專利名稱：電子倍增器與裝有它的電子管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對入射電子進(jìn)行二次電子倍增的傳輸式電子倍增器，與裝有它的電子管。
近年來，用金剛石作為電子管中的電子倍增裝置正受到人們的注意。注意力集中在金剛石上的原因在于金剛石具有負(fù)電子親和勢，因而得到高的二次電子產(chǎn)生率。固體薄膜253(1994)，151報(bào)告了一個反射式電子倍增器用金剛石作為電子倍增裝置的一個例子。這個電子倍增器包含一個用Mo，Pd，Ti，或AlN，或類似的原料做成的基片，以及一個安置在基片上的、其表面有氫化連接的金剛石薄膜，因此，增強(qiáng)了二次電子的發(fā)射效率。
本發(fā)明研究了上述常規(guī)工藝，發(fā)現(xiàn)了下列問題。在上述的反射式電子倍增器的金剛石薄膜中，用于原電子入射的表面也是二次電子發(fā)射的表面。這將引起這樣的問題當(dāng)原電子以二維分布入射到金剛石薄膜時，以及當(dāng)二次電子以二維分布從這個表面類似地發(fā)射到原電子的入射表面時，實(shí)質(zhì)上就不可能抽取二次電子作為保存二維分布信息的信號，這是由電子源，電子倍增器和陽極的幾何布局決定的。這樣，待檢測光(今后稱為被檢測光)的入射位置不可能用裝有這樣的反射式電子倍增器的電子管檢測到。
因此，本發(fā)明的一個目的就是提供一個具有高的二次電子產(chǎn)生率性能和容許檢測被檢測光入射位置的結(jié)構(gòu)的傳輸式電子倍增器，以及一個裝有這種傳輸式電子倍增器的電子管。
根據(jù)本發(fā)明，傳輸式電子倍增器作為一種電子倍增裝置，它二次倍增入射電子并輸出二次電子，采用這種傳輸式電子倍增器的電子管至少有下列組成部分一個封閉容器；一個放置在封閉容器中的電子源，用它在封閉容器中發(fā)射電子；一個安置在封閉容器中并面對電子源的陽極；一個安置在電子源和陽極之間的傳輸式電子倍增器。
特別地，根據(jù)本發(fā)明，傳輸式電子倍增器包括采用金剛石或以金剛石為主要成分的材料做成的、用作電子倍增裝置的金剛石薄膜，這個金剛石薄膜有一個來自電子源的電子入射的第一主表面，還有一個面對第一主表面的、用以輸出二次電子的第二主表面；一個支撐金剛石薄膜的、用以補(bǔ)償金剛石薄膜剛性的加固部件，這個加固部件有一個用以至少也要顯露一部分金剛石薄膜的孔。
當(dāng)這個電子倍增裝置是由具有上述高的二次電子產(chǎn)生率的、有預(yù)定厚度的金剛石制成的薄膜所組成時，它就有可能用二次電子倍增器裝置產(chǎn)生的電子來有效地穿越這個薄膜。就大量產(chǎn)品和產(chǎn)品價格而論，這種金剛石薄膜最好是一種彼此獨(dú)立的多晶顆?；蛩?zé)?porous)顆粒的聚積體。
根據(jù)本發(fā)明，傳輸式電子倍增器中的加固部件不僅可由那種把加固部件安置在金剛石薄膜的主表面上來加固金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)所組成，還可用下列結(jié)構(gòu)來組成。特別地，加固部件可以具有這樣的結(jié)構(gòu)用一對固定金剛石薄膜邊緣部分的構(gòu)件(第一和第二元件)來加固金剛石薄膜。這種情況下，第一和第二元件的每個構(gòu)件提供孔來顯露金剛石薄膜的第一主表面和第二主表面，因此允許電子的入射和發(fā)射。
再者，加固部件還可由采用具有多元孔的一對平板元件(第三和第四元件)來固定金剛石薄膜的那種結(jié)構(gòu)來構(gòu)造。特別地，在這種結(jié)構(gòu)情況下，金剛石薄膜的剛性可以得到充分地補(bǔ)償，這是因?yàn)槊總€構(gòu)件都可附加到金剛石薄膜中，以致覆蓋金剛石薄膜的整個第一主表面或第二主表面。既然每個構(gòu)件都有多個的孔，所以金剛石薄膜的每個主表面的大部分都被顯露出來。因此，傳輸式電子倍增器能有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度來承受裝配或類似操作中的擺弄。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明，在裝有傳輸式電子倍增器的電子管中，傳輸式電子倍增器能有效地使出自電子源預(yù)定部位的電子發(fā)生二次電子倍增，以便二次電子入射到陽極。
