CN110678956B - 电子倍增体 - Google Patents
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Abstract
本实施方式涉及具有用于在更广的温度范围抑制电阻值变动且使该电阻值变动稳定的构造的电子倍增体。该电子倍增体中，被基板与由绝缘材料构成的二次电子放出层夹着的电阻层包含金属层，该金属层是由其电阻值具有正的温度特性的金属材料构成的多个金属块以隔着该第一绝缘材料的一部分彼此相邻的状态，在与该基板的通道形成面一致或实质上平行的层形成面上二维地配置的金属层，并且该金属层的厚度被设定为5～40埃。
Description
技术领域
本发明涉及响应带电粒子的入射而放出二次电子的电子倍增体。
背景技术
作为具有电子倍增功能的电子倍增体，已知具有通道的电子倍增体或微通道板(Micro-Channel Plate，以下记为“MCP”)等的电子设备。它们在电子倍增管(ElectronMultiplier Tube)、质谱仪、影像增强器、光电子倍增管(Photo-Multiplier Tube，以下记为“PMT”)等中使用。以往使用铅玻璃作为上述的电子倍增体的基体，但近年来谋求不使用铅玻璃的电子倍增体，对设置于无铅的基体的通道精度良好地进行二次电子放出面等的成膜的必要性增加起来。
作为能够进行这样的精密的成膜控制的技术，已知例如原子层沉积法(AtomicLayer Deposition，以下记为“ALD”)，使用该成膜技术制造出的MCP(以下记为“ALD-MCP”)公开在例如以下的专利文献1中。专利文献1的MCP中，作为在二次电子放出面的正下方形成的能够进行电阻值调整的电阻层，采用具有通过ALD法隔着Al2O3绝缘层形成有多个CZO(锌掺杂氧化铜纳米合金)导电层的层叠构造的电阻层。此外，专利文献2中公开了通过ALD法生成能够进行电阻值调整的膜，因而具有绝缘层和由W(钨)、Mo(钼)构成的多个导电层交替配置的层叠构造的电阻膜的生成技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第8，237，129号说明书
专利文献2：美国专利第9，105，379号说明书
发明内容
发明要解决的技术问题
发明人们对通过ALD法进行二次电子放出层等的成膜的以往的ALD-MCP进行了研究，结果发现了以下这样的技术问题。即，尽管上述专利文献1和2都没有言及，但通过发明人们的研究判明使用通过ALD法成膜的电阻膜的ALD-MCP与历来的使用Pb(铅)玻璃的MCP相比较，电阻值的温度特性不优异。特别是，影像增强器、装有MCP的PMT的使用环境温度从低温到高温范围广，谋求使工作环境温度的影响小的ALD-MCP的开发。
另外，MCP的受到工作环境温度的影响的主要原因之一是上述这样的温度特性(该MCP的电阻值变动)。这样的温度特性是表示MCP中流动的电流(带电流(Strip电流))以何种程度依赖于MCP使用时的外部气温而变动的指标，电阻值的温度特性越优异，改变工作环境温度时MCP中流动的带电流的变动越小，MCP的使用温度环境越广。
本发明是为了解决上述这样的技术问题而完成的，其目的在于，提供具有用于在更广的温度范围内抑制电阻值变动且使该电阻值变动稳定的构造的电子倍增体。
用于解决技术问题的手段
为了解决上述的技术问题，本实施方式涉及的电子倍增体可应用于构成电子倍增通道的二次电子放出层等的成膜使用ALD法进行的微通道板(MCP)、通道倍增器等的电子设备，至少包括基板、二次电子放出层和电阻层。基板具有通道形成面。二次电子放出层由第一绝缘材料构成，并且具有面对通道形成面的底面和与该底面相对且响应带电粒子的入射而放出二次电子的二次电子放出面。电阻层由基板和二次电子放出层夹着。特别是，电阻层包含由其电阻值具有正的温度特性的金属材料构成的多个金属块以隔着第一绝缘材料的一部分彼此相邻的状态，在与通道形成面一致或实质上平行的层形成面上二维地配置的金属层。另外，由沿着从通道形成面向二次电子放出面的层叠方向的多个金属块的平均厚度规定的、该金属层的层厚设定为5～40埃。另外，本说明书中，金属块的“平均厚度”意味着使在层形成面上二维地配置的多个金属块平整成平坦的膜状的情况下的该膜的厚度。
