專利名稱：電子管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備對(duì)入射光進(jìn)行光電變換并發(fā)射電子的光電面(photocathode)及利用二次電子發(fā)射對(duì)入射電子流進(jìn)行倍增的電子倍增部的電子管。
背景技術(shù)：
作為電子管之一種的光電倍增管，廣泛用于原子核和高能物理以及核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的各種測(cè)量。


圖1(a)及圖1(b)示出現(xiàn)有光電倍增管之一例，圖1(a)為俯視圖，圖1(b)為剖面圖。在此示出的光電倍增管由下述部件構(gòu)成接受入射光的圓形的受光面板11；在受光面板11的內(nèi)側(cè)形成，其電位保持為0伏的光電面20以及由多級(jí)倍增器電極(dynode)24a～24n構(gòu)成的電子倍增部24。以層疊狀態(tài)排列了從第1級(jí)倍增器電極24a到第m級(jí)倍增器電極24m這多個(gè)倍增器電極，在配置在第m極倍增器電極24m下方的陽極電極26的正下側(cè)配置了末級(jí)倍增器電極24n。第1級(jí)倍增器電極24a對(duì)光電面20為正電位，由光電面20發(fā)射的電子入射到該第1級(jí)倍增器電極24a。從第1級(jí)倍增器電極24a到第m級(jí)倍增器電極24m以矩陣狀形成多個(gè)電子倍增孔。把具有電子聚束部21a的聚束電極21配置在光電面20與電子倍增部24之間，使其保持與光電面20為同電位。由此，由光電面20發(fā)射的光電子在被電子聚束部21a進(jìn)行了聚束之后，入射到第1級(jí)倍增器電極24a的規(guī)定區(qū)域內(nèi)。
但是，在現(xiàn)有的光電倍增管中，隨著長(zhǎng)時(shí)間使用，光電面的靈敏度變壞，其結(jié)果是產(chǎn)生了對(duì)于入射光的光電倍增管的輸出降低這樣的問題。這樣的問題特別是在使用了砷化鎵(GaAs)等的半導(dǎo)體光電面的光電倍增管中，顯著地表現(xiàn)出來。
發(fā)明的公開本發(fā)明之目的在于，提供在具有光電面及電子倍增部的電子管中防止光電面的變壞且在長(zhǎng)時(shí)間使用中可產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出的電子管。
為了達(dá)到這樣的目的，發(fā)明人對(duì)上述光電面變壞的原因進(jìn)行研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了，其它電子與在電子倍增部中最靠近光電面的電子入射部附近形成的銫(Cs)云碰撞而發(fā)生正離子，該正離子被發(fā)生部位的電場(chǎng)向光電面加速，引起了與光電面進(jìn)行碰撞的離子反饋，其結(jié)果使光電面變壞。
在該項(xiàng)目中，不管電位的絕對(duì)值如何，利用電極間電位差的正負(fù)來定義電極間電位的高低，例如當(dāng)電極A對(duì)電極B處于正電位時(shí)，定為電極A的電位比電極B的電位高。
在本發(fā)明的電子管中，具備對(duì)入射光進(jìn)行光電變換并發(fā)射電子的光電面及對(duì)由光電面發(fā)射的電子進(jìn)行倍增的電子倍增部，電子倍增部包含位于最靠近光電面處由光電面發(fā)射的電子進(jìn)行入射的電子入射部，將電子入射部的電位設(shè)定得比光電面的電位高，其特征在于，將用于約束在電子倍增部中發(fā)生的正離子的離子約束電極配置在光電面與電子倍增部之間，并且將用于捕獲由離子約束電極約束了的正離子的離子捕獲電極配置在離子約束電極與電子入射部之間，將離子約束電極的電位設(shè)定得比電子入射部的電位高，將離子捕獲電極的電位設(shè)定得比光電面的電位高或相等，并且將離子捕獲電極的電位設(shè)定得比電子入射部的電位低。
在這樣的電子管中，由光電面使從外部入射的光變換成光電子，對(duì)其朝向?qū)τ诠怆娒鏋檎娢坏碾x子約束電極進(jìn)行加速，在其通過了離子約束電極及離子捕獲電極的開口部之后到達(dá)電子倍增部的電子入射部。此時(shí)，在電子入射部附近發(fā)生正離子。
