1.本实用新型属于紫外探测器领域，更具体地，涉及一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器。
背景技术：
2.紫外探测由于其几乎不受各类电磁波的干扰，同时具有较高的位辨率与低窃听率等特点，被广泛应用于导弹预警，紫外加密通讯等军用领域以及满足火灾监测，生物化学检测，焊弧探测等民用、工业需求。基于不同需求和材料属性以及环境，并发展了相应的探测结构和材料体系。目前常见的商业化生产的紫外探测器主要基于硅基光电二极管或真空光电倍增管。
3.前者受限于窄带隙硅基材料特性，响应波段不受限，易引入其它波段干扰信号。后者响应速度快，但器件体积较大。除此之外，目前还发展了一系列新型宽禁带半导体材料型紫外探测器，主要分为光电导型、金属-半导体-金属(msm)型、肖特基结型器件、同质pn结、异质结型器件等。仅基于光电信号生成的这一探测模式，在近些年获得蓬勃发展并已显示出覆盖紫外谱域的技术特征与成本优势。但仍存在明显缺陷，表现在以下方面：(一)光电灵敏度较光子型器件低一个量级以上；(二)漏电流严重致使暗电流较大，信噪比提升受限；(三)具有较大热惯性以及所带来的光电响应弛缓而呈现低速性；(四)器件工作稳定性差，寿命短，制造面积受限。上述缺陷已成为继续发展光敏成像技术需解决的困难和瓶颈问题，迫切需要新的突破。
技术实现要素：
4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，其纳尖阵列的共振性聚焦紫外弱信号，将表面“巡游态”电子高密度压缩在纳尖端，通过微通道板型电子倍增器诱导电子倍增和加速，然后发射尖端电子激励荧光执行光电转换的高灵敏探测器，同时提出基于该架构的面阵型探测方法和单像素探测方法可用于凝视成像和扫描成像。
5.为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，其特征在于，包括真空室、纳尖组合、微通道板、镀铝荧光屏、光纤光锥和光敏元组件，所述纳尖组合、微通道板和镀铝荧光屏均位于所述真空室内，所述真空室的相对的两个侧板上分别设置有紫外入射窗和可见光输出窗，其中：
6.所述纳尖组合、微通道板和镀铝荧光屏在真空室内的气压为10-6
mbar～9
×
10-6
mbar的真空环境中，所述紫外入射窗、纳尖组合、微通道板、镀铝荧光屏和可见光输出窗沿着光路依次布置，所述光敏元组件位于所述真空室外并且对应于镀铝荧光屏的位置布置，所述光敏元组件包括光敏元安装板及分布在所述光敏元安装板上的多个光敏元；
7.所述纳尖组合包括基片以及设置在所述基片上的纳尖阵列，所述纳尖阵列包括呈阵列分布的多个纳尖结构，其中，所述基片和所述纳尖结构的材质均为氮化硅；
8.每个所述纳尖结构的尖端均指向微通道板；
9.所述光纤光锥设置于所述镀铝荧光屏和所述光敏元组件之间并且密封安装在所述可见光输出窗上，并且所述光纤光锥的一端与所述镀铝荧光屏连接而另一端与所述光敏元组件连接；
10.所述纳尖结构的形状为圆锥或正棱锥，并且：
11.当所述纳尖结构形状为圆锥时，所述圆锥的高度为550nm～670nm，所述圆锥的母线与圆锥的底面的夹角为70
°
～85
°
，圆锥的底面直径为400nm～420nm，同一行和同一列的任意相邻的两个圆锥的底面的间距均为480nm～500nm；
12.当所述纳尖结构的形状为正棱锥时，所述正棱锥的高度为550nm～670nm，所述正棱锥的侧面与正棱锥的底面的夹角为70
°
～85
°
，正棱锥的底面的边长为400nm～420nm，同一行和同一列的任意相邻的两个正棱锥的底面的间距均为480nm～500nm。
13.优选地，所述基片采用100晶向且进行n型掺杂。
14.优选地，所述紫外入射窗采用caf2材料制成。
15.优选地，所述镀铝荧光屏与微通道板的间隙为1.5mm-2.5mm。
16.优选地，所述纳尖阵列与所述微通道板的间隙为4mm-5mm
17.优选地，所述真空室采用铝制成。
18.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
19.1)本实用新型的日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，将纳尖组合、微通道板和镀铝荧光屏放置于10-6mbar～9
