等離子體顯示與探測技術(shù)研究.pdf

1、等離子體顯示和氣體探測是氣體放電的兩個重要應(yīng)用領(lǐng)域，兩者在日常生活和生產(chǎn)中的重要性日益增長，但仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。等離子顯示器(PDP)的放電效率過低一直是阻礙PDP發(fā)展的最主要問題，而獲得一種結(jié)構(gòu)簡單、探測性能良好的平板探測器是探測器研究工作者的努力方向。本文針對SM-PDP的放電性能和等離子體平板探測器的探測特性分別開展相關(guān)研究。揭示了陽極條紋與壁電荷分布的內(nèi)在聯(lián)系，基于蔭罩式PDP(SM-PDP)結(jié)構(gòu)提出了幾種新型等離子體平板探測器

2、結(jié)構(gòu)。
　　本論文利用數(shù)值仿真的方法，研究了PDP內(nèi)陽極條紋的分布規(guī)律和產(chǎn)生機理。研究結(jié)果表明PDP陽極條紋的分布與壁電荷積累情況密切相關(guān)。陽極條紋只出現(xiàn)在陽極表面介質(zhì)層有壁電荷積累，而對應(yīng)的陰極表面介質(zhì)層無壁電荷積累的區(qū)域。陽極條紋位置與陽極表面介質(zhì)層總壁電荷分布無對應(yīng)關(guān)系，但與陽極上方介質(zhì)層表面積累的正、負(fù)電荷位置存在對應(yīng)關(guān)系。無論何種放電單元結(jié)構(gòu)，陽極條紋出現(xiàn)處對應(yīng)的陽極上方介質(zhì)層表面積累的正、負(fù)電荷數(shù)目達(dá)到峰值。
　

3、　利用等效電路法研究介質(zhì)層對SM-PDP放電特性的影響。結(jié)果表明驅(qū)動電壓一定，增加介質(zhì)層厚度、減小介質(zhì)層介電常數(shù)、增加Xe濃度均會降低SM-PDP單元內(nèi)的電子溫度，提高SM-PDP的放電效率，但同時這些單元內(nèi)的電子數(shù)目減少，放電強度減弱。調(diào)整驅(qū)動電壓，使不同介質(zhì)層厚度、介電常數(shù)和Xe濃度單元內(nèi)的放電強度達(dá)到相同水平，介質(zhì)層較厚、介電常數(shù)較小和Xe濃度較高單元內(nèi)的放電效率仍然較高。提高SM-PDP效率時，需要綜合考慮驅(qū)動電壓，顯示亮度和成

4、本等因素，最終選擇最佳的參數(shù)組合。
　　氣體電子倍增器(GEM)是氣體探測器的一種，由于其具有獨特的優(yōu)點而成為研究的熱點。本文利用XOOPIC軟件建立GEM仿真模型，并通過追蹤電子，研究了GEM的倍增特性。GEM的倍增主要發(fā)生在GEM薄膜上的小孔內(nèi)及其與收集區(qū)的交界處，少量倍增發(fā)生在收集區(qū)。增益隨GEM薄膜兩側(cè)之間的電壓，收集區(qū)長度和收集電場強度指數(shù)增長。漂移區(qū)的長度是影響GEM時間分辨率的重要因素，但是GEM的時間分辨率受收集區(qū)

5、長度的影響可忽略。
　　將SM-PDP結(jié)構(gòu)與探測功能相結(jié)合，提出了一種新型平板探測器結(jié)構(gòu)。仿真和實驗結(jié)果均證實了這種平板探測器具有優(yōu)異的線性和靈敏度。當(dāng)蔭罩電壓為負(fù)值，增益隨著蔭罩電壓的幅值指數(shù)增長。當(dāng)蔭罩電壓為-150 V，增益G與陽極電壓VA之間的關(guān)系滿足G～exp(0.024VA)。另外單元的尺寸對增益的影響也很大。單元邊長在500-800μm范圍內(nèi)，增益有望達(dá)到最大值。研究結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)的最大增益已超過了100，為了獲得更

6、高增益，保證單元內(nèi)不放電的情況下，應(yīng)盡量提高其陽極電位，降低蔭罩電位。
　　本文最后設(shè)計了兩種新型等離子體平板探測器結(jié)構(gòu)，即反射式等離子體平板探測器和透射式等離子體平板探測器。它們可部分繼承SM-PDP的制造工藝，因此具有壽命長、造價低和分辨率高等優(yōu)點。反射式等離子體平板探測器的結(jié)構(gòu)可抑制光子反饋，提高探測器可獲得的最高增益，而透射式等離子體平板探測器結(jié)構(gòu)簡單，在相同工作電壓下可獲得增益高。兩種平板探測器結(jié)構(gòu)均具有良好的線性特性和

7、靈敏度。對于反射式等離子體平板探測器，300-350μm為光電陰極和介質(zhì)層上的小孔直徑的最優(yōu)取值區(qū)間。而蔭罩高度取值的最佳范圍為300μm-320μm。漂移區(qū)長度為250μm，光電陰極和前介質(zhì)層上小孔直徑為320μm，蔭罩高度為310μm的反射式等離子體平板探測器內(nèi)，陽極電壓超過700 V時，該探測器的增益可高于300，同時電子透過率大干0.15。透射式等離子體平板探測器主要由透明電極、蔭罩、介質(zhì)障壁、超薄玻璃和陽極組成，蔭罩上分布有小