CN103227097A - 离子检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够谋求到检测精度的提高以及结构的单纯化的离子检测装置。检测正离子的离子检测装置（1A）具备：设置有使正离子进入的离子进入口（3）的腔室（2）、被配置于腔室（2）内并且被施加负电位的转换倍增极（9）、被配置于腔室（2）内并具有与转换倍增极（9）相对并且入射从转换倍增极（9）释放出来的二次电子的电子入射面（30a）的雪崩光电二极管（30）；电子入射面（30a）在被接地的腔室（2）中相对于支撑雪崩光电二极管（30）的定位部（14）而言位于转换倍增极（9）一侧。

Description

离子检测装置

技术领域

本发明涉及检测正离子的离子检测装置、检测正离子以及负离子的离子检测装置。

背景技术

作为现有的离子检测装置众所周知具备：由离子冲撞而释放出二次电子的转换倍增极（conversion dynode）、由转换倍增极释放出来的二次电子的入射而进行发光的闪烁器、检测由闪烁器发出的光的光检测器（例如，日本特开平10-188878号公报、日本特开昭63-276862号公报、日本特许第4639379号公报）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开平10-188878号公报

专利文献2：日本专利申请公开昭63-276862号公报

专利文献3：日本专利第4639379号公报

专利文献4：日本专利第4608572号公报

发明内容

然而，关于以上所述那样的离子检测装置除了要提高检测精度之外还要求结构的单纯化。特别是在由闪烁器（荧光体）进行的二次电子变换过程中所生成的余辉（afterglow）对于提高检测精度来说会成为一个大的技术问题。

因此，本发明的目的在于提供一个能够谋求到检测精度提高以及结构单纯化的离子检测装置

本发明一个观点的离子检测装置是一种检测正离子的离子检测装置，且具备：设置有使正离子进入的离子进入口的框体、被配置于框体内并且被施加负电位的转换倍增极（conversion dynode）、被配置于框体内并具有与转换倍增极相对并且入射从转换倍增极释放出来的二次电子的电子入射面的半导体电子检测元件；电子入射面在被接地的框体中相对于支撑半导体电子检测元件的部分位于转换倍增极一侧。

在该离子检测装置中因为不使用闪烁器（荧光体）所以不会产生余辉。于是，在该离子检测装置中如果正离子通过离子进入口而进入到框体内，则该正离子朝着被施加负电位的转换倍增极行进并冲撞到转换倍增极。如果由该正离子的冲撞而从转换倍增极释放出二次电子，则该二次电子入射到半导体电子检测元件的电子入射面并被半导体电子检测元件检测。在此，电子入射面因为是相对于支撑半导体电子检测元件的部分而位于转换倍增极一侧，所以转换倍增极与电子入射面之间的距离更加被缩短。因此，能够提高从转换倍增极释放出来的二次电子的会聚性。再有，因为二次电子的会聚性提高所以变得能够缩小用于接受二次电子的电子入射面面积，并且能够使半导体电子检测元件小型化。通过使半导体电子检测元件小型化，从而就能够提高半导体电子检测元件的响应特性并且能够谋求到低噪音化。因此，根据该离子检测装置，能够谋求到检测精度的提高。

另外，本发明的离子检测装置进一步具备被配置于框体内并具有从转换倍增极行进到半导体电子检测元件的二次电子所通过的电子通过口的覆盖电极；半导体电子检测元件也可为雪崩光电二极管（avalanche photodiode）。

在该离子检测装置中，如果正离子通过离子进入口行进到框体内，则该正离子朝着被施加负电位的转换倍增极行进并冲撞到转换倍增极。如果由该正离子的冲撞而从转换倍增极释放出二次电子，则该二次电子通过覆盖电极的电子通过口入射到雪崩光电二极管的电子入射面并被雪崩光电二极管检测。这样，因为通过使用雪崩光电二极管，从而变得不需要将二次电子变换成光的闪烁器和将该光导光到例如光电子倍增管的光导等，所以能够谋求到结构的单纯化。而且，雪崩光电二极管与例如光电子倍增管相比，因为相对来说倍增波动少且能够检测的离子数多，所以能够谋求到信噪比（以下称之为“SN比”）的提高以及动态范围（以下称之为“D范围”）的扩大。因此，根据该离子检测装置，能够谋求检测精度的提高以及结构的单纯化。

在此，电子入射面在从转换倍增极与电子入射面相对的方向进行观察的情况下可以包含电子通过口。根据该结构，二次电子冲撞到半导体电子检测元件中的电子入射面以外的部分从而半导体电子检测元件发生劣化的情况能够被抑制。

还有，在进一步具备覆盖电极并且半导体电子检测元件为雪崩光电二极管的情况下，二次电子冲撞到雪崩光电二极管当中的电子入射面以外的部分从而半导体电子检测元件发生劣化的情况能够被抑制。

另外，覆盖电极可以是容纳半导体电子检测元件的外壳（package）的一部分。根据该结构，能够将外壳的一部分作为覆盖电极来作有效利用，从而能够进一步谋求到结构的单纯化。

另外，覆盖电极可以与被接地的框体电连接。根据该结构，能够谋求到框体以及覆盖电极的电气稳定化。

另外，在离子进入口可以张设有被施加负电位的第1网状物。根据该结构，则能够抑制对离子进入口内形成正电场并且能够提高转换倍增极上的正离子的入射效率。

此时，在离子进入口以相对于第1网状物位于外侧的形式张设有第2网状物，在第2网状物上可以以绝对值小于被施加于第1网状物的电位的形式施加正电位。根据该结构，能量比较低的正离子被逐回从而变成只有能量比较高的正离子通过离子进入口。此时，负离子由被施加负电位的第1网状物逐回。成为噪音的正离子的能量与应该被检测出的正离子的能量相比因为多数相对较低，所以通过防止能量比较低的正离子的向框体内的进入，从而就能够提高离子检测装置的SN比。

另外，成为与框体相同电位的一对电极构件被配置为，在框体内可以相对于转换倍增极以及电子入射面而位于离子进入口一侧，并且在从离子进入口一侧进行观察的情况下在与转换倍增极和电子入射面的相对方向大致相垂直的方向上夹持离子进入口。根据该结构，例如即使离子进入口被形成为，具有将一对电极构件的相对方向的方向作为长边方向的截面形状，也能够会聚朝向转换倍增极的正离子轨道，并且能够提高转换倍增极上的正离子入射效率。

另外，本发明一个观点的离子检测装置是一种检测正离子以及负离子的离子检测装置，且具备：设置有使正离子以及负离子进入的离子进入口的框体、被配置于框体内并且被施加负电位的转换倍增极、被配置于框体内并具有与转换倍增极相对并且入射从转换倍增极释放出来的二次电子的电子入射面的半导体电子检测元件、被配置于框体内并具有从转换倍增极行进到半导体电子检测元件的二次电子所通过的电子通过口的覆盖电极；至少在覆盖电极上施加正电位并且电子入射面在被接地的框体中相对于支撑半导体电子检测元件的部分位于转换倍增极一侧。

在该离子检测装置中因为不使用闪烁器（荧光体），所以不会产生余辉。于是，在该离子检测装置中如果正离子通过离子进入口而进入到框体内，则该正离子朝着被施加负电位的转换倍增极行进并冲撞到转换倍增极。如果由该正离子的冲撞而从转换倍增极释放出二次电子，则该二次电子入射到半导体电子检测元件的电子入射面并被半导体电子检测元件检测。另外，如果负离子通过离子进入口而进入到框体内，则该负离子朝着被施加正电位的覆盖电极行进并冲撞到覆盖电极。由该负离子的冲撞而从覆盖电极释放出正离子，并且该正离子朝着被施加负电位的转换倍增极行进并冲撞到转换倍增极。如果由该正离子的冲撞而从转换倍增极释放出二次电子，则该二次电子入射到半导体电子检测元件的电子入射面并被半导体电子检测元件检测。在此，电子入射面因为是相对于支撑半导体电子检测元件的部分而位于转换倍增极一侧，所以转换倍增极与电子入射面之间的距离更加被缩短。因此，能够提高从转换倍增极释放出来的二次电子的会聚性。再有，因为二次电子的会聚性提高所以变得能够缩小用于接受二次电子的电子入射面面积，能够使半导体电子检测元件小型化。通过使半导体电子检测元件小型化，从而就能够提高半导体电子检测元件的响应特性并且能够谋求到低噪音化。因此，根据该离子检测装置，能够谋求检测精度的提高。

