CN100554897C - 光检测传感器 - Google Patents
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Abstract
基座18、阴极20和阳极22容纳在由箱体10构成的空间内，该空间内成为真空。阴极20和阳极22被设置在具有电绝缘性的基座18的同一面上，呈相互啮合的梳齿状。为此，阴极20和阳极22的接近部分的面积增加，通过紫外线的入射而从阴极20放出的光电子在真空中能很好地被阳极22收集。
Description
技术领域
本发明涉及光检测传感器。
背景技术
光检测传感器具有通过光的入射而放出光电子的阴极和收集光电子的阳极。一般有将阴极比阳极更靠近光的入射侧配置的透射型和将阳极比阴极更靠近光的入射侧配置的反射型。
发明内容
但是，如上述结构的光检测传感器，其中一个电极相对于另一电极配置在光的入射侧，因此光检测传感器的结构很复杂。
鉴于上述的问题，本发明的目的是简化光检测传感器的结构。
为了达到上述目的，涉及本发明的光传感器具备：具有电绝缘性的基座、通过光的入射而放出光电子的阴极、收集从阴极放出的光电子的阳极、具有容纳基座、阴极和阳极的空间且空间形成真空的箱体，其特征在于，阴极和阳极被设置在基座的同一面上。
根据本发明，通过光的入射而从阴极放出的光电子在真空中被阳极收集。另外，由于阴极和阳极安装在具有电绝缘性的基座的同一面上，因此可简化其结构。
在本发明中，优选的是阴极和阳极相互啮合且呈梳齿状。在此种结构的情况下，由于阴极和阳极相互啮合且呈梳齿状，因此阴极和阳极的接近部分的面积增大，可提高灵敏度。
另外，在本发明中，优选的是安装多个阳极。在此种结构的情况下，从阴极放出的光电子可被多个阳极中的接近的阳极收集。因此，根据光线入射位置，多个阳极各自收集的光电子数有所不同。从而，可以实现1维传感器或2维传感器。
另外，在本发明中，阴极优选通过入射紫外线而放出光电子。在此种结构的情况下，由于光电子是通过紫外线的入射而放出的，因此可以实现紫外线传感器。
另外，在本发明中，优选的是阴极的宽度大于阳极的宽度。在此种结构的情况下，可以使阴极的面积相对变大，增加光电子的放出量，提高灵敏度。
还有，在本发明中，优选的是阴极包括被设置为放射状延伸而成的多个主干阴极部分和在每个主干阴极部分上与该主干阴极部分交叉形成的分支阴极部分；阳极包括，在邻接的主干阴极部分间被设置为放射状延伸而成的多个主干阳极部分和在每个主干阳极部分上与该主干阳极部分交叉形成的分支阳极部分；分支阴极部分和分支阳极部分从放射状方向观察被设置为相互重叠状。在此种结构的情况下，从阴极(主干阴极部分以及分支阴极部分)放出的光电子被多个主干阳极部分及分支阳极部分中的接近的阳极部分所收集。因此，根据光线的入射位置，多个阳极各自收集的光电子数有所不同。从而，可以大概判断出光线入射的位置，实现2维传感器。
附图说明
图1是本实施方式的紫外线传感器及其检测电路的结构图；
图2是本实施方式的紫外线传感器的立体图；
图3是本实施方式的紫外线传感器的内部立体图；
图4是本实施方式的在紫外线传感器上照射紫外线时，流过负荷电阻的光电流的值的图表；
图5是显示图4中光电流峰值的图表；
图6是本实施方式的紫外线传感器的阴极和阳极第1变形例的结构图；
图7是本实施方式的紫外线传感器的阴极和阳极第2变形例的结构图；
图8是本实施方式的紫外线传感器的阴极和阳极第3变形例的结构图；
图9是本实施方式的紫外线传感器的阴极和阳极第4变形例的结构图；
图10是本实施方式的紫外线传感器的阴极和阳极第5变形例的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图，根据本发明对光检测传感器的适当的实施方式进行详细的说明。另外，在说明书中，对于相同元件或者具有相同功能的元件使用相同的符号，省略重复说明。在本实施方式中，例举本发明适用于检测紫外线的紫外线传感器的实施例。
