CN1177199A - 光电阴极及装备有它的电子管 - Google Patents

光电阴极及装备有它的电子管 Download PDF

Info

Publication number
CN1177199A
CN1177199A CN97118486.0A CN97118486A CN1177199A CN 1177199 A CN1177199 A CN 1177199A CN 97118486 A CN97118486 A CN 97118486A CN 1177199 A CN1177199 A CN 1177199A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photocathode
mentioned
electron tube
type
polycrystalline diamond
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN97118486.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1119829C (zh
Inventor
新垣实
广畑彻
菅博文
山田正美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of CN1177199A publication Critical patent/CN1177199A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1119829C publication Critical patent/CN1119829C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J40/00—Photoelectric discharge tubes not involving the ionisation of a gas
    • H01J40/16—Photoelectric discharge tubes not involving the ionisation of a gas having photo- emissive cathode, e.g. alkaline photoelectric cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/34—Photo-emissive cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J43/00—Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
    • H01J43/04—Electron multipliers
    • H01J43/06—Electrode arrangements
    • H01J43/08—Cathode arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/34—Photoemissive electrodes
    • H01J2201/342—Cathodes
    • H01J2201/3421—Composition of the emitting surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2231/00—Cathode ray tubes or electron beam tubes
    • H01J2231/50—Imaging and conversion tubes

Landscapes

  • Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)

Abstract

本发明涉及能用于反射型及透射型的、且能获得比单晶金刚石薄膜的量子效率高的光电阴极及装备有它的电子管。本发明的光电阴极至少备有由多晶金刚石或以多晶金刚石为主要成分的材料构成的第1层。在该光电阴极的应用例中,上述第1层的表面用氢或氧进行最终处理。在表面经过用氢或氧最终处理的多晶金刚石薄膜上还可备有由碱性金属或其化合物构成的第2层。

Description

光电阴极及装备有它的电子管
本发明涉及能适用于规定波长的光的检测或测定用的光电阴极及装备有它的电子管。
