CN103168339B - 具有纳米金刚石层的电子倍增器设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子倍增器(1)，该电子倍增器(1)用于一种用于探测电磁辐射或离子流的系统。该倍增器(1)包括至少一个激活结构(2)，该至少一个激活结构(2)用于接收入射电子流，并且作为响应，发射称为二次电子的电子流。所述激活结构(2)包括基板(3)，在所述基板(3)上设置有薄的、由金刚石颗粒形成的纳米金刚石层(4)，这些金刚石颗粒的平均尺寸不大于100nm。

Description

具有纳米金刚石层的电子倍增器设备
技术领域
本发明涉及出现在电磁辐射或离子流探测管中的反射模式电子倍增器的一般领域。
根据本发明的电子倍增器设备被称为“反射模式的”设备，这是因为它包括单面，通过该单面，该电子倍增器设备接收称为“入射”电子的电子流，并且作为响应，发射称为“二次”电子的电子流。就这一点而言，根据本发明的电子倍增器设备不同于透射电子倍增器，对于透射电子倍增器，接收面和发射面是相互分离的。
作为一示例，这样的反射模式的电子倍增器设备可以是布置在光电倍增管、图像增强管或离子探测管中的微通道晶片或倍增器电极集合。
背景技术
电磁辐射或离子流探测管(例如，光电倍增管、图像增强管或离子探测管)通常包括：输入设备，其用于接收电磁辐射或离子流，并且发射称为一次电子的电子流作为响应；电子倍增器设备，其用于接收所述一次电子流并且发射称为二次电子的电子流作为响应；以及输出设备，其用于接收所述二次电子流，并且作为响应而发射输出信号。
电子倍增器包括至少一个激活结构，所述至少一个激活结构用于接收入射电子流，并且发射称为二次电子的电子流作为响应。
电子倍增器可以是反射模式的电子倍增器类型的，其中，激活结构于是具有用于发射和接收电子的单面。例如，电子倍增器可以是由微通道晶片(GMC)或倍增器电极集合形成的。
GMC是通常采用精密板(fine plate)形式的高增益电子倍增器，其包括微通道的网络，这些微通道从面向输入设备的上游面穿过该精密板至面向输出板的相对的下游面。
存在两个电极，一个电极设置在GMC的上游面上，另一电极设置在下游面上。因此，GMC遭受其两个面之间的电位差，从而产生电场。
正如图1A中所示的，图1A是GMC的微通道12的示意性和局部视图，当一次电子进入微通道12并且撞击其内壁14时，二次电子被产生，当二次电子在其转向中撞击壁14，它们进一步产生二次电子。这些电子通过电场朝位于GMC的下游面11B中微通道12的输出孔13B进行定向并且加速。
因此，GMC的激活结构主要包括形成所述板的基板，其中，基板由铅玻璃制成。应用铅还原处理(reduction treatment)以最优化二次发射速率，并且使每个微通道的内壁成为半导体。每个微通道的内壁然后电连接到外部的电压源，外部的电压源使每个微通道能够被供应用于待发射的电子。
GMC具有全局增益G，根据以下关系式，全局增益G取决于在倍增的每个步骤i处的基本增益(elementary gain)δi或局部二次发射速率，并且取决于每个微通道中的倍增数量n：
G = Π i n δ i - - - ( 1 )
此外，GMC具有取决于如同F-1/2的噪声系数F的信噪比。而且，噪声系数F还取决于基本增益δi和每个通道中倍增的步骤数量n，正如由以下关系式所表示的：
F = 1 + 1 δ 1 + 1 δ 1 δ 2 + 1 δ 1 δ 2 δ 3 . . . + 1 δ 1 δ 2 . . . δ n - - - ( 2 )
其中，δ1～3-5并且δi＞1～2。
