МКП. Производство. Принцип действия. Применение.

МКП - стеклянные вакуумные многоканальные вторично-электронные преобразователи и усилители организованных в пространстве потоков заряженных частиц и излучений. Благодаря ряду уникальных свойств (миниатюрность, компактность, высокое усиление и пространственное разрешение, высокое быстродействие, самонасыщение усиления, малое потребление мощности и так далее), МКП находят все возрастающее применение в различных областях науки и техники, прежде всего, в технике ночного видения[1].

Принцип работы МКП основан на канальном вторично-электронном умножении, а каждый канал МКП — это активный элемент - КЭУ, работающий в первом приближении независимо от других.

Здесь базовым элементом МКП является трубчатый канал диаметром d, длиной l и калибром a = l / d. И благодаря специальной обработке, на поверхности канала формируется резистивно-эмиссионный слой (РЭС), толщиной примерно 0,2-0,4 мкм, состоящий, в первом приближении, из двух слоев: верхнего очень тонкого (порядка 100 А^◦) эмиссионного (обеспечивающего вторичную электронную эмиссию – ВЭЭ), почти диэлектрического на основе кремнезема SiО₂, и нижнего, более толстого, резистивного, в котором сосредоточен восстановленный свинец и который обладает проводимостью.

На канал подается напряжение питания U, и по РЭС канала течет ток проводимости I_п = U/R. Ток создает падение напряжения, и в канале возникает однородное электрическое поле с линейно нарастающим потенциалом φ(х) = (U/I) ´ х, напряженность которого Е = U/I направлена по оси х. Это поле несколько искажается на входе и выходе канала (краевой эффект): характер поля здесь зависит от глубины заглубления слоя КЭ и внешних электрических полей.

Влетающий в канал электрон вблизи входа сталкивается с поверхностью, осуществляет первое соударение. При этом, в среднем, выбивается σ1 > 1 вторичных электронов (коэффициент вторичной электронной эмиссии КВЭЭ при первом соударении). Вылетающие при этом вторичные электроны (ВЭ) имеют определенное энергетическое и пространственное распределение. В пространстве ВЭ распределены по закону косинуса, энергетическое распределение характеризуется максимумом при энергиях 1-3 эВ.

Попав в электрическое поле канала, вторичный электрон набирает энергию, увеличивает под действием осевой силы F = еЕ осевую составляющую скорости, смещается вдоль канала к выходу, набирает энергию, а под влиянием поперечной составляющей начальной скорости, на которую поле в канале не действует, он в то же время смещается и поперечно. В общем случае траекторией вторичного электрона является парабола, вид которой определяется начальными условиями (энергией U₀ и углом вылета θ электрона) и напряженностью поля в канале. В результате ВЭ вновь, сталкиваются со стенкой и вновь генерируют вторичные электроны.

Указанный процесс повторяется неоднократно, и по каналу, все умножаясь, быстро движется электронная лавина, которая через очень короткое время порядка 10^-9 с оказывается на выходе канала. Число выходящих из канала электронов М >>1 (от попадающего в канал одного электрона) и есть коэффициент усиления канала.

Коэффициент усиления резко зависит от напряжения питания (напряженности поля в канале), калибра канала, вторично-эмиссионных свойств РЭС и некоторых других факторов. При напряжениях питания порядка 1000В легко достигаются усиления 10⁴. При больших напряжениях (2000-3000 В) коэффициент усиления может достигать значительной величины 10⁶-10⁷.