迄今，作为对于波长在200nm以下的紫外光具有敏感性的光电阴极材料，已知的有如半导体碘化铯(CsI)，该光电阴极在真空紫外区具有最大约25％的光电变换量子效率。另外，已知该光电阴极对于波长在200nm以上的被检测光来说，该值(光电变换量子效率)急剧下降，所以不具备对太阳光的敏感性，是一种所谓太阳盲光电阴极。
因此，这样的太阳盲光电阴极非常适用于称之为光电倍增管等的电子管(备有光电阴极的光电管)，适用于对紫外区的微弱光的检测或测定。
本发明者研究了上述现有的光电阴极，结果发现了以下问题。
即，为了在紫外区对被检测光进行高精度的检测或测定，要求具有更高的光电变换量子效率(以下简称量子效率或Q.E)的光电阴极。可是，现有的CsI光电阴极如图1所示，相对于CsI半导体的导带(CB)的底部能量的真空能带(VL)的能量差(即电子亲和力(Ea))是正的。这意味着被检测光(hγ)被收容后，从价电子带(VB)激发的光电子(e)的一部分不能逸出到真空中(维持真空状态的容器内)。因此，现有的光电阴极实际上是一种不可能实现更高的量子效率的光电阴极。
另一方面，作为光电阴极，还有人提出了由替代CsI的单晶金刚石薄膜构成的光电阴极。按照Himpsel等人的报告(刊于“物理观察(PhysicalReview)”B，20，2(1979)624)，在掺硼(B)的晶面指数为(111)的天然单晶金刚石的原子能带的清洁表面的情况下，即，该表面结构(111)为1×1时，是一种负电子亲和力(Negative  ElectronAffinty：NEA)的光电阴极。由图3所示的量子效率可见，当单晶金刚石薄膜的光子能量在5.5eV～9eV的范围以内时，量子效率值最大，约为20％，在于13～35eV的范围内，该值较高，为40～70％。
另外，当荣森等人在高压合成的晶面指数为(100)的单晶金刚石基片上利用微波等离子体合成了单晶金刚石薄膜之后，利用氢使其表面终端化(见“金刚石和相关材料(Diamond and Related Material)”，(1995)806，日本应用物理日报(Jpn.J.Appl.Phys.)33，(1994)6312)。在这种情况下，单晶金刚石薄膜不仅配置在(111)面上，而且配置在(100)面上时，其电子亲和力也为负。另外，在荣森等人的报告中，以同步加速幅射光为光源，测定光电子放射，未报告量子效率的绝对值。
可是，在上述的光电阴极中，由于不透过被检测光的单晶金刚石是用作光电阴极本体或支持基片，所以不易将用单晶金刚石制的光电阴极应用于被检测光的入射面和光电子的发射面不同的透射型光电阴极。
另外，从工业化的观点来看，天然单晶金刚石及高压合成的单晶金刚石基片的价格非常高，且生产率低。另外，在该高价单晶基片上通过气相合成质量好的单晶金刚石膜的技术也不容易。由于这个原因，用单晶金刚石制的光电阴极难以实用化。
因此，本发明的目的在于提供一种反射型和透射型皆可适用的所获得的量子效率又比单晶金刚石膜高的光电阴极及装备有它的电子管。
本发明的光电阴极是将由规定波长的入射光(被检测光)从价电子带激励到导带的光电子发射的电极，能适用于检测规定波长的光等用的光电倍增管、图象增强管等各种电子管。另外，在该光电阴极中包含透射型光电阴极和反射型光电阴极，上述透射型光电阴极是在对被检测光有透射性的基片上形成的，用来使光子从与被检测光入射面相对的面上发射，上述反射型光电阴极设在将被检测光遮住的基片上，用来从被检测光入射面发射光电子。另外，透射型光电阴极的设置方式能使入射光的入射面垂直于其入射方向，与此不同，反射型光电阴极的设置方式使被检测光的入射方向倾斜。
本发明的光电阴极能以解决上述问题，其特征在于：备有由多晶金刚石或以多晶金刚石为主要成分的材料构成的第一层。
另外，为了降低其功函数，使之容易发射光电子，至少要对上述第一层的一侧的表面最好用氢或用氧进行最终处理。特别是用氧进行过最终处理的光电阴极即使曝露在大气之中也能维持足够的量子效率，所以化学性质稳定。
本发明的光电阴极设在上述第一层(多晶金刚石层)的一个层上，还可以备有由碱金属或其化合物构成的第2层。另外，该第二层会使该光电阴极的量子效率得以提高，特别是在用氢或氧对其表面进行过最终处理的第一层上形成该第二层，其量子效率有显著的提高。
另外，该光电阴极中的第一层、即多晶金刚石薄膜的导电型式最好是P型。与本征半导体相比较，电阻值低，容易发射光电子(量子效率变高)。
备有以上结构的光电阴极能适用于光电倍增管等各种电子管。即，本发明涉及的电子管至少备有对规定波长的入射光具有透光性的入射面板、具有上述结构的光电阴极、收容该光电阴极且支持入射面板的容器(真空容器)、以及被收容在该容器内直接或间接收集从光电阴极发射的光电子用的阳极。