另外，本发明涉及的各实施方式由以下的详细说明和附图能够进一步充分地理解。这些实施例仅是为了示例而示出的，不应认为是限定本发明的内容。
此外，本发明的进一步的应用范围通过以下的详细说明变得明确。但是，详细的说明和特定的实例是示出该发明的优选实施方式的例子，仅为了进行示例而示出，显然根据该详细的说明，本发明的范围中的各种变形和改良对于本领域技术人员而言是不言而喻的。
发明效果
根据本实施方式，通过仅用由其电阻值具有正的温度特性的金属材料构成的多个金属块以隔着绝缘材料的一部分彼此相邻的状态在与通道形成面一致或实质上平行的层形成面上二维地配置的金属层来构成在二次电子放出层的正下方形成的电阻层，能够有效地使该电子倍增体的电阻值的温度特性提高。
附图说明
图1是表示能够应用本实施方式涉及的电子倍增体的各种电子设备的构造的图。
图2是表示本实施方式和比较例各自涉及的电子倍增体的各种剖面构造的例子的图。
图3是用于定量地说明本实施方式涉及的电子倍增体、特别是电阻层的温度与电导率的关系的图。
图4是表示包含膜厚不同的单一Pt层作为电阻层的样品各自的电导率的温度依赖性的图表。
图5是具有图3的(b)所示的剖面构造的电子倍增体的剖面的TEM(透射型电子显微镜：Transmission Electron Microscope)图像和单一的Pt层(电阻层)的表面的SEM(扫描型电子显微镜：Scanning Electron Microscope)图像。
图6是用于说明层形成面上的Pt块的覆盖率测定的图。
图7是表示所准备的样品1～7的电阻层的厚度(Pt块的平均厚度)与覆盖率的关系的图表。
图8是表示本实施方式涉及的电子倍增体的剖面构造(与图3的(c)的剖面对应)的另一个例子的图及其TEM图像。
图9是表示应用本实施方式涉及的电子倍增体的MCP样品和应用比较例涉及的电子倍增体的MCP样品各自的标准化电阻的温度特性(800V工作时)的图表。
图10是相当于本实施方式涉及的电子倍增体的测定用样品、相当于比较例涉及的电子倍增体的测定样品和应用本实施方式涉及的电子倍增体的MCP样品各自的通过XRD(X射线衍射：X-Ray Diffraction)分析而得到的图谱。
附图标记说明
1…MCP(微通道板)、2…通道倍增器、12…通道、100…基板、101…通道形成面、110…二次电子放出层、111…二次电子放出面、120…电阻层、121…Pt块(金属块)、130…基底层、140…层形成面。
具体实施方式
[本申请发明的实施方式的说明]
首先，分别单独列举本申请发明的实施方式的内容进行说明。
(1)本实施方式涉及的电子倍增体，作为其一个方式，可应用于构成电子倍增通道的二次电子放出层等的成膜使用ALD法进行的微通道板(MCP)、通道倍增器等的电子设备，至少包括基板、二次电子放出层和电阻层。基板具有通道形成面。二次电子放出层由第一绝缘材料构成，并且具有面对通道形成面的底面和与该底面相对且响应带电粒子的入射而放出二次电子的二次电子放出面。电阻层由基板和二次电子放出层夹着。特别是，电阻层包含由其电阻值具有正的温度特性的金属材料构成的多个金属块以隔着第一绝缘材料的一部分彼此相邻的状态，在与通道形成面一致或实质上平行的层形成面上二维地配置而成的1个或1个以上的金属层。另外，由沿着从通道形成面向二次电子放出面的层叠方向的多个金属块的平均厚度规定的、该金属层的层厚设定为5～40埃。
另外，本说明书中，“金属块”意味着从层形成面看二次电子放出层侧时，以被绝缘材料完全包围的状态配置且显示出明确的结晶性的金属片。该结构中，电阻层优选具有相对于温度20℃的该电阻层的电阻值，在-60℃的该电阻层的电阻值为2.7倍以下且+60℃的该电阻层的电阻值为0.3倍以上的范围内的温度特性。此外，作为表示金属块的结晶性的指标，在例如Pt(铂)块的情况下，在通过XRD分析得到的图谱中，至少在(111)面和(200)面出现半高宽为角度5°以下的峰值。