另外，在覆盖电极以及所述电子入射面上施加正电位，并且半导体电子检测元件可以是雪崩光电二极管。

在该离子检测装置中如果正离子通过离子进入口而进入到框体内，则该正离子朝着被施加负电位的转换倍增极行进并冲撞到转换倍增极。如果由该正离子的冲撞而从转换倍增极释放出二次电子，则该二次电子通过覆盖电极的电子通过口入射到雪崩光电二极管的电子入射面并被雪崩光电二极管检测。另外，如果负离子通过离子进入口而进入到框体内，则该负离子朝着被施加正电位的覆盖电极以及雪崩光电二极管的电子入射面行进并冲撞到覆盖电极以及电子入射面。由该负离子的冲撞而从覆盖电极以及电子入射面释放出正离子并且该正离子朝着被施加负电位的转换倍增极行进并冲撞到转换倍增极。如果由该正离子的冲撞而从转换倍增极释放出二次电子，则该二次电子通过覆盖电极的电子通过口入射到雪崩光电二极管的电子入射面并被雪崩光电二极管检测。这样，因为通过使用雪崩光电二极管从而变得不需要将二次电子变换成光的闪烁器和将该光导向例如光电子倍增管的光导等，所以能够谋求到结构的单纯化。而且，雪崩光电二极管与例如光电子倍增管相比，因为相对来说倍增波动少且能够检测的离子数多，所以能够谋求到信噪比（以下称之为“SN比”）的提高以及动态范围（以下称之为“D范围”）的扩大。因此，根据该离子检测装置，能够谋求到检测精度的提高以及结构的单纯化。

在此，转换倍增极以及电子入射面相对于离子进入口能够以大致垂直于连结转换倍增极和电子入射面的基准线的规定的面包含离子进入口的中心线的形式进行定位，以由转换倍增极形成的负的等电位面和至少由覆盖电极形成的正的等电位面关于规定的面成为大致对称的形式将负电位施加于转换倍增极并且将正电位至少施加于覆盖电极。根据该结构，则能够会聚朝向转换倍增极的正离子轨道、朝向覆盖电极的负离子轨道、以及朝向半导体电子检测元件的电子入射面的二次电子的轨道，并且能够提高在转换倍增极上的正离子的入射效率、在覆盖电极上的负离子的入射效率、以及在半导体电子检测元件的电子入射面上的二次电子的入射效率。

还有，在覆盖电极以及所述电子入射面上施加正电位并且在半导体电子检测元件为雪崩光电二极管的情况下，能够会聚朝向转换倍增极的正离子轨道、朝向覆盖电极以及雪崩光电二极管的电子入射面的负离子轨道、以及朝向雪崩光电二极管的电子入射面的二次电子的轨道，并且能够提高在转换倍增极上的正离子的入射效率、在覆盖电极以及雪崩光电二极管的电子入射面上的负离子的入射效率、以及在雪崩光电二极管的电子入射面上的二次电子的入射效率。

另外，电子入射面可以在从转换倍增极与电子入射面相对的方向进行观察的情况下包含电子通过口。根据该结构，二次电子冲撞到半导体电子检测元件中的电子入射面以外的部分从而半导体电子检测元件发生劣化的情况被抑制。

还有，在覆盖电极以及所述电子入射面上施加正电位并且在半导体电子检测元件为雪崩光电二极管的情况下，二次电子冲撞到雪崩光电二极管中的电子入射面以外的部分从而雪崩光电二极管发生劣化的情况被抑制。

另外，覆盖电极可以是容纳半导体电子检测元件的外壳的一部分。根据该结构，能够将外壳的一部分作为覆盖电极来进行有效利用，从而进一步谋求到结构的单纯化。

另外，覆盖电极可以与被接地的框体电绝缘。根据该结构，能够谋求到框体的电气稳定化。

另外，在离子进入口可以张设有被选择性地施加正电位以及负电位的第1网状物。根据该结构，通过在使正离子进入到框体内并检测该正离子的情况下将负电位施加于第1网状物，从而就能够抑制向离子进入口内的正的电场的形成，并且能够提高转换倍增极上的正离子的入射效率。另外，通过在使负离子进入到框体内并检测该负离子的情况下，将正电位施加于第1网状物，从而就能够抑制向离子进入口内的负的电场的形成，并且能够提高覆盖电极上的负离子的入射效率。

还有，在覆盖电极以及所述电子入射面上施加正电位，通过在半导体电子检测元件为雪崩光电二极管的情况下并且在使正离子进入到框体内并检测该正离子的情况下，将负电位施加于第1网状物，从而就能够抑制向离子进入口内的正的电场的形成，并且能够提高转换倍增极上的正离子的入射效率。另外，通过在使负离子进入到框体内并检测该负离子的情况下，将正电位施加于第1网状物，从而就能够抑制向离子进入口内的负的电场的形成，并且能够提高覆盖电极以及雪崩光电二极管的电子入射面上的负离子的入射效率。

此时，在离子进入口以相对于第1网状物位于外侧的形式张设有第2网状物，在第2网状物上可以以电位绝对值小于被施加于第1网状物的电位的形式并且以与被施加于第1网状物的电位极性相反的形式选择性地施加正电位以及负电位。根据该结构，通过在使正离子进入到框体内并检测该正离子的情况下，将正电位施加于第2网状物，从而就能够逐回能量比较低的正离子并且只让能量比较高的正离子通过。此时，负离子被施加了负电位的第1网状物逐回。另外，通过在使负离子进入到框体内并检测该负离子的情况下，将负电位施加于第2网状物，从而就能够逐回能量比较低的负离子并且只让能量比较高的负离子通过。此时，正离子被施加了正电位的第1网状物逐回。成为噪声的离子的能量因为与应该检测出的离子能量相比，多数相对较低，所以通过防止能量比较低的离子进入到框体内，从而能够提高离子检测装置的SN比。

另外，成为与框体相同电位的一对电极构件可以被配置为，在框体内相对于转换倍增极以及电子入射面而位于离子进入口一侧，并且在从离子进入口一侧进行观察的情况下在与转换倍增极和电子入射面的相对方向大致相垂直的方向上夹持离子进入口。根据该结构，例如即使离子进入口被形成为，具有将一对电极构件的相对方向的方向作为长边方向的截面形状，也能够会聚朝向转换倍增极的正离子轨道以及朝向覆盖电极的负离子轨道，并且能够提高转换倍增极上的正离子的入射效率以及覆盖电极上的负离子入射效率。

还有，在覆盖电极以及所述电子入射面上施加正电位并且在半导体电子检测元件为雪崩光电二极管的情况下，例如即使离子进入口被形成为，具有将一对电极构件的相对方向的方向作为长边方向的截面形状，也能够会聚朝向转换倍增极的正离子轨道、朝向覆盖电极以及雪崩光电二极管的电子入射面的负离子轨道，并且能够提高转换倍增极上的正离子入射效率、覆盖电极以及雪崩光电二极管的电子入射面上的负离子入射效率。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的离子检测装置的纵截面图。

图2是表示第1实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

图3是本发明的第2实施方式以及第3实施方式的离子检测装置的纵截面图。

图4是表示第2实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

图5是表示第3实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

图6是本发明的第4实施方式的离子检测装置的纵截面图。

图7是表示第4实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

图8是本发明的第5实施方式的离子检测装置的纵截面图。

图9是表示第5实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

图10是表示等电位面以及离子和二次电子的轨道的离子检测装置的纵截面图。

图11是本发明的第6实施方式以及第7实施方式的离子检测装置的纵截面图。

图12是表示第6实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

图13是表示第7实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

图14是本发明的第8实施方式的离子检测装置的纵截面图。

图15是表示第8实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

具体实施方式

以下是参照附图并就为了实施本发明的方式作详细说明。在各个图面的说明中将相同的符号标注于相同要素上从而避免重复的说明。

（第1实施方式）

图1是本发明的第1实施方式的离子检测装置的纵截面图。图2是表示第1实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

如图1所示，离子检测装置1A具备由SUS304（不锈钢）构成的长方体箱状的腔室（框体chamber）2。在腔室2的侧壁2a设置有使正离子进入的截面圆形状（例如直径为10mm左右）的离子进入口3。在与侧壁2a相对的腔室2的侧壁2b设置有在从侧壁2a与侧壁2b的相对的方向进行观察的情况下包含离子进入口3的开口5，在开口5上以沿着侧壁2b的内表面的形式张设有由SUS构成的网状物6。在腔室2的顶壁2c的外表面上配置有由PEEK（聚醚醚酮）树脂构成的绝缘构件7，在腔室2的底壁2d的外表面上配置有由PEEK树脂构成的绝缘构件8。在绝缘构件8的外表面上配置有由玻璃环氧树脂构成的泄漏（bleeder）基板17。泄漏基板17是以覆盖绝缘构件8的外表面的大致整个面的形式进行配置的。

离子检测装置1A被支撑在支撑台（没有图示）上。支撑台具备由PEEK树脂构成的台座、被配置于离子检测装置1A与台座之间的脚部18。脚部18的一端被安装于泄漏基板17的外表面。脚部18的另一端被安装于支撑台上。

