Optimisasi Lapis Konduktif AZO untuk Performa Piringan Saluran Mikro

Abstrak

Ketika resistivitas lapis konduktif AZO berada dalam persyaratan resistansi MCP, interval konten Zn sangat sempit (70–73%) dan sulit dikontrol. Bertujuan pada karakteristik lapis konduktif AZO pada piringan saluran mikro, sebuah algoritma dirancang untuk menyesuaikan rasio materi konduktif ZnO dan materi resistansi tinggi Al₂O₃. Kami mengusulkan konsep resistansi kerja MCP (yaitu, resistansi selama lapangan lawan elektron di dalam saluran mikro). Resistansi kerja AZO-ALD-MCP (Al₂O₃/ZnO depoisi lapis atom piringan saluran mikro) diukur untuk pertama kalinya oleh sistem pengujian resistansi MCP. Dalam perbandingan dengan MCP konvensional, kami menemukan bahwa resistansi AZO-ALD-MCP dalam keadaan kerja dan non-kerja sangat berbeda, dan seiring bertambahnya tegangan, resistansi kerja secara signifikan menurun. Oleh karena itu, kami mengusulkan serangkaian metode analisis untuk lapis konduktif. Kami juga mengusulkan untuk menyesuaikan rasio materi konduktif lapis konduktif ALD-MCP terhadap materi resistansi tinggi di bawah kondisi resistansi kerja, dan berhasil menyiapkan AZO-ALD-MCP dengan gain tinggi. Desain ini membuka jalan untuk menemukan materi yang lebih baik untuk lapis konduktif ALD-MCP untuk meningkatkan performa MCP.

Pendahuluan

Piringan saluran mikro (MCP) adalah pengali elektron yang terdiri dari array pori dua dimensi dengan integrasi bentuk papan tipis kaca, panjang 0,5–5 mm, diameter 4–40 μm dan sudut kemiringan biasanya 5°–13° terhadap normal permukaan piringan; rasio area terbuka piringan hingga 60%, dan rasio panjang-diameter tinggi di setiap pori sekitar 20:1 hingga 100:1 [1].

Seperti ditampilkan pada Gambar 1, elektron insiden yang memasuki saluran mikro bertabrakan dengan dinding sehingga elektron sekunder dihasilkan pada permukaan dinding saluran mikro. Tabrakan multi dengan dinding saluran mikro akan menghasilkan jumlah elektron sekunder yang meningkat, sehingga terjadi lapangan lawan elektron di dalam saluran mikro dan pengeluaran awan elektron dari keluaran saluran mikro. Elektron sekunder akan dipercepat lebih lanjut sepanjang saluran mikro oleh tegangan pembias. Gain MCP adalah 10³–10⁴ pada tegangan kerja 700–900 V [2,3,4,5,6,7,8,9].

Diagram keadaan kerja MCP

Setiap saluran mikro bertindak sebagai detektor dan pengali elektron. Dengan memiliki jutaan saluran mikro yang bekerja secara independen, MCP memiliki karakteristik resolusi spasial yang tinggi, resolusi waktu yang tinggi dan rentang gain yang luas digunakan untuk mengidentifikasi foton, elektron, neutron dan ion. MCP dapat terintegrasi ke dalam berbagai jenis instrumen, termasuk detektor fotoelektrik, tabung pengali cahaya (PMT), spektrometer ultraviolet, tabung tabung katoda, mikroskop elektron pemindaian, layar emissi medan, analyzer gas sisah, citra medis, spektrometri massa waktu penerbangan, kacamata penglihatan malam, dll. [1, 4, 7,8,9]. Pembakaran hidrogen pada proses tradisional membuat saluran mikro cocok konduktivitas dan koefisien emisi elektron sekunder.

Proses pembakaran hidrogen biasa dalam persiapan saluran mikro memiliki banyak kekurangan: pertama, proses pembakaran hidrogen tidak dapat menyesuaikan lapis konduktif dan lapis emisi secara independen [10, 11]; kedua, elemen logam berat (Pb, Bi) menyebabkan polusi lingkungan dalam proses peleburan kaca timbal; ketiga, area luas MCP akan menjadi bengkok karena suhu tinggi [8]; keempat, kaca timbal yang digunakan reaksi reduksi hidrogen mengandung K, Rb dan elemen radioaktif lainnya yang menghasilkan latar belakang kebisingan [8]; terakhir, hidrogen yang tersisa di pori menjadi ion karena tegangan pembias dan mereka akan terbang ke arah berlawanan dengan elektron untuk merusak katoda instrumen [8, 12].