在以上结构中，该光电阴极设在入射面板上，同时能适用于由该入射面板支持的透射型光电阴极。作为入射面板的材料，为了与太阳盲光电阴极组合，最好是至少对波长在200nm以下的紫外光具有透射性的氟化镁(MgF2)。
另一方面，在以上结构中，该光电阴极设在对入射光具有遮光构件(至少遮住200nm以下的紫外光的材料)的与入射面板相对的面上，同时还能适用于由该光电阴极支持的反射型光电阴极。另外，有关的遮光构件的材料可以使用硅(Si)或金属材料等。
本发明的电子管还可以备有被收容在上述容器内的电子放大部，用来对从光电阴极发射的光电子进行联级放大，并将放大后的2次电子导向上述阴极。
在本发明的电子管中，上述阳极还可以是荧光膜，它通过收容对应于入射光而从光电阴极发射的光电子而发光，形成与该入射光的2维光学像相对应的2维电子像。利用这样的结构能直接观察被检测的2维光学像。另外，上述阳极还可以是固体摄象器件，它收容对应于入射光而从光电阴极发射的光电子，输出与该入射光的2维光学像相对应的电信号。理的光电阴极即使曝露在大气之中也能维持足够的量子效率，所以化学性质稳定。
本发明的光电阴极设在上述第一层(多晶金刚石层)的一个层上，还可以备有由碱金属或其化合物构成的第2层。另外，该第二层会使该光电阴极的量子效率得以提高，特别是在用氢或氧对其表面进行过最终处理的第一层上形成该第二层，其量子效率有显著的提高。
另外，该光电阴极中的第一层、即多晶金刚石薄膜的导电型式最好是P型。与本征半导体相比较，电阻值低，容易发射光电子(量子效率变高)。
备有以上结构的光电阴极能适用于光电倍增管等各种电子管。即，本发明涉及的电子管至少备有对规定波长的入射光具有透光性的入射面板、具有上述结构的光电阴极、收容该光电阴极且支持入射面板的容器(真空容器)、以及被收容在该容器内直接或间接收集从光电阴极发射的光电子用的阳极。
在以上结构中，该光电阴极设在入射面板上，同时能适用于由该入射面板支持的透射型光电阴极。作为入射面板的材料，为了与太阳盲光电阴极组合，最好是至少对波长在200nm以下的紫外光具有透射性的氟化镁(MgF2)。
另一方面，在以上结构中，该光电阴极设在对入射光具有遮光构件(至少遮住200nm以下的紫外光的材料)的与入射面板相对的面上，同时还能适用于由该光电阴极支持的反射型光电阴极。另外，有关的遮光构件的材料可以使用硅(Si)或金属材料等。
本发明的电子管还可以备有被收容在上述容器内的电子放大部，用来对从光电阴极发射的光电子进行联级放大，并将放大后的2次电子导向上述阴极。
在本发明的电子管中，上述阳极还可以是荧光膜，它通过收容对应于入射光而从光电阴极发射的光电子而发光，形成与该入射光的2维光学像相对应的2维电子像。利用这样的结构能直接观察被检测的2维光学像。另外，上述阳极还可以是固体摄象器件，它收容对应于入射光而从光电阴极发射的光电子，输出与该入射光的2维光学像相对应的电信号。
另外，在有以上结构的本发明的电子管中，封入了其分压在1×10-6～1×10-3乇范围内的氢。通过在该压力范围将氢封入容器内，该光电阴极的表面呈化学稳定状态，使该电子管能更稳定地工作。即，当氢的分压比1×10-3乇高时，电子管内产生放电的可能性变大。另一方面，当氢的分压比1×10-6乇低时，氢从多晶金刚石薄膜表面脱离后，再吸收时则需要很长的时间，所以电子管  内的其它残留分子被吸附在多晶金刚石薄膜表面上，失去封入的氢产生的效果的可能性变大。
图1是说明来自CsI光电阴极光电子发射过程用的能带图。
图2是说明来自NEA光电阴极光电子发射过程用的能带图。
图3是表示掺入p型杂质的天然金刚石(111)基极上的单晶金刚石薄膜(111)的分光光学特性曲线图。
图4是说明场发射极的电子发射过程用的能带图。
图5是说明单晶金刚石薄膜中发生的光电子在该层内振动用的示意图。
图6是说明多晶金刚石层中发生的光电子在该层内振动用的示意图。
图8是图7所示的本发明的透射型光电阴极的剖面图及与其对应的能带图。
图9是表示备有本发明的透射型光电阴极的第一实施例(H/Diamond)的电子管的分光灵敏度特性曲线(之一)。在该曲线图中，横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示测定的量子效率Q.E.(％)。
图10是表示备有本发明的透射型光电阴极的第一实施例(H/Diamond)的电子管的分光灵敏度特性曲线(之二)。在该曲线图中，横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示根据入射面板对被检测光的吸收率修正过的该光电阴极本身的量子效率Q.E.(％)。