×
10-6mbar的真空室内，真空化程度高，紫外光经过紫外入射窗后照射在纳尖组合上时，由于尖端效应，在纳尖结构的尖端处产生了大量的填充自由电子的表面态，使得自由电子在纳尖结构的尖端处具有很高的表面分布密度。同时，激励的表面波传播到纳尖结构的尖端处时，尖端边界会引导表面波向纳尖汇聚，最终实现对入射光的纳聚焦，在电压的作用下，纳尖结构的尖端处的大量的电子可以逸出到微通道板的微通道上，电子轰击微通道板的微通道时能够产生二次电子，尤其是在微通道板两端被加上电压，在微通道内部形成电场，由纳尖阵列的电子轰击产生的二次电子会被电场加速，再次轰击微通道内部产生更多的二次电子，这个过程在同一微通道中重复多次，最终在出口端输出倍增的电子。这些加速后的电子激励镀铝荧光屏产生较强的可见光，从而实现紫外波段转换的高灵敏探测。入射日盲紫外信号在器件纳尖阵列高增益放大。通过执行尖端电子受控累积与离体发射和电子倍增加速，使该型探测器对紫外信号响应度(r)和探测率(d
*
)大幅提升。
20.2)低成本高稳定性紫外探测。本实用新型具有通过300nm紫外信号在纳尖结构的表面受控激励与纳聚焦表面波，实现入射光波的荧光激励紫外至可见波谱转换的特点。
21.3)使用方便。本实用新型的主体为封装在真空室内在光路中即插即用，易与常规光学光电的机械结构匹配耦合。
附图说明
22.图1是本实用新型的纳尖组合、微通道板、镀铝荧光屏、光纤光锥和光敏元组件的分布示意图；
23.图2是本实用新型将紫外光转换为可见光的示意图；
24.图3a～图3c分别是一个光敏元对应一个纳尖结构、对应两个纳尖结构和对应三个纳尖结构的示意图；
25.图4a～图4e分别是纳尖结构为圆锥、正三棱锥～正六棱锥的示意图；
26.图5是本实用新型中纳尖组合的参数示意图。
具体实施方式
27.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
28.参照各附图，一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，包括真空室6、纳尖组合1、微通道板2、镀铝荧光屏3、光纤光锥4和光敏元组件5，所述真空室6采用铝制成，所述纳尖组合1、微通道板2和镀铝荧光屏3均位于所述真空室6内，所述真空室6的相对的两个侧板上分别设置有紫外入射窗7和可见光输出窗8，其中：
29.所述纳尖组合1、微通道板2和镀铝荧光屏3在真空室内的气压为10-6
mbar～9
×
10-6
mbar的真空环境中，所述紫外入射窗7、纳尖组合1、微通道板2、镀铝荧光屏3和可见光输出窗8沿着光路依次布置，所述紫外入射窗7采用caf2材料制成，所述光敏元组件5位于所述真空室6外并且对应于镀铝荧光屏3的位置布置，所述光敏元组件5包括光敏元51安装板及分布在所述光敏元51安装板上的多个光敏元51，光敏元51优选采用cmos。镀铝荧光屏3是在荧光粉颗粒上涂一层铝膜，使其各自获得相同的电位，以避免形成簇状、岛状和不均匀层。
30.所述纳尖组合1包括基片11以及设置在所述基片11上的纳尖阵列，所述纳尖阵列包括呈阵列分布的多个纳尖结构12，优选按3484
×
3484(行数为3484，列数为3484)进行阵列分布，其中，所述基片11和所述纳尖结构12的材质均为氮化硅。纳尖阵列即使在弱紫外信号的入射激励下仍具有较高的电子发射能力，这些优势促使纳尖阵列成为紫外双色探测的一个有效j9九游会真人的解决方案。
31.每个所述纳尖结构12的尖端均指向微通道板2。
32.所述光纤光锥4设置于所述镀铝荧光屏3和所述光敏元组件5之间并且密封安装在所述可见光输出窗8上，并且所述光纤光锥4的一端与所述镀铝荧光屏3连接而另一端与所述光敏元组件5连接。在光纤光锥4所围范围内分布有光敏元51。
33.所述纳尖结构12的形状为圆锥或正棱锥，并且：
34.当所述纳尖结构12形状为圆锥时，所述圆锥的高度为550nm～670nm，所述圆锥的母线与圆锥的底面的夹角为70
°
～85
°
，圆锥的底面直径为400nm～420nm，同一行和同一列的任意相邻的两个圆锥的底面的间距均为480nm～500nm；
35.当所述纳尖结构12的形状为正棱锥时，所述正棱锥的高度为550nm～670nm，所述正棱锥的侧面与正棱锥的底面的夹角为70
