CN104733272A - 一种用于混合型光电探测器的电子光学系统 - Google Patents

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徐鹏霄
温增福
汪述猛
唐光华
戴丽英
唐家业
王旺平
姚勇
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor

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Abstract

本发明是一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，采用三电极聚焦结构，即上电极、上聚焦电极、下聚焦电极，结构还包括：光电阴极、聚焦筒、A陶瓷环、B陶瓷环；其中光电阴极制作在石英玻璃即上电极上，光电阴极与聚焦筒互相导通，聚焦筒与光电阴极电位相同；聚焦筒和上聚焦电极之间以及所述的上聚焦电极与下聚焦电极之间通过A陶瓷环及B陶瓷环控制距离并实现绝缘。优点：该电子光学系统聚焦效果明显，缩小倍率可达7倍以上，可有效将光电阴极上产生的光电子聚焦到尺寸较小的半导体阳极探测器上来，适合混合型光电器件工作特点，并且加工简单、装配方便、可靠性高。

Description

一种用于混合型光电探测器的电子光学系统
技术领域
本发明涉及的是一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，属于真空与半导体混合型光电探测技术领域，可用于混合型光电探测器、具有明显电子聚焦作用。
背景技术
光电探测领域凭借其广泛的应用前景和巨大的战略价值，目前已经成为各国大力发展的关键技术领域。在种类众多的光电探测器中，混合型光电探测器是20世纪90年代才发展起来的一种新型光电探测器，它融合了真空光电器件与半导体光电器件的优点，同时弥补了后两类缺点与不足，广泛应用于高能物理、医疗仪器、生物检测、量子通信、天文观察以及激光测距等领域。
混合型光电探测器的整管结构采用类似真空光电器件的金属-陶瓷结构，阴极采用真空器件的光电阴极，阳极采用半导体探测器，工作时光电阴极上产生的光电子经加速后轰击在半导体材料的表面，产生数千倍的增益，轰击产生的电子-空穴对被半导体探测器结区收集后实现信号输出。因此，混合型光电探测器兼具了真空器件光敏面面积大、灵敏度高、响应速度快、噪声低、增益高和半导体器件动态范围大、功耗低等优点。
由于半导体探测器一般尺寸较小，要实现较大的探测光敏面积，必须在光电阴极与半导体探测器之间增加电子光学系统，否则容易造成探测信号的损失，进而导致输出信号减小。此外，如果没有电子光学系统，混合型器件中产生的光电子可能直接轰击在半导体探测器边缘，造成器件暗电流升高甚至器件失效。然而目前绝大部分的混合型器件都未采用电子光学系统或者采用的电子光学系统缩小倍率较低，如日本滨松公司最新研制的R10467-40型混合型光电探测器采用电子光学系统，缩小倍率只有3。
发明内容
本发明提出的是一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，其目的在于为混合型光电探测器提供一种聚焦倍率高、抗干扰能力强的电子光学系统，该电子光学系统的制作与混合型光电探测器的制备工艺完全兼容，在不降低器件性能的前提下，可有效地将光电阴极上产生的光电子聚焦到尺寸较小的半导体探测器上，适合混合型光电器件的工作特点，并且加工简单、装配方便、可靠性高。
本发明的技术解决方案是：其特征是采用三电极聚焦结构，即上电极、上聚焦电极、下聚焦电极，还包括：光电阴极、聚焦筒、A陶瓷环、B陶瓷环；其中光电阴极制作在石英玻璃即上电极上，光电阴极与聚焦筒互相导通，聚焦筒与光电阴极电位相同；聚焦筒和上聚焦电极之间以及所述的上聚焦电极与下聚焦电极之间通过A陶瓷环及B陶瓷环控制距离并实现绝缘。
本发明的优点在于：该用于混合型光电探测器的电子光学系统采用三电极聚焦结构，中间采用陶瓷绝缘，该种结构的电子光学系统的制作方法与混合型光电器件制备工艺完全兼容，并且下聚焦电极装配有聚焦极帽，聚焦效果明显，缩小倍率可达7倍以上，因而可以有效地将光电阴极上产生的光电子会聚到尺寸较小的半导体阳极探测器上，极大地提高了混合型光电器件的有效探测面积，并且具有加工简单、装配方便、可靠性高、抗干扰能力强等优点，特别适合用于混合型光电探测器。
附图说明
图1是本发明用于混合型光电探测器的电子光学系统结构示意图。
图中的1是石英玻璃（上电极）、2是光电阴极、3是聚焦筒、4是陶瓷环、5是上聚焦电极、6是聚焦电极帽、7是下聚焦电极、8是半导体阳极探测器、9是阳极底座、10是引针、11是引针基座。
具体实施方式
一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，采用三电极聚焦结构，即上电极（石英玻璃）1、上聚焦电极5、下聚焦电极7，还包括：光电阴极2、聚焦筒3、A陶瓷环4、B陶瓷环4；其中光电阴极2制作在石英玻璃即上电极1上，光电阴极2与聚焦筒3互相导通，聚焦筒3与光电阴极2电位相同；聚焦筒3和上聚焦电极5之间以及所述的上聚焦电极5与下聚焦电极之间通过A陶瓷环4及B陶瓷环4控制距离并实现绝缘。
所述聚焦筒为圆筒形结构。
所述下聚焦电极7电位高于上聚焦电极5电位，所述上聚焦电极5电位所述聚焦筒3高度与其下方的陶瓷环4高度之比为3/5~3/4。
所述上聚焦电极5采用带有圆孔的圆板形结构，其内径与聚焦筒3内径之比为1/3~1/2。
所述下聚焦电极7为带有聚焦极帽的圆板形结构，下聚焦电极7上通过焊接固定有聚焦电极帽6，聚焦极帽6内径为聚焦筒3内径的1/6~1/4。
所述光电阴极2上产生的光电子聚焦在半导体探测器8上，大尺寸光电阴极2与其产生的光电子聚焦在小尺寸的半导体探测器8上，缩小倍率达7倍以上。
所述半导体探测器8固定在引针基座11上，半导体探测器的电极通过金丝超声键合连接到引针10上，引针10与引针基座11均密封固定在阳极底座9上。
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案：
如图1所示，该电子光学系统采用三电极聚焦结构用于混合型光电探测器，将光电阴极2产生的光电子聚焦后轰击在半导体阳极探测器8上，主要结构包括：聚焦筒3、二个陶瓷环4、上聚焦电极5、聚焦电极帽6、下聚焦电极7组成，各零件通过钎焊实现满足真空度要求的密封。光电阴极2制作在石英玻璃即上电极1上，光电阴极2与聚焦筒3连通，保证相同电位。聚焦筒3高度与其下方的陶瓷环4高度之比为3/5~3/4。上聚焦电极5采用带有圆孔的圆板形结构，其内径与聚焦筒3内径之比为1/3~1/2左右。聚焦电极帽6通过焊接固定在聚焦电极7上，聚焦极帽6内径为聚焦筒3内径的1/6~1/4，该电子光学系统的各聚焦电极之间通过陶瓷环4实现电极间的距离控制与绝缘。半导体探测器8固定在引针基座11上，半导体探测器的电极通过金丝超声键合连接到引针10上，引针10与引针基座11均密封固定在阳极底座9上，最终通过该电子光学系统实现将较大尺寸的光电阴极2上产生光电子聚焦在较小尺寸的半导体探测器8上，缩小倍率达7倍以上。