首先，根据图1～图3，对本实施方式的紫外线传感器进行说明。图1为本实施方式的紫外线传感器及其测量电路结构图，图2是根据本发明的紫外线传感器的立体图，图3是根据本发明的紫外线传感器的内部立体图。另外，图1中为了更清楚地说明紫外线传感器的内部结构，图示了紫外线传感器的剖面图。
紫外线传感器2包括箱体10和基座18。箱体10还包括透射紫外线的、用氟化镁制作的射入窗12、圆形底板14、被入射窗12及底板14堵住两端的筒状壁部16。由入射窗12、底板14、壁部16形成的空间被抽成真空。这里的真空状态是指箱体10里的气体不会被放出的光电子离子化的程度，且真空度在10Pa以下。例如真空度可以在10-2Pa左右，或进一步排气使真空度高于10-2Pa。另外，含有例如氮、氦、氖、氩等不活泼性气体时，真空度可为1Pa左右。
基座18具有电绝缘性。基座18可以是由蓝宝石、氮化铝、氮化镓、氟化钙、氟化镁、氟化铝、水晶、铌酸锂、铌酸钽所组成的单结晶、多结晶、或是非晶体状的离子结合固体、或是这类的粉末的烧结体。并且，在硅等半导体、或铝等金属表面上实施电绝缘化处理的材料也可以使用。
基座18从入射端观察时的形状，例如是正方形。基座18为正方形时，面积为100mm2(＝10mmx10mm)，厚度为0.5mm左右。这样的基座18被焊接固定在圆形底板14的中央、被容纳在箱体10的空间里。
在基座18的紫外线入射一侧的平面上设置有通过紫外线的入射而放出光电子的阴极20和收集从阴极20放出的光电子的阳极22。阴极20和阳极22呈梳齿状。即，阴极20和阳极22的形状为具有第一部分24、28和从第一部分24、28向相同方向延伸的多个第二部分26、30。而且，第一部分24、28和第二部分26、30从紫外线入射一侧观察时，形状为矩形。另外，图3所示的阴极20和阳极22的第二部分26，30的数量为“3”。
均为梳齿状的阴极20和阳极22被设置为阴极20的第二部分26插入到阳极22的第二部分30的中间且相互啮合。即，从阴极20及阳极22的第一部分24、28所延伸的方向(矩形的长边延伸方向)观察时，阴极20和阳极22相互的第二部分26、30相互重叠。因此阴极20和阳极22的第二部分26、30接近。例如，接近部分(重叠部分)的面积为49mm2(＝7mmx7mm)。
另外，阴极20和阳极22的第二部分26、30的宽度为(第一部分24、28延伸方向的长度)20μm，阴极20的第二部分26和阳极22的第二部分30之间的距离(第一部分24、28延伸方向上的距离)为40μm。
阴极20通过焊线32a与一端的引线管脚34a的一端连接，阳极22通过焊线32b与另一端的引线管脚34b的一端连接。两根引线管脚34a，34b贯通了玻璃熔接部38a，38b。玻璃熔接部38a，38b插入在贯穿了底板14的两个管脚孔36a，36b内。因此，两根引线管脚34a，34b是通过玻璃熔接部38a，38b来固定在底板14上的。
另外，阴极20是为1层或是2层的结构。如果阴极20是相对于添加杂质后半导体化的金刚石或者含有氮化镓的半导体等的基座紧贴性良好的材料，则一层即可，但如果是与金基座的紧贴性不太好的材料时，则在将高熔点材料作为第一层形成后形成第二层。
双层结构的情况下，基座18一侧的第一层为钛、铬或镍等高熔点材料，并且通过激光烧蚀法、溅射法或镀气法等加工后形成。由此，使阴极20能够牢牢地固定在基座18上。另外，入射窗12一侧的第2层应为紫外线入射时能放射出光电子的材料。比如金、银、铜或铝等金属或者是半导体化的金刚石、氮化铝等半导体材料。这样的阴极20，例如，第一层的厚度为20nm，第2层的厚度为150nm。阳极22的材料可以与阴极20的材料相同，也可以不同。而且，阴极20和阳极22可以是通过光蚀刻法形成，也可以是通过在基座上形成金属或半导体薄膜后，再通过激光加工除去薄膜的方法。
两根引线管脚34a、34b的另一端与检测电路4连接，检测电路4是用于测量紫外线传感器2的光电流。检测电路4包括有负荷电阻R、电源40、限流电阻R0、电容器C以及电压计42。