因此，增大GMC的全局增益G可能在于增加每个微通道的长度以增加倍增步骤的数量。然而，正如等式(2)所示，这实际上导致噪声系数F的增大，并且因此导致信噪比的降低。因此，增大GMC的全局增益伴随着信号质量的下降。
另一种增大GMC的全局增益却不降低信噪比的可能性可能在于使用已知的化学气相沉积(CVD)技术，以在GMC的微通道的内壁上沉积一层具有高二次发射速率的材料薄膜。然而，这会要求GMC的基板长时间地承受高于800℃的温度，这是难以置信的，因为在不导致其结构退化并且因此不导致其性能退化的情况下，GMC的铅玻璃基板无法承受高于430℃的温度。
对于GMC的一种替代，反射模式的电子倍增器设备可以由倍增器电极2-1、2-2、2-3等的集合形成，其配置可能是百叶帘型、盒型、线性聚焦型、圆形笼型、网丝型或箔型的已知方式。这些不同类型的倍增器电极的表示法可以在Wernick和Aarsvold的工作(2004年，发射断层成像：PET和SPECT的基本原理，学术出版公司(Emission tomography：the fundamentals of PET and SPEC T，Academic Press Inc.))中找到。
倍增器设备具有全局增益G，其按照与GMC的关系式相同的关系式来进行书写，其中，δi是倍增步骤i(在这种情况下为倍增器电极i)的基本增益，并且n为倍增器电极的数量。
该组倍增器电极还具有直接取决于每个倍增器电极的基本增益并且取决于倍增器电极的数量n的上升时间，正如以下关系式所表示的：
RT ∝ ( Σ i n σ i ) 1 / 2 - - - ( 3 )
其中，σi是倍增器电极i处的信号随时间的伸展。上升时间RT习惯上被定义成响应于由δ函数建模的光脉冲，探测系统的阳极(输出设备)处的电流脉冲的最大值的10％和90％之间的时间差。
因此，增大倍增管电极集合的全域增益(global gain)G可能在于增加倍增管电极的数量n，但是实际上导致上升时间RT的增加。因此，增大倍增管电极集合的全域增益伴随着倍增管的时间分辨率的下降。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种反射模式的电子倍增器设备，该反射模式的电子倍增器设备对于不变的或增加的信噪比或上升时间而言具有高的全域增益。
为了实现这一点，本发明的一个目标是一种用于电磁辐射或离子流探测器的反射模式的电子倍增器设备，该反射模式的电子倍增器设备包括至少一个激活结构，所述至少一个激活结构旨在接收入射电子流，并且发射称为二次电子的电子流作为响应。
根据本发明，所述激活结构包括基板，在所述基板上设置有薄的纳米金刚石层，该纳米金刚石层是由平均尺寸小于或等于100nm的金刚石颗粒形成的。
表述“反射模式的电子倍增器设备”是指一种其激活结构具有用于接收入射电子流并且用于透射二次电子流的单个面的设备。因此，这种类型的设备不同于透射电子倍增设备，在透射电子倍增设备中，激活结构具有用于接收入射电子流的第一面和用于发射二次电子流的第二面。
激活结构因此包括薄的纳米金刚石层，金刚石是一种具有电子的高速率的二次发射的材料。应当注意的是，所述薄层是由金刚石颗粒制成的层。因此，所述薄层被称为“颗粒的”、“特殊的”或“离散的”，并且不同于形成物理上连续的介质的金刚石层。
由于倍增的至少一个步骤是通过纳米金刚石层来实现的，因此根据本发明的电子倍增器设备确实具有高的全域增益。此外，由于不需要增加倍增的步骤中的倍增器设备的数量，因此信噪比是增加的，或者上升时间是不变的。
所述纳米金刚石层的金刚石颗粒的平均尺寸优选地在1nm和10nm之间，并且优选地为5nm。