(2)作为本实施方式的一个方式，在该电子倍增体的应用对象为MCP的情况下，优选金属层的层厚被设定为5～15埃。进一步，作为本实施方式的一个方式，优选金属层的层厚被设定为7～14埃，并且沿着从二次电子放出层向基板的方向看层形成面时的、层形成面上的多个金属块的覆盖率被设定为50～60％。
(3)另一方面，作为本实施方式的一个方式，在该电子倍增体的应用对象为通道电子倍增管的情况下，金属层的层厚也可以被设定为15～40埃。进一步，作为本实施方式的一个方式，优选金属层的层厚被设定为18～37埃，并且沿着从二次电子放出层向上述基板的方向看层形成面时的、层形成面上的多个金属块的覆盖率被设定为50～70％。
(4)作为本实施方式的一个方式，该电子倍增体也可以包括设置在基板与二次电子放出层之间的基底层。该基底层在面对二次电子放出层的底面的位置具有层形成面，并且由第二绝缘材料构成。
以上，该[本申请发明的实施方式的说明]的栏中列举的各方式，能够对剩余的所有方式中的各个方式适用，或者对这些剩余的方式的所有组合适用。
[本申请发明的实施方式的详细]
以下参照附图详细地对本申请发明涉及的电子倍增体的具体例进行说明。另外，本发明不限定于这些示例，由权利要求书表示，并且意图包含与权利要求书均等的意思和范围内的所有变更。此外，附图的说明中，对同一部件标注同一标记，省略重复的说明。
图1是表示能够应用本实施方式涉及的电子倍增体的各种电子设备的构造的图。具体而言，图1的(a)是表示能够应用本实施方式涉及的电子倍增体的MCP的代表性构造的局部截断图，图1的(b)是能够应用本实施方式涉及的电子倍增体的通道倍增器的剖面图。
图1的(a)所示的MCP1包括：具有作为电子倍增用的通道12发挥作用的多个贯通孔的玻璃基板；保护该玻璃基板的侧面的绝缘性环11；在玻璃基板的一个端面上设置的输入侧电极13A；和在玻璃基板的另一个端面上设置的输出侧电极13B。另外，输入侧电极13A与输出侧电极13B之间由电压源15施加规定的电压。
此外，图1的(b)的通道倍增器2包括：具有作为电子倍增用的通道12发挥作用的贯通孔的玻璃管；设置在玻璃管的输入侧开口部分的输入侧电极14；和设置在该玻璃管的输出侧开口部分的输出侧电极17。另外，该通道倍增器2中，输入侧电极14与输出侧电极17之间也由电压源15施加规定的电压。在对输入侧电极14与输出侧电极17之间施加规定的电压的状态下，当带电粒子16从通道倍增器2的输入侧开口入射到通道12内时，在该通道12内，重复进行与带电粒子16的入射相应的二次电子的放出(二次电子的级联倍增)。由此，从通道倍增器2的出射侧开口部分放出在通道12中被级联倍增的二次电子。该二次电子的级联倍增也在图1的(a)所示的MCP的各个通道12中进行。
图2的(a)是图1所示的MCP1的一部分(用虚线表示的区域A)的放大图。图2的(b)是表示图2的(a)中所示的区域B2的剖面构造的图，是表示本实施方式涉及的电子倍增体的剖面构造的一例的图。此外，图2的(c)与图2的(b)同样，是表示图2的(a)中所示的区域B2的剖面构造的图，是表示本实施方式涉及的电子倍增体的剖面构造的另一个例子的图。另外，图2的(b)和图2的(c)所示的剖面构造与图1的(b)所示的通道倍增器2的区域B1的剖面构造实质上一致(不过，图1的(b)中所示的坐标轴与图2的(b)和图2的(c)各自的坐标轴不一致)。