Ilmuwan awal mengusulkan solusi untuk menumbuhkan lapis konduktif dan lapis emisi pada dinding saluran mikro untuk mengganti proses pembakaran hidrogen [3]. Banyak metode depoisi tipis film tidak dapat menumbuhkan film yang seragam di dalam saluran mikro dengan rasio panjang-diameter tinggi. Laboratorium Nasional Argonne mengusulkan penggunaan depoisi lapis atom (ALD) untuk menumbuhkan lapis konduktif dan lapis emisi pada MCP untuk mencapai film utuh dan seragam pada dinding saluran mikro [4, 13]. Selain itu, ALD-MCP mengatasi kekurangan di atas. Banyak lembaga penelitian bertujuan untuk menemukan materi yang kompetitif yang dapat meningkatkan performa MCP.

Laboratorium Nasional Argonne memilih materi AZO untuk lapis konduktif ALD-MCP dengan mempertimbangkan persyaratan resistansi MCP. Jika resistansi terlalu tinggi, lapis konduktif tidak dapat mengisi ulang elektron ke lapis emisi dengan tepat dan berkelanjutan, MCP akan memiliki gain rendah atau bahkan gagal beroperasi. Di sisi lain, jika resistansi terlalu rendah, MCP akan terlalu panas, yang pada akhirnya mengarah pada kerusakan [4, 9, 14, 15]. Oleh karena itu, desain lapis konduktif sangat penting untuk ALD-MCP.

Seperti ditampilkan pada Gambar 2, ketika resistivitas lapis konduktif AZO berada dalam persyaratan resistansi MCP, konten Zn yang diizinkan berada dalam rentang yang sangat sempit (70–73%) [16]. Oleh karena itu, gain MCP tidak stabil dan MCP mudah rusak. Materi konduktif alternatif seperti W dan Mo sebagai pengganti Zn telah diteliti [3, 4, 17,18,19]. Reaksi kimia dari WF₆ (MoF₆) dan H₂O digunakan untuk menumbuhkan W (Mo) oleh ALD. Namun, penggunaan WF₆ atau MoF₆ memiliki dua kerugian serius: mereka sangat korosif dan mereka mengandung kotoran yang dapat sulit untuk dikeluarkan selama proses produksi. Untuk alasan ini, ALD-MCP dengan materi ini mahal.

Konten Zn, Zn/(Zn + A)*100(%), area biru sebagai area resistansi MCP, area hijau sebagai area perubahan AZO, area merah sebagai area yang perlu dikontrol

Dalam studi kami, kami menemukan bahwa desain yang wajar dengan ZnO dan Al₂O₃ dapat direalisasikan untuk lapis konduktif MCP, tanpa tantangan yang dihadapi jika W atau Mo digunakan, dan lebih kompetitif dalam harga. Di sini, kami menyebut ALD-MCP dengan lapis konduktif AZO sebagai AZO-ALD-MCP.

Kami mengusulkan algoritma untuk menyesuaikan rasio materi konduktif ZnO dan materi resistansi tinggi Al₂O₃ untuk mendapatkan karakteristik lapis konduktif AZO yang diinginkan kami.

Kami mengusulkan konsep resistansi kerja MCP (yaitu, resistansi selama lapangan lawan elektron di dalam saluran mikro). Kami menguji resistansi kerja AZO-ALD-MCP dan menemukan dua perbedaan antara AZO-ALD-MCP dan MCP konvensional. Kami mengamati bahwa resistansi kerja dan non-kerja baik AZO-ALD-MCP maupun MCP konvensional sangat berbeda. Selain itu, resistansi AZO-ALD-MLP berkorelasi negatif dengan tegangan. Usulan kami (referensi ke resistansi kerja) untuk menyesuaikan rasio materi konduktif dan materi resistansi tinggi memberikan pedoman untuk membantu kami mencari materi baru yang akan digunakan untuk lapis konduktif ALD-MCP dalam meningkatkan performa MCP di masa depan.