所述纳米金刚石层可以具有与金刚石颗粒的平均尺寸大致等于的厚度。
所述纳米金刚石层还可以具有比金刚石颗粒的平均尺寸更大的平均厚度，并且因此是由数个纳米金刚石层形成的。
术语“单层(single-layer)”理解成是指其平均厚度大致等于金刚石颗粒的平均尺寸的层。
所述纳米金刚石层可以具有1nm和100nm之间的平均厚度，并且优选地在5nm和75nm之间，例如，具有20nm或50nm的平均厚度。
优选地，所述纳米金刚石层具有大致小于50nm的平均厚度。
所述纳米金刚石层与基板相接触，其中，所述基板是导电的，并且处于预定的电位下。
可替代地，所述纳米金刚石层可以位于导电材料的子层上，其中，所述子层与所述基板相接触，并且其中，所述基板是电绝缘的。
所述子层可以是由Al2Q3和ZnO或者MgO和ZnO，或者在用于这些应用的领域中提供高电导率的材料的任何其他组合制成的。
根据本发明的一实施例，所述激活结构是微通道晶片，其中，所述微通道中的每个微通道从用于入射电子的流动的输入孔穿过所述基板至用于二次电子的流动的输出孔，其中，所述纳米金刚石层从相应的输入孔在所述微通道中的每个微通道的内表面上延伸。
有利地，所述纳米金刚石层(4)在一倍于和三十倍于所述微通道的平均直径之间的微通道的长度上延伸。
所述纳米金刚石层(4)可以在所述微通道中的每个微通道的内表面上延伸，直到一倍于和三十倍于所述微通道的平均直径之间的相对于所述相应的输出孔的一距离。
可替代地，所述纳米金刚石层可以在所述微通道中的每个微通道的内表面的整个长度上延伸，向下至所述相应的输出孔。
所述微通道晶片的所述基板可以由铅玻璃制成。
根据一个变体，所述微通道晶片的所述基板可以是由玻璃制成的，并且可以具有略微为零浓度的氧化铅PbO。
根据本发明的另一实施例，该倍增器设备包括多个激活结构，其中，每个激活结构是倍增器电极(dynode)，并且其中，这些结构是相对于彼此进行设置的，以便相继地使入射电子流倍增，并且其中，至少一个倍增器电极包括一个基板，所述纳米金刚石层至少部分地在该基板的一个面上延伸。
本发明还涉及一种用于探测电磁辐射或离子流的系统，该系统包括：
输入设备，其用于接收电子辐射或离子流，并且发射称为一次电子的电子流作为响应，
根据前述特征中的任一特征所述的反射模式的电子倍增器设备，其用于接收所述一次电子流并且发射称为二次电子的电子流作为响应，以及
输出设备，其用于接收所述二次电子流，并且作为响应而发射输出信号。
有利地，所述纳米金刚石层被设置成使得其接收所述一次电子流。
所述探测系统可以是光电倍增管、图像增强管或用于探测离子流的管。
最后，本发明涉及一种用于制造具有前述特征中的任何以一个特征的电子倍增器设备的方法，所述方法包括在所述基板上形成纳米金刚石层的步骤，其中，所述步骤涉及使得所述基板至少部分地与包含金刚石颗粒的胶状溶液相接触，处于超声波浴中，持续预定时间，所述金刚石颗粒的平均尺寸小于或等于100nm。
优选地，所述金刚石颗粒具有小于或等于10nm的平均尺寸，其中，所述超声波浴的步骤在通过基于锆的层压元件对金刚石颗粒进行层压的步骤之前。
优选地，所述金刚石颗粒是通过爆破而事先获得的。
本发明的其他优点和特征将出现在下面非限制性的详细公开中。
附图说明
现在将参照附图来描述本发明的实施例(作为非限制性的示例)，其中：
图1A(之前所描述的)是根据现有技术的微通道晶片的微通道的示意性纵向部分的视图；
图1B(之前所描述的)是根据现有技术的线性聚焦型的倍增器电极集合的示意性纵向部分的视图；
图2是根据本发明的第一实施例的包括微通道晶片的电子倍增器设备的示意性纵向部分的视图；