如图2的(b)所示，本实施方式涉及的电子倍增体的一例由以下构成：由玻璃或陶瓷构成的基板100；在该基板100的通道形成面101上设置的基底层130；在该基底层130的层形成面140上设置的电阻层120；和具有二次电子放出面111，并且以与基底层130一起夹着电阻层120的方式配置的二次电子放出层110。在此，二次电子放出层110由Al2O3、MgO等的第一绝缘材料构成。为了提高电子倍增体的增益，优选使用二次电子放出能力高的MgO。基底层130由Al2O3、SiO2等的第二绝缘材料构成。由基底层130和二次电子放出层110夹着的电阻层120在基底层130的层形成面140上包含金属层，该金属层由以下构成：其电阻值具有正的温度特性且具有表现出明确的结晶性的程度的尺寸的多个金属块，和填充在这多个金属块之间的绝缘材料(二次电子放出层110的一部分)。
另外，电阻层120的构造不限定于基板100的通道形成面101与二次电子放出面111之间存在的电阻层120的层数被限制为1的单层构造，也可以包含多个金属层。即，电阻层120也可以具有在基板100与二次电子放出层110之间隔着绝缘材料(作为具有层形成面的基底层发挥作用)设置有多个金属层的多层构造。此外，构成上述的二次电子放出层110的第一绝缘材料和构成基底层130的第二绝缘材料可以彼此不同，也可以相同。构成电阻层120的多个金属块，优选Pt、Ir、Mo、W等其电阻值具有正的温度特性的材料。发明人们确认，作为一例，由通过原子层沉积法(ALD：Atomic Layer Deposition)平面地形成的包含多个Pt块的单一的Pt层构成电阻层120的情况，与隔着绝缘材料层叠有多个Pt层的构造相比较，其电阻值的温度特性的倾斜度变小(参照图9)。在此，各金属块的结晶性能够用通过XRD分析得到的图谱来确认。例如在金属块为Pt的情况下，本实施方式中，如图10的(a)所示，得到至少在(111)面和(200)面具有半高宽成为角度5°以下的峰值的图谱。图10的(a)和图10的(b)中，Pt的(111)面用Pt(111)表示，Pt的(200)面用Pt(200)表示。
另外，图2的(b)所示的基底层130的存在不会影响该电子倍增体整体的电阻值的温度依赖性。因此，本实施方式涉及的电子倍增体的构造不限定于图2的(b)的例子，也可以具有图2的(c)所示那样的剖面构造。图2的(c)所示的剖面构造在基板100与二次电子放出层110之间没有设置基底层，这一点与图2的(b)所示的剖面构造不同，基板100的通道形成面101作为形成有电阻层120的层形成面140发挥作用。图2的(c)中的其他构造与图2的(b)所示的剖面构造相同。
在以下的说明中，言及作为构成电阻层120的、电阻值具有正的温度特性的金属块应用Pt的结构。
图3的(a)～图3的(c)是用于定量地说明本实施方式涉及的电子倍增体、特别是电阻层的温度与电导率的关系的图。特别是，图3的(a)是用于说明在基底层130的层形成面140上形成的单一的Pt层(电阻层120)的电子传导模型的模式图。此外，图3的(b)示出本实施方式涉及的电子倍增体的剖面模型(单层构造)的例子，图3的(c)示出本实施方式涉及的电子倍增体的剖面模型的另一个例子(多层构造)。
图3的(a)所示的电子传导模型中，在基底层130的层形成面140上，作为可存在自由电子的非定域化(delocalized)区域，构成单一的Pt层(电阻层120)的Pt块121隔着不存在自由电子的定域化(localized)区域(例如与基底层130的层形成面140接触的二次电子放出层110的一部分)相距距离LI。另外，本实施方式中，构成电阻层120且在层形成面140上隔着二次电子放出层110的一部分(第一绝缘材料)二维地配置的多个Pt块121(电阻值具有正的温度特性的金属块)的沿着层叠方向的平均厚度S与距离(隔着绝缘材料相邻的Pt块的最小距离)LI满足S>LI的关系。此外，构成电阻层120的单一的Pt层(金属层)的厚度(沿着层叠方向的厚度)由该Pt层中包含的多个Pt块121的平均厚度S规定。其中，Pt块的平均厚度S如图3的(a)所示，由使多个Pt块平整为膜状的情况(图3的(a)中的斜线部分)下的该膜的厚度规定。
作为本实施方式涉及的电子倍增体设想的模型的第一剖面构造如图3的(b)所示，由以下构成：基板100；在该基板100的通道形成面101上设置的基底层130；在该基底层130的层形成面140上设置的电阻层120；和具有二次电子放出面111，并且以与基底层130一起夹着电阻层120的方式配置的二次电子放出层110。