在上述電子管中，如果電子源是一個用于在待檢測光的相應(yīng)入射位置發(fā)射光電子的光電陰極，如果陽極有一個熒光薄膜，經(jīng)由出自相應(yīng)的傳輸式電子倍增器的入射部位即光電陰極的光電子的入射部位發(fā)射的二次電子入射，使相應(yīng)的二次電子入射部位發(fā)射光，則此待檢測光就能成象。即裝有有傳輸式電子倍增器的電子管也能得到被檢測光或類似光的入射部位的二維信息。
這里的光電陰極是一種電極，用以發(fā)射由入射光的價電子帶到導(dǎo)帶激勵的光電子。
本發(fā)明可由下面給出的詳細(xì)描述和附圖得到更加全面的理解。這些附圖僅是說明性的，但不能作為對本發(fā)明的限定。
本發(fā)明的進(jìn)一步可應(yīng)用領(lǐng)域可從下面給出的詳細(xì)描述中明顯看出。不過，應(yīng)當(dāng)明白，盡管指出了本發(fā)明所提出的實(shí)施例，但給出的詳細(xì)描述和具體例子也僅僅是說明性的，因?yàn)閷Ρ绢I(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和修正將是十分明顯的。


圖1是電子管結(jié)構(gòu)的原理性截面圖，是本發(fā)明的電子倍增器的第一實(shí)施例。
圖2是由圖1中箭頭A指定的方向觀察第一實(shí)施例的電子倍增器時得到的電子倍增器的平面圖。
圖3～5分別是按本發(fā)明制造電子倍增器的過程的原理性示圖。
圖6是在薄膜中，在多晶金剛石薄膜中產(chǎn)生的光電子的行為的說明圖。
圖7闡明按本發(fā)明應(yīng)用電子倍增器的第二實(shí)施例而得到的電子管結(jié)構(gòu)的原理性截面圖。
圖8是由圖6中箭頭B指定的方向觀察第二實(shí)施例的電子倍增器時得到的電子倍增器的平面圖。
圖9描述按本發(fā)明的電子倍增器的第三實(shí)施例所得結(jié)構(gòu)的原理性透視圖。
圖10闡明由圖9直線C-C指定的方向觀察第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)時得到的原理性截面圖。
本發(fā)明所提實(shí)施例將用圖1至圖10進(jìn)行詳細(xì)描述。在這些圖中，等價的或相當(dāng)?shù)奈恢脤⒂猛坏膮⒖紭?biāo)號來指明。
圖1展示了按本發(fā)明將電子倍增器的第一實(shí)施例用于電子管時的電子管結(jié)構(gòu)，這個電子管是一種能檢測弱光入射又作為增強(qiáng)二維圖像信息的圖像增強(qiáng)管10。內(nèi)部處于減壓狀態(tài)的封閉容器12有一個入口窗口14，以便被檢測光進(jìn)入其內(nèi)部，還有一個檢測窗口16，以便增強(qiáng)后的被檢測光發(fā)射到外部，這里把入口窗口14和檢測窗口16安排為彼此相對的。作為電子源的光電陰極18安置在入口窗口14的內(nèi)表面上，包含用熒光材料(熒光薄膜)22涂覆過的玻璃殼24的陽極安置在檢測窗口16的內(nèi)表面上。芯柱管座26a，26b的一端電連接到陽極20的每個側(cè)面，每個芯柱管座26a，26b的另一端穿越封閉容器12延伸到外部。芯柱管座26a，26b用密封玻璃28固定到封閉容器12，進(jìn)而固定了陽極20。光電陰極18上預(yù)定的正電壓經(jīng)由芯柱管座26a，26b加到陽極20。
傳輸式電子倍增器30安裝在光電陰極18和陽極20之間。如圖1和圖2所示，從大量產(chǎn)品和產(chǎn)品價格的觀點(diǎn)來看，這個實(shí)施例中的傳輸式電子倍增器30有一塊圓形狀的多晶金剛石薄膜32，它具有負(fù)電子親和勢。這時，金剛石薄膜32的厚度最好小于二次電子的平均自由路程，不過這個平均自由路程強(qiáng)烈地依賴于金剛石薄膜32的結(jié)晶性質(zhì)。