Eksperimen dan Metode

Menumbuhkan Film Atom ZnO dan Al₂O₃

Depoisi lapis atom (ALD) adalah teknologi yang bergantian precursor dan gas reaktif ke permukaan substrat untuk adsorpsi fisik atau kimiawi atau reaksi saturasi permukaan pada laju yang terkontrol. Materi ditetap pada substrat dalam bentuk film permukaan monoatom. ALD dapat menghasilkan film kontinu tanpa lubang jarum, dengan cakupan yang baik, dan dapat mengontrol ketebalan dan komposisi film atom [1, 2, 4, 11, 13, 19, 20].

Berikut adalah persamaan reaksi kimia untuk menggunakan ALD untuk menumbuhkan Al₂O₃:

$$\begin{aligned} & {\text{A}}:{\text{Substrat}} - {\text{OH}}^{*} + {\text{Al}}\left( {\text{CH}}_{3} \right)_{3} \\ & \quad \to {\text{Substrat}} - {\text{O}} - {\text{Al}}\left( {\text{CH}}_{3} \right)_{2}^{*} + {\text{CH}}_{4} \uparrow \\ & {\text{B}}:{\text{Substrat}} - {\text{O}} - {\text{Al}}\left( {\text{CH}}_{3} \right)_{2}^{*} + 2{\text{H}}_{2} {\text{O}} \\ & \quad \to {\text{Substrat}} - {\text{O}} - {\text{Al}}\left( {\text{OH}} \right)_{2}^{*} + 2{\text{CH}}_{4} \uparrow \\ & {\text{C}}:{\text{Al}} - {\text{OH}}^{*} + {\text{Al}}\left( {\text{CH}}_{3} \right)_{3} \\ { } & \quad \to {\text{Al}} - {\text{O}} - {\text{Al}}\left( {\text{CH}}_{3} \right)_{2}^{*} + {\text{CH}}_{4} \uparrow \\ & {\text{D}}:{\text{Al}} - {\text{CH}}_{3}^{*} + {\text{H}}_{2} {\text{O}} \to {\text{Al}} - {\text{OH}}^{*} + 2{\text{CH}}_{4} \uparrow \\ \end{aligned}$$

Suhu reaksi adalah 60–150 °C. Seperti ditampilkan pada Gambar 3, waktu dan urutan menumbuhkan lapis atom Al₂O₃ adalah:

Diagram pertumbuhan Al₂O₃ dan ZnO

TMA/N₂ /H₂O/N₂ = 0,1~1 s/5~45 s/0,1~1 s /5~45 s.

Berikut adalah persamaan reaksi kimia untuk menggunakan ALD untuk menumbuhkan ZnO:

$$\begin{aligned} & {\text{E}}:{\text{Substrat}} - {\text{OH}}^{*} + {\text{Zn}}\left( {\text{CH}}_{2} {\text{CH}}_{3} \right)_{2} \\ & \quad \to {\text{Substrat}} - {\text{O}} - {\text{ZnCH}}_{2} {\text{CH}}_{3}^{*} + {\text{CH}}_{3} {\text{CH}}_{3} \uparrow \\ & {\text{F}}:{\text{Substrat}} - {\text{O}} - {\text{ZnCH}}_{2} {\text{CH}}_{3}^{*} + {\text{H}}_{2} {\text{O}} \\ & \quad \to {\text{Substrat}} - {\text{O}} - {\text{ZnOH}}^{*} + {\text{CH}}_{3} {\text{CH}}_{3} \uparrow \\ & {\text{G}}:{\text{Zn}} - {\text{OH}}^{*} + {\text{Zn}}\left( {\text{CH}}_{2} {\text{CH}}_{3} \right)_{2} \\ & \quad \to {\text{Zn}} - {\text{O}} - {\text{ZnCH}}_{2} {\text{CH}}_{3}^{*} + {\text{CH}}_{3} {\text{CH}}_{3} \uparrow \\ & {\text{H}}:{\text{Zn}} - {\text{CH}}_{2} {\text{CH}}_{3}^{*} + {\text{H}}_{2} {\text{O}} \to {\text{Zn}} - {\text{OH}}^{*} + {\text{CH}}_{3} {\text{CH}}_{3} \uparrow \\ \end{aligned}$$

Suhu reaksi adalah 60–150 °C. Seperti ditampilkan pada Gambar 3, waktu dan urutan menumbuhkan lapis atom ZnO adalah:

$${\text{DEZ}}/{\text{N}}_{2} /{\text{H}}_{2} {\text{O}}/{\text{N}}_{2} = 0,1\sim1{\text{s}}/5\sim45{\text{s}}/0,1\sim1{\text{s }}/5\sim45{\text{s}}{.}$$