另一方面，作为本实施方式涉及的电子倍增体设想的模型的第二剖面构造如图3的(c)所示，由以下构成：基板100；在该基板100的通道形成面101上设置的基底层130；在该基底层130的层形成面140上设置的电阻层120A；和具有二次电子放出面111，并且以与基底层130一起夹着电阻层120A的方式配置的二次电子放出层110。图3的(b)的模型与图3的(c)的模型的构造上的差异是，图3的(b)的模型的电阻层120由单一的Pt层构成，而图3的(c)的模型的电阻层120A具有多个Pt层120B隔着绝缘体层从通道形成面101向二次电子放出面111层叠而成的构造这一点。另外，被2个Pt层夹着的绝缘体层具有形成上侧Pt层的层形成面，另一方面，以供给在构成下侧Pt层的多个Pt块121之间填充的绝缘材料的方式发挥功能。
基板100上形成的各Pt层中，在具有离散地存在的多个能级中的任一个能级的Pt块间填充有绝缘材料(例如MgO、Al2O3)，某Pt块121(非定域化区域)内的自由电子由于隧道效应移动到隔着绝缘材料(定域化区域)相邻的Pt块121(跳跃)。这样的二维的电子传导模型中，对于温度T的电导率(电阻率的倒数)σ由以下的式子给出。另外，由于对在层形成面140上二维地配置有多个Pt块121的层形成面140内的跳跃进行研究，所以以下限定于二维的电子传导模型进行考虑。
【数学式1】
σ：电导率(1/Ω)
σ0：T＝∞的电导率
T：温度(K)
T0：温度常数
kB：玻尔兹曼系数
N(EF)：状态密度
LI：非定域化区域间的距离(m)
图4是基于上述的式子得到的拟合函数的图表(G410、G420)，并且是描绘实际测定到的多个样品的实测值而得到的图表。另外，图4中，图表G410表示在由Al2O3构成的基底层130的层形成面140上通过ALD形成厚度被调整为7“周期(cycle)”的量的Pt层，进一步通过ALD形成调整为20“周期”的量的厚度的Al2O3(二次电子放出层110)的样品的电导率σ，符号“○”是其实测值。其中，单位“周期”是意味着基于ALD的原子注入次数的“ALD周期”。通过调整该“ALD周期”能够控制所形成的原子层的层厚。此外，图表G420表示在由Al2O3构成的基底层130的层形成面140上通过ALD形成厚度被调整为6“周期”的量的Pt层，进一步通过ALD形成调整为20“周期”的量的厚度的Al2O3(二次电子放出层110)的样品的电导率σ，符号“△”是其实测值。由图4的图表G410和G420可知，即使在构成电阻层120的Pt块121平面地配置的结构中，将该电阻层120的厚度(由沿着层叠方向的Pt块121的平均厚度规定)设定得更厚可改善电阻层120的电阻值的温度特性。
定性而言，在图3的(b)所示的电子倍增体的模型的情况下，在基板100的通道形成面101起与二次电子放出面111之间仅形成有单一的Pt层。即，本实施方式中，具有在通过XRD分析得到的图谱中至少在(111)面和(200)面可确认到半高宽为角度5°以下的峰值的程度的结晶性的Pt块121形成在层形成面140上。像这样，本实施方式中，导电区域限制在层形成面140内，并且由于隧道效应而在Pt块121间移动的自由电子的跳跃次数少。
另一方面，在图3的(c)所示的电子倍增体的模型的情况下，设置在基板100的通道形成面101起与二次电子放出面111之间的电阻层120具有多个Pt层120B隔着绝缘层配置的层叠构造。特别是，在这样多个Pt层120B层叠的构造中，各个Pt块小，因此结晶性低，而且跳跃次数变多，并且导电区域不仅在层形成面140内扩展，也在层叠方向扩展，因此关于电阻值更强烈地表现出负的温度特性。因此，由这些例子可知，导电区域的限制和平面地形成的Pt块(构成单一的Pt层的金属块)间的跳跃次数的减少有助于电阻值的温度特性的改善。