图11是表示本发明的反射型光电阴极的结构的剖面图。
图12是表示备有图11所示的本发明的反射型光电阴极的电子管结构的剖面图。
图13是表示备有本发明的反射型光电阴极的第一实施例(CsO，KO，RbO/H/Diamond)的电子管的分光灵敏度特性曲线。在该曲线图中，横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示根据入射面板对被检测光的吸收率修正过的该光电阴极本身的量子效率Q.E.(％)，是将CsO、KO、RbO分别作为活化层时绘制的曲线。
图14是表示备有本发明的透射型光电阴极的第二实施例的电子管结构的剖面图。
图15是表示备有本发明的透射型光电阴极的第二实施例(Cs/H/Diamond)的电子管的分光灵敏度特性曲线。在该曲线图中，横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示测定的量子效率Q.E.(％)。
图16是表示备有本发明的透射型光电阴极的第三实施例(Cs/O/Diamond)的电子管的分光灵敏度特性曲线。在该曲线图中，横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示测定的量子效率Q.E.(％)。
图17是表示备有本发明的反射型光电阴极的第二实施例(CsO/H/Diamond，p-Diamond)的电子管的分光灵敏度特性曲线。在该曲线图中，横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示根据入射面板对被检测光的吸收率修正过的该光电阴极本身的量子效率Q.E.(％)，是在掺入p型杂质的多晶金刚石层和不掺入p型杂质的多晶金刚石层的情况下绘制的曲线。
图18是图17所示的实施例中根据对掺入p型杂质的多晶金刚石层测定的量子效率Q.E.(％)和根据入射面板对被检测光的吸收率修正过的该光电阴极本身的量子效率Q.E.(％)绘制的曲线。
图19是说明来自掺入p型杂质的多晶金刚石层的光电子发射过程用的能带图。
图20是说明来自未掺入p型杂质的多晶金刚石层的光电子发射过程用的能带图。
图21是表示为了确认其稳定性而对图17所示的备有本发明的反射型光电阴极的第二实施例(CsO/H/p-Diamond)的一部分测定的备有第二实施例的反射型光电阴极的电子管的分光灵敏度特性曲线。在该曲线图中，横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示测定的量子效率Q.E.(％)，是在焙烧前和焙烧后的情况下绘制的曲线。
图22是表示备有本发明的反射型光电阴极的第三实施例(CsO/O/p-Diamond)的电子管的分光灵敏度特性曲线(之一)。在该曲线图中，横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示测定的量子效率Q.E.(％)，是在焙烧前和焙烧后的情况下绘制的曲线。
图23是表示备有本发明的反射型光电阴极的第三实施例(CsO/O/p-Diamond)的电子管的分光灵敏度特性曲线(之二)。在该曲线图中，横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示根据入射面板对被检测光的吸收率修正过的该光电阴极本身的量子效率Q.E.(％)，是在焙烧前和焙烧后的情况下绘制的曲线。
图24是表示适用本发明的透射型光电阴极的端窗式光电倍增管(电子管)结构的剖面图。
图25是表示适用本发明的反射型光电阴极的侧窗式光电倍增管(电子管)结构的剖面图。
图26是表示适用荧光膜的图象增强管(电子管)结构的剖面图。
图27是表示适用固体摄象器件的摄象管(电子管)结构的剖面图。
以下说明本发明的实施例。另外，图中同一部分标以同样的符号，重复的说明从略。
首先，本发明的光电阴极的特征在于备有多晶金刚石薄膜(多晶金刚石层)。另外，本发明的光电阴极是发射由规定波长的入射光(被检测光)从价电子带激发到导带上的光电子的电极，能适用于检测规定波长的光等用的光电倍增管、图象增强管等各种电子管。另外，该光电阴极包含：在对被检测光具有透射性的基片上形成的从与该被检测光入射的面相对的面发射光电子的透射型光电阴极；以及设在遮住被检测光的基片上、从被检测光入射的面发射光电子的反射型光电阴极。
在该光电阴极中，通过利用多晶金刚石构成主要层，能获得比现有技术(单晶金刚石薄膜)高的量子效率。即，在一般的光电阴极中，由入射的被检测光激发的光电子向所有的方向扩散。而且，在该光电阴极内部只有那些经过反复散射、最后到达该光电阴极的表面上的光电子才被发射到真空中(设置光电阴极的真空容器的内部)。