在本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)中，對(duì)發(fā)生了的正離子朝向光電面進(jìn)行加速，但是由于離子約束電極對(duì)于電子入射部為正電位，故正離子不能通過離子約束電極的開口部而到達(dá)光電面。正離子最終被設(shè)定成比離子約束電極及電子入射部的任一者都低的電位的離子捕獲電極捕獲，另外一部分被電子入射部本身捕獲，由此，可防止光電面的變壞。
此時(shí)，通過在不損害從光電面朝向電子倍增部的光電子聚束的范圍內(nèi)將離子約束電極的電位設(shè)定成為比作為正離子發(fā)生部位的電子入射部高的電位，不使光電子的收集效率降低而能有效地抑制離子反饋及其所引起的光電面的變壞。
本發(fā)明中的電子倍增部也可由捕獲由光電面發(fā)射了的電子并依次進(jìn)行倍增的多級(jí)倍增器電極構(gòu)成，在此情況下，第1級(jí)倍增器電極起到作為電子入射部的功能。電子倍增部也可以是將多根玻璃管捆起來做成了板狀結(jié)構(gòu)的微通道板。在此情況下，以與光電面相對(duì)的方式來配置微通道板的一個(gè)面，以使該面起到作為電子入射部的功能。由電子倍增部倍增了的電子由陽極電極作為電流輸出。
本發(fā)明對(duì)具有由半導(dǎo)體光電材料，例如砷化鎵構(gòu)成的光電面的電子管是特別有效的，但是，離子反饋所引起的光電面變壞一般在使用了除此以外的光電面的電子管中也是會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象，而且可以設(shè)想影響到其壽命，因而，本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)及各電極的電位設(shè)定對(duì)于使用了半導(dǎo)體以外的光電面的電子管也是有用的。
本發(fā)明的電子管也可以是在光電面與離子約束電極之間具備用于使光電子聚束的聚束電極的結(jié)構(gòu)。此外，離子約束電極及離子捕獲電極。也可以是以列狀形成光電子通過的多個(gè)狹縫，或者是以矩陣狀形成光電子通過的多條通路的結(jié)構(gòu)。
附圖的簡(jiǎn)單說明圖1(a)為現(xiàn)有光電倍增管的俯視圖；圖1(b)為現(xiàn)有光電倍增管的剖面圖；圖2為與本發(fā)明光電倍增管有關(guān)的實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3為對(duì)圖2中示出的光電倍增管的聚束電極、離子約束電極及離子捕獲電極的開口結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部剖開示出的斜視圖；圖4為示出圖2中示出的光電倍增管各電極的電位及正離子在電極間的軌道之計(jì)算例的剖面圖；圖5為將實(shí)施例光電倍增管相對(duì)輸出的時(shí)效變化特性與現(xiàn)有例進(jìn)行對(duì)比的曲線圖；圖6為示出光電倍增管的聚束電極、離子約束電極及離子捕獲電極的開口結(jié)構(gòu)之另一例的斜視圖；以及圖7為多通道板的局部剖開示出的斜視圖。
用于實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)下面，與附圖一起說明本發(fā)明的光電倍增管的優(yōu)選實(shí)施形態(tài)。在附圖的說明中對(duì)同一要素附加同一符號(hào)，省略重復(fù)的說明。此外，附圖的尺寸比例與所說明的部件不一定一致。
圖2為與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)有關(guān)的光電倍增管的剖面圖。將由多級(jí)倍增器電極24a～24n構(gòu)成的電子倍增部24配置在真空容器10的內(nèi)部而構(gòu)成該光電倍增管，真空容器10由下述部分形成接受入射光的圓形的受光面板11；配置在該受光面板11外周部的圓筒形的金屬側(cè)管12及構(gòu)成基座部的圓形的心柱13。