°
～85
°
，正棱锥的底面的边长为400nm～420nm，同一行和同一列的任意相邻的两个正棱锥的底面的间距均为480nm～500nm。
36.设置上述参数可促使纳尖等离基元对300nm波长的紫外有较强响应。
37.进一步，所述镀铝荧光屏3与微通道板2的间隙为1.5mm-2.5mm，所述纳尖阵列与所
述微通道板2的间隙为4mm-5mm。该间隙范围主要是为了保证镀铝荧光屏4与微通道板3之间、所述纳尖阵列与所述微通道板3之间离得比较近，与纳尖结构的形状、尺寸相配合，以保持较高的电子能量传播效率，但过近的距离则在高压下会产生打火，不利于器件正常运行。
38.按照本实用新型的另一个方面，还提供了所述的一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器的应用，在纳尖组合1的基片11与微通道板2之间施加vc＝200v-1000v的电压(阴极电压)，在微通道板2上施加v
mcp
＝1600v-1800v的电压(板压)，在微通道板2与镀铝荧光屏3之间施加va＝5900v-6200v的电压(屏压)。使用时设置阴极电压vc为200v-1000v，紫外探测率将随着阴极电压提高而提升，设置板压v
mcp
为1600v-1800v，设置屏压va为5900v-6200v，与纳尖结构的形状、尺寸相配合，以及所述镀铝荧光屏3与微通道板2的间隙、所述纳尖阵列与所述微通道板2的间隙相配合，在限定范围内，微通道板2的板压v
mcp
和镀铝荧光屏3的屏压va越高，最终荧光屏发光强度越大，有利于光敏元接收光。
39.进一步，所述日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器用于300nm的波长的紫外信号的探测。
40.本实用新型的一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器的制备方法主要包括三个关键环节：(一)制作大尺寸的纳尖组合1；(二)集成纳尖组合1、微通道板2、镀膜荧光屏与光敏元组件5。
41.(一)制作大尺寸的纳尖组合1主要包括以下步骤：
42.(1)清洗过程：依次采用丙酮、酒精和去离子水溶剂对氮化硅材质的基板(厚度为450μm-500μm，100晶向，单面抛光，n型掺杂)进行超声清洗并烘干。
43.(2)聚焦电子束刻蚀过程：将聚焦电子束沿圆环形路径或边缘矩形内圆环路径等扫描刻蚀基板的一侧制成纳尖结构12；
44.(3)通过在硅板表面移位并重复步骤(2)，获得由纳尖结构12组成的纳尖阵列；则经过刻蚀，将硅板成型为基片11和基片11上的纳尖阵列；
45.(4)清洁处理。
46.(二)集成纳尖组合1、微通道板2、镀膜荧光屏与光敏元组件5主要包括以下步骤：
47.(1)通过工装夹具使镀铝荧光屏3与微通道板2的间隙至1.5mm-2.5mm，纳尖组合1与微通道板2的间隙至4mm-5mm。
48.(2)采用常规金属电连接引线制作工艺，在纳尖阵、微通道板2、镀膜荧光屏上连接电连接引线。
49.(3)将纳尖组合、微通道板2、镀膜荧光屏置于真空室6中，并将各自的电连接引线从真空室6引出，使用回转叶片泵对真空室6初步抽真空，在达到粗真空环境后(约10-2
mbar)，切换为分子泵使真空室6内的环境进一步高真空化，达到气压为10-6
mbar～9
×
10-6
mbar，之后在真空室6中完成结构封装。
50.(4)将光敏元组件5布置在真空室6外对应于镀膜荧光屏的位置，光纤光锥4设置于所述镀铝荧光屏4和所述光敏元组件5之间并且密封安装在所述可见光输出窗8上。
51.本实用新型通过纳尖结构12的电子受控发射与微通道板2的电子倍增，利用镀铝荧光屏3激励实现入射光信号放大以及夜视紫外/近紫外至可见光波谱转换，进行双色紫外-电子-可见光转换成像，可实现紫外弱信号高灵敏探测。相比常规紫外探测阵列，显著提高光电灵敏度并扩展光谱响应范围。
52.本实用新型通过直立纳尖阵共振聚焦300nm紫外弱信号在纳米尖端发射，通过微通道板2耦合电子倍增荧光膜片诱导电子倍增加速并激励荧光执行光电转换，实现紫外弱信号高灵敏探测。
53.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。