图3是根据图3中所呈现的第一实施例的第一变体的包括微通道晶片的电子倍增器设备的示意性纵向部分的视图；
图4是根据图3中所呈现的第一实施例的第二变体的包括微通道晶片的电子倍增器设备的示意性纵向部分的视图；
图5根据本发明的第二实施例的包括倍增器电极集合的电子倍增器设备的示意性纵向部分的视图。
具体实施方式
图2部分地并且示意性地示出了根据本发明的第一实施例的电子倍增器设备1，其主要包括微通道晶片2(GMC)。
该倍增器1可以被用在电磁辐射或离子流探测系统中。在这种情况下，该倍增器1被认为是设置在图像增强管中，但是它还可以被用在光电倍增管或离子流探测管中。
应当注意的是，该示例不是按比例描绘的，以便提高其清晰度。
贯穿以下描述，使用在柱面坐标中经标准化正交的坐标(R、Z)，其中，R是管的径向，并且Z是管的轴向，这与电子的传播的大体方向也是大致相似的。
此外，下面所使用的术语“上游”和“下游”在这里应当理解为按照在(R、Z)坐标的Z方向上对齐。
图像增强管可沿着轴线Z具有大致圆柱体或管状的形状。但是，管还可以是具有大致正方形、矩形或六边形的截面或者任何其他形状的截面的形状。
管包括沿着方向Z所设置的三个主要元件，即，输入设备(未示出)、电子倍增器1和输出设备(未示出)。管还包括管主体(未示出)，其功能是机械地容纳上述三个元件，与输入设备和输出设备配合以限定密封室并且能够使存在的不同电极被供电，以便施加不同的电场。这三个元件是沿着管轴线Z大致对齐的。
在图像增强管的情况下，输入设备包括光阴极，该光阴极接收源自外部环境的入射光子，并且将它们转换成具有与所观察环境的图像相对应的图案的光电子。电子倍增器1将光电子进行放大，经放大的光电子然后由输出设备转变成通过磷屏幕、CMOS传感器或CCD传感器、或者在不涉及成像应用时的简单阳极所增强的光信号。
根据本发明，电子倍增器1包括激活结构2，激活结构2用于接收入射电子流，并且发射称为二次电子的电子流作为响应。所述激活结构2包括基板3，在基板3上提供有薄的纳米金刚石层4，该纳米金刚石层4是由平均尺寸小于或等于100nm的金刚石颗粒形成的，并且优选地是由平均尺寸小于或等于10nm的金刚石颗粒形成的。
在本发明的第一实施例中，激活结构2为微通道晶片(GMC)。
GMC由包括微通道12的网络的基板3形成，微通道12从其上游面11A(面向输入设备)穿过基板3，直到其下游面11B(面向输出设备)。
因此，每个微通道12具有设置在GMC12的上游面11A中的用于光电子的流动的输入孔13A和设置在下游面11B中的用于二次电子的流动的输出孔13B。
纳米金刚石层4从输入孔13A并且朝输出孔13B的方向在每个微通道12的内表面14上大致连续地延伸。
在微通道12中，纳米金刚石层4在一倍至三十倍于微通道的平均直径的长度上延伸，并且优选地在五倍至十倍于微通道的平均直径的长度上延伸。
纳米金刚石层4提供在微通道12中，使得它至少实施电子的倍增的第一步骤。
根据该实施例，纳米金刚石层4与每个微通道12的内表面14直接接触。
从纳米金刚石层4在方向Z上顺流而下，微通道12的内表面14不再被纳米金刚石层覆盖。
因此，每个微通道12具有第一上游区域15A，在第一上游区域15A中，微通道12的内表面14被纳米金刚石层4覆盖，在方向Z上紧随的是没有纳米金刚石层的第二下游区域15B。
还应当注意的是，纳米金刚石层4使用氢、铯和氧化铯进行处理，以降低其电子亲和力。因此，由二次发射所产生的电子可以自然地从纳米金刚石层4中提取出。
有利地，基板3由铅玻璃制成，其中，铅已经被还原。因此，基板3在微通道12的内表面14上具有经最优化的局部二次发射速率和足够的导电率，以使用于发射的电子能够被供应。