Desain Lapis Konduktif AZO

Ketebalan AZO biasanya bervariasi dari 300 hingga 1000 lapis atom. Kami mendefinisikan aturan operasi matematika baru untuk menentukan urutan lapis atom Al₂O₃ dan ZnO untuk menyesuaikan rasio materi konduktif ZnO dan materi resistansi tinggi Al₂O₃.

$$\left(\begin{array}{*{20}c} {{\text{mA}}} \\ {{\text{mB}}} \\ \vdots \\ \end{array} \right)= {\text{m}}\left(\begin{array}{*{20}c} {\text{A}} \\ {\text{B}} \\ \vdots \\ \end{array}\right)$$ (1) $$\begin{aligned} & {\text{A}}\left(\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{b}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) + {\text{B}}\left(\begin{array}{*{20}c} {\text{c}} \\ {\text{d}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) + {\text{C}}\left(\begin{array}{*{20}c} {\text{e}} \\ {\text{f}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) \ldots \\ & \quad = \left(\begin{array}{*{20}c} {\text{A}} \\ {\text{B}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) \left[ \left(\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{b}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) \left(\begin{array}{*{20}c} {\text{c}} \\ {\text{d}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) \left(\begin{array}{*{20}c} {\text{e}} \\ {\text{f}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) \ldots \right] = \left(\begin{array}{*{20}c} {{\text{Aa}} + {\text{Bc}} + {\text{Ce}} + \ldots } \\ {{\text{Ab}} + {\text{Bd}} + {\text{Cf}} + \ldots } \\ \vdots \\ \end{array}\right) \\ \end{aligned}$$ (2)

Operasi matematika ini dinamakan operasi WYM. Operasi WYM memiliki dua properti dan satu rumus.

Properti 1 WYM:

$$\begin{aligned} & \left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{m}} \\ {\text{n}} \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{b}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{c}} \\ {\text{d}} \\ \end{array} } \right)} \right]\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{e}} \\ {\text{f}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{g}} \\ {\text{h}} \\ \end{array} } \right)} \right]\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{i}} \\ {\text{j}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{k}} \\ {\text{l}} \\ \end{array} } \right)} \right] \ldots \\ & \quad = \left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{m}} \\ {\text{n}} \\ \end{array} } \right)\left\{ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{b}} \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{e}} \\ {\text{f}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{g}} \\ {\text{h}} \\ \end{array} } \right)} \right],\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{c}} \\ {\text{d}} \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{e}} \\ {\text{f}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{g}} \\ {\text{h}} \\ \end{array} } \right)} \right]} \right\}\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{i}} \\ {\text{j}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{k}} \\ {\text{l}} \\ \end{array} } \right)} \right] \ldots \\ & \quad = \left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{m}} \\ {\text{n}} \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{b}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{c}} \\ {\text{d}} \\ \end{array} } \right)} \right]\left\{ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{e}} \\ {\text{f}} \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{i}} \\ {\text{j}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{k}} \\ {\text{l}} \\ \end{array} } \right)} \right],\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{g}} \\ {\text{h}} \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{i}} \\ {\text{j}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{k}} \\ {\text{l}} \\ \end{array} } \right)} \right]} \right\} \ldots \\ \end{aligned}$$

Properti 2 WYM:

$$\begin{aligned} & {\text{A}}\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{m}} \\ {\text{n}} \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{b}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{c}} \\ {\text{d}} \\ \end{array} } \right)} \right]\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{e}} \\ {\text{f}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{g}} \\ {\text{h}} \\ \end{array} } \right)} \right] \ldots \\ & \quad = \left( {\begin{array}{*{20}c} {{\text{Am}}} \\ {{\text{An}}} \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{b}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{c}} \\ {\text{d}} \\ \end{array} } \right)} \right]\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{e}} \\ {\text{f}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{g}} \\ {\text{h}} \\ \end{array} } \right)} \right] \ldots \\ & \quad = \left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{m}} \\ {\text{n}} \\ \end{array} } \right)\left[ {{\text{A}}\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{b}} \\ \end{array} } \right),{\text{A}}\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{c}} \\ {\text{d}} \\ \end{array} } \right)} \right]\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{e}} \\ {\text{f}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{g}} \\ {\text{h}} \\ \end{array} } \right)} \right] \ldots \\ & \quad = \left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{m}} \\ {\text{n}} \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{b}} \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{c}} \\ {\text{d}} \\ \end{array} } \right)} \right]\left[ {{\text{A}}\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{e}} \\ {\text{f}} \\ \end{array} } \right),{\text{A}}\left( {\begin{array}{*{20}c} {\text{g}} \\ {\text{h}} \\ \end{array} } \right)} \right] \ldots \\ \end{aligned}$$