另一方面，金剛石薄膜32本身需要有一定的厚度來保證機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度取決于金剛石薄膜32的結(jié)晶性質(zhì)，非金剛石成分在金剛石薄膜32中占有的百分比，以及金剛石薄膜32的面積或密度。因此，金剛石薄膜32的厚度要針對金剛石薄膜32的薄膜組織，考慮到各種條件下達(dá)到的薄膜質(zhì)量來決定。
再者，既然這個實(shí)施例中的金剛石層有一層薄膜，那么其剛性就低。這樣它就易于變形或損傷。因此，把一對用類似鉬(MO)這樣的材料做成的環(huán)形金屬加固框架34a和34b固定到金剛石薄膜32的周圍，以夾持這個薄膜，達(dá)到補(bǔ)嘗金剛石薄膜32的剛性較低的目的。
在圖1和圖2的實(shí)施例中，利用密封玻璃28把芯柱管座38a和38b固接到封閉容器，使其延伸出封閉容器12。每個芯柱管座38a和38b的上端都有夾持部分36a和36b，以夾持加固框架的周緣。采用這種架構(gòu)，就可把傳輸式電子倍增器30固定在光電陰極18和陽極20之間。更可取地是，把光電陰極18上的幾百到幾千伏的正電壓經(jīng)由芯柱管座38a和38b加到傳輸式電子倍增器，同時把幾百到幾千伏的負(fù)電壓加到陽極。
圖3－5是傳輸式電子倍增器30制作過程的示意圖。在這個制造過程中，為了制作傳輸式電子倍增器30，用了微波等離子體增強(qiáng)的化學(xué)汽相淀積(以下稱為“微波等離子體CVD”)方法。
首先，將商售Si基片安置在微波等離子體CVD系統(tǒng)的淀積室內(nèi)。采用Si基片的原因在于，既然Si基片的質(zhì)量穩(wěn)定，那自然有利于制作金剛石薄膜。其次，如圖3所示，當(dāng)把作為激勵氣體的氫送入淀積室時，利用微波就達(dá)到了等離子狀態(tài)。
當(dāng)在等離子狀態(tài)下，作為原材料的甲烷(CH4)在淀積室入口處附近被氫離子游離。當(dāng)CH4游離出的炭淀積到Si基片上的金剛石型晶體結(jié)構(gòu)中時，就制成了金剛石薄膜，例如，這時的厚度大約為6μm。
因?yàn)檫@個制造過程用Si作為基片，所以能制造出大面積的、均勻的金剛石薄膜。金剛石薄膜可以添加硼(B)，使其有p-型導(dǎo)電性，也可把乙硼烷(B2H6)加到金剛石薄膜的薄膜組織中。添加B不一定是實(shí)質(zhì)性的，不過，根據(jù)本發(fā)明的試驗(yàn)結(jié)果，與沒有添加B的金剛石薄膜相比，添加了B的金剛石薄膜有更高的二次電子產(chǎn)生率，特別是采用高加速電壓時更是如此。如圖4所示，在薄膜構(gòu)成后，經(jīng)由氫氟酸加硝酸(HF+HNO3)的混合溶液腐蝕將Si基片排除掉，進(jìn)而得到多晶金剛石薄膜。通過粘合劑300把金剛石薄膜的周邊連接到由MO做成的加固框架34a和34b，從而對金剛石薄膜實(shí)現(xiàn)機(jī)械夾持(參見圖5)。
當(dāng)被檢測光(Hv)入射到圖1所示的圖像增強(qiáng)管10中的入口窗口14內(nèi)時，從光電陰極18的底表面發(fā)射出作為原電子的光電子(e-)以便在被檢測光入射的相應(yīng)位置形成二維光電圖像。因?yàn)楣怆婈帢O上的預(yù)定電壓是經(jīng)由芯柱管座36a和36b加到傳輸式電子倍增器30，所以形成二維光電圖像的光電子是加速后進(jìn)入傳輸式電子倍增器的。
如圖6所示，形成二維光電圖像的光電子入射到電子倍增器，其能量在厚度均勻的多晶金剛石薄膜中喪失，建立起電子空穴對，從而倍增地生成二次電子。這時，二次電子產(chǎn)生率高，這是因?yàn)榻饎偸∧?2具有負(fù)電子親和勢。由于金剛石薄膜32是多晶的，所以有效的二次電子主要沿晶界移動到底表面。二次電子在光電子入射的位置的幾μm的范圍內(nèi)從圖6箭頭所示的金剛石薄膜底表面均勻地發(fā)射，這在實(shí)際應(yīng)用中不會發(fā)生問題。因此，與入射光電子形成二維光電圖像相對應(yīng)的、由倍增生成的二次電子(形成二次電子圖像)是從傳輸式電子倍增器的底表面發(fā)射的。