其中一根引线管脚34a的另一端与负荷电阻R的一端连接，负荷电阻R的另一端与电源40的负极相连接。电源40的正极与限流电阻R0的一端相连，限流电阻R0的另一端与另一根引线管脚34b的另一端相连接。且在测量电路4中，与电源40及限流电阻R0和电容器C并联，负载电阻R和电压计42并联连接。例如限流电阻R0为1M Ω、电容器C为0.1μF、电源40在+5～100V的范围内可调节电压值。
在测量电路4中，通过将来自电源40的电压值设置为规定的电压值，可以检测出紫外线。紫外线入射量的测量是通过利用电压计42测定负荷电阻R两端的电压变化来实现。
在此，电源电压值优选在10V以上。以下，参照图4及图5对根据电源电压值的光电流依存性进行说明。图4是表示向紫外线传感器2照射紫外线时，流过负荷电阻R的光电流的图表；图5是表示图4所示的光电流的峰值的图表。
图4表示相对于各电源电压值(5V，10V，20V，40V)的光电流值随时间的变化。在图4中，横轴表示时间(ns)，纵轴表示光电流的值(任意单位)。如图4所示，在电源电压值为10V(曲线101)、20V
(曲线102)、40V(曲线103)的情况下，时间在10ns时的值为最大值。与此相比，电源电压值为5V(曲线100)时，则在5ns时的值为最大值。因此可知，当电源电压值为5V时，在5ns至15ns之间光电子不能被很好地收集。
图5表示相对于电源电压值的光电流的峰值。图5中，横轴表示电压值(V)，纵轴表示光电流的峰值(任意单位)。如图5所示，电压值在10～40V的区间时，当升高电压时峰值会比较平稳地升高。而当电压值在0～10V的区间时，如升高电压时，则峰值与电压值在10～40V的区间相比较，急剧上升。从图5得知当电压值在10V以上时，不会受电源40的电压值影响，可以比较稳定地测量紫外线入射量。
在如上所述的紫外线传感器2中，如紫外线通过入射窗12入射到梳齿状的阴极20，则光电子被从阴极20放出到真空中。放出到真空中的光电子会被在基座18的同一面上与阴极20相互啮合成梳齿状的阳极22所收集。
如上所述，在本实施方式的紫外线传感器2中，由于阴极20和阳极22被设置在具有电绝缘性的基座18的同一面上，因此可简化其结构。
另外，通过紫外线的入射而从阴极20放出的光电子会在真空中被阳极22所收集。此时，由于阴极20和阳极22相互啮合成梳齿状，因此增大了阴极20和阳极22的接近部分的面积，可以提高灵敏度。
另外，本实施方式的紫外线传感器2，由于光电子是通过紫外线的入射而放出的，因此可以实现紫外线传感器。
另外，本实施方式的紫外线传感器2，由于从阴极20放出的光电子马上被接近的阳极22捕获，因此很难发生光电子粘附在入射窗12上，对施加电场产生影响的情况。因此，可以把基座18安装在接近入射窗12的位置上，与透射型光电管一样容易分辨出受光面的位置，可以提高方便性。
另外，阴极20和阳极22为金属电极，该金属采用了金、银、铂、钽、钼、钨、镍、铬等化学性稳定的材料，能在光刻法等电极形成的过程中防止表面氧化或变质。而且，可以防止短波长的强光照射时，由箱体10内残留的氧或残留的化学物质引起变质。其结果，可以进行高可信度的强紫外·真空紫外光的光电子检测。
上述实施方式的紫外线传感器2中使用的阴极20及阳极22可以有多种变形。以下对于各种变形例进行说明。
图6为紫外线传感器2所使用的阴极20及阳极22的第1变形例的结构图。图3所示阴极20及阳极22只在基座18上设置了1组，但第1变形例中的阴极20及阳极22如图6所示设置了多组(4组)。
阴极20和阳极22的形状与图6所示相同。各组的阴极20及阳极22如图6所示相互啮合排列。而且多个阴极20沿矩形第一部分28的延伸方向(矩形的长边延伸方向)排列；多个阳极22与多个阴极20排列相同。即，相互啮合的多个阴极20和阳极22在同一个方向上排列。