Rumus WYM:

$$\begin{aligned} & \left(\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{b}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) = \left(\begin{array}{*{20}c} {{\text{A}} + \frac{{\text{X}}}{{\text{Y}}}} \\ {\text{b}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) \propto {\text{Y}}\left(\begin{array}{*{20}c} {{\text{A}} + \frac{{\text{X}}}{{\text{Y}}}} \\ {\text{b}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} {{\text{Y}} - {\text{X}}} \\ {\text{X}} \\ \end{array} } \right)\left[ \left(\begin{array}{*{20}c} {\text{A}} \\ {\text{b}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) \left(\begin{array}{*{20}c} {{\text{A}} + 1} \\ {\text{b}} \\ \vdots \\ \end{array} \right) \right] \\ & \left(\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{b}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) = \left(\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {{\text{B}} + \frac{{\text{X}}}{{\text{Y}}}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) \propto {\text{Y}}\left(\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {{\text{B}} + \frac{{\text{X}}}{{\text{Y}}}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} {{\text{Y}} - {\text{X}}} \\ {\text{X}} \\ \end{array} } \right)\left[ \left(\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {\text{B}} \\ \vdots \\ \end{array}\right) \left(\begin{array}{*{20}c} {\text{a}} \\ {{\text{B}} + 1} \\ \vdots \\ \end{array}\right) \right] \\ \end{aligned}$$

Catat bahwa huruf kecil mewakili bilangan real, sedangkan huruf besar mewakili bilangan bulat. Dalam Contoh 1 dan 2, kami menunjukkan eksekusi operasi.

Contoh 1

$$\left( {\begin{array}{*{20}c} {{\text{ZnO}}} \\ {{\text{Al}}_{2} {\text{O}}_{3} } \\ \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + \frac{1}{2}} \\ 1 \\ \end{array} } \right) \propto \left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right] = \left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right) + \left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)$$

Operasi diinterpretasikan sebagai memiliki dua skema: \(\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\) dan \(\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\). Untuk skema pertama, tumbuh 4 kali lapis atom ZnO dan satu lapis atom Al2O3. Untuk skema kedua, tumbuh 5 kali lapis atom ZnO dan satu lapis atom Al2O3. Jika kami mengulangi kedua skema ini dua kali, kami akan mendapatkan struktur seperti ditampilkan pada Gambar 4.

Diagram skematis urutan pertumbuhan ZnO dan Al₂O₃

Penggunaan yang lebih rumit dari aturan operasi ditampilkan dalam Contoh 2, sebagai berikut:

$$\begin{aligned} & \left( {\begin{array}{*{20}c} {{\text{ZnO}}} \\ {{\text{Al}}_{2} {\text{O}}_{3} } \\ \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} {4.71} \\ 1 \\ \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + 0.71} \\ 1 \\ \end{array} } \right) \\ & \frac{2}{3} = 0,666 < 0,71 < \frac{3}{4} = 0,75 \\ & \left( {\begin{array}{*{20}c} E \\ F \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + \frac{2}{3}} \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + \frac{3}{4}} \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right] \\ & \quad = E\left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + \frac{2}{3}} \\ 1 \\ \end{array} } \right) + F\left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + \frac{3}{4}} \\ 1 \\ \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} {4E + 4F + \frac{2}{3}E + \frac{3}{4}F} \\ {E + F} \\ \end{array} } \right) \\ & \quad = E + F\left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + \frac{{\frac{2}{3}E + \frac{3}{4}F}}{E + F}} \\ 1 \\ \end{array} } \right) \propto \left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + \frac{{\frac{2}{3}E + \frac{3}{4}F}}{E + F}} \\ 1 \\ \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} {4.71} \\ 1 \\ \end{array} } \right) \\ & \frac{{\frac{2}{3}E + \frac{3}{4}F}}{E + F} = 0,71 \Rightarrow {\text{E}} = 12,{\text{F}} = 13 \\ & \left( {\begin{array}{*{20}c} E \\ F \\ \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} {12} \\ {13} \\ \end{array} } \right) = 12\left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ {1\frac{1}{12}} \\ \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} {11} \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ 2 \\ \end{array} } \right)} \right] \\ & \left( {\begin{array}{*{20}c} E \\ F \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + \frac{2}{3}} \\ 1 \\ \end{array} } \right),\left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + \frac{3}{4}} \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right] \\ & \quad = \left( {\begin{array}{*{20}c} E \\ F \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ 2 \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right],\left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ 3 \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right]} \right] \\ & \left( {\begin{array}{*{20}c} {4.71} \\ 1 \\ \end{array} } \right) \propto \left( {\begin{array}{*{20}c} {12} \\ {13} \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ 2 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ 3 \\ \end{array} } \right)} \right]\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right] = \left( {\begin{array}{*{20}c} {11} \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ 2 \\ \end{array} } \right)} \right]\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ 2 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ 3 \\ \end{array} } \right)} \right]\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right] \\ \end{aligned}$$

