CN101814414B - 光电倍增管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光电倍增管，以防止电子向倍增极之间的箱体的绝缘部分入射从而改善耐受电压为课题。该光电倍增管(1)具有彼此相对地配置且各自的相对面(20a、40a)由绝缘材料构成的基板(20、40)、与基板(20、40)共同构成箱体的基板(30)、从基板(40)的相对面(40a)上的一端侧向另一端侧依次间隔地排列的倍增极(31a～31j)、从倍增极(31a)向一端侧间隔设置的光电面(22)以及从倍增极(31j)向另一端侧间隔设置的阳极部(32)，基板(20)的相对面(20a)被形成为覆盖倍增极(31a～31j)，在该相对面(20a)上，在与每一个倍增极(31a～31j)相对的部位上，设置有彼此电独立且被设定为与倍增极等电位的多个导电膜(21a～21j)。

Description

光电倍增管

技术领域

本发明涉及检测来自外部的入射光的光电倍增管。

背景技术

一直以来，利用了微细加工技术的小型光电倍增管的开发不断取得进展。已知的有，例如在透光性的绝缘基板上配置有光电面、倍增极以及阳极的平面型光电倍增管(参照下述专利文献1)。利用这样的结构，可以高可靠性地检测出微弱光，并且也可以实现装置的小型化。

然而，在如上所述的现有的光电倍增管中，各级倍增极被配置在由绝缘基板以及罩(cap)部件构成的箱体的绝缘基板上，随着通过各级倍增极的二次电子面之间而轨道有所扩大的倍增电子会易于入射到箱体的绝缘基板。在为了实现微细化而使箱体小型化的情况下，这种趋势尤为显著。因此，存在箱体带电而导致耐受电压(withstand voltage)降低的情况。

专利文献1：美国专利第5264693号的说明书

发明内容

因此，本发明正是鉴于上述问题，其目的在于提供一种光电倍增管，可以防止电子向倍增极之间的箱体的绝缘部分入射，从而改善耐受电压。

为了解决上述问题，本发明的光电倍增管的特征在于，具备：彼此相对地配置且各自的相对面由绝缘材料构成的第1以及第2基板；与第1以及第2基板共同构成箱体的侧壁部；多级电子倍增部，该多级电子倍增部从第1基板的相对面上的一端侧向另一端侧依次间隔地排列，且各自具有在与该相对面交叉的方向上延伸的二次电子面；光电面，该光电面被配置于一端侧且与电子倍增部相间隔，将来自外部的入射光变换为光电子并释放光电子；以及阳极部，该阳极部被配置于另一端侧且与电子倍增部相间隔，将被电子倍增部倍增的电子作为信号取出，第2基板的相对面被形成为覆盖多个电子倍增部，在该相对面上，在与多个电子倍增部的每一个相对的部位上，沿着相对面设置有多个导电部件，该多个导电部件彼此电独立并且被设定为与各自相对的电子倍增部等电位。

根据这样的光电倍增管，入射光入射到光电面而被变换为光电子，该光电子依次入射到第1基板的相对面上的多级电子倍增部而被倍增，被倍增了的电子作为电信号而从阳极部被取出。此时，在与第1基板相对的第2基板的相对面上，在与多极电子倍增部的每一个相对的部位上，与各自相对的电子倍增部等电位的导电部件被设置为多个且彼此电独立，因此，能够防止通过多级电子倍增部的级间的电子向第2基板的相对面入射。由此，能够防止由基板表面的带电所导致的耐受电压的降低。

优选多个导电部件分别被形成为：与相对的电子倍增部的另一端侧的端部相比，其另一端侧的端部更向另一端侧突出。在这种情况下，能够更加可靠地防止通过电子倍增部的级间的电子向第2基板的相对面入射。

此外，优选多个导电部件分别被形成为：与相对的电子倍增部的一端侧的端部相比，其一端侧的端部更靠近另一端侧。采用这样的结构，能够通过确保邻接的导电部件间的距离从而抑制导电部件间的漏电流，从而可以提高耐受电压。