图5的(a)是具有图3的(b)所示的剖面构造(单层构造)的本实施方式涉及的电子倍增体的剖面的TEM图像，图5的(b)是单一的Pt膜(电阻层120)的表面的SEM图像。其中，图5的(a)的TEM图像是设定为加速电压300kV而得到的厚度440埃(＝44nm)的样品的多波段干涉图。得到TEM图像(图5的(a))的本实施方式涉及的电子倍增体的样品具有在基板100的通道形成面101上依次设置有基底层130、由单一的Pt层构成的电阻层120、二次电子放出层110的层叠构造。另一方面，得到SEM图像(图5的(b))的本实施方式涉及的电子倍增体的样品，为了进行Pt膜的观察，使用去除了二次电子放出层110的样品。单一的Pt层(电阻层120)的厚度通过ALD被调整为14[周期]的量，由Al2O3构成的二次电子放出层110的厚度通过ALD被调整为68[周期]的量。单一的Pt层(电阻层120)具有在Pt块121之间填充有绝缘材料(二次电子放出层的一部分)的构造。此外，图5的(a)所示的TEM图像中示出的层150是为了进行TEM测定而在二次电子放出面111上设置的表面保护层。
接着，示出作为用于规定本实施方式的电阻层120的构造性特征的物理参数，关于层形成面140上的Pt块121的覆盖率(层形成面140的每单位面积的Pt块121的占有率)和包含Pt块121的电阻层120的沿着层叠方向的厚度，对多个样品1～7进行测定而得到的结果。另外，图6是用于说明层形成面140上的Pt块121的覆盖率测定的图，图7是表示所准备的样品1～7的电阻层120的厚度(Pt块121的平均厚度)与覆盖率的关系的图表。
为了进行Pt块121的覆盖率测定，作为配置有多个Pt块121的层形成面140上的测定区域，如图5的(b)所示，进行由彼此正交的L轴和M轴规定的区域(实质上L-M平面的一部分)的设定。具体而言，如图6的(a)所示，由从二次电子放出层110看到的电阻层120的SEM图像(图5(b))得到的二值图像中，沿着L轴从原点(L轴与M轴的交点)至离开距离Lmax的位置为止的区域被设定为L轴测定区域，并且沿着M轴从原点至离开距离Mmax的位置为止的区域被设定为M轴测定区域。进一步，沿着M轴设定分别隔开任意的间隔的与L轴平行的10条测定线s1～s10。图6的(b)是沿着测定线s1～s10的任意的测定线测定得到的亮度图案的例子。该亮度图案中，低(Low)等级(亮度0)表示没有被Pt块121覆盖的层形成面140的一部分，高(High)等级(Pt亮度等级)表示配置在层形成面140上的Pt块121。因此，从图6的(b)的亮度图案可算出，距离Lmax的L轴测定区域内的Pt块121占有的总距离的比例，即，各测定线上的Pt块121的距离占有率。层形成面140上的Pt块121的覆盖率由对10条测定线s1～s10进行测定而得到的距离占有率的平均值给出。
为了示出如上所述规定的Pt块121的覆盖率与包含该Pt块121的Pt层(电阻层120)的厚度的关系，将以下这样的样品1～7的测定结果描绘在图7中。另外，准备的样品1～7都具有在作为基底层130的Al2O3绝缘层上形成有Pt层(电阻层120)的构造。
(样品1)
Al2O3基底层：100[周期]
Pt层：30[周期](厚度：37埃(＝3.7nm))
(样品2)
Al2O3基底层：100[周期]
Pt层：22[周期](厚度：23埃(＝2.3nm))
(样品3)
Al2O3基底层：100[周期]
Pt层：18[周期](厚度：18埃(＝1.8nm))
(样品4)
Al2O3基底层：100[周期]
Pt层：14[周期](厚度：12埃(＝1.2nm))
(样品5)
Al2O3基底层：100[周期]
Pt层：12[周期](厚度：9埃(＝0.9nm))
(样品6)
Al2O3基底层：200[周期]
Pt层：11[周期](厚度：7埃(＝0.7nm))
(样品7)
Al2O3基底层：100[周期]
Pt层：8[周期](厚度：4埃(＝0.4nm))