在腔室2内配置有由所谓SUS304的高离子-电子转换材料构成的圆柱状（例如直径12mm左右）的转换倍增极9（以下称之为“CD9”）。CD9通过被设置于腔室2的顶壁2c的开口11夹持由PEEK树脂构成的垫片，并被螺丝29等固定于绝缘构件7。螺丝29是由SUS304所构成，也可以作为将电压提供给CD9的端子来进行使用。

再有，在腔室2内以被配置于管座（stem）21上的状态配置有雪崩光电二极管30（以下称之为“APD30”）。APD30为背面照射型的半导体电子检测元件。APD30具有与CD9相对并且从CD9放出的二次电子进行入射的电子入射面30a。

分别在腔室2的底壁2d以及绝缘构件8以进行连续的形式设置开口12以及开口13，开口12以及开口13从腔室2的内侧被管座21堵塞。另外，开口12以及开口13从绝缘构件8的外表面被泄漏基板17堵塞。

在腔室2内配置有由科伐铁镍钴合金（kovar）构成的圆板状的管座21。在腔室2的底壁2d的内表面上以从该内表面突出的形式一体性地设置有环状的定位部14，管座21的外缘部以镶嵌于定位部14内侧的状态被气密性地接合于底壁2d。定位部14因为与腔室2一体地进行设置，所以在电气上与腔室2同电位。

定位部14具有与管座21的背面21a相接触的支撑面14a。支撑面14a较腔室2的底壁2d位于CD9一侧。被配置于像这样的定位部14的管座21较腔室2的底壁2d位于CD9一侧。因此，被配置于管座21的APD30的电子入射面30a，在被接地的腔室2中通过管座21并相对于支撑APD30的部分的定位部14而位于CD9一侧。在此，在被接地的腔室2中支撑APD30的部分为腔室2的定位部14。定位部14通过管座21间接地支撑APD30。该定位部14与腔室2的底壁2d一体化。另外，定位部14与被接地的腔室2同电位。被一体化或者被固定于腔室2并且在电气上与腔室2同电位的部分为腔室2的一部分。

接着，就CD9和管座21的配置作如下详细说明。与腔室2的底壁2d相对的CD9的主面9a在沿着基准线RL的方向上从腔室2的顶壁2c只隔开5mm～15mm。例如，CD9的主面9a从腔室2的顶壁2c只隔开12mm。另外，与CD9的主面9a相对的管座21的主面21b在沿着基准线RL的方向上从腔室2的底壁2d只隔开5mm～15mm。例如，管座21的主面21b从腔室2的底壁2d只隔开12mm。如后面所述腔室2因为被连接成接地电位，所以腔室2的电位被维持在0V。因此，在本实施方式中从CD9的主面9a到管座21的主面21b为止的距离被设定成10mm～25mm，例如17.8mm。

另外，连结CD9的中心点以及APD30的电子入射面30a的中心点的基准线RL与离子进入口3的中心线CL大致相垂直。换言之，如果将大致垂直于基准线RL并且包含中心线CL的规定的面作为基准面RP，则以大致垂直于基准线RL的基准面RP包含中心线CL的形式，相对于离子进入口3对CD9以及APD30的电子入射面30a进行定位。还有，在CD9上与电子入射面30a相对的凹曲面的曲率半径例如为8.5mm左右。

如图2所示，APD30具有矩形板状的低浓度p型硅基板31。在硅基板31的电子入射侧的表面层上形成有高浓度p层32。硅基板31的电子入射侧的相反侧的表面层上，从电子入射侧按顺序形成p层33以及高浓度n层34，从而实现pn接合。在高浓度p层32的电子入射侧的表面上，以环状形成与高浓度p层32电连接的p电极35。在APD30中从p电极35的内侧区域向电子入射侧露出的高浓度p层32的表面成为电子入射面30a。在高浓度n层34的电子入射侧的相反侧的表面上，以环状形成与高浓度n层34电连接的n电极36。还有，在高浓度n层34的电子入射侧的相反侧的表面上，以覆盖n电极36外侧区域的形式形成硅氧化膜37。

APD30相对于被配置于管座21上的插入式（interposer）基板38的配线39，通过被配置成环状的多个凸点41被电连接并且被固定。多个引接针43、44通过由玻璃等构成的绝缘构件42而贯通于管座21。引接针43为逆向偏压电压施加用的引针，且通过导线45而与APD30的p电极35电连接。引接针44为信号输出用的引针，且通过导线45而与插入式基板38的配线39电连接。还有，引接针43的外侧端部通过腔室2的底壁2d的开口12以及绝缘构件8的开口13而被连接于泄漏基板17的逆向偏压电压施加用的端子。引接针44的外侧端部通过开口12以及开口13而被连接于泄漏基板17的信号输出用端子。

另外，引接针46贯通于管座21。引接针46不通过绝缘构件42而被直接固定于管座21。即，引接针46与管座21电连接。另外，引接针43、44因为是通过绝缘构件42而被固定于管座21，所以引接针43、44与管座21被电绝缘。引接针46是将管座21连接于接地电位的连接用引针。引接针46的外侧的端部通过腔室2的底壁2d的开口12以及绝缘构件8的开口而被连接于泄漏基板17的接地电位端子。还有，在本实施方式的离子检测装置1A中，因为管座21被直接固定于腔室2，所以管座21与接地电位连接。为此，引接针46如果是对应于必要而被配置于管座21即可。根据配置有引接针46的结构，则能够更加切实地将管座21连接到接地电位。另外，根据没有配置引接针46的结构，则能够对离子检测装置1A的结构实施单纯化。

以以上所述形式进行构成的离子检测装置1A，例如被安装于抽真空的装置内（质量分析装置内等）的规定位置，从而检测正离子。此时，在离子检测装置1A中，腔室2接地并被维持在0V。此时，因为管座21被接合于腔室2的底壁2d并且在管座21上设置有接地用的引接针46，所以管座21也被维持在0V。另外，相对于0V的腔室2以及管座21将负电位（例如-10kV）施加于CD9。再有，在APD30上通过引接针44n电极36被控制在0V，与此相对，负电位（例如-400V）通过引接针43作为逆向偏压电压被施加于p电极35。

在该状态下如果正离子通过离子进入口3进入到腔室2内，则该正离子向被施加负电位（例如-10kV）的CD9行进，并冲撞到CD9。如果由该正离子的冲撞而从CD9释放出二次电子，则该二次电子入射到APD30的电子入射面30a，并被APD30检测。更为详细的是从CD9释放出的二次电子不贯通网状物等构件而直接入射到APD30的电子入射面30a。例如，CD9与管座21的电位差（加速电压）如果是10kV，则入射到APD30的电子的能量变成10keV。此时，在APD30中，在硅基板31上从入射的1个电子生成2000个左右的电子-空穴对（增益2000倍左右），进一步在雪崩（avalanche）层的p层33以及高浓度n层34上获得50倍程度的增益（总增益为10万倍的左右）。

在该离子检测装置1A中电子入射面30a因为是相对于支撑具有电子入射面30a的APD30的定位部14而位于CD9一侧，所以进一步缩短了CD9与电子入射面30a之间的距离。因此，能够提高从CD9释放出的二次电子的会聚性。再有，因为二次电子的会聚性有所提高，所以能够缩小用于接受二次电子的电子入射面30a的面积，并且能够对APD30实施小型化。由APD30的小型化而能够提高APD30响应特性并且能够谋求到低噪声化。因此，根据该离子检测装置1A，能够谋求检测精度的提高。

另外，管座21与被接地的腔室2电连接。由此，就能够谋求到腔室2以及管座21的电气稳定化。

（第2实施方式）

接着，就第2实施方式所涉及的离子检测装置作如下说明。图3是本发明的第2实施方式以及第3实施方式的离子检测装置的纵截面图。图4是表示第2实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

第2实施方式所涉及的离子检测装置1B在管座21相对于腔室2而不发生直接接触并与腔室2相电绝缘的这一点上与离子检测装置1A不相同（参照图3）。另外，离子检测装置1B在引接针44与管座21电连接的这一点上与离子检测装置1A不相同（参照图4）。

如图3所示，在离子检测装置1B的腔室2内配置有管座21。管座21具有较被设置于腔室2底壁2d的开口12的孔径以及被设置于绝缘构件8的开口13的孔径更小的外形。管座21以管座21的背面21a位于较腔室2底壁2d更内侧的形式被配置于腔室2内。管座21是由引接针43、44而被支撑。在此，在被接地的腔室2中支撑APD30的部分是腔室2的底壁2d。腔室2的底壁2d通过绝缘构件8、泄漏基板17、引接针43、44以及管座21间距地支撑APD30。