具有如上所述的阴极20和阳极22的紫外线传感器2中，紫外线通过入射窗12入射后到达梳齿状阴极20后，光电子从阴极20被放出，进入到真空中。在真空中的光电子被最接近的阳极22收集。
如上所述，本变形例的紫外线传感器2中，因阳极22为多个，被放出的光电子会被多个阳极22中接近的所收集。因此，根据紫外线入射位置，被多个阳极22收集到的光电子数会有不同。而且阳极22配置排列在同一方向上。从而，可实现1维传感器。
另外，为了实现1维传感器，多个阳极22所收集的光电子数不同是很重要的。为此，阴极20也可连接各第一部分28成为一体化。另外，在使阴极20成为一体化时，与将多个阴极20设置在基座18的情况相比较，可以减少引线管脚和焊线的数量。
图7为紫外线传感器2所用的阴极20和阳极22的第2变形例结构图。第2变形例中，如图7所示，阴极44和阳极46的形状与图3中的阴极20和阳极22的形状不同。而且，阳极46的数量也不同。第2变形例中的阳极46的数量在3个以上(图7中阳极46的数量为8)。
阴极44具有排列在基座18上的多个第一部分48a、48b和连接这些第一部分48a、48b的第二部分50以及与第二部分50交叉形成的多个第三部分52。更详细地，阴极44具有在基座18上平行排列的两个第一部分48a、48b和与这些第一部分48a、48b垂直的第二部分50以及与第二部分50直交的7个第三部分52。在此，多个第一部分48a、48b和第二部分50及多个第三部分52的形状，从紫外线入射端观察时都为矩形。
各阳极46包括第一部分54和从第一部分54向同一方向延伸的两个第二部分56，呈大致“コ”字状，多个第三部分52的一个由两个第二部分56夹住而啮合。另外，阳极46的第一部分54和第二部分56从紫外线的入射端观察时的形状为矩形。
另外，阳极46安装在阴极44的第二部分50的两侧。在此，可以安装的阳极46的数量为，第二部分50的一侧为1个以上(图7中是4个)，另一侧安装2个以上(图7中是4个)。即，多个阳极46在基座18的面上呈2维状态排列。
在此，阴极44呈图3所示的阴极20的第一部分24延伸的第二部分26向第一部分24两侧方向延伸的形状，为一个梳齿状。另外，各阳极46呈图3中所示两个第二部分30从阳极22的第一部分28延伸的形状，所谓一个梳齿状。
在具有上述阴极44及阳极46的紫外线传感器2中，当紫外线通过入射窗12入射后到达梳齿状阴极44时，光电子从阴极44被放出，进入真空中。放出到真空中的光电子被最近的阳极46所收集。
如此，在变形例的紫外线传感器2中，由于阴极44被设置为多个，放出的光电子被多个阴极44中的接近的所收集。因此，根据紫外线入射位置，被多个阴极44所收集的光电子数会有不同。另外，阳极22呈2维状态排列。从而，可实现2维传感器。
图8为紫外线传感器2所用的阴极20和阳极22的第3变形例结构图。第3变形例中，如图8所示，阴极44和阳极46的形状与图3中所示的阴极20和阳极22的形状有所不同。
阴极20的第二部分26的宽度被设定为大于阳极22的第二部分30的宽度。这样，由于阴极20的第二部分26的宽度被设定为大于阳极22的第二部分30的宽度，阴极20的面积相对加大，可增加光电子的放出量。其结果，可提高紫外线传感器2的灵敏度。
图9为紫外线传感器2所用的阴极20及阳极22的第4变形例结构图。第4变形例中，如图9所示的阴极60和阳极62的形状与图3所示的阴极20和阳极22的形状有所不同。
阴极60包括放射状延伸设置的多个主干阴极部分64和在每个主干阴极部分64上与该主干阴极部分64交叉(例如，垂直交叉)的分支阴极部分66。在一个主干阴极部分64上形成有连接焊线用的加宽部64a。在本变形例中，主干阴极部分64以等角度间隔(90°间隔)设置4个。另外，分支阴极部分66在每个主干阴极部分64上设置2个。