在受光面板11的內(nèi)部下表面上形成由GaAs構(gòu)成的半導(dǎo)體光電面20，保持為電位0伏。為了防止由形成了的GaAs構(gòu)成的光電面20在組裝時(shí)的熱損傷，由銦密封14的冷密封將受光面板11與金屬側(cè)管12接合起來，由支承環(huán)14a支承其外側(cè)。
在正方形平板狀的金屬表面的規(guī)定部位上以7級(jí)層疊形成了二次電子發(fā)射面的金屬通道型倍增器電極而構(gòu)成電子倍增部24。在各級(jí)倍增器電極24a～24m上形成了多個(gè)電子倍增孔，以狹縫狀排列這些電子倍增孔。此外，將陽極電極26及末級(jí)倍增器電極24n依次配置在這些層疊了的倍增器電極24a～24m的下部。末級(jí)倍增器電極24n是在正方形的金屬制板狀體上形成了狹縫部的倍增器電極，對(duì)其進(jìn)行排列以使該狹縫部位于陽極電極27的柵格部正下方、并使狹縫部間的電子倍增面位于陽極電極26的狹縫部正下方。通過把末級(jí)倍增器電極24n排列在陽極電極26的后級(jí)上，可用陽極電極26讀取來自末級(jí)倍增器電極24n的反射二次電子。
將具有以狹縫狀形成了多個(gè)開口的電子聚束部21a的聚束電極21配置在光電面20與第1級(jí)倍增器電極24a之間。使該聚束電極21保持與光電面20為同電位，由此，利用電子聚束部21a的影響，對(duì)于由光電面20發(fā)射的光電子進(jìn)行聚束，使其入射到第1級(jí)倍增器電極24a的規(guī)定區(qū)域內(nèi)。
作為本實(shí)施形態(tài)中的特征，將離子約束電極22及離子捕獲電極23配置在聚束電極21與第1級(jí)倍增器電極24a之間。
圖3為關(guān)于聚束電極21、離子約束電極22及離子捕獲電極23的開口結(jié)構(gòu)部分被剖開示出的斜視圖。在離子約束電極22及離子捕獲電極23上也與構(gòu)成了電子聚束部21a的聚束電極21的狹縫狀開口對(duì)應(yīng)。以狹縫狀形成了多個(gè)開口。再有，圖3中省略了用于層疊并支承接觸端子及電極的結(jié)構(gòu)等開口部以外的結(jié)構(gòu)。
與外部電壓端子連接對(duì)聚束電極21、各倍增器電極24、離子約束電極22及離子捕獲電極23等提供規(guī)定電壓的管腳17貫通成為基座部的心柱13，由錐狀的密封玻璃18將各管腳17對(duì)心柱13進(jìn)行固定。
圖4中示出對(duì)離子約束電極22、離子捕獲電極23、第1級(jí)倍增器電極24a及第2級(jí)倍增器電極24b設(shè)定的電位。聚束電極21的電位是與光電面20同電位的0伏，對(duì)第1級(jí)倍增器電極24a及第2級(jí)倍增器電極24b分別施加94.1伏及188.2伏。與此不同，將離子捕獲電極23的電位定為與光電面20為同電位的0伏，對(duì)離子約束電極22施加比第1級(jí)倍增器電極24a高的188.2伏。關(guān)于離子約束電極22的電位在本實(shí)施形態(tài)中定為與第2組倍增器電極24b相等，由此，可提供不需要增加管腳17的個(gè)數(shù)的電位。
圖4中示出這樣設(shè)定了各個(gè)電極的電位時(shí)的電子倍增部24中發(fā)生的正離子軌道之計(jì)算例。關(guān)于引起離子反饋的正離子的發(fā)生機(jī)構(gòu)可推測(cè)為，由于入射到第1級(jí)倍增器電極24a上的光電子的緣故，使吸附于第1級(jí)倍增器電極24a的二次電子發(fā)射面上的氣體分子發(fā)射出來，光電子或二次電子通過與該氣體分子發(fā)生碰撞而正離子化。
在上述電極結(jié)構(gòu)中，在第1級(jí)倍增器電極24a附近(圖4中的區(qū)域A)發(fā)生的正離子在電位上被離子約束電極22抑制，最終被離子捕獲電極23吸收，另外一部分被第1級(jí)倍增器電極24a本身吸收，由此，正離子不能到達(dá)光電面。