此外，每个微通道12的内表面14电连接到单个电压源(未示出)，该单个电压源形成首先用于纳米金刚石层4、其次用于微通道12的内表面14的第二下游区域15B的电子的储存器。
由铅玻璃制成的GMC2的微通道12的内表面14在第一上游区域15A中主要提供了供应电子到纳米金刚石层4的电气功能，其中，纳米金刚石层4在该区域中发射二次电子。
此外，在第二下游区域15B中，内表面14除了供应待发射的电子以外，还提供了发送二次电子的额外功能。
最后，倍增器1包括两个极化电极(polarisation electrode)(未示出)，一个极化电极设置在GMC2的上游面11A上，并且另一极化电极设置在下游面11B上。这两个电极电连接到电压源(未示出)，使GMC内产生用于朝输出孔13B的方向定向和加速二次电子的电场。
应当注意的是，形成电子储存器的电压源还可以与使用两个极化电极产生电场的电压源是同一电压源。设置在GMC的下游面上的极化电极然后可以将每个微通道12的内表面14电连接到所述电压源。
正如以上所描述的，根据本发明的第一实施例的GMC2主要是由氧化硅(SiO2)和氧化铅(PbO)制成的。
微通道12具有例如2μm至100μm的平均直径，并且具有例如40至100的长度-直径比。
纳米金刚石层4是由平均尺寸小于或等于100nm的金刚石颗粒形成的，优选地是由平均尺寸在1nm和50nm之间的金刚石颗粒形成的，优选地是由平均尺寸在5nm和10nm之间的金刚石颗粒形成的，并且优选地是由平均尺寸为6nm的金刚石颗粒形成的。
纳米金刚石层4是特殊的、或颗粒的、或离散的，并且从连续介质的意义上说，纳米金刚石层4因此不是物理上连续的。
纳米金刚石层4的平均厚度具有金刚石颗粒的平均尺寸的数量级，因此纳米金刚石层4明显地是单层。纳米金刚石层4的平均厚度大致在1nm和100nm之间，并且优选地为6nm。
纳米金刚石层4沿着微通道12的内表面14在三十倍于微通道12的平均直径的长度上延伸，优选地沿着微通道12的内表面14在五倍至十倍于微通道12的平均直径(例如，50μm至100μm)的长度上延伸。
极化电极可以由镍铬制成，并且在GMC的上游面和下游面上延伸。还可以使用其他材料，例如ITO。
现在参照Williams等人的论文来详细地描述GMC上的纳米金刚石层的制造，其中的一篇论文的标题是Enhanced diamond nucleation on monodispersednanocrystalline diamond(关于单分散的纳米金刚石的增强的金刚石成核现象)，2007年，化学物理学报，445，255-258；并且另一篇论文的标题是Growth，electronic properties and applications of nanodiamond(纳米金刚石的生长、电子性质和应用)，2008年，Diam.Relat.Mater.，17，1080-1088。
首先，制造金刚石粉末，金刚石粉末由平均尺寸小于或等于100nm的金刚石颗粒组成，优选地由平均尺寸在1nm和10nm之间的金刚石颗粒组成，并且有利地由平均尺寸为6nm的金刚石颗粒组成。
为此，使用已知的爆轰技术。然而，在爆轰冲击波的冷却循环期间，成群的平均尺寸显著大于100nm的金刚石颗粒被形成，这使平均颗粒尺寸分布不均匀。
为了使由爆轰所得到的粉末的尺寸分布均匀，使用锆珠子对它进行碾磨。该过程的细节在上述的Williams的2007年论文中进行了特别描述。