由图7的图表可知，在形成于基底层130上的Pt层的厚度为5～40埃(＝0.5～4nm)的范围内，该Pt层在覆盖率50～70％的范围。当考虑这样的本实施方式涉及的电子倍增体向各种电子设备的应用时，能够按每个应用对象的电子设备进行适当范围的设定。例如，在该电子倍增体的应用对象为MCP的情况下，金属层的层厚更优选设定为5～15埃(＝0.5～1.5nm)。进一步，优选金属层的层厚设定为7～14埃(＝0.7～1.4nm)，并且Pt块的覆盖率被设定为50～60％。另一方面，在该电子倍增体的应用对象为通道电子倍增管(通道倍增器)的情况下，金属层的层厚优选设定为15～40埃(＝1.5～4nm)。进一步，金属层的层厚更优选设定为18～37埃(＝1.8～3.7nm)，并且Pt块的覆盖率被设定为50～70％。通过如以上这样设定金属层的层厚，能够减少金属块间的跳跃次数，改善电子倍增体的温度特性。
另外，图8的(a)是表示本实施方式涉及的电子倍增体的剖面构造(与图3的(c)的剖面对应)的另一个例子的图，图8的(b)是其TEM图像。其剖面构造如图8的(a)所示，由以下构成：基板100；在该基板100的通道形成面101上设置的基底层130；在该基底层130的层形成面140上设置的电阻层120A；和具有二次电子放出面111，并且以与基底层130一起夹着电阻层120A的方式配置的二次电子放出层110。此外，在图8的(a)的模型中，电阻层120A具有多个Pt层120B隔着绝缘体层从通道形成面101向二次电子放出面111层叠的多层构造。另外，Pt层120B各自具有在Pt块121之间填充有绝缘材料(二次电子放出膜的一部分)的构造。
图8的(b)的TEM图像是设定为加速电压300kV而得到的、厚度440埃(＝44nm)的样品的多波段干涉图，电阻层120A隔着由Al2O3构成的绝缘材料由10层的Pt层120B构成。位于Pt层120B间的各绝缘层的厚度通过ALD被调整为20[周期]的量，各Pt层120B的厚度通过ALD被调整为5[周期]的量，进一步，由Al2O3构成的二次电子放出层110的厚度通过ALD被调整为68[周期]的量。另外，图8的(b)所示的TEM图像中示出的层150是设置在二次电子放出层110的二次电子放出面111上的表面保护层。
接着，用图9和图10对应用本实施方式涉及的电子倍增体的MCP样品和应用比较例涉及的电子倍增体的MCP样品的比较结果进行说明。
本实施方式的样品是具有图2的(b)所示的剖面构造的厚度220埃(＝22nm)的样品。该样品具有在基板100的通道形成面101上依次设置有基底层130、由单一的Pt层构成的电阻层120、二次电子放出层110的层叠构造。单一的Pt层(电阻层120)具有在Pt块121之间填充有绝缘体(二次电子放出膜的一部分)的构造，其厚度通过ALD被调整为14[周期]的量。由Al2O3构成的二次电子放出层110的厚度通过ALD被调整为68[周期]的量。另一方面，比较例的样品是在铅玻璃基板上形成有二次电子放出层的以往的MCP样品。
图9是表示具有上述这样的构造的本实施方式的样品和比较例的样品各自的标准化电阻的温度特性(800V工作时)的图表。具体而言，图9中，图表G710表示本实施方式的样品的电阻值的温度依赖性，图表G720表示比较例的样品(将铅玻璃作为基板的以往的MCP)的电阻值的温度依赖性。由图9可知，相对于图表G720的倾斜度，图表G710的倾斜度小。即，作为电阻层120，通过将单一的Pt层二维地限制在层形成面上，减小跳跃次数，与以往的MCP相比，电阻值的温度依赖性进一步提高。这样，根据本实施方式，温度特性在比比较例广的温度范围稳定。具体而言，当考虑将本实施方式涉及的电子倍增体向影像增强器等技术领域应用时，可允许的温度依赖性优选以温度20℃的电阻值为基准，为-60℃的电阻值为2.7倍以下且+60℃的电阻值为0.3倍以上的范围。