如图4所示，引接针44通过被直接固定于管座21从而与管座21电连接。引接针44是电连接于n电极36的引针。因此，与引接针44电连接的管座21成为与n电极同电位。

该离子检测装置1B是电连接引接针44和管座21。根据该结构，因为没有必要具有为了对管座21进行接地的引接针46，所以能够减少被设置于管座21的引接针的数量。因此，能够对离子检测装置1B的结构实施单纯化。

另外，管座21的电位因为相对于腔室2的接地电位为电绝缘，所以能够减少可能从腔室2混入的噪声的影响。

（第3实施方式）

接着，就第3实施方式所涉及的离子检测装置作如下说明。图5是表示第3实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

第3实施方式所涉及的离子检测装置1C在管座21与腔室2电绝缘的这一点上与离子检测装置1A不同（参照图3）。另外，离子检测装置1C在引接针43与管座21电连接的这一点上与离子检测装置1B不同（参照图5）。

引接针43通过被直接固定于管座21从而与管座21电连接。引接针43为被连接于p电极35的引针。因此，与引接针43电连接的管座21成为与p电极同电位。

根据该离子检测装置1C，与第2实施方式所涉及的离子检测装置1B相同，管座21的电位因为相对于腔室2的接地电位为电绝缘，所以能够减少可能从腔室2混入的噪音影响。

（第4实施方式）

接着，就第4实施方式所涉及的离子检测装置作如下说明。图6是本发明的第4实施方式的离子检测装置的纵截面图。图7是表示第4实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

第4实施方式所涉及的离子检测装置1D在管座21与腔室2电绝缘的这一点上与离子检测装置1A不同。另外，离子检测装置1D在盖22被设置于管座21上的这一点上与离子检测装置1A～1C不同（参照图6）。另外，离子检测装置1D在引接针44与管座21电连接的这一点上与离子检测装置1A不同。另外，离子检测装置1D在取代背面入射型的APD30而成为表面入射型的APD30D的这一点上与离子检测装置1A不同（参照图7）。

如图6所示，在离子检测装置1D的腔室2内配置有外壳20。外壳20被引接针43、44支撑于腔室2内。更为详细的是以管座21的背面21a较腔室2的底壁2d更位于CD9一侧的形式被配置于腔室2内。在此，在被接地的腔室2中支撑APD30D的部分为腔室2的底壁2d。腔室2的底壁2d通过绝缘构件8、泄漏基板17、引接针43、44以及管座21而间接地支撑APD30D。

外壳20具有管座21以及由SUS构成的圆筒状盖22。盖22的管座21一侧的端部成为向外的凸缘22a，盖22的与管座21相反侧的端部成为向内的凸缘22b。盖22的外形具有与管座21的外形大致相同的形状。外壳20是以管座21的背面20a较腔室2的底壁2d更位于内侧的形式被配置于腔室2内。外壳20的盖22是盖22的向内的凸缘22b的内侧区域作为从CD9行进到APD30D的二次电子所通过的截面圆形状（例如直径为3mm左右）的电子通过口16来行使其功能的。电子入射面30a在从CD9与电子入射面30a的相对的方向进行观察的情况下包含电子通过口16（参照图7的两点划线）。还有，盖22与APD30D相同是通过管座21而被绝缘构件8、泄漏基板17以及引接针43、44支撑的构件。因此，盖22并不相当于支撑APD30D的部分。

如图7所示，APD30D是表面入射型的半导体电子检测元件。APD30D具有矩形板状的高浓度n型硅基板51。在硅基板51的电子入射侧的表面层上按下述顺序形成有n层52以及p层53并实现pn结。即，在APD30D中pn结部位于电子入射侧。再有，在p层53的上面形成有高浓度p型硅层54。另外，在p层53以及高浓度p型硅层54的上面以环状形成有氧化硅模55。于是，在高浓度p型硅层54以及氧化硅膜55的上面以环状形成有与高浓度p型硅层54电连接的p电极56。在APD30D中从p电极56的内侧区域向电子入射侧露出的高浓度p型硅层54的表面成为电子入射面30a。在与硅基板51的电子入射侧相反侧的表面层上形成有n电极57。n电极57与插入式基板38的配线39电连接。另外，在APD30D中形成有围绕氧化硅膜55的沟槽58。沟槽58具有经p层53以及n层52到达高浓度n型硅基板51的深度。根据该沟槽58，能够提升pn结部上的耐压性。在该APD30D中如果电子入射到电子入射面30a，则在高浓度p型硅层54以及p层53上生成电子-空穴对。所生成的电子在pn结部的界面（雪崩层）上被放大输出。

引接针43通过导线45而与APD30D的p电极56电连接。引接针44通过导线45而与插入式基板38的配线39电连接。引接针44通过被直接固定于管座21从而与管座21电连接。引接针44是被连接于n电极57的引针。因此，与引接针44电连接的管座21成为与n电极57同电位。再有，被固定于管座21的盖22与管座21同电位，即成为与n电极36同电位。通过引接针44将0V施加于n电极36。因此，管座21以及盖22的电位成为0V。

该离子检测装置1D因为具备盖22，所以二次电子冲撞到APD30D中的电子入射面30a以外的部分从而APD30D发生劣化的情况就能够被抑制。

（第5实施方式）

接着，就第5实施方式所涉及的离子检测装置作如下说明。图8是本发明的第5实施方式的离子检测装置的纵截面图。图9是表示第5实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

如图8所示，第5实施方式所涉及的离子检测装置1具备由SUS（不锈钢）构成的长方体箱状的腔室（框体chamber）2。在腔室2的侧壁2a设置有使正离子进入的截面圆形状（例如直径为10mm左右）的离子进入口3，在离子进入口3上以沿着侧壁2a的内表面的形式张设有由SUS构成的网状物（第1网状物）4。在与侧壁2a相对的腔室2的侧壁2b设置有在从侧壁2a与侧壁2b的相对的方向进行观察的情况下包含离子进入口3的开口5，在开口5上以沿着侧壁2b的内表面的形式张设有由SUS构成的网状物6。在腔室2的顶壁2c的外表面上配置有由PEEK（聚醚醚酮）树脂构成的绝缘构件7，在腔室2的底壁2d的外表面上配置有由PEEK树脂构成的绝缘构件8。

在腔室2内配置有由SUS构成的圆柱状（例如直径为12mm左右）的转换倍增极9（以下称之为“CD9”）。CD9通过被设置于腔室2顶壁2c的开口11被螺丝29等固定于绝缘构件7。再有，在腔室2内以被容纳于外壳20的状态配置雪崩光电二极管30（以下称之为“APD30”）。以分别连接于腔室2的底壁2d以及绝缘构件8的形式设置开口12以及开口13，开口12以及开口13从腔室2的内侧被外壳20堵塞。

外壳20具有由科伐铁镍钴合金构成的圆板状的管座21以及由SUS构成的圆筒状的盖22。盖22的管座21侧的端部成为向外的凸缘22a，盖22的与管座21相反侧的端部成为向内的凸缘22b。在腔室2的底壁2d的内表面上以从该内表面突出的形式一体地设置环状的定位部14，管座21的外缘部与盖22的向外的凸缘22a的接合部以镶嵌于定位部14的内侧的状态被气密性地接合于底壁2d。

APD30具有与CD9相对并且从CD9释放出来的二次电子进行入射的电子入射面30a。相对于此，外壳20的盖22作为覆盖电极15而行使其功能，盖22的向内的凸缘22b的内侧区域是作为从CD9行进到APD30的二次电子所通过的截面圆形状（例如直径为3mm左右）的电子通过口16而行使其功能的。总之，容纳APD30的外壳20的一部分成为被配置于腔室2内的覆盖电极15。电子入射面30a在从CD9与电子入射面30a的相对的方向进行观察的情况下包含电子通过口16（参照图9的两点划线）

在此，连结CD9的中心点和APD30的电子入射面30a的中心点的基准线RL与离子进入口3的中心线CL大致相垂直。换言之，如果将大致垂直于基准线RL并且包含中心线CL的规定面作为基准面RP，则以大致垂直于基准线RL的基准面RP包含中心线CL的形式，相对于离子进入口3对CD9以及APD30的电子入射面30a进行定位。还有，在CD9上与电子入射面30a相对的凹曲面的曲率半径例如为8.5mm左右，该凹曲面的底部与覆盖电极15的电子通过口16的距离（沿着基准线RL的距离）例如为20mm左右。

如图9所示，APD30具有矩形板状的低浓度p型硅基板31。在硅基板31的电子入射侧的表面层上形成有高浓度p层32。在与硅基板31的电子入射侧相反侧的表面层上，从电子入射侧按下述顺序形成p层33以及高浓度n层34，从而实现pn结。在高浓度p层32的电子入射侧的表面上，以环状形成与高浓度p层32电连接的p电极35。在APD30中从p电极35的内侧区域向电子入射侧露出的高浓度p层32的表面成为电子入射面30a。在与高浓度n层34的电子入射侧相反侧的表面上以环状形成与高浓度n层34电连接的n电极36。还有，在与高浓度n层34的电子入射侧相反侧的表面上以覆盖n电极36外侧区域的形式形成硅氧化膜37。