阳极62包含在邻接的主干阴极部分64之间以放射状延伸地设置的多个主干阳极部分68和在各主干阳极部分68上与各主干阳极部分68交叉(例如，45°交叉)设置的分支阳极部分70。在每个主干阳极部分68上有连接焊线用的加宽部68a。本在变形例中，主干阳极部分68相对于邻接的2个主干阴极部分64呈等角度间隔(45°间隔)设置4个。另外，每个主干阳极部分68上设置有4个分支阳极部分70。
分支阴极部分66的宽度被设置为大于分支阳极部分70的宽度。而且，从放射状方向观察时，分支阴极部分66和分支阳极部分70相互重叠。即，分支阴极部分66和分支阳极部分70以一对分支阴极部分66夹着一个分支阳极部分70，或一对分支阳极部分70夹着一个分支阴极部分66的状态设置。
在这样结构的情况下，从阴极60(主干阴极部分64和分支阴极部分66)放出到真空中的光电子被多个主干阳极部分68和分支阳极部分70中接近的部分所收集。为此，根据紫外线入射位置，被各阳极62(多个主干阳极部分68以及分支阳极部分70)所收集的光电子数有所不同。从而，可以大概判断出紫外线的入射位置，并可实现2维传感器。
图10为紫外线传感器2所用的阴极20和阳极22的第5变形例结构图。在第5变形例中，如图10所示，分支阴极部分66及分支阳极部分70的形状与图9中的分支阴极部分66和分支阳极部分70的形状有所不同。
第5变形例中，分支阴极部分66和分支阳极部分70呈圆弧状。本变形例与上述第4变形例相同，可大概判断出紫外线的入射位置，并可实现2维传感器。
而且，本发明不限于上述实施方式及变形例。例如，基座18整体都具有电绝缘性也可以，作为设置阳极22、46和阴极20、44的面也可在基座18上层叠绝缘层(薄膜等)。
另外，优选阴极20的表面是进行过净化处理的。这样可以除去阴极20上的沉积物等，使紫外线更好地入射到阴极20上。另外，更优选是为了使净化处理后的阴极20上不粘上污物，箱体10的空间里可以封入氢气等气体后进行加热处理提高净化度，之后把气体排出。
另外，主干阳极部分68和分支阳极部分70的数量也不限于上述变形例。
工业上的可利用性
本发明可以在紫外线传感器中使用。
Claims (5)
1.一种光检测传感器，具备：
具有电绝缘性的基座；
通过光的入射而放出光电子的阴极；
收集从所述阴极放出的光电子的阳极；
具备能够容纳所述基座、所述阴极和所述阳极的空间，且所述空间为真空状态的箱体，其特征在于，
具有电绝缘性的所述基座的材料是由蓝宝石、氮化铝、氮化镓、氟化钙、氟化镁、氟化铝、水晶、铌酸锂、铌酸钽所组成的单结晶，
所述阴极和所述阳极：被设置在所述基座的同一面上；分别呈梳齿状，该梳齿状具有沿着与该同一面平行的相同方向延伸的第一部分和从该第一部分向相同方向延伸的多个第二部分，所述第一部分和第二部分从紫外线入射一侧观察时，形状为矩形；并被设置为所述阴极的第二部分插入到所述阳极的第二部分的中间且相互啮合。
2.一种光检测传感器，具备：
具有电绝缘性的基座；
通过光的入射而放出光电子的阴极；
收集从所述阴极放出的光电子的阳极；
具备能够容纳所述基座、所述阴极和所述阳极的空间，且所述空间为真空状态的箱体，其特征在于，
具有电绝缘性的所述基座的材料是由蓝宝石、氮化铝、氮化镓、氟化钙、氟化镁、氟化铝、水晶、铌酸锂、铌酸钽所组成的单结晶，
所述阴极包括以放射状延伸设置的多个主干阴极部分，和在每个所述主干阴极部分上与该主干阴极部分交叉设置的分支阴极部分，
所述阳极包括，在相邻的所述主干阴极部分之间以放射状延伸设置的多个主干阳极部分，和在每个所述主干阳极部分上与该主干阳极部分交叉设置的分支阳极部分，
从所述放射状方向观察，所述分支阴极部分和所述分支阳极部分被相互重叠地设置。
3.根据权利要求1或者2所述的光检测传感器，其特征在于，设置多个所述阳极。
4.根据权利要求1或者2所述的光检测传感器，其特征在于，所述阴极通过紫外线的入射而放出光电子。
5.根据权利要求1或者2所述的光检测传感器，其特征在于，所述阴极的宽度被设定为大于所述阳极的宽度。
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