如图5所示，在单晶金刚石的光电阴极中，从受激位置发射后到达表面位置的光电子运行的距离一般变长。这是因为在受激的光电子中，相对于表面来说，向水平方向或相反一侧扩散的光电子到达表面的运行距离显著变长，结果是从该光电阴极的表面发射的光电子的数变少，量子效率变低。
另一方面，如图6所示，在多晶金刚石的光电阴极的情况下，成为受激的光电子的发射面的各晶粒界面存在于光电子的各扩散方向，所以与单晶金刚石的情况相比，光电子从受激位置到晶体界面(光电子发射的面)的运行距离变短。因此，比从该单晶金刚石的光电阴极发射的光电子数多，能获得更高的量子效率。
其次，说明本发明的透射型光电阴极的第1实施例。图7是表示应用本发明的透射型光电阴极的第1实施例(表面是用氢进行过最终处理的多晶金刚石薄膜，H/Diamond)的电子管10的结构剖面图。
该电子管检测波长在200nm以下的紫外光、即被检测光。另外，在该电子管10中，设置该透射型光电阴极30的入射面板31固定在框体的一端，框体的另一端用玻璃进行气密密封，构成真空容器20。对透射型光电阴极30施加正电压的阳极40与透射型光电阴极30相对设置在真空容器20内部，从真空容器20的下面延伸出一端连接在阳极40上的引线插脚50a、50b。
在该实施例中，作为被检测光，以波长在200nm以下的紫外光为对象，所以在电子管10中所用的入射面板31不能使用迄今广泛使用的硼硅玻璃。因为硼硅玻璃对于波长在300nm以下的光不透明。因此，作为这样的被检测光的入射面板31，例如有氟化镁(MgF2)或氟化锂(LiF)。可是，由于LiF有潮解性，在化学稳定性方面有问题(容易引起特性变坏)，在目前情况下可以使用MgF2。
该透射型光电阴极30与现有的单晶金刚石薄膜不同，它是厚约5μm的多晶金刚石薄膜。而且，透射型光电阴极30的多晶金刚石薄膜与现有的CsI光电阴极不同，它是真空能带(VL)对导带(CS)的底部能量的能量差、即电子亲和力为负的NEA光电阴极。另外，多晶金刚石薄膜的导电类型最好是掺杂硼(B)等杂质的P型。如果使多晶金刚石薄膜的导电类型为p型，则由于多晶金刚石薄膜的导带弯曲，所以光电子到其发射表面的运行变得容易。更好的方法是利用氢32使多晶金刚石薄膜表面(光电子发射面)上未结合的碳成进行最终处理，降低该多晶金刚石薄膜的功函数。
如图7及图8所示，当被检测光(hν)入射到备有这样的透射型光电阴极30(H/Diamond)的电子管10中的入射面板31上时，凡是在特定波长以下的光成分(入射面板31的吸收带的光成分)被入射面板31吸收。另外，透过入射面板31的被检测光到达透射型光电阴极30被吸收，在形成电子-正孔对后，发生光电子(e*-)。由于受到扩散或多晶金刚石薄膜内形成的内部电场的作用，所发生的光电子到达具有负电子亲和力的金刚石薄膜表面上。因此，光电子容易从金刚石薄膜表面发射。另外，多晶金刚石薄膜表面经过用氢32进行最终处理时，与未进行过氢最终处理时相比，其功函数下降，所以光电子更容易在真空中(光电阴极30的外部、真空容器20内)发射。发射的光电子被收集到对透射型光电阴极30施加正电压的阳极40上，并作为电信号从引线插脚50a、50b取出到真空容器20的外部。
本发明者们测定了备有这样的透射型光电阴极30的电子管10的分光灵敏度特性。图9示出了备有本发明的透射型光电阴极(第1实施形态)的第1实施例(表面经过用氢进行最终处理金刚石薄膜，以下用H/Diamond表示)的电子管的分光灵敏度特性曲线。在该曲线图中，横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示实际测定的量子效率Q.E.(％)。
如该曲线所示，在表面为氢终端的多晶金刚石薄膜(H/Diamond)中，能获得量子效率Q.E.在12％以上的较高的值，再现性好。另外，图10是表示在图9所示的第1实施例的多晶金刚石薄膜(H/Diamond)的曲线图中，用纵轴表示根据入射面板31对被检测光的吸收率修正过的该光电阴极本身的量子效率Q.E.(％)。由图10可知，该H/Diamond光电阴极(用氢进行过最终处理的多晶金刚石薄膜)本身的量子效率Q.E.为24％左右。另外，本发明者们将其与非掺杂的多晶金刚石薄膜的情况进行了比较，已确认p型多晶金刚石薄膜(H/Diamond)的量子效率约提高2倍。另外，即使将透射型光电阴极30作成被检测光入射的面和光电子发射的面相同的所谓反射型光电阴极，其分光灵敏度特性在本质上与透射型光电阴极相同。另外，多晶金刚石薄膜的表面不用氢进行最终处理的量子效率与用氢进行最终处理的多晶金刚石薄膜相比较，前者低。