APD30相对于被配置于管座21上的插入式基板38的配线39，通过被配置成环状的多个凸点41被电连接并且被固定。多个引接针43、44通过由玻璃等构成的绝缘构件42而贯通于管座21。引接针43为逆向偏压电压施加用的引针，且通过导线45而与APD30的p电极35电连接。引接针44为信号输出用的引针，且通过导线45而与插入式基板38的配线39电连接。还有，引接针43、44的外侧端部通过腔室2的底壁2d的开口12以及绝缘构件8的开口13而延伸至腔室2的外侧（参照图8）。

以以上所述形式进行构成的离子检测装置1，例如被安装于抽真空的装置内（质量分析装置内等）的规定位置从而检测正离子。在那种情况下，在离子检测装置1中腔室2接地并被维持在0V。此时，因为外壳20接合于腔室2的底壁2d，所以与腔室2电连接的覆盖电极15也被维持在0V。相对于0V的腔室2以及覆盖电极15将负电位（例如-200V）施加于网状物4。另外，相对于0V的腔室2以及覆盖电极15将负电位（例如-10kV）施加于CD9。再有，在APD30上通过引接针44将n电极36控制在0V，与此相对，负电位（例如-400V）通过引接针43作为逆向偏压电压被施加于p电极35。

在该状态下如果正离子通过离子进入口3以及被施加负电位（例如-200V）的网状物4进入到腔室2内，则该正离子向被施加负电位（例如-10kV）的CD9行进，并冲撞到CD9。如果由该正离子的冲撞而从CD9释放出二次电子，则该二次电子通过0V的覆盖电极15的电子通过口16而入射到APD30的电子入射面30a，并被APD30检测。例如，CD9与覆盖电极15的电位差（加速电压）如果是10kV，则入射到APD30的电子的能量变成10keV。此时，在APD30中在硅基板31上从入射的1个电子生成2000个左右的电子-空穴对（增益2000倍左右），进一步在雪崩（avalanche）层的p层33以及高浓度n层34上获得50倍左右的增益（总增益为10万倍左右）。

如以上所说明的那样离子检测装置1因为通过使用APD30，从而变得不再需要将二次电子转换成光的闪烁器和将该光导光到例如光电子倍增管的光导等，所以能够谋求到结构的单纯化。而且，APD30与例如光电子倍增管相比，因为相对来说倍增波动少且能够检测的离子数多，所以能够谋求到SN比的提高以及D范围的扩大。因此，根据离子检测装置1，则能够谋求检测精度的提高以及结构的单纯化。

还有，有关上述SN比的提高，APD30与例如光电子倍增管相比较因为相对来说倍增波动少，所以能够从输出信号的峰值来判别由CD9进行转换的电子数。由此，就能够区分是质量大的离子（在CD9上生成的电子数少的离子）发生冲撞还是质量小的离子发生冲撞。这就牵涉到在质量分析装置中减少噪音的效果。在质量分析装置内等扫描到质量小的离子，在此情况下波高较低低脉冲变成噪音而波高较高的脉冲则变成信号。另外，在质量分析装置内等扫描到质量大的离子，在此情况下波高较低的脉冲成为信号而波高较高的脉冲则变成噪音。

另外，有关上述D范围的扩大，在通过离子进入口3进入到腔室2内的离子数为较多的情况下，APD30与例如光电子倍增管相比能够输出更多的电流。另外，在通过离子进入口3进入到腔室2内的离子数为较少的情况下，也与例如光电子倍增管相同地能够对离子的数量实行计数。

另外，在离子检测装置1中，APD30的电子入射面30a在从CD9与电子入射面30a的相对的方向（即平行于基准线RL的方向）进行观察的情况下，包含覆盖电极15的电子通过口16。由此，二次电子冲撞到APD30中的电子入射面30a以外的部分从而APD30发生劣化的情况就能够被抑制。

另外，容纳APD30的外壳20的一部分（更为详细的是盖22的向内的凸缘22b）成为覆盖电极15。就这样因为外壳20的一部分作为覆盖电极15来进行有效利用，所以这一点也有助于离子检测装置1的结构的单纯化。

另外，覆盖电极15与被接地的腔室2电连接。由此，就能够谋求到腔室2以及覆盖电极15的电气稳定化。

另外，在离子进入口3张设有被施加负电位的网状物4。由此，就能够抑制向离子进入口3内的正电场的形成，并且能够提高CD9上的正离子的入射效率。

还有，离子检测装置1从获得良好的时间特性的观点出发，能够谋求到APD30的小型化。因此，以能够尽可能小地会聚二次电子的形式缩小CD9的凹曲面的曲率半径而提高作为透镜的能力，进一步缩小CD9与APD30的距离。

另外，在离子检测装置1中开口5被设置于与离子进入口3相对的位置，被张设于开口5内侧的网状物6被维持在0V。由此，因为形成了会聚于CD9以及APD30的电子入射面30a的静电透镜，所以能够防止发生起因于中性不带电（neutral）等的噪声。

接着，就CD9上的正离子的入射效率、APD30的电子入射面30a上的二次电子的入射效率以及离子检测装置1上的正离子的检测效率的解析结果作如下说明。对于上述离子检测装置1来说能够获得如图10所表示那样的解析结果。在图10中，在腔室2内扩大的虚线为负的等电位面，从离子进入口3到CD9的实线为正离子的轨道，从CD9到APD30的电子入射面30a的实线为二次电子的轨道。此时，相对于0V的腔室2以及覆盖电极15将-200V施加于网状物4，并将-10kV施加于CD9。再有，在APD30上相对于0V的n电极36将-400V施加于p电极35。

其结果CD9上的正离子的入射效率成为99.2%，APD30的电子入射面30a上的二次电子的入射效率成为99.0%，离子检测装置1上的正离子的检测效率成为99.2%。这样，离子检测装置1能够获得无论入射效率以及检测效率都超过99%的极为良好的解析结果。还有，所谓CD9上的正离子的入射效率是指“到达CD9的正离子”相对于“通过离子进入口3进入到腔室2内的正离子”的比例。所谓APD30的电子入射面30a上的二次电子的入射效率是指“到达电子入射面30a的二次电子”相对于“从CD9释放出的二次电子”的比例。所谓离子检测装置1上的正离子的检测效率是指“到达电子入射面30a的二次电子”相对于“通过离子进入口3进入到腔室2内的正离子”的比例。

以上已就本发明的一个实施方式作了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。例如，作为离子检测装置1的构成部件的形状以及材料并不限定于以上所述的形状以及材料，能够适用各种各样的形状以及材料。另外，具有电子通过口16的覆盖电极15可以不是外壳20的一部分，而可以用与外壳20不相干的独立体来进行设置。

另外，在离子进入口3上以相对于网状物4位于外侧的形式张设有另外的网状物（第2网状物），在这个另外的网状物上可以以电位绝对值小于被施加于网状物4的电位的形式施加正电位（例如+20V）。根据该结构，则能量比较低的正离子被逐回，从而变成只有能量比较高的正离子通过离子进入口3。此时，负离子被施加了负电位的网状物4逐回。成为噪声的正离子的能量，因为与应该检测出的正离子能量相比较低的情况较多，所以通过防止能量比较低的正离子进入到腔室2内，从而就能够提高离子检测装置1的SN比。但是，即使在离子进入口3上不张设有任何网状物，如果与现有的相比较也能够在APD30上谋求到SN比的提高以及D范围的扩大。

另外，成为与腔室2相同电位的一对电极构件也可以被配置为，在腔室2内相对于CD9以及APD30的电子入射面30a而位于离子进入口3一侧，并且在从离子进入口3一侧（即平行于中心线CL的方向）进行观察的情况下，在与CD9和电子入射面30a的相对的方向大致相垂直的方向上夹持离子进入口3。根据该结构，例如即使离子进入口3被形成为具有将一对电极构件进行相对的方向作为长边方向的截面形状，也能够会聚朝向CD9的正离子轨道，并能够提高CD9上的正离子的入射效率。

（第6实施方式）

接着，就第6实施方式所涉及的离子检测装置作如下说明。图11是本发明的第6实施方式以及第7实施方式的离子检测装置的纵截面图。图12是表示第6实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

离子检测装置1E在除了检测正离子之外进一步检测负离子的这一点上与第1实施方式所涉及的离子检测装置1A不同。离子检测装置1E在管座21与腔室2电绝缘的这一点上与离子检测装置1A不同（参照图11）。另外，离子检测装置1E在引接针44与管座21电连接的这一点上与离子检测装置1A不同（参照图12）。