从该碾磨步骤得到的掺合物然后被筛选并且通过腐蚀性的酸处理进行清洗，通过这种手段得到稳定悬浮的纳米金刚石颗粒，这些纳米金刚石颗粒的尺寸分布是均匀的。纳米金刚石颗粒的平均尺寸为6nm，具有约5nm和10nm之间的尺寸分布。
GMC然后从上游面浸泡在包含所述纳米金刚石颗粒的水或乙醇的胶状溶液中，处于超声波浴中，持续预定时间(例如，30分钟)。
纳米金刚石颗粒然后被沉积在微通道的内表面上，从而形成所述的纳米金刚石层。
超声波浴的持续时间显著地使纳米金刚石层沿着微通道从各自输入孔的伸展的长度能够被控制。
以这种方式所得到的GMC然后在纯净去离子水中进行冲洗，并且使用氮气进行吹干。然后得到包括GMC的电子增强器，该GMC的激活结构包括纳米金刚石层。
当光电子流进入微通道12时，它们因此撞击纳米金刚石层4，纳米金刚石层4作为响应而发射具有基本增益δi的二次电子流。所发射的二次电子然后可以在撞击位于第二下游区域15B中的微通道12的内表面14之前撞击纳米金刚石层4数次，或者直接地撞击位于第二下游区域15B中的微通道12的内表面14。在数量n次的倍增步骤(至少第一次倍增步骤是由纳米金刚石层4提供的)之后，二次电子流通过输出孔13B朝图像增强管的磷屏幕的方向离开每个微通道12。
因此，根据本发明的第一实施例的电子倍增器具有多个优点。
实际上，由于金刚石已知具有显著地高于铅玻璃的高的二次发射效率，因此该电子倍增器具有特别高的全域增益，因为至少倍增的第一步骤是由纳米金刚石层完成的。实际上，第一倍增步骤中的基本增益δi在5和超过60之间，例如为5、10、20、30、40、50、60或更大的数量级，但是在铅玻璃的情况下，基本增益δi为3至5。此外，根据关系式(2)，噪声系数被减小，这还增大了信噪比。
在不需要增加微通道的长度的情况下，相对于现有技术中的铅玻璃GMC而言，根据本发明的第一实施例的电子倍增器因此具有高的全局增益并且提高了信噪比。
应当注意的是，纳米金刚石层4可以不再从输入孔13A开始延伸一短距离(正如之前所描述的)，而是沿着微通道12的整个长度延伸，直到相应的输出孔13B。
因此，微通道12中的入射电子的所有倍增步骤都明显地是由纳米金刚石层4完成的。于是，倍增器1的全域增益是特别高的，并且信噪比被增大。
在图像增强管的情况下，为了不降低空间分辨率，纳米金刚石层有利地在微通道的长度上延伸，但是终止在与输出孔相距一倍至十倍于微通道的平均直径的距离处。在这种情况下，由具有明显为零的二次发射速率的导电材料构成的电子收集层17(在图3中示出)可以在所述与输出孔相距一倍至十倍于微通道的平均直径的距离上被沉积在微通道的内表面上。在这种称为“收集区域”的区域中撞击该收集层的入射电子因此被所述层吸收，并且没有二次电子被发射。因此，倍增器的空间分辨率是不变的。
图3示出了根据本发明的前述第一实施例的第一变体。
与前述图2中的附图标记相同的附图标记表示相同或相似的元件。
该变体与前述实施例的主要不同点在于：微通道12在第二上游区域15B中的内表面14覆盖有薄的Al2Q3(一种具有高的二次发射速率的材料)层16。
薄的Al2Q3层16可以具有5nm的厚度，并且可以沿着微通道12延伸，但是在这种情况下，它终止在与输出孔13B相距一倍至十倍于微通道的平均直径的距离处。正如以前所述的，由具有明显为零的二次发射速率的导电材料构成的电子收集层17可以在所述与输出孔相距一倍至十倍于微通道的平均直径的距离上被沉积在微通道12的内表面14上。尤其在图像增强管的情况下，倍增器的空间分辨率因此保持不变。
在光电倍增器或离子流探测器的情况下，正相反，薄的Al2Q3层16可以延伸至微通道12的输出孔13B。