由于傳輸式電子倍增器30上的正電壓是加到陽極20，所以形成二次電子圖像的二次電子入射到陽極20。二次電子入射時損失的動能使加固材料在預(yù)定位置(相當(dāng)于二次電子的入射位置)發(fā)射熒光，所以通過檢測窗口16可以看見對應(yīng)于二維光電圖像的二維圖像。因此，在充分強(qiáng)化狀態(tài)下，在弱被檢測光的入射位置，這個裝有了傳輸式電子倍增器30的實(shí)施例中的電子管就能得到二維圖像。
包含在第一實(shí)施例的傳輸式電子倍增器30中的多晶金剛石薄膜32變成多孔狀態(tài)，所以發(fā)射出更多的二次電子。為了加固這個多孔金剛石薄膜，如上述加固金剛石薄膜的結(jié)晶性32的方法一樣，也采用了微波等離子體CVD處理。在這種方法下，金剛石薄膜的密度在一定程度上可用在薄膜組織上加氫氣壓力那樣的形成薄膜的方法來控制。加大這個壓力，此多孔多晶金剛石薄膜的密度可以更低。
這時得到的金剛石薄膜32基本上可認(rèn)為是一種彼此獨(dú)立的顆粒的聚集體。金剛石薄膜32本身的機(jī)械強(qiáng)度因而更低了，所以這種金剛石薄膜比前述薄膜應(yīng)有更大的厚度。
制造多孔多晶金剛石薄膜32的方法不限于上述方法，例如，還可用燒結(jié)顆粒單晶金剛石微顆粒的方法來制造這類Si基片32。
這對加固框架34不限于圖1和圖2中的那種夾持金剛石薄膜周緣的實(shí)施例。具體地，圖7和圖8示出了本發(fā)明提出的傳輸式電子倍增器第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。在第二實(shí)施例中，Si的環(huán)形金屬加固框架340連接到上述多晶金剛石薄膜32的周緣部位，因此補(bǔ)償了剛性。
為了通過粘合劑300把加固框架340連接到多晶金剛石薄膜32，首先用微波等離子體CVD處理方法在Si基片上形成微多晶金剛石薄膜，再用光致抗蝕劑或類似的抗蝕劑屏蔽Si基片的周緣。其次，用HF和HNO3混合溶液腐蝕法，將Si基片的中心部位排除，進(jìn)而得到多晶金剛石薄膜32。
再者，上述傳輸式電子倍增器是多晶金剛石薄膜或是多孔多晶金剛石薄膜，但其一部分可以是單晶的、石墨的或類金剛石薄膜。
正如上述，制造出具有高的二次電子產(chǎn)生率的金剛石薄膜的傳輸式電子倍增器，本發(fā)明提出的傳輸式電子倍增器與其配套的電子管就能檢測被檢測光入射的位置。進(jìn)而裝有傳輸式電子倍增器的電子管能加強(qiáng)弱光圖像。
因此，根據(jù)上述發(fā)明，本發(fā)明顯然有多種變形。這種變形不能認(rèn)為違背了本發(fā)明的精神和范圍，所有的這種變形對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說都，顯然是下述權(quán)力范圍在工藝技能方面的延伸。
因此，1997年9月7日提出的基本的日本申請?zhí)?95189/1996可按規(guī)定合并。
權(quán)利要求
1.一種傳輸式電子倍增器包括用于金剛石或以金剛石為主要成分的材料做成的電子倍增裝置的金剛石薄膜，所述金剛石薄膜有第一主表面和面對第一主表面的第二主表面，來自電子源的電子入射到第一主表面，第二主表面用來輸出二次電子；支撐所述金剛石薄膜的加固部件，用來加固所述金剛石薄膜，這個加固部件有孔，它用于至少能顯露所述金剛石薄膜的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳輸式電子倍增器，其中所述的金剛石薄膜由多晶金剛石或以多晶金剛石為主的材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的傳輸式電子倍增器，其中所述的金剛石薄膜是多孔薄膜或由彼此獨(dú)立的顆粒聚積體組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的傳輸式電子倍增器，其中所述的加固部件包括在所述金剛石薄膜的第一主表面上安置的第一部件，它有一個孔，至少可顯露所述第一主表面的一部分；在所述金剛石薄膜的第二主表面上安置的第二部件，它與所述第一部件協(xié)同支撐所述金剛石薄膜，所述第二部件有一個孔，用來顯露所述金剛石薄膜的第二主表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的傳輸式電子倍增器，其中所述的加固部件包括第三部件用來覆蓋所述金剛石薄膜的整個第一主表面，這個第三加固部件有按預(yù)定間距排列的多個孔，以顯露所述金剛石薄膜的第一主表面的相關(guān)部分；覆蓋在所述金剛石薄膜的整個第二主表面上用第四部件，它與所述第三部件協(xié)同支撐所述金剛石薄膜，所述第四部件有按預(yù)定間距排列的多個孔，以顯露所述金剛石薄膜的所述主表面的相關(guān)部分。