如图11所示，在离子检测装置1E的离子进入口3上以沿着侧壁2a的内表面的形式张设有由SUS构成的网状物（第1网状物）4。腔室2的开口12以及绝缘构件8的开口13从腔室2的外侧被线路基板10堵塞。线路基板10被气密性地固定于绝缘构件8的开口13内。另外，在离子检测装置1E中，相对于线路基板10经由由PEEK树脂构成的垫片而设置线路基板10B。

外壳20被配置于腔室2内，并且以与腔室2电绝缘的状态被支撑于线路基板10上。更为详细的是离子检测装置1E具备由PEEK树脂构成的绝缘构件19。绝缘构件19具有被配置于绝缘构件8的外表面上的基部19a、沿着开口12以及开口13的内壁进行配置的立起部19b。从基部19a竖立设置的立起部19b的一个端部延伸到腔室2的内部。在腔室2的内部侧的一个端部上设置有为了支撑外壳20的定位部14E，管座21的外缘部以被镶嵌于定位部14E的内侧的状态气密性地接合于底壁2d。

定位部14E具有与管座21的背面21a相接触的支撑面14Ea。支撑面14Ea较腔室2的底壁2d更加位于CD9一侧。被配置于像这样的定位部14E的管座21较腔室2的底壁2d更加位于CD9一侧。因此，被配置于管座21的APD30的电子入射面30a，在被接地的腔室2中相对于通过管座21来支撑APD30的部分而位于CD9一侧。在此，在被接地的腔室2中支撑APD30的部分为腔室2的底壁2d。腔室2的底壁2d通过绝缘构件8、19以及管座21间接地支撑APD30。还有，绝缘构件19间接地被固定于腔室2，但是不与腔室2同电位。因此，绝缘构件19在被接地的腔室2中不相当于支撑APD30的部分。另外，盖22与APD30相同是通过管座21进行支撑的构件。因此，盖22不相当于支撑APD30的部分。

在此，已就CD9和外壳20的配置作了详细的说明。与腔室2的底壁2d相对的CD9的主面9a从腔室2的顶壁2c在沿着基准线RL的方向上只隔开5mm～15mm。例如，CD9的主面9a从腔室2的顶壁2c只隔开12mm。另外，与CD9的主面9a相对的盖22的凸缘22b，从腔室2的底壁2d在沿着基准线RL的方向上只隔开5mm～15mm。例如盖22的凸缘22b从腔室2的底壁2d只隔开12mm。因此，在本实施方式中从CD9的主面9a到盖22的凸缘22b为止的距离被设定成10mm～25mm，例如为19.5mm。

如图12所示，引接针44通过被直接固定于管座21从而与管座21电连接。引接针44是电连接于n电极36的引针。因此，与引接针44电连接的管座21成为与n电极同电位。

以以上所述形式进行构成的离子检测装置1E，例如被安装于抽真空的装置内（质量分析装置内等）的规定的位置，从而检测正离子以及负离子。在那种情况下，在离子检测装置1E中腔室2接地并被维持在0V。相对于0V的腔室2将正电位（例如+200V）以及负电位（例如-200V）选择性地施加于网状物4。另外，相对于0V的腔室2将负电位（例如-10kV）施加于CD9。再有，在APD30上通过引接针44将正电位（例如+10kV）施加于n电极36。此时，通过引接针44将正电位（+10kV）施加于与0V的腔室2电绝缘的外壳20（即管座21以及盖22（覆盖电极15））。另外，正电位（例如+9.6kV）作为逆向偏压电压通过引接针43被施加于p电极35。

由此，由CD9形成的负的等电位面与由覆盖电极15以及APD30的电子入射面30a形成的正的等电位面关于基准面RP的面为大致对称。总之，至少基准面RP与基准线RL的交点附近（即离子进入口3的中心线CL与基准线RL的交点附近）为大致0V。

在离子检测装置1E检测正离子的情况下，将负电位（例如-200V）施加于网状物4。于是，如果正离子通过离子进入口3以及被施加负电位（例如-200V）的网状物4进入到腔室2内，则该正离子向被施加负电位（例如-10kV）的CD9行进，并冲撞到CD9。如果由该正离子的冲撞而从CD9释放出二次电子，则该二次电子通过施加了正电位（例如+10kV）的覆盖电极15的电子通过口16入射到施加了正电位（例如+9.6kV）的APD30的电子入射面30a，并且被APD30检测。例如，如果CD9与覆盖电极15的电位差（加速电压）是20kV，则入射到APD30的电子能量成为20keV。此时，在APD30中在硅基板31上从入射的1个电子生成4000个左右的电子-空穴对（增益4000倍左右），进一步在雪崩（avalanche）层的p层33以及高浓度n层34上获得50倍左右的增益（总增益为20万倍左右）。

另外，在离子检测装置1E检测负离子的情况下，将正电位（例如+200V）施加于网状物4。于是，如果负离子通过离子进入口3以及被施加正电位（例如+200V）的网状物4进入到腔室2内，则该负离子向被施加正电位（例如+10kV）的覆盖电极15以及被施加正电位（例如+9.6kV）的APD30的电子入射面30a行进，并冲撞到覆盖电极15以及电子入射面30a。由该负离子的冲撞而从覆盖电极15以及电子入射面30a释放出正离子，并且该正离子朝着施加了负电位（例如-10kV）的CD9行进，并冲撞到CD9。如果由该正离子的冲撞而从CD9释放出二次电子，则该二次电子通过施加了正电位（例如+10kV）的覆盖电极15的电子通过口16，入射到施加了正电位（例如+9.6kV）的APD30的电子入射面30a，并且被APD30检测。

根据该离子检测装置1E，电子入射面30a因为相对于支撑APD30的部分而位于转换倍增极9一侧，所以转换倍增极9与电子入射面30a之间的距离更加缩短。因此，能够取得与第1实施方式所涉及的离子检测装置1A相同的效果。

另外，根据该离子检测装置1E，相对于管座21以及盖22电连接有引接针44。由此，不设置只是为了将规定的正电位施加于管座21的引接针，就能够施加与n电极36相同的电位。因此，能够对离子检测装置1E的结构实施单纯化。再有，由经由垫片将线路基板10B设置于线路基板10，而使线路基板成为两段结构，并且提高耐压性。

（第7实施方式）

接着，就第7实施方式所涉及的离子检测装置作如下说明。图14是表示第7实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

离子检测装置1F在除了检测正离子之外进一步检测负离子的这一点上与第1实施方式所涉及的离子检测装置1A不同。离子检测装置1F在管座21与腔室2电绝缘的这一点上与离子检测装置1A不同（参照图11）。另外，离子检测装置1F在引接针43与管座21电连接的这一点上与离子检测装置1A不同（参照图13）。

如图13所示，离子检测装置1F的引接针43通过被直接固定于管座21，从而与管座21电连接。引接针43是被连接于p电极35的引针。因此，与引接针43电连接的管座21成为与p电极同电位。根据该离子检测装置1F，则与第6实施方式所涉及的离子检测装置1E相同，因为管座21的电位相对于腔室2的接地电位为电绝缘，所以能够减少可能从腔室2混入的噪声影响。

（第8实施方式）

接着，就第8实施方式所涉及的离子检测装置作如下说明。图14是本发明的第8实施方式的离子检测装置的纵截面图。图15是表示第8实施方式的离子检测装置的相对于雪崩光电二极管的电连接状态的放大图。

如图14所示，离子检测装置1G具备由SUS（不锈钢）构成的长方体箱状的腔室（框体chamber）2。在腔室2的侧壁2a设置有使正离子以及负离子进入的截面圆形状（例如直径为10mm左右）的离子进入口3，在离子进入口3上以沿着侧壁2a的内表面的形式张设有由SUS构成的网状物（第1网状物）4。在与侧壁2a相对的腔室2的侧壁2b，设置有在从侧壁2a与侧壁2b的相对的方向进行观察的情况下包含离子进入口3的开口5，在开口5上以沿着侧壁2b的内表面的形式张设有由SUS构成的网状物6。在腔室2的顶壁2c的外表面上配置有由PEEK（聚醚醚酮）树脂构成的绝缘构件7，在腔室2的底壁2d的外表面上配置有由PEEK树脂构成的绝缘构件8。

在腔室2内配置有由SUS构成的圆柱状（例如直径为12mm左右）的转换倍增极9（以下称之为“CD9”）。CD9通过被设置于腔室2的顶壁2c的开口11被螺丝等固定于绝缘构件7。再有，在腔室2内以被容纳于外壳20的状态配置雪崩光电二极管30（以下称之为“APD30”）。分别在腔室2的底壁2d以及绝缘构件8上设置开口12以及开口13，开口12以及开口13从腔室2的外侧被线路基板10堵塞。线路基板10被气密性地固定于绝缘构件8的外表面。