此外应当注意的是，微通道12的内表面14主要首先起到纳米金刚石层4和薄的Al2Q3层16之间的电连接的作用，其次起到纳米金刚石层4和电压源之间的电连接的作用，其目的是为了使所述层能够被供应用于待发射的电子。微通道12的内表面14不再具有发射二次电子的作用，因为纳米金刚石层和Al2Q3层16完成了该功能。
在形成纳米金刚石层4之前，Al2Q3层16可以通过称为ALD(原子层沉积)的技术沉积在微通道12的内表面14上。
因此，Al2Q3的层16可以沿着通道的整个长度进行沉积。
然后，使用NiCr或ITO，对通道的输入端从输入孔13A开始在两倍至五倍于通道的平均直径的长度上进行电镀。
最后，纳米金刚石层4被沉积在该导电层上。
参照本发明的第一实施例，根据以前所述的技术，然后可以形成纳米金刚石层4。
图4示出了根据本发明的前述第一实施例的第二变体。
与前述图3中的附图标记相同的附图标记表示相同或相似的元件。
第二变体与前述第一变体的主要不同点在于：GMC2的基板3由玻璃(SiO2)制成，而不是仅由铅玻璃制成。氧化铅(PbO)浓度因此明显为零。
因此，微通道12的内表面14不再具有使得能够使用电压源在纳米金刚石层4和Al2Q3层16之间实现电连接的适当的电性质。
此外，导电材料的子层5首先被包含在纳米金刚石层4和Al2Q3层16之间，并且其次被包含在纳米金刚石层4和微通道12的内表面14之间。该子层5因此使用电压源在纳米金刚石层4和Al2Q3层16之间实现了电连接，其目的是为了向所述层提供用于待发射的电子。
该子层5可以由Al2Q3和ZnO构成，一种习惯上称为AZO的材料，并且可以使用称为ALD(原子层沉积)的技术进行沉积。该子层5可以具有5nm至30nm的厚度。
参照本发明的第一实施例，根据以前所述的技术，然后可以形成纳米金刚石层4。
应当注意的是，基板3由玻璃制成，而不再由铅玻璃制成。因此，不再需要铅还原的步骤，从而简化了制造GMC的方法。此外，GMC的寿命增加，因为不再存在任何氢原子，氢原子在铅还原中被吸附在微通道的内表面处，并且氢原子有可能被释放并且使GMC或光阴极退化。
图5部分地并且示意性地示出了本发明的第二实施例，其中，倍增器设备1包括倍增器电极2-i的集合。每个倍增器电极2-i因此形成倍增器设备的激活结构2。
与前述图2中的附图标记相同的附图标记表示相同或相似的元件。
这种类型的倍增器设备1习惯上设置在光电倍增管或离子流探测器中。
在光电倍增管中，电子倍增器设置在包括光阴极的输入设备和形成输出设备的阳极之间。
图5中所示的倍增器电极2-i的集合具有线性聚焦配置；但是，可以使用其他的配置，例如，百叶帘配置、盒配置、圆形笼配置、网丝配置或箔配置。
每个倍增器电极2-i包括基板3，基板3的一面覆盖有二次发射层。
至少一个倍增器电极2-1(优选地为在电子的行程方向上的第一倍增器电极)具有基板3，基板3的一面覆盖有纳米金刚石层4，正如参照本发明的第一实施例及其变体所显示的。
不包含所述纳米金刚石层4的倍增器电极2-i可以包括：金属氧化物层(例如，BeO、Al2Q3或MgO)，其已使用铯处理过以降低它们的电子亲和力；或者适当的半导体材料(例如，SbK2Cs或SbRbCs)层。
优选地，所有的倍增器电极2-i都包含所述纳米金刚石层。
如果基板是电介质材料，例如，如果它是由陶瓷构成的，则由导电材料构成的子层5被包含在基板3的表面和纳米金刚石层4之间。该子层5电连接到电压源(未示出)，从而使倍增器电极2-i能够被极化，并且使纳米金刚石层4能够被供应待发射的电子。该子层5可以通过常规的真空沉积技术(例如，通过ALD、通过溅射或通过蒸发)进行沉积。