此外，还优选多个导电部件被连接于设置在第2基板上的多个给电部，多个电子倍增部通过电连接于各自相对的导电部件，从而从多个给电部被给电。在这种情况下，经由导电部件而向电子倍增部给电，从而可以使将导电部件设定为与电子倍增部等电位的情况下的结构简单。

附图说明

图1为本发明的一个优选实施方式所涉及的光电倍增管的立体图。

图2为图1的光电倍增管的分解立体图。

图3为表示从图1的光电倍增管的上侧框架侧看到的内部结构的部分截断立体图。

图4为表示从图1的光电倍增管的下侧框架侧看到的内部结构的部分截断立体图。

图5为在图3的电子倍增部以及下侧框架上安装有上侧框架的状态下沿V-V线的部分放大截面图。

图6为从上侧框架侧看到的图3的聚焦电极以及电子倍增部的透视图。

图7为表示图5的导电膜的变形例的部分放大截面图。

图8为表示图5的导电膜的变形例的部分放大截面图。

图9为表示图5的电子倍增部、下侧框架以及上侧框架的比较例的部分放大截面图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明所涉及的光电倍增管的优选实施方式。其中，在附图的说明中，对相同或相当的部分赋予同一符号并省略重复的说明。

图1为本发明的一个优选实施方式的光电倍增管1的立体图，图2为图1的光电倍增管1的分解立体图。

图1所示的光电倍增管1为具有透过型光电面的光电倍增管，具有由上侧框架2(第2基板)、侧壁框架3(侧壁部)、与上侧框架2夹持侧壁框架3而相对的下侧框架4(第1基板)构成的箱体。该光电倍增管1为电子管，其中，光向光电面入射的方向与电子倍增部中的电子的倍增方向交叉，即若光从图1的箭头A所示的方向入射，则从光电面释放的光电子入射到电子倍增部，在箭头B所示的方向上将二次电子级联放大，并从阳极部取出信号。

此外，在以下的说明中，沿着电子倍增方向，将电子倍增路径的上游侧(光电面侧)作为“一端侧”，而将下游侧(阳极部侧)作为另一端侧。接着，详细说明光电倍增管1的各构成要素。

如图2所示，上侧框架2被构成为以配线基板20为基材，该配线基板20为矩形平板状并且以绝缘性陶瓷为主要材料。这样的配线基板使用可以进行微细的配线设计并且可以自由设计表面以及背面的配线图案的LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics：低温共烧结陶瓷)等的多层配线基板。在配线基板20上，在其主面20b上，设置有与后述的光电面22和聚焦电极37、电子倍增部31以及阳极部32电连接从而进行从外部给电和信号的取出的多个导电性端子(给电部)201。该导电性端子201与在配线基板20的内部与主面20b相对的绝缘性的相对面20a上的导电性端子(图中没有表示)相互连接，这些导电性端子与光电面22、聚焦电极37、电子倍增部31以及阳极部32相连接。此外，在图1以及图2中，为了简化附图，省略了导电性端子201的一部分。此外，上侧框架2并不限于设置有导电性端子201的多层配线基板，也可以为用于进行从外部给电和信号的取出的导电性端子所贯通设置的由玻璃基板等的绝缘材料形成的板状部件。此外，在光电面22与聚焦电极37等电位的情况下，也可以设置共同的导电性端子。

侧壁框架3以矩形平板状的硅基板30为基材。从硅基板30的主面30a向与之相对的面30b形成有被框状的侧壁部302包围的贯通部301。该贯通部301的开口为矩形，其外周边沿硅基板30的外周边而形成。