外壳20具有由科伐铁镍钴合金构成的圆板状的管座21以及由SUS构成的圆筒状的盖22。盖22的管座21一侧的端部成为向外的凸缘22a，盖22的与管座21相反侧的端部成为向内的凸缘22b。外壳20被配置于腔室2内，并且以与腔室2相电绝缘的状态被支撑于线路基板10上。

APD30具有与CD9相对并且从CD9释放出来的二次电子进行入射的电子入射面30a。相对于此，外壳20的盖22作为覆盖电极15而行使其功能，盖22的向内的凸缘22b的内侧区域是作为从CD9行进到APD30的二次电子所通过的截面圆形状（例如直径为3mm左右）的电子通过口16而行使其功能的。总之，容纳APD30的外壳20的一部分成为被配置于腔室2内的覆盖电极15。电子入射面30a在从CD9与电子入射面30a的相对的方向进行观察的情况下包含电子通过口16（参照图15的两点划线）

在此，连结CD9的中心点和APD30的电子入射面30a的中心点的基准线RL与离子进入口3的中心线CL大致相垂直。换言之，如果将大致垂直于基准线RL并且包含中心线CL的规定的面作为基准面RP，则以大致垂直于基准线RL的基准面RP包含中心线CL的形式，相对于离子进入口3对CD9以及APD30的电子入射面30a进行定位。还有，在CD9上与电子入射面30a相对的凹曲面的曲率半径例如为8.5mm左右，该凹曲面的底部与覆盖电极15的电子通过口16的距离（沿着基准线RL的距离）例如为20mm左右。

如图15所示，APD30具有矩形板状的低浓度p型硅基板31。在硅基板31的电子入射侧的表面层上形成有高浓度p层32。在与硅基板31的电子入射侧相反侧的表面层上，从电子入射侧按下述顺序形成p层33以及高浓度n层34，从而实现pn结。在高浓度p层32的电子入射侧的表面上，以环状形成与高浓度p层32电连接的p电极35。在APD30中从p电极35的内侧区域向电子入射侧露出的高浓度p层32的表面成为电子入射面30a。在与高浓度n层34的电子入射侧相反侧的表面上，以环状形成与高浓度n层34电连接的n电极36。还有，在与高浓度n层34的电子入射侧相反侧的表面上以覆盖n电极36外侧区域的形式形成硅氧化膜37。

APD30相对于被配置于管座21上的插入式基板38的配线39通过被配置成环状的多个凸点41被电连接并且被固定。多个引接针43、44通过由玻璃等构成的绝缘构件42而贯通于管座21。引接针43为逆向偏压电压施加用的引针，且通过导线45而与APD30的p电极35电连接。引接针44为信号输出用的引针，且通过导线45而与插入式基板38的配线39电连接。另外，用于将规定电位施加于外壳20（即管座21以及盖22）的引接针46被固定于管座21。还有，引接针43、44、46的外侧的端部与线路基板10电连接，外壳20由这些引接针43、44、46而被支撑于线路基板10上（参照图14）。

以以上所述形式进行构成的离子检测装置1G，例如被安装于抽真空的装置内（质量分析装置内等）的规定的位置，从而检测正离子以及负离子。在那种情况下，在离子检测装置1G中腔室2接地并被维持在0V。此时，通过引接针46将正电位（+10kV）施加于与0V的腔室2相电绝缘的外壳20（即管座21以及盖22（覆盖电极15））。相对于0V的腔室2选择性地将正电位（例如+200V）以及负电位（例如-200V）施加于网状物4。另外，相对于0V的腔室2将负电位（例如-10kV）施加于CD9。再有，在APD30上通过引接针44将正电位（例如+10kV）施加于n电极36，并且正电位（例如+9.6kV）作为逆向偏压电压通过引接针43被施加于p电极35。

由此，由CD9形成的负的等电位面与由覆盖电极15以及APD30的电子入射面30a形成的正的等电位面关于基准面RP的面为大致对称。总之，至少基准面RP与基准线RL的交点附近（即离子进入口3的中心线CL与基准线RL的交点附近）为大致0V。

在离子检测装置1G检测正离子的情况下，将负电位（例如-200V）施加于网状物4。于是，如果正离子通过离子进入口3以及被施加负电位（例如-200V）的网状物4而进入到腔室2内，则该正离子向被施加负电位（例如-10kV）的CD9行进，并冲撞到CD9。如果由该正离子的冲撞而从CD9释放出二次电子，则该二次电子通过施加了正电位（例如+10kV）的覆盖电极15的电子通过口16入射到施加了正电位（例如+9.6kV）的APD30的电子入射面30a，并且被APD30检测。例如，如果CD9与覆盖电极15的电位差（加速电压）是20kV，则入射到APD30的电子能量成为20keV。此时，在APD30中在硅基板31上从入射的1个电子生成4000个左右的电子-空穴对（增益4000倍左右），进一步在雪崩（avalanche）层的p层33以及高浓度n层34上获得50倍左右的增益（总增益为20万倍左右）。

另外，在离子检测装置1G检测负离子的情况下，将正电位（例如+200V）施加于网状物4。于是，如果负离子通过离子进入口3以及被施加正电位（例如+200V）的网状物4进入到腔室2内，则该负离子向被施加正电位（例如+10kV）的覆盖电极15以及被施加正电位（例如+9.6kV）的APD30的电子入射面30a行进，并冲撞到覆盖电极15以及电子入射面30a。由该负离子的冲撞而从覆盖电极15以及电子入射面30a释放出正离子，并且该正离子朝着施加了负电位（例如-10kV）的CD9行进，并冲撞到CD9。如果由该正离子的冲撞而从CD9释放出二次电子，则该二次电子通过施加了正电位（例如+10kV）的覆盖电极15的电子通过口16入射到施加了正电位（例如+9.6kV）的APD30的电子入射面30a，并且被APD30检测。

如以上所说明的那样，离子检测装置1G因为通过使用APD30，从而变得不再需要将二次电子转换成光的闪烁器和将该光导光到例如光电子倍增管的光导等，所以能够谋求到结构的单纯化。而且，APD30与例如光电子倍增管相比，因为相对来说倍增波动少且能够检测的离子数多，所以能够谋求到SN比的提高以及D范围的扩大。因此，根据离子检测装置1G，能够谋求检测精度的提高以及结构的单纯化。

还有，有关上述SN比的提高，APD30与例如光电子倍增管相比较因为相对来说倍增波动少，所以也能够从输出信号的峰值来判别由CD9进行转换的电子数。由此，就能够区分是质量大的离子（在CD9上生成电子数少的离子）发生冲撞还是质量小的离子发生冲撞。这就牵涉到在质量分析装置中减少噪音的效果。在质量分析装置内等扫描到质量小的离子的情况下，波高较低的脉冲变成噪声而波高较高的脉冲则变成信号。另外，在质量分析装置内等扫描到质量大的离子的情况下，波高较低的脉冲成为信号而波高较高的脉冲则变成噪声。

另外，有关上述D范围的扩大，在通过离子进入口3进入到腔室2内的离子数为较多的情况下，APD30与例如光电子倍增管相比能够输出更多的电流。另外，在通过离子进入口3进入到腔室2内的离子数为较少的情况下，也与例如光电子倍增管相同地能够对离子的数量进行计数。

另外，在离子检测装置1G中由CD9形成的负的等电位面与由覆盖电极15以及APD30的电子入射面30a形成的正的等电位面关于基准面RP的面为大致对称。由此，就能够会聚朝向CD9的正离子轨道、朝向覆盖电极15以及电子入射面30a的负离子轨道以及朝向电子入射面30a的二次电子轨道，并能够提高CD9上的正离子的入射效率、覆盖电极15以及电子入射面30a上的负离子的入射效率以及电子入射面30a上的二次电子的入射效率。

另外，APD30的电子入射面30a在从CD9与电子入射面30a的相对的方向（即平行于基准线RL的方向）进行观察的情况下包含覆盖电极15的电子通过口16。由此，二次电子冲撞到APD30中的电子入射面30a以外的部分从而APD30发生劣化的情况就能够被抑制。

另外，容纳APD30的外壳20的一部分（更为详细的是盖22的向内的凸缘22b）成为覆盖电极15。就这样因为外壳20的一部分作为覆盖电极15来进行有效利用，所以这一点也有助于离子检测装置1G的结构的单纯化。

另外，覆盖电极15与被接地的腔室2电绝缘。由此，就能够谋求到腔室2的电气稳定化。

另外，在离子进入口3张设有被选择性地施加正电位以及负电位的网状物4。由此，在使正离子进入到腔室2内并检测该正离子的情况下，通过将负电位施加于网状物4从而就能够抑制向离子进入口3内的正电场的形成，并且能够提高CD9上的正离子的入射效率。另外，在使负离子进入到腔室2并检测该负离子的情况下，通过将正电位施加于网状物4，从而就能够抑制向离子进入口3内的负电场的形成，并且能够提高覆盖电极15以及APD30的电子入射面30a上的负离子的入射效率。