Rencana 1: \(\left( {\begin{array}{*{20}c} {4.71} \\ 1 \\ \end{array} } \right) \propto 12\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right) + 2\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right] + 13\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right) + 3\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right]\).

Rencana 2 \(\left( {\begin{array}{*{20}c} {4.71} \\ 1 \\ \end{array} } \right) \propto 11\left[ {\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right) + 2\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right] + \left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right) + 3\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right]} \right] + \left[ {\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right) + 2\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right] + 2\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right) + 3\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right]} \right]\).

Dalam Contoh 2, operasi dalam Rencana 1 dapat diinterpretasikan sebagai berikut:

Skema 1 ALD tumbuh 4 kali proses pertumbuhan lapis atom ZnO dan satu proses pertumbuhan lapis atom Al₂ O₃; ALD tumbuh 5 kali proses pertumbuhan lapis atom ZnO dan satu proses pertumbuhan lapis atom Al₂ O₃, dan ulangi dua kali.

Skema 2 ALD tumbuh 4 kali proses pertumbuhan lapis atom ZnO dan satu proses pertumbuhan lapis atom Al₂ O₃; ALD tumbuh 5 kali proses pertumbuhan lapis atom ZnO dan satu proses pertumbuhan lapis atom Al₂ O₃, dan ulangi tiga kali.

Ulangi skema 1 untuk 12 kali, dan skema 2 untuk 13 kali.

Interpretasi operasi dalam Rencana 2 sejalan dengan Rencana 1.

Pengujian Resistansi Piringan Saluran Mikro

Seperti ditampilkan pada Gambar 5a, kami menggunakan teknologi depoisi lapis atom untuk menumbuhkan lapis konduktif AZO dan lapis emisi Al₂O₃ pada dinding saluran mikro dari array pori dua dimensi. Dan kemudian kami menggunakan teknologi evaporasi termal untuk menumbuhkan lapis elektroda Ni–Cr pada kedua sisi MCP [2, 4] dan menempatkan cincin elektroda pada kedua sisi MCP. Setelah persiapan di atas selesai, kami langsung menguji resistansi ALD-MCP. Dalam kondisi ini, kami mendefinisikan resistansi MCP yang sesuai sebagai resistansi non-kerja MCP. Kami menggunakan elektrometer model Keithley 6517B untuk mengukur resistansi non-kerja MCP dalam vakum 10⁻³–10⁻⁵ Pa [1, 4, 13].

Diagram skematis pengujian resistansi ALD–MCP

Seperti ditampilkan pada Gambar 5c, kami menggunakan revolver elektron sebagai katoda dan layar fosfor sebagai anoda. Revolver elektron menyediakan elektron insiden ke MCP, dan layar fosfor menerima elektron yang dieluarkan oleh MCP. Selain itu, ketika MCP dalam operasi, layar fosfor tegangan tinggi akan memancarkan cahaya hijau untuk mendeteksi keseragaman MCP [1, 21].