这样，多晶金刚石的透射型光电阴极30之所以能获得较高的量子效率，是因为多晶金刚石薄膜的粒径达数μm，所以其表面上的凹凸变大，可以认为这就是其原因所在。即，如上所述，被检测光受该凹凸的作用而被折射、散射，其光路变长，实际上增加了光吸收效率，所以产生的光电子增多。另外，由于该薄膜由粒状物构成，所以从各粒状物发射的光电子的行进距离变短，故光电子到达发射表面的效率也增加，这一点是清楚的。因此，到达电子亲和力大致为零或负的多晶金刚石薄膜表面的光电子基本上能逸出到真空中(真空容器20内)。因此，受被检测光的吸收率及光电子到达表面的效率支配的透射型光电阴极30具有高的量子效率。
另外，应注意，本发明的光电阴极与场致发射元件(场发射极)本质上不同。
一般来说，称之为场发射极的器件是通过将强电场(＞106V/cm)加在金属或半导体表面上，如图4所示，利用隧道效应将费米能带的电子发射到真空中(设有场发射极的真空空间)。即，由图4可知，发射的电子是费米能带的电子，不是由光从价电子带激发到导带的电子、即不是所谓的光电子。另外，图4是说明场发射极的电子发射过程用的能带图。
另一方面，如图8或图1及图2所示，本发明的光电阴极是将由入射光从价电子带激发到导带的光电子发射到真空中的电极，它与利用隧道效应将费未能带的电子发射到真空中的场发射极有本质的不同。另外，以其说在表面上存在强电场不一定是绝对的条件，倒不如说是由于强电场产生的场致发射电子受光电阴极作用形成暗电流，从而使性能下降。
因此，具有金刚石半导体层的场发射极和本发明的光电阴极属于完全不同的技术范围，两者无关。
其次，说明这样的透射型光电阴极30的形成及备有它的电子管10的制造方法。首先，将阳极40预先用玻璃设置在成为真空容器20的本体的框体内部。这时，设有开口部21，以便对真空容器20内部进行真空抽气。其次，为了形成透射型光电阴极30，例如采用备有由微波进行激励的等离子体放电室(图中未示出)的微波等离子体CVD(Chemical Vapour Deposition：化学气相淀积)法，在入射面板31上形成多晶金刚石薄膜。即，将入射面板31配置在等离子体放电室内，并将例如含有CO及H2的原料气体导入该等离子体放电室内。然后，利用微波使该等离子体放电室内的原料气体放电分解，于是在入射面板31上淀积出多晶金刚石薄膜。另外，为了使多晶金刚石薄膜成为p型半导体层，淀积时按规定的比例导入乙硼烷(B2H6)。特别是为了进行合适的掺杂，淀积时最好取碳和硼的供给比为10∶1。
另外，在多晶金刚石半导体中进行硼掺杂形成p型半导体未必是必要的，但为了获得更高的量子效率，这样做是好的。另外，在形成多晶金刚石薄膜时，在本实施例中采用了微波等离子体CVD，但形成方法不限于此，例如也可以用热灯丝法等形成。
接着，将作为所获得的透射型光电阴极30的多晶金刚石薄膜放置在氢气氛中持续数分钟，用氢将该薄膜表面处理成终端。
此后，将一端用氢进行最终处理的多晶金刚石薄膜(H/Diamond)的透射型光电阴极30取出到大气中后，将入射面板31安装到框体的一端。再从开口部21进行真空抽气，使真空容器20内部达到约1×10-8乇左右、最好在1×10-10乇以下，在这种超高真空的状态下，用约200℃进行数小时的脱气处理。由于该透射型光电阴极30的表面很容易受残留气体等的影响，所以作为维持具有有关性能的NEA透射型光电阴极30的条件，是要求其表面的达到原子能带的纯净度。此后，通过对真空容器20进行的切修处理(在不破坏真空容器20内的真空状态的条件下，将插进真空抽气装置内安装真空容器20的开口部21从该真空抽气装置上切下来)，封住开口部21，获得所希望的电子管10。
另外，在用氢对多晶金刚石薄膜表面进行最终处理时，不受上述限定。即，将形成了多晶金刚石薄膜的入射面板31安装在真空容器20上之后，将真空容器20内部抽成约1×10-8乇的真空状态，在约200℃的温度下进行数小时的脱气处理。此后，将约1×10-3乇的氢导入真空容器20内，另外，通过将透射型光电阴极30加热到约300℃，用氢对表面进行最终处理。被封入了构成电子管10的真空容器20内的氢能使多晶金刚石薄膜表面呈化学稳定。此后，对真空容器20进行切修处理，能获得工作非常稳定的电子管10。这样获得的电子管10也与上述的电子管10一样，能获得量子效率达12％以上(根据入射面板31的吸收率修正过的光电阴极本身的量子效率在24％以上)的高灵敏度，其再现性也好。
但是，重要的是被封入的氢的分压至少要比1×10-3乇低，且比1×10-6乇高。这是因为当氢的分压比1×10-3乇高时，电子管10内产生放电的可能性变大。另一方面，当比1×10-6乇低时，氢从多晶金刚石薄膜表面脱离后，再吸附则需要很长的时间。因此，真空容器20内的其它残留分子便被吸附在多晶金刚石薄膜表面上，就会使失掉封入氢的效果的可能性增大。