Claims (8)

1.一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，其特征是采用三电极聚焦结构，即上电极、上聚焦电极、下聚焦电极，还包括：光电阴极、聚焦筒、A陶瓷环、B陶瓷环；其中光电阴极制作在石英玻璃即上电极上，光电阴极与聚焦筒互相导通，聚焦筒与光电阴极电位相同；聚焦筒和上聚焦电极之间以及所述的上聚焦电极与下聚焦电极之间通过A陶瓷环及B陶瓷环控制距离并实现绝缘。
2.根据权利要求1所述的一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，其特征在于：所述聚焦筒为圆筒形结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，其特征在于：所述下聚焦电极电位高于上聚焦电极电位，所述上聚焦电极电位高于聚焦筒电位。
4.根据权利要求1所述的一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，其特征在于：所述聚焦筒高度与其下方的陶瓷环高度之比为3/5~3/4。
5.根据权利要求1所述的一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，其特征在于：所述上聚焦电极采用带有圆孔的圆板形结构，其内径与聚焦筒内径之比为1/3~1/2。
6.根据权利要求1所述的一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，其特征在于：所述下聚焦电极为带有聚焦极帽的圆板形结构，下聚焦电极上通过焊接固定有聚焦电极帽，聚焦极帽内径为聚焦筒内径的1/6~1/4。
7.根据权利要求1所述的一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，其特征在于：所述光电阴极上产生的光电子聚焦在半导体探测器上，大尺寸光电阴极与其产生的光电子聚焦在小尺寸的半导体探测器上，缩小倍率达7倍以上。
8.根据权利要求1所述的一种用于混合型光电探测器的电子光学系统，其特征在于：所述半导体探测器固定在引针基座上，半导体探测器的电极通过金丝超声键合连接到引针上，引针与引针基座均密封固定在阳极底座上。
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