Seperti ditampilkan pada Gambar 1, kami menggunakan revolver elektron yang menyediakan 100 pA sebagai input MCP untuk mengukur arus. Karena jumlah elektron sekunder yang meningkat, akan terjadi kondisi di mana lapis emisi kehilangan sejumlah besar muatan, dan lapis konduktif terus menyediakan aliran muatan ke lapis emisi. Dalam kondisi ini, kami mendefinisikan resistansi MCP yang sesuai sebagai resistansi kerja MCP. Lingkungan vakum dari resistansi kerja adalah 10⁻³–10⁻⁵ Pa.

Hasil dan Pembahasan

Gambar potong silang SEM dari sampel AZO-ALD-MCP ditampilkan pada Gambar 6. Kami merancang serangkaian lapis konduktif AZO seperti ditampilkan pada Tabel 1 dan resistansi kerja dan non-kerja yang sesuai pada Gambar 7. Dalam gambar yang sama, kami juga menunjukkan resistansi kerja dan non-kerja dari MCP konvensional. Dalam perbandingan dengan resistansi non-kerja AZO-ALD-MCP, resistansi kerja AZO-ALD-MCP berkurang secara signifikan. Namun, tidak ada perbedaan yang signifikan antara resistansi kerja dan non-kerja dari MCP konvensional. Seiring bertambahnya tegangan, resistansi kerja AZO-ALD-MCP jauh lebih rendah daripada MCP konvensional. Dalam kondisi tegangan yang sama, resistansi kerja dan non-kerja AZO-ALD-MCP stabil. Kami yakin bahwa ada dua alasan utama untuk karakteristik di atas.

Gambar potong silang SEM dari AZO-ALD-MCP

Diagram resistansi kerja dan non-kerja dengan tegangan pada AZO-ALD-MCP pada rasio yang berbeda dan MCP konvensional

Menurut rumus [21],

$$R_{{{\text{MCP}}}} = R_{0} \exp \left[ { - \beta_{T} \left( {T_{{{\text{MCP}}}} - T_{0} } \right)} \right]$$

dibandingkan dengan kaca timbal, AZO adalah materi dengan koefisien negatif suhu (NTC) yang lebih tinggi, jadi resistansi akan lebih rendah pada suhu dan resistansi awal yang sama. Dalam proses pembentukan gain, AZO dibombardir oleh elektron insiden pada tegangan tinggi, sehingga menghasilkan lebih banyak pasangan elektron–lubang, yang mengakibatkan peningkatan arus.

Kami mendefinisikan rasio resistansi non-kerja terhadap resistansi kerja untuk menggambarkan stabilitas resistansi materi:

$$\kappa_{R} = \frac{{R_{n} }}{{R_{w} }}$$

Gambar 8 menunjukkan bahwa \(\kappa_{R}\) AZO-ALD-MCP sekitar 10²–10³ kali, dan \(\kappa_{R}\) MCP konvensional sekitar 2–3 kali. Ini menunjukkan bahwa perubahan resistansi AZO-ALD-MCP lebih nyata; oleh karena itu, konsep lama resistansi non-kerja sebagai definisi untuk resistansi MCP harus diganti dengan resistansi kerja.

Diagram K_R dengan tegangan pada rasio yang berbeda dari AZO-ALD-MCP

Gambar 9 menunjukkan rasio \(L_{R}\) dari resistansi dari desain materi “tetangga” terhadap tegangan operasi. Rasio \(L_{R}\) didefinisikan sebagai:

$$L_{R} = \frac{{R\left( {4 + \frac{N - 1}{N}} \right)}}{{R\left( {4 + \frac{N}{N + 1}} \right)}}$$

Diagram resistansi panjang langkah L_R dengan tegangan pada rasio yang berbeda dari rumus tetangga resistansi kerja

di mana

$$\left( {\begin{array}{*{20}c} {{\text{ZnO}}} \\ {{\text{Al}}_{2} {\text{O}}_{3} } \\ \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + \frac{N - 1}{N}} \\ 1 \\ \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ {N - 1} \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right]$$

dan

$$\left( {\begin{array}{*{20}c} {{\text{ZnO}}} \\ {{\text{Al}}_{2} {\text{O}}_{3} } \\ \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} {4 + \frac{N}{N + 1}} \\ 1 \\ \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}c} 1 \\ N \\ \end{array} } \right)\left[ {\left( {\begin{array}{*{20}c} 4 \\ 1 \\ \end{array} } \right)\left( {\begin{array}{*{20}c} 5 \\ 1 \\ \end{array} } \right)} \right]$$

Seperti dapat diamati dari Gambar 9, nilai L_R bervariasi dari 2 hingga 4,5 untuk menyesuaikan rasio materi konduktif ZnO dan materi resistansi tinggi Al₂ O₃. Dan ini membuktikan kelayakan operasi WYM untuk merancang materi berlapis.