由于至少一个倍增器电极(优选地为第一倍增器电极)包括所述纳米金刚石层，因此电子倍增器具有特别高的全域增益。此外，根据关系式(3)，上升时间RT是不变的，正如因此是倍增器的时间特性一样。
因此，在不需要增加倍增器电极的数量的情况下，根据本发明的第二实施例的电子倍增器具有高的全域增益，和相比于现有技术中的倍增器电极，不变的上升时间。
此外，对于相等的增益，倍增器电极的数量可以被减少，并且上升时间RT可以被显著地减小。
应当注意的是，纳米金刚石层可以使用与参照本发明的第一实施例所描述的方法相同或相似的方式来得到并且进行沉积。
自然地，本领域技术人员可以对以上仅作为非限制性的示例进行描述的本发明进行各种修改。
因此，电子倍增器可以被用在所有类型的光电倍增管，例如，通道倍增管中。
这种类型的光电倍增管在光阴极和输出阳极之间包括具有单通道形式的电子倍增器设备，该单通道的内表面具有二次发射性质。
此外，根据本发明的通道倍增管具有内通道表面，该内通道表面至少部分地覆盖有以上参照本发明的第一实施例和第二实施例所描述的纳米金刚石层，优选地从输入孔开始。
纳米金刚石层可以使用与参照本发明的第一实施例所描述的方法相同或相似的方式来得到并且进行沉积。
此外，根据本发明的通道倍增管具有与参照本发明的第一实施例所描述的优点相同或相似的优点。

Claims (9)

1.一种图像增强管，其包括至少一个激活结构(2)，所述至少一个激活结构(2)用于接收入射电子流，并且作为响应，发射称为二次电子的电子流；其中，所述激活结构(2)包括基板(3)，在所述基板(3)上提供有薄的颗粒的纳米金刚石层(4)，所述纳米金刚石层(4)是由平均尺寸小于100nm的金刚石颗粒形成的，
其特征在于，所述激活结构(2)为微通道晶片，其中，微通道(12)从用于入射电子流的输入孔(13A)穿过所述基板(3)至用于二次电子流的输出孔(13B)，其中，所述纳米金刚石层(4)在所述微通道(12)中的每个微通道的内表面(14)上在所述相应的输入孔(13A)以及与所述输出孔相距一倍至十倍于所述微通道的平均直径的距离处之间延伸，电子收集层(17)在所述微通道中的每一个微通道的内表面上沉积在所述输出孔(13B)以及与所述输出孔(13B)相距一倍至十倍于所述微通道的平均直径的所述距离处之间。
2.根据权利要求1所述的图像增强管，其特征在于，所述纳米金刚石层(4)在所述输入孔(13A)以及与所述输入孔(13A)相距一倍至三十倍于所述微通道(12)的平均直径的距离处之间延伸。
3.根据权利要求1所述的图像增强管，其特征在于，所述纳米金刚石层(4)中的金刚石颗粒的平均尺寸在1nm和10nm之间。
4.根据权利要求1所述的图像增强管，其特征在于，所述纳米金刚石层(4)具有小于50nm的平均厚度。
5.根据权利要求1所述的图像增强管，其特征在于，所述纳米金刚石层(4)与所述基板(3)相接触，其中，所述基板(3)是导电的，并且处于预定的电位下。
6.根据权利要求1所述的图像增强管，其特征在于，所述纳米金刚石层(4)铺设在导电材料的子层(5)上，其中，所述子层(5)与所述基板(3)相接触，并且其中，所述基板(3)是电绝缘的。
7.根据权利要求6所述的图像增强管，其特征在于，所述子层(5)由Al2Q3和ZnO构成，或者由MgO和ZnO构成。
8.根据权利要求5所述的图像增强管，其特征在于，所述微通道晶片的所述基板(3)由铅玻璃制成。
9.根据权利要求6或7中任一项所述的图像增强管，其特征在于，所述微通道晶片的所述基板(3)由玻璃制成，并且具有为零的氧化铅PbO浓度。
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