此外，如果從電子流考慮，則可以設(shè)想為，第2級(jí)以后的倍增器電極附近那方正離子的發(fā)生個(gè)數(shù)較多。圖4中示出了在第2級(jí)倍增器電極24b附近(圖4中的區(qū)域B)發(fā)生的正離子的軌道之計(jì)算例，這些正離子被前級(jí)的倍增器電極吸收、因而，在此情況下被第1級(jí)倍增器電極24a，或者被第2級(jí)倍增器電極24b本身吸收。因此，可以推測(cè)出即使在現(xiàn)有的光電倍增管中在第2級(jí)以后的倍增器電極附近發(fā)生的正離子對(duì)離子反饋及其所引起的光電面變壞也沒有貢獻(xiàn)，因此根據(jù)對(duì)于離子約束電極22的電位，將其設(shè)定得比第1級(jí)倍增器電極24a的電位高這樣的條件可以得到足夠的抑制離子反饋的效果。
將具有由上述實(shí)施形態(tài)示出的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的光電倍增管相對(duì)輸出的時(shí)效變化特性、與沒有離子約束電極及離子捕獲電極的現(xiàn)有的具有GaAs半導(dǎo)體光電面的光電倍增管加以比較，并示于圖5中?，F(xiàn)有型器件在100小時(shí)后輸出下降到55％，與此不同，本發(fā)明的改良型器件在100小時(shí)后還有98％，且未發(fā)現(xiàn)光電面變壞所引起的輸出下降，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間使用，可實(shí)現(xiàn)非常穩(wěn)定的性能。
本發(fā)明不限定于上述實(shí)施形態(tài)，可應(yīng)用于各種形態(tài)的電子管。在此，本發(fā)明中所謂的電子管是在由受光面板、側(cè)管及心柱隔開的內(nèi)部空間中具有光電面的結(jié)構(gòu)的器件，除了上述光電倍增管之外，其中還包含移像(image)管等。所謂移像管，是通過在光電面上對(duì)入射的光學(xué)像進(jìn)行光電變換，變換成光電像，在由電子透鏡系統(tǒng)對(duì)光電像進(jìn)行加速和成像、由電子倍增部進(jìn)行倍增之后入射到熒光面上作為光學(xué)像進(jìn)行再生的電子管。
在上述實(shí)施形態(tài)中，使用了在各級(jí)倍增器電極上具有以狹縫狀排列的多個(gè)電子倍增孔的金屬通道型的倍增器電極，但是，也可以使用具有多個(gè)電子倍增孔的金屬通道型的倍增器電極。在此情況下，如圖6中所示，聚束電極、離子約束電極及離子捕獲電極的開口結(jié)構(gòu)也作成與倍增器電極對(duì)應(yīng)的矩陣狀的開口。進(jìn)而，對(duì)于在各級(jí)倍增器電極上沒有多個(gè)電子倍增孔的倍增器電極、此外，例如在陶瓷表面的規(guī)定部位上形成了二次電子發(fā)射面的倍增器電極等金屬通道型以外的倍增器電極，也可得到同樣的作用和效果。
此外，在上述實(shí)施形態(tài)中使用了聚束電極，但是，例如在使用了微通道板的光電倍增管或移像管等的未使用聚束電極的情況下，也可得到同樣的作用和效果。如圖7中所示，微通道板25是將以內(nèi)壁作為二次電子發(fā)射面的微細(xì)玻璃管250捆起來做成了板狀結(jié)構(gòu)的板，以其一個(gè)面(電子入射面)25a與光電面相對(duì)、另一個(gè)面(電子射出面)25b與陽極電極相對(duì)的方式來配置該板。微通道板25是通過多次重復(fù)沿玻璃管250對(duì)內(nèi)壁的電子的碰撞及二次電子的發(fā)射而對(duì)入射電子進(jìn)行倍增的倍增器電極，可將對(duì)于光電面為正電位的微通道板25的電子入射面25a作為電子倍增部的電子入射部來應(yīng)用本發(fā)明。
工業(yè)上利用的可能性在本發(fā)明的電子管中，光電倍增管可作為利用特定波長(zhǎng)的吸收、反射及偏振來進(jìn)行各種物質(zhì)的分析的光分析裝置廣泛地應(yīng)用于醫(yī)用裝置、分析裝置及工業(yè)用測(cè)量裝置等中。進(jìn)而，還能應(yīng)用于X線、恒星觀測(cè)、太陽觀測(cè)、大氣層內(nèi)外的環(huán)境測(cè)量及極光觀測(cè)中。
權(quán)利要求