Gambar 10 menunjukkan resistansi kerja terhadap persentase siklus ZnO (%ZnO), di mana %ZnO didefinisikan sebagai:

$${\text{\% ZnO}} = \frac{{{\text{ZnO}}}}{{{\text{ZnO}} + {\text{Al}}_{2} {\text{O}}_{3} }}{*}100\left( {\text{\% }} \right)$$

Diagram resistansi kerja dengan persentase siklus ZnO pada tegangan yang berbeda

di bawah berbagai kondisi tegangan, berkisar dari 100 hingga 1000 V. Resistansi kerja pada tegangan yang sama menurun seiring dengan peningkatan persentase siklus ZnO. Ini juga sama bahwa resistansi kerja pada persentase siklus ZnO yang berbeda dan dalam kondisi tegangan yang berbeda. Oleh karena itu, AZO-ALD-MCP dengan formulasi yang berbeda bekerja pada tegangan spesifiknya untuk memenuhi indeks resistansi MCP.

Kami mendefinisikan rasio perbedaan resistansi dalam kondisi tegangan yang berbeda dan perbedaan tegangan untuk menggambarkan efek tegangan terhadap resistansi MCP:

$$r = \left| {\frac{{R_{U} - R_{V} }}{U - V}} \right| = \left| {\frac{{R_{1000v} - R_{100v} }}{1000 - 100}} \right|$$

Gambar 11 menunjukkan bahwa efek tegangan terhadap resistansi AZO-ALD-MCP menurun dan secara bertahap stabil seiring dengan peningkatan persentase siklus ZnO. Oleh karena itu, persiapan AZO-ALD-MCP harus mencoba memilih formula dengan persentase siklus ZnO yang besar.

Diagram r dengan persentase siklus ZnO pada keadaan kerja

Berdasarkan analisis di atas, kami telah mengusulkan referensi ke resistansi kerja untuk lapis konduktif ALD-MCP. Seperti ditampilkan pada Gambar 5a, kami merancang lapis konduktif AZO dari AZO-MCP dengan menggunakan operasi WYM dan penyesuaian suhu berdasarkan resistansi kerja. Kami menggunakan teknologi depoisi lapis atom untuk menumbuhkan lapis emisi Al₂O₃ pada dinding saluran mikro dari array pori dua dimensi [3, 11, 22]. Pada Gambar 12a, gain dari AZO-ALD-MCP kami dibandingkan dengan MCP konvensional pada berbagai tegangan. Seperti dapat diamati, metode persiapan AZO-ALD-MCP kami memberikan gain yang lebih besar daripada MCP konvensional. Gambar 12b menunjukkan layar fosfor dengan cahaya hijau seragam di bawah tekanan tinggi, sehingga membuktikan keseragaman materi yang ditetapkan pada dinding setiap saluran mikro dan keseragaman bidang pandang AZO-ALD-MCP.

Diagram gain dengan tegangan pada AZO-ALD-MCP dan MCP konvensional

Kesimpulan

Kami mendefinisikan resistansi kerja dan non-kerja dari piringan saluran mikro. Bertujuan pada resistivitas yang diperlukan dari piringan saluran mikro di wilayah dengan persyaratan konten seng yang sangat sempit (70–73%), algoritma untuk menumbuhkan lapis konduktif AZO diajukan. Dibandingkan dengan MCP konvensional, kami menemukan perbedaan besar antara resistansi kerja dan non-kerja dan ada juga perbedaan yang besar pada berbagai tegangan. Oleh karena itu, kami menganalisis data dengan mendefinisikan \(\kappa_{R} ,L_{R} ,\% {\text{ZnO}},r\). MCP harus mencoba memilih formula dengan persentase siklus ZnO yang besar. Kami merekomendasikan penggunaan resistansi kerja sebagai indikator resistansi ALD-MCP dalam produksi industri. Berdasarkan hasil kami seperti yang dijelaskan dalam karya ini, studi kami akan membantu menemukan materi yang lebih baik sebagai lapis konduktif untuk ALD-MCP.

Riwayat Perubahan