在该贯通部301的内部，从一端侧向另一端侧形成有聚焦电极37、电子倍增部31以及阳极部32。这些聚焦电极37、电子倍增部31以及阳极部32通过利用RIE(Reactive Ion Etching，反应离子蚀刻)加工等对硅基板30进行加工而形成，以硅为主要材料。聚焦电极37是用于将从后述的光电面22释放的光电子向电子倍增部31引导的电极，被设置于光电面22与电子倍增部31之间。电子倍增部31由沿着从光电面22向阳极部32的电子倍增方向被设定为不同电位的N级(N为2以上的整数)倍增极(电子倍增部)构成，在各级上具有多个电子倍增路(通道)。阳极部32被配置于与光电面22一起夹持电子倍增部31的位置。这些聚焦电极37、电子倍增部31以及阳极部32通过阳极接合、扩散接合、或者利用低熔点金属(例如铟)等的密封材的接合等而分别被固定于下侧框架4，由此被二维地配置于该下侧框架4上(后面将详细叙述)。此外，在贯通部301内，也同样地形成电连接光电面22以及光电面22用导电性端子201的柱状部(图中没有表示)。此外，电子倍增部31、聚焦电极37以及阳极部32也在贯通部301内分别与对应的导电性端子201相连接(后面将详细叙述)，且通过导电性端子201而被设定为规定电位。例如，在倍增极被构成为10级的情况下，在10级倍增极中阶梯性地施加以100V为间隔且相对于光电面22为100～1000V的电压，在阳极部32上施加相对于光电面22为1100V的电压。

下侧框架以矩形平板状的玻璃基板40为基材。该玻璃基板40利用作为绝缘材料的玻璃而形成与配线基板20的相对面20a相对的相对面40a。在位于相对面40a上的与侧壁框架3的贯通部301相对的部位(与侧壁部302相接合的区域以外的部位)的阳极部32侧的相反侧的端部上，形成有作为透过型光电面的光电面22。

以下，参照图3以及图4，更为详细地说明光电倍增管1的内部结构。图3为表示从光电倍增管1的上侧框架2侧看到的内部结构的部分截断立体图，图4为表示从光电倍增管1的下侧框架4侧看到的内部结构的部分截断立体图。

如图3所示，电子倍增部31由从相对面40a上的一端侧向另一端侧(朝向作为电子倍增方向的箭头B所示的方向)依次相间隔地排列的多级倍增极构成。倍增极的级数并不限定为规定的级数，在该图中，例示了由第1级～第10级倍增极31a～31j构成的情况。在这些多级倍增极31a～31j中，分别形成有在与相对面40a大致垂直的方向上延伸的二次电子面33。

光电面22被配置在相对面40a上的一端侧，与该第1级倍增极31a相间隔且中间夹持有聚焦电极37，该光电面22在玻璃基板40的相对面40a上被形成为透过型光电面。如果从外部透过作为下侧框架4的玻璃基板40的入射光到达光电面22，则释放出与该入射光对应的光电子，该光电子通过聚焦电极37而向电子倍增部31引导。

阳极部32被配置在相对面40a上的另一端侧，与第10级倍增极31j相间隔，该阳极部32用于将通过电子倍增部31而向箭头B所示的方向倍增的电子作为电信号取出至外部。

此外，如图4所示，配线基板20被配置为利用其相对面20a覆盖聚焦电极37、电子倍增部31以及阳极部32的前端，在相对面20a的被侧壁部302包围的范围内，形成有多个彼此电独立的导电膜(导电部件)21a～21k。在与多级倍增极31a～31j的前端相对的部位，以沿着倍增极31a～31j的延伸的方向的方式，导电膜21a～21j分别沿着与倍增极的排列方向(沿着图4的箭头B的方向)大致垂直的方向被形成为带状。此外，在与阳极部32以及聚焦电极37的前端相对的部位上，以沿着阳极部32的延伸的方向以及聚焦电极37的排列的方向的方式，导电膜21j、21k分别沿着与倍增极的排列方向大致垂直的方向被形成为带状。

图5为在图3的电子倍增部以及下侧框架上安装有上侧框架的状态下沿V-V线的部分放大截面图，且为沿着电子倍增方向的玻璃基板40的厚度方向的截面图。使形成于配线基板20的相对面20a上的导电膜21a的位置如下：与倍增极31a的另一端侧的端部34a相比，电子倍增方向上的另一端侧的端部23a更向另一端侧突出，即更向后一级倍增级31b侧突出；与倍增极31a的一端侧的端部35a相比，一端侧的端部24a更靠近另一端侧，即被包含于与倍增极31a的前端相对的范围内。即导电膜21a在电子倍增方向上从与倍增极31a的前端相对的范围偏离，横跨与倍增极31a的前端相对的范围以及与倍增极31a和其下一级倍增极31b的级间39相对的范围，同样，导电膜21b～21j也被形成为在电子倍增方向上从与倍增极31b～31j的前端相对的范围偏离。