本发明的透射型光电阴极30不限于上述实施例。在上述的透射型光电阴极30(H/Diamond)的情况下，为了降低其功函数，用氢将多晶金刚石薄膜表面进行最终处理。另外，为了进一步降低该透射型光电阴极30的表面的功函数，还可以在用氢进行过最终处理的多晶金刚石薄膜表面上设置Cs等碱金属或其化合物的活性层(例如Cs/H/Diamond)。但是，虽然举出了Cs作为碱金属的一个示例，但该活性层不受此限，也可以是其它碱金属，例如K、Rb、Na等。另外，该活性层即使是碱金属的氧化物或氟化物等化合物层，也能获得同样的作用和效果。再者，也可以将由上述碱金属或这些氧化物或氟化物组合而成的多组有源层用于该透射型光电阴极30上。
以下涉及到本发明的反射型光电阴极，首先说明多晶金刚石薄膜的合成方法及该反射型光电阴极的制造方法。
如图11所示，准备好市售的厚为0.5mm左右的廉价的Si(100)基片600，利用低压微波等离子体CVD，在该Si基片600上合成厚度为5μm的硼(B)掺杂的多晶金刚石薄膜610(p-Diamond)。具体地说，用CH4作为原料气体，用B2H6作为掺杂剂气体，将这些气体与H2混合后供给。合成温度为850℃，反应压力为50乇，微波输出功率为1.5W，成膜速度为0.5μm/h。成膜结束后，在只停止供给原料气体CH4和掺杂剂气体B2H6的状态下，保持约5分钟，获得表面进行过氢最终处理的p型多晶金刚石薄膜610(H/p-Diamond)。
接着，将合成后的试样从低压微波CVD装置中取出，装入图12所示的电子管11(光电管)。该电子管11由以下各部分构成：Si(100)基片600和构成在其上面合成的反射型光电阴极650的一部分的多晶金刚石薄膜610、在多晶金刚石薄膜610的表面上形成的活性层620、收集放出的光电子用的环状氧极112、由成为入射光(被检测光)的窗的对紫外光透明的材料即MgF2构成的入射窗113、由玻璃管构成的真空容器110、光电阴极650、分别与阳极112导通用的埋置在真空容器110的一部分中的引线插脚114a、114b及Cs空心管111管和与该Cs空心管111作导电连接的引线插脚114c。而且，该电子管11通过开口部21安装在真空抽气装置上，对其内部进行抽气，使其达到约10.8torr的真空度，然后在约200℃进行脱气烘焙。
另外，为了降低进行过氢最终处理的p型金刚石薄膜610(H/p-Diamond)的表面的功函数，通过交替供给Cs和O2，在该p型金刚石薄膜610(H/p-Diamond)形成单原子层的程度CsO活性层620，获得该光电阴极650(CsO/H/p-Diamond)。另外，通过通电加热市售的Cs空心管111供给Cs，通过泄流阀向电子管110内泄放高纯度的O2，就能简单地形成CsO活性层620。这时，一边照射紫外光，一边监视来自阳极112的光电子发射电流，就能将CsO活性层620控制在再现性好的最佳厚度。然后，封闭电子管11的开口部21。
图13所示是采用这样的方法获得的电子管11的紫外区分光灵敏度特性。入射光通过设在真空容器110的一部分上的由MgF2构成的窗113(入射面板)到达反射型光电阴极650，被该反射型光电阴极650的多晶金刚石薄膜610吸收，激发光电子。被激发的光电子通过扩散到达多晶金刚石薄膜610的表面。这时，多晶金刚石薄膜610的表面由于活性层620的作用，使表面功函数下降，所以光电子能容易逸出到真空中。实际上如图13所示，本发明者们确认了在活性层620为CsO的光电阴极(CsO/H/p-Diamond)的情况下，量子效率最高为90％，在活性层620为RbO的光电阴极(RbO/H/p-Diamond)的情况下，最高为80％，而且，在活性层620为KO的光电阴极(KO/H/p-Diamond)的情况下，最高为70％，能得到非常高的量子效率。另外，图13中的纵轴表示的量子效率是根据MgF2入射面板113在紫外区的透射率修正过的纯多晶金刚石薄膜610的量子效率Q.E.(％)。该值获得了远比在Himpsel文献中报告的天然单晶金刚石对同样的入射光子能量(eV)的量子效率20％高得多的量子效率，突出表现出本发明的有效性。可以认为，这是由于将本发明的光电阴极制成了表面积大的多晶金刚石薄膜，与表面平坦的单晶金刚石薄膜相比较，是由于入射光激发的光电子到达发射表面的几率增大的原因所致。进一步说，也可以认为入射光在薄膜中的各晶粒界面上散射，吸收率增加，但可以认为是由于由碱金属及其氧化物构成的活性层的作用使功函数进一步下降产生的效果很大。