6.一種電子管包括封閉容器；安放在所述封閉容器中的電子源，用于向封閉容器內(nèi)發(fā)射電子；安放在所述封閉容器中并面對所述電子源設(shè)置的陽極；裝在所述電子源和所述陽極之間的傳輸式電子倍增器，此傳輸式電子倍增器包括用于金剛石或以金剛石為主要成分的材料做成的電子倍增裝置的金剛石薄膜，所述金剛石薄膜有第一主表面和面對第一主表面的第二主表面，來自電子源的電子入射到第一主表面，第二主表面用來輸出二次電子；支撐所述金剛石薄膜的加固部件，用來加固所述金剛石薄膜，這個加固部件有孔，它至少能顯露所述金剛石薄膜的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電子管，其中所述的電子源包括光電陰極，它是一個電極，以便在被檢測光的入射部位，發(fā)射由待檢測光激勵的光電子，其頻帶從價電子帶到導(dǎo)帶；其中所述的陽極包括熒光薄膜，用由電子倍增器輸出的二次電子入射到相應(yīng)入射位置，對所述的傳輸式電子倍增器，則由所述的陰極發(fā)射的光電子入射，熒光薄膜在二次電子入射位置發(fā)射光。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的電子管，其中所述的傳輸式電子倍增器的金剛石薄膜是用多晶金剛石或以多晶金剛石為主要成份的材料制成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的電子管，其中所述的傳輸式電子倍增器的所述金剛石薄膜是多孔薄膜，由彼此獨(dú)立的顆粒聚集體組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的電子管，其中所述的傳輸式電子倍增器的所述加固部件包括在所述金剛石薄膜的第一主表面上安置的第一加固部件，它有一個孔，至少可顯露所述第一主表面的一部分；在所述金剛石薄膜的第二主表面上安置的第二加固部件，它與所述第一加固部件協(xié)同支撐所述金剛石薄膜，所述第二部件有一個孔，用來顯露所述金剛石薄膜的第二主表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的電子管，其中所述的傳輸式電子倍增器的加固部件包括第三部件，用來覆蓋所述金剛石薄膜的整個第一主表面，該第三加固部件有按預(yù)定間距排列的多個孔，以顯露所述金剛石薄膜的第一主表面的相關(guān)部分；覆蓋在所述金剛石薄膜的整個第二主表面上的第四加固部件，它與所述第三加固部件協(xié)同支撐所述金剛石薄膜，所述第四加固部件有按預(yù)定間距排列的多個孔，以顯露所述金剛石薄膜的第二主表面的相關(guān)部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及到傳輸式電子倍增器與其配套的電子管。該傳輸式電子倍增器具有高的二次電子產(chǎn)生率和一種容許被檢測光入射檢測位置的結(jié)構(gòu)。電子管包括:封閉容器;放置在封閉容器中的電子源,向封閉容器中發(fā)射電子;面對電子源的陽極;安置在電子源和陽極之間的傳輸式電子倍增器。該傳輸式電子倍增器包含有用金剛石或用以金剛石為主要成分的材料作成的薄膜,和用來加固薄膜的加固部件,加固部件還有顯露一部分薄膜的孔。
文檔編號H01J31/50GK1182279SQ9712241
公開日1998年5月20日 申請日期1997年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月7日
發(fā)明者新垣実, 廣畑徹, 菅博文, 山田正美 申請人:浜松光子學(xué)株式會社