在例如上侧框架2、侧壁框架3以及下侧框架4沿光入射方向的厚度为0.5mm、1.0mm、0.5mm、真空密封上侧框架2与侧壁框架3的密封部沿光入射方向的厚度为0.05～0.1mm、构成电子倍增部31的倍增极31a～31j沿电子倍增方向的宽度为约0.2mm的情况下，设定导电膜21a～21j沿电子倍增方向的宽度为约0.2mm、膜厚为约0.02mm，一端侧以及另一端侧偏离倍增极31a～31j的端部的量均被设定为0.05mm。在此，倍增极31a～31j沿电子倍增方向的宽度可以在约0.2～约0.5mm的范围内进行调整，导电膜21a～21j沿电子倍增方向的宽度也与之相应进行调整。

图6为从上侧框架侧看到的聚焦电极37以及电子倍增部31的透视图。如该图所示，在第1级～第3级倍增级31a、31b、31c设置棱柱状的导体部38a、38b、38c，该导体部38a、38b、38c从基座部36a、36b、36c沿着倍增级31a、31b、31c的延伸方向延伸，该基座部36a、36b、36c为板状部，其上直立设置着形成有这些二次电子面33的柱状的电极部分，并且该基座部36a、36b、36c为向玻璃基板40的固定部且与柱状的电极部分电气一体化。这些导体部38a、38b、38c分别与导电膜21a、21b、21c电连接，由此，各个倍增级31a、31b、31c与导电膜21a、21b、21c被设定为等电位。具体而言，在相对面20a上的导电膜21a、21b、21c中的与导体部38a、38b、38c相对的部位上，分别设置有向导体部38a、38b、38c的前端突出的导电性的凸部25a、25b、25c，各个导体部38a、38b、38c与凸部25a、25b、25c相接触，由此，倍增级31a、31b、31c与导电膜21a、21b、21c电连接。此外，这些导电膜21a、21b、21c通过配线基板20的内部的配线而与导电性端子201(参照图2)电连接，分别经由凸部25a、25b、25c以及导电膜21a、21b、21c而从导电性端子201向倍增级31a、31b、31c给电。此外，分别通过相同的连接结构，经由导电膜21d～21k而从导电性端子201向第4级～第10级倍增级31d～31j、聚焦电极37以及阳极部32给电，并且其被设定为与导电膜21d～21k等电位。

根据以上说明的光电倍增管1，入射光向光电面22入射而被变换为光电子，该光电子向玻璃基板40上的多级电子倍增部31入射而被倍增，被倍增了的电子作为电信号从阳极部32被取出。此时，在与下侧框架4相对的上侧框架2的相对面20a上，在与多级倍增极31a～31j各自的前端相对的部位，设置有多个与各个多级倍增极31a～31j等电位的导电膜21a～21j，因此，能够防止通过多级倍增极31a～31j的二次电子面33之间的电子向上侧框架2的相对面20a入射。这样，能够防止由于基板表面的带电而导致的耐受电压的降低。例如，在配线基板20的相对面20a上未设置导电膜的情况下(图9)，在通过倍增极之间的电子的轨道从电子倍增方向朝向相对面20a侧偏离时，被倍增了的电子入射到绝缘面而导致带电，会成为耐受电压欠佳和由发光导致的噪音的原因。对此，在设置有导电膜的情况下(图5)，即使在电子的轨道从电子倍增方向朝向相对面20a侧偏离时，由于电子被推回玻璃基板40的相对面40a侧，并且被倍增了的电子入射到绝缘面的面积也变小了，因此不会产生上述问题。此外，由于防止了倍增电子的入射，因此能够抑制倍增电子的损失，从而能够提高电子倍增效率。