这样，在本发明的光电阴极650中，由于该光电阴极650备有多晶金刚石或以多晶金刚石为主要成分的材料，同时在该多晶金刚石薄膜610上还备有由使其表面的功函数下降的碱金属或其氧化物构成的活性层620，所以与采用现有的单晶金刚石的光电阴极相比，价格便宜、结构简单，而且能实现性能更高的光电阴极。
另外，在上述反射型的光电阴极650中，适合使用B掺杂的P型多晶金刚石薄膜610。作为该反射型的光电阴极650，为了提高量子效率，使用了P型的多晶金刚石薄膜，但不一定只限于p型。另外，将在后文说明，如果采用本发明者们的实验结果，则未掺杂的多晶金刚石薄膜与B掺杂的P型多晶金刚石薄膜相比较，只能获得约1/2左右的量子效率。
另外，上述的反射型光电阴极650，其多晶金刚石薄膜610的表面用氢进行过最终处理。为了确保化学稳定性，最好是用氢进行最终处理的光电阴极，但从光电子发射效率的观点来看，不受此限，即使特意不进行表面最终处理，也能获得同样的效果。
另外，在上述的光电阴极650中，Si基片600上的多晶金刚石薄膜610是用微波等离子体CVD合成的，但基片不限于Si，也可以是其它半导体、金属等。可是，为了获得再现性好的、所希望的特性的光电阴极，最好采用晶质化学稳定且便宜的Si。另外，本发明的光电阴极最好全部由多晶金刚石构成，但即使一部分不是多晶的，例如含有石墨或金刚石类石墨成分，也能获得某种程度的效果。因此，本发明的光电阴极并非只限定于完全由多晶金刚石薄膜构成。
另外，除了基片以外，以上的应用例也能适用于本发明的透射型光电阴极(在透射型光电阴极的情况下，MgF2入射面板即为基片)。及在表面上设有不掺杂的多晶金刚石薄膜的Si基片。然后，将准备好的这些Si基片装入具有与图12所示的电子管同样的MgF2入射面的电子管中，同时经过200℃烘焙后，在H2分压为5×10-3乇、温度为350℃的条件下，用热灯丝法使多晶金刚石薄膜表面为经过氢处理的终端。此后，在室温下，以低压Hg灯为光源，用Cs和O使真空容器内设置的多晶金刚石薄膜表面活化(在多晶金刚石薄膜上形成CsO活性层)，获得反射型光电阴极的第2实施例的试样(CsO/H/p-Diamond和CsO/H/Diamond)。另外，活化方法与GaAs的情况完全相同，是将Cs和O2交替地供给真空容器内的Yo-Yo法。然后，将这些电子管从真空抽气装置上焊开后，测定了各电子管的分光灵敏度。
图17是本发明的反射型光电阴极的第3实施例，分别表示装入了具有B掺杂的p型多晶金刚石薄膜的试样(CsO/H/p-Diamond)的电子管和装入了具有不掺杂的多晶金刚石薄膜的试样(CsO/H/Diamond)的电子管的分光灵敏度特性曲线。在图17中，横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示实际测定的各试样量子效率Q.E.(％)。另外，图18是将具有p型多晶金刚石薄膜的试样的实际测定的量子效率Q.E.(光子/电子)和根据MgF2入射面板的吸收率修正过的量子效率Q.E.(光子/电子)一并绘制的曲线图。由图17可知，作为最大灵敏度，B掺杂的试样的量子效率Q.E.为49％，不掺杂的试样的量子效率Q.E.为30％，获得了非常高的值。两者的量子效率Q.E.的不同之处，将在后文详细说明，但不是由于表面状态不同、而是由于金刚石内的能带弯曲的方向不同引起的。另外，达到49％的量子效率Q.E.即使是修正前的值，也相当于CsI光电阴极的灵敏度的2倍左右。
其次，如果从实际的B掺杂的试样的量子效率(图18是根据窗口材料为MgF2入射面板的透射率修正的分光灵敏度特性曲线)，由于MgF2入射面板的透射率特别是在短波一侧急剧下降，所以在波长为110～135nm附近修正后的最大灵敏度非常高，量子效率Q.E.为80～96％(参照图18)。它比在Himpsel等人在单晶金刚石的(111)面方面的报告中的在该波长区域内的20％的值高得多。因此，可以认为能实现理想的NEA光电阴极。
另外，如果估计多晶金刚石薄膜表面的电子亲和力估计，阈值能量约为5.2eV，金刚石的Eg为5.5eV的至少为0.3eV的负亲和力(NEA)。估计现有的只是经过氢最终处理的表面稍微呈正值的电子亲和力，可能随场所的不同而成为NEA。在该实施例中，可以认为再通过活化CsO(将CsO活性层设在多晶金刚石薄膜上)，则多晶金刚石薄膜表面几乎全部为NEA，能获得具有高量子效率Q.E.的试样(光电阴极)。另外，经过氢最终处理，该多晶金刚石薄膜表面等级变得非常低，所以可以认为对于CsO/GaAs光电阴极上预计的真空等级之间没有间隔的理想的NEA表面。
预计的多晶金刚石薄膜表面