1．一種電子管，其中，具備對(duì)入射光進(jìn)行光電變換并發(fā)射電子的光電面(20)及對(duì)由光電面(20)發(fā)射的電子進(jìn)行倍增的電子倍增部(24、25)，上述電子倍增部(24、25)包含位于最靠近上述光電面(20)處并由上述光電面(20)發(fā)射的電子進(jìn)行入射的電子入射部(24a、24b)，將上述電子入射部(24a、25a)的電位設(shè)定得比上述光電面(20)的電位高，其特征在于將用于約束在上述電子倍增部(24、25)中發(fā)生的正離子的離子約束電極(22)配置在上述光電面(20)與上述電子倍增部(24、25)之間，并且將用于捕獲由上述離子約束電極(22)約束了的正離子的離子捕獲電極(23)配置在上述離子約束電極(22)與上述電子入射部(24a、25a)之間，將上述離子約束電極(22)的電位設(shè)定得比上述電子入射部(24a、25a)的電位高，將上述離子捕獲電極(23)的電位設(shè)定得比上述光電面(20)的電位高或相等，并且將上述離子捕獲電極(23)的電位設(shè)定得比上述電子入射部(24a、25a)的電位低。
2．根據(jù)權(quán)利要求1中所述的電子管，其特征在于上述電子倍增部由捕獲從光電面(20)發(fā)射了的電子并依次進(jìn)行倍增的包含第1級(jí)倍增器電極(24a)的多級(jí)倍增器電極(24a至24n)構(gòu)成，上述第1級(jí)倍增器電極(24a)起到作為上述電子入射部的功能。
3．根據(jù)權(quán)利要求1中所述的電子管，其特征在于上述電子倍增部由將多根玻璃管捆起來做成了板狀結(jié)構(gòu)的微通道板(25)構(gòu)成，以其一個(gè)面(25a)與上述光電面(20)相對(duì)的方式來配置上述微通道板(25)，使上述微通道板(25)的上述一個(gè)面(25a)起到作為上述電子入射部的功能。
4．根據(jù)權(quán)利要求1-3的任一項(xiàng)中所述的電子管，其特征在于還具備取出由上述電子倍增部進(jìn)行了倍增的電子的陽極電極(26)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項(xiàng)中所述的電子管，其特征在于上述光電面(20)由半導(dǎo)體光電材料構(gòu)成。
6．根據(jù)權(quán)利要求5中所述的電子管，其特征在于上述半導(dǎo)體光電材料由砷化鎵構(gòu)成。
7．根據(jù)權(quán)利要求1-6的任一項(xiàng)中所述的電子管，其特征在于將用于使光電子聚束的聚束電極(21)配置在上述光電面(20)與上述離子約束電極(22)之間。
8．根據(jù)權(quán)利要求1-7的任一項(xiàng)中所述的電子管，其特征在于在上述離子約束電極(22)及上述離子捕獲電極(23)上以列狀形成了光電子通過的多個(gè)狹縫。
9．根據(jù)權(quán)利要求1-8的任一項(xiàng)中所述的電子管，其特征在于在上述離子約束電極(22)及上述離子捕獲電極(23)上以矩陣狀形成了光電子通過的多個(gè)通路。
全文摘要
將離子約束電極(22)及離子捕獲電極(23)配置在光電面(20)與第1級(jí)倍增器電極(24a)之間,以防止電子管光電面(20)的靈敏度變壞,并且對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間使用可得到穩(wěn)定的輸出。將這些電極的電位設(shè)定成:離子約束電極(22)的電位比第1級(jí)倍增器電極(24a)的電位高,離子捕獲電極(23)的電位比光電面(20)的電位高或相等并且比第1級(jí)倍增器電極(24a)的電位低。由此,能有效地抑制在第1級(jí)倍增器電極(24a)附近發(fā)生的正離子朝向光電面(20)的離子反饋,其結(jié)果,可防止光電面(20)的靈敏度變壞,并且對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間使用可得到穩(wěn)定的輸出。
文檔編號(hào)H01J43/00GK1305638SQ9980745
公開日2001年7月25日 申請(qǐng)日期1999年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月15日
發(fā)明者下井英樹, 久嶋浩之, 長(zhǎng)谷川寬, 永井俊光 申請(qǐng)人:濱松光子學(xué)株式會(huì)社