此外，由于设置在配线基板20上的导电膜21a～21j的各自的另一端侧的端部分别相对于倍增极31a～31j向下一级侧(或者阳极部32侧)突出，并在另一端侧偏离，因此能够进一步可靠地防止通过倍增极31a～31j的极间的电子入射到上侧框架2的相对面20a。

此外，由于导电膜21a～21j的各自的一端侧的端部相对于倍增极31a～31j而向另一端侧偏离，从而被包含于与倍增极的前端相对的范围内，因此能够通过确保邻接的导电膜21a～21j之间的距离从而抑制导电膜间的漏电流，从而使耐受电压更大。

此外，多个导电膜21a～21j被设定为与相对的倍增极31a～31j等电位。假设将导电膜设定为比相对的倍增极的电位低的电位，那么将电子推回去的力变大，但是，导致了二次电子面的倍增效率降低。而如果设定为等电位，则不但可以防止电子入射于基板面，而且能够维持电子的倍增效率。此外，由于经由导电膜21a～21j而向倍增极31a～31j给电，因此将导电膜21a～21j设定为与倍增极等电位时的结构变得简单了。

此外，本发明并不限于上述的实施例方式。例如，形成于配线基板20上的导电膜沿电子倍增方向的宽度可以作如下改变。

例如，如图7所示，导电膜121a也可以被形成为电子倍增方向上的一端侧的端部124a与倍增极31a的一端侧的端部35a的位置一致。此外，如图8所示，导电膜221a也可以被形成为：与倍增极31a的一端侧的端部35a相比，电子倍增方向上的一端侧的端部124a更向一端侧扩展。这样，可以确保导电膜的面积足够大，从而提高防止带电的效果。然而，从同时维持导电膜间的耐受电压与防止基板的带电的观点出发，图7的导电膜的形状优于图8的导电膜的形状，图5所示的导电膜的两个端部在电子倍增方向上偏离的形状更优于图7的导电膜的形状。

此外，在本实施方式中，光电面22为透过型光电面，然而其也可以为反射型光电面。此外，阳极32可以配置在倍增极31i与倍增极31j之间。

Claims (5)

1.一种光电倍增管，其特征在于，

具备：

彼此相对地配置且各自的相对面由绝缘材料构成的第1以及第2基板；

与第1以及第2基板共同构成箱体的侧壁部；

多级电子倍增部，固定在所述第1基板，所述多级电子倍增部从所述第1基板的所述相对面上的一端侧向另一端侧依次间隔地排列，且各自具有在与该相对面交叉的方向上延伸的二次电子面；

光电面，所述光电面被配置于所述一端侧且与所述电子倍增部相间隔，将来自外部的入射光变换为光电子并释放所述光电子；以及

阳极部，所述阳极部被配置于所述另一端侧且与所述电子倍增部相间隔，将被所述电子倍增部倍增的电子作为信号取出，

所述第2基板的所述相对面被形成为覆盖所述多级电子倍增部，

在所述第2基板的该相对面上，在与所述多级电子倍增部的每一个相对的部位上，沿着所述相对面设置有多个导电部件，所述多个导电部件彼此电独立并且被设定为与各自相对的所述电子倍增部等电位。

2.如权利要求1所述的光电倍增管，其特征在于，

所述多个导电部件分别被形成为：与相对的所述电子倍增部的所述另一端侧的端部相比，所述多个导电部件的所述另一端侧的端部更向所述另一端侧突出。

3.如权利要求1或者2所述的光电倍增管，其特征在于，

所述多个导电部件分别被形成为：与相对的所述电子倍增部的所述一端侧的端部相比，所述多个导电部件的所述一端侧的端部更靠近所述另一端侧。

4.如权利要求1或者2所述的光电倍增管，其特征在于，

所述多个导电部件被连接于设置在所述第2基板上的多个给电部，所述多级电子倍增部通过电连接于各自相对的导电部件，从而从所述多个给电部被给电。

5.如权利要求3所述的光电倍增管，其特征在于，

所述多个导电部件被连接于设置在所述第2基板上的多个给电部，所述多级电子倍增部通过电连接于各自相对的导电部件，从而从所述多个给电部被给电。

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