还有，离子检测装置1G从获得良好的时间特性的观点出发能够谋求到APD30的小型化。因此，以能够尽可能小地会聚二次电子的形式缩小CD9的凹曲面的曲率半径而提高作为透镜的能力，进一步缩小CD9与APD30的距离。

另外，在离子检测装置1G中，开口5被设置于与离子进入口3相对的位置，张设于开口5内侧的网状物6被维持在0V。由此，因为形成了会聚于CD9以及APD30的电子入射面30a的静电透镜，所以能够防止发生起因于中性不带电等的噪声。

以上已就本发明的一个实施方式作了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。例如，作为离子检测装置1G的构成部件的形状以及材料并不限定于以上所述的形状以及材料，能够适用各种各样的形状以及材料。另外，具有电子通过口16的覆盖电极15可以不是外壳20的一部分，并且可以用与外壳20不相干的独立体来进行设置。但是，在任一种情况下作为覆盖电极15的材料均可使用从负离子到正离子的转换效率高的材料。

另外，在离子进入口3上以相对于网状物4位于外侧的形式张设有另外的网状物（第2网状物），在该另外的网状物上可以以电位绝对值小于被施加于网状物4的电位的形式并且以被施加以网状物4的电位和极性相反的形式选择性地施加正电位（例如+20V）以及负电位（例如-20V）。根据该结构，则在使正离子进入到腔室2内并检测该正离子的情况下通过将正电位（例如+20V）施加于该另外的网状物，从而就能够逐回能量比较低的正离子并且只让能量比较高的正离子通过。此时，负离子被施加了负电位（例如-200V）的网状物4逐回。另外，在使负离子进入到腔室2内并检测该负离子的情况下，通过将负电位（例如-20V）施加于该另外的网状物，从而就能够逐回能量比较低的负离子并且只让能量比较高的负离子通过。此时，正离子被施加了正电位（例如+200V）的网状物4逐回。成为噪声的正离子能量因为与应该检测出的正离子能量相比较低的情况较多，所以通过防止能量比较低的正离子进入到腔室2内从而就能够提高离子检测装置1G的SN比。但是，即使在离子进入口3上不张设有任何网状物，如果与现有的相比较也能够在APD30上谋求到SN比的提高以及D范围的扩大。

另外，与腔室2成为相同电位的一对电极构件也可以被配置为，在腔室2内以相对于CD9以及APD30的电子入射面30a而位于离子进入口3一侧，并且在从离子进入口3侧（即平行于中心线CL的方向）进行观察的情况下在与CD9和电子入射面30a的相对的方向大致相垂直的方向上夹持离子进入口3。根据该结构，例如即使离子进入口3形成为，具有将一对电极构件进行相对的方向作为长边方向的截面形状，也能够会聚朝向CD9的正离子轨道以及朝向覆盖电极15以及电子入射面30a的负离子轨道，并能够提高CD9上的正离子的入射效率、覆盖电极15以及电子入射面30a上的负离子的入射率。

另外，半导体电子检测元件并不限定于雪崩光电二极管30。对于半导体电子检测元件来说也可以是不具有倍增功能的一般的光电二极管（以下称之为“PD”）。具备PD的离子检测装置1、1A～1G能够获得由电子的入射而产生的电流，也就是说能够做成模拟式的检测方式。另外，PD相对于APD其伴随于温度变化的增益的变动相对稳定。因此，在不要求APD所具有的高增益的情况下或者在不需要离子的单一计数（single counting）的情况下（例如磁场用途），作为半导体电子检测元件可以使用PD。对于像这样的PD来说可以使用例如日本浜松光子学株式会社制的电子线检测用Si光电二极管（S11141、S11142）等。另外，在半导体电子检测元件中还包含具有与APD或者PD相同等的结构的半导体元件。

另外，在上述第4～第8实施方式中，半导体电子检测元件（APD或者PD）既可以是表面入射型也可以是背面入射型。

另外，在上述第1～第8实施方式中，支撑APD30的部分通过管座21间接地支撑APD30，但是并不限定于该结构。支撑APD30的部分也可以不通过管座21来直接支撑APD30。

根据本发明，能够提供一种谋求到检测精度的提高并且结构单纯化的离子检测装置。

Claims (17)

1.一种离子检测装置，其特征在于：

是检测正离子的离子检测装置，

具备：

框体，设置有使所述正离子进入的离子进入口；

转换倍增极，被配置于所述框体内并且被施加负电位；以及

半导体电子检测元件，被配置于所述框体内并具有与所述转换倍增极相对并且入射从所述转换倍增极释放出的二次电子的电子入射面，

所述电子入射面在被接地的所述框体中相对于支撑所述半导体电子检测元件的部分而言位于所述转换倍增极一侧。

2.如权利要求1所述的离子检测装置，其特征在于：

进一步具备覆盖电极，其被配置于所述框体内并具有从所述转换倍增极行进到所述半导体电子检测元件的所述二次电子所通过的电子通过口，

所述半导体电子检测元件为雪崩光电二极管。

3.如权利要求2所述的离子检测装置，其特征在于：

在从所述转换倍增极与所述电子入射面相对的方向进行观察的情况下，所述电子入射面包含所述电子通过口。

4.如权利要求2或者3所述的离子检测装置，其特征在于：

所述覆盖电极是容纳所述半导体电子检测元件的外壳的一部分。

5.如权利要求2～4中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于：

所述覆盖电极与被接地的所述框体电连接。

6.如权利要求1～5中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于：

在所述离子进入口张设有被施加负电位的第1网状物。

7.如权利要求6所述的离子检测装置，其特征在于：

在所述离子进入口以相对于所述第1网状物位于外侧的形式张设有第2网状物，

在所述第2网状物上以绝对值小于被施加于所述第1网状物的电位的形式施加正电位。

8.如权利要求1～7中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于：

成为与所述框体相同电位的一对电极构件被配置为，在所述框体内相对于所述转换倍增极以及所述电子入射面而位于所述离子进入口一侧，并且在从所述离子进入口一侧进行观察的情况下在与所述转换倍增极和所述电子入射面相对的方向大致相垂直的方向上夹持所述离子进入口。

9.一种离子检测装置，其特征在于：

是检测正离子以及负离子的离子检测装置，

具备：

框体，设置有使所述正离子以及所述负离子进入的离子进入口；

转换倍增极，被配置于所述框体内并且被施加负电位；

半导体电子检测元件，被配置于所述框体内并与具有转换倍增极相对并且入射从所述转换倍增极释放出的二次电子的电子入射面；以及

覆盖电极，被配置于所述框体内并具有从所述转换倍增极行进到所述半导体电子检测元件的所述二次电子所通过的电子通过口；

至少在所述覆盖电极上施加正电位，

所述电子入射面在被接地的所述框体中相对于支撑所述半导体电子检测元件的部分而言位于所述转换倍增极一侧。

10.如权利要求9所述的离子检测装置，其特征在于：

在所述覆盖电极以及所述电子入射面上施加正电位，

所述半导体电子检测元件是雪崩光电二极管。

11.如权利要求9或者10所述的离子检测装置，其特征在于：

所述转换倍增极以及所述电子入射面相对于所述离子进入口以大致垂直于连结所述转换倍增极和所述电子入射面的基准线的规定的面包含所述离子进入口的中心线的形式进行定位，

以由所述转换倍增极形成的负的等电位面和至少由所述覆盖电极形成的正的等电位面关于所述规定的面成为大致对称的形式，将负电位施加于所述转换倍增极并且将正电位至少施加于所述覆盖电极。

12.如权利要求9～11中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于：

在从所述转换倍增极与所述电子入射面相对的方向进行观察的情况下，所述电子入射面包含所述电子通过口。

13.如权利要求9～12中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于：

所述覆盖电极是容纳所述半导体电子检测元件的外壳的一部分。

14.如权利要求9～13中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于：

所述覆盖电极与被接地的所述框体电绝缘。

15.如权利要求9～14中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于：

在所述离子进入口张设有被选择性地施加正电位以及负电位的第1网状物。

16.如权利要求15所述的离子检测装置，其特征在于：

在所述离子进入口以相对于所述第1网状物位于外侧的形式张设有第2网状物，

在所述第2网状物上以绝对值小于被施加于所述第1网状物的电位的形式并且以与被施加于所述第1网状物的电位极性相反的形式选择性地施加正电位以及负电位。

17.如权利要求9～16中任意一项所述的离子检测装置，其特征在于：

成为与所述框体相同电位的一对电极构件被配置为，在所述框体内相对于所述转换倍增极以及所述电子入射面而位于所述离子进入口一侧，并且在从所述离子进入口一侧进行观察的情况下在与所述转换倍增极和所述电子入射面相对的方向大致垂直的方向上夹持所述离子进入口。

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