图10的(a)是作为相当于本实施方式涉及的电子倍增体的测定用样品，在玻璃基板上形成有与MCP用的成膜同等的膜(使用Pt层的图3的(b)的模型)的单层构造的样品，和在玻璃基板上形成有与MCP用的成膜同等的膜(使用Pt层的图3的(c)的模型)的多层构造的样品各自的通过XRD分析得到的图谱。另一方面，图10的(b)是电阻层由单一的Pt层构成的MCP样品的通过XRD分析得到的图谱。具体而言，在图10的(a)中，图谱G810表示单层构造的测定样品的XRD图谱，图谱G820表示多层构造的测定样品的XRD图谱。另一方面，图10的(b)是电阻层由单一的Pt层构成的MCP样品的去除Ni-Cr系合金(铬镍铁合金：注册商标“Inconel”)的电极后的XRD图谱。另外，图10的(a)和图10的(b)所示的图谱的测定条件设定为，X射线源管电压为45kV，管电流为200mA，X射线入射角为0.3°，X射线照射间隔为0.1°，X射线扫描速度为5°/min，X射线照射狭缝的长边方向的长度为5mm。
图10的(a)中，单层构造的测定样品的图谱G810中，分别在(111)面、(200)面、(220)面出现半高宽为角度5°以下的峰值。另一方面，多层构造的测定样品的图谱G820中，仅在(111)面出现峰值，该峰值的半高宽远大于角度5°(峰值形状钝化)。这样，与多层构造相比，单层构造中，构成电阻层120的Pt层中包含的各Pt块的结晶性大幅提高。通过结晶性提高，金属层的层厚成为本发明的优选的值，金属块间的跳跃次数减少，由此能够使电子倍增体的温度特性提高。
由以上的本发明的说明明确，可将本发明进行各种变形。不能认为这样的变形是脱离本发明的思想和范围的，所有对本领域技术人员而言显而易见的改良都包含在以下的权利要求书中。
Claims (8)
1.一种电子倍增体，其特征在于，包括：
具有通道形成面的基板；
二次电子放出层，其具有面对所述通道形成面的底面和与所述底面相对且响应带电粒子的入射而放出二次电子的二次电子放出面，并且由第一绝缘材料构成；和
由所述基板和所述二次电子放出层夹着的电阻层，
所述电阻层包含金属层，该金属层是由其电阻值具有正的温度特性的金属材料构成的多个金属块以隔着所述第一绝缘材料的一部分彼此相邻的状态，在与所述通道形成面一致或实质上平行的层形成面上二维地配置的金属层，并且由沿着从所述通道形成面向所述二次电子放出面的层叠方向的所述多个金属块的平均厚度规定的层厚被设定为5～40埃。
2.如权利要求1所述的电子倍增体，其特征在于：
所述金属层的层厚被设定为5～15埃。
3.如权利要求2所述的电子倍增体，其特征在于：
所述金属层的层厚被设定为7～14埃，并且
沿着从所述二次电子放出层向所述基板的方向看所述层形成面时的、所述层形成面上的所述多个金属块的覆盖率被设定为50～60％。
4.如权利要求1所述的电子倍增体，其特征在于：
所述金属层的层厚被设定为15～40埃。
5.如权利要求4所述的电子倍增体，其特征在于：
所述金属层的层厚被设定为18～37埃，并且
沿着从所述二次电子放出层向所述基板的方向看所述层形成面时的、所述层形成面上的所述多个金属块的覆盖率被设定为50～70％。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电子倍增体，其特征在于：
还包括基底层，其设置于所述基板与所述二次电子放出层之间，在面对所述二次电子放出层的所述底面的位置具有所述层形成面，并且由第二绝缘材料构成。
7.如权利要求1至5中任一项所述的电子倍增体，其特征在于：
所述电阻层具有以下范围内的温度特性：相对于温度20℃的该电阻层的电阻值，-60℃的该电阻层的电阻值为2.7倍以下且+60℃的该电阻层的电阻值为0.3倍以上。
8.如权利要求7所述的电子倍增体，其特征在于：
还包括基底层，其设置于所述基板与所述二次电子放出层之间，在面对所述二次电子放出层的所述底面的位置具有所述层形成面，并且由第二绝缘材料构成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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