单位为皮安(pA);S₀——无输入电流时，平均信号值，单位为皮安(pA);Ne———有输入电流时，偏离平均值的均方根噪声值，单位为皮安(pA);N₀——无输入电流时，偏离平均值的均方根噪声值，单位为皮安(pA)。按式(9)计算噪声因子，计算结果表示到小数点后两位。式中：NF——噪声因子；(S/N)out——输出信噪比。5.3.8电极电阻5.3.8.1仪器设备数显式万用表，电阻挡精度优于1Ω。5.3.8.2试验步骤…………主要步骤如下：a)选择合适量程的电阻挡；b)将样品的输入端朝上，平放工作台面上；c)用万用表测试笔分别接触输入端电极膜层直径方向的两端，测量输入端电极的电阻，在3个不同的方向各测量一次；d)翻转样品使输出端朝上，再按上述步骤c),测量输出端电极的电阻。5.3.8.3试验数据处理分别计算输入和输出电极的电阻的算术平均值，以欧(Ω)为单位，计算结果表示到个位。5.3.9使用寿命5.3.9.1仪器设备使用寿命试验装置及测试原理同增益测试(见图2)。5.3.9.2试验参数主要参数如下：a)真空度优于3×10-⁵Pa;b)输入电流密度通常为1×10-¹¹A/cm²(试验时，换算为有效区内的输入电流In,Im通常采用测量环间接测量，并由实验确定修正系数);c)Vc为—200V;d)Vp通常为800V(Vp最高不宜超过1200V);GB/T37951—2019e)V。通常为1000V～1500V;f)增益阈值(Gl,使用功能允许的最低增益限定值);g)额定寿命(TL,使用功能要求的最短使用寿命)。c)按5.3.1的方法测试增益，首先测量样品的初始值(G₀);若G₀≥G,则开始以下试验步骤；否d)记录试验的开始时间(时刻t₁);e)按一定的间隔时间在线测试增益(G,),间隔时间应与使用寿命的允差相适应，监测点还应包若试验仅需判定使用寿命的符合性(即不需要实际值),则可在试验时间到达TL时中止试验。使用寿命等于t₂和t₁的时间差；若试验是分段间隔进行的，使用寿命等于累计的实际试验时间。若试验仅需判定使用寿命的符合性，比较T₁时刻的增益和G,判定使用寿命的符合性。电子清刷试验装置及测试原理同增益测试(见图2)。a)真空度优于1×10-⁴Pa;b)V.为—200V;c)Va通常为1500V;d)Vp通常为600V～1000V(Vp最高不宜超过1200V)。a)按5.3.1的方法测试电子清刷前的初始增益；b)设置试验参数；GB/T37951—2019d)调节输入电流和Vp,使输出电流符合清刷工艺，记录工艺过程及参数；主要参数如下：a)真空度优于1×10-⁴Pa;b)烘烤温度；c)温度变化速率通常不大于10℃/min。主要步骤如下：主要参数如下：a)真空度优于1×10-⁴Pa;b)高温和低温温度；c)温度变化速率。主要步骤如下：场致发射；b)将样品放在夹具上，然后放入温度试验箱内；c)根据产品规范的温度试验条件，确定温度和时间曲线；h)按5.3.1～5.3.6的方法，测试样品的增益、电阻、暗电流密度、增益不均匀性、发射点和场致均匀性、发射点和场致发射的变化情况。主要参数如下：a)真空度优于1×10-⁴Pa;b)样品温度；c)温度变化速率。主要步骤如下：a)采用温度试验箱控制MCP电性能测试装置中的样品温度；b)试验前，按5.3.1和5.3.2的方法测试增益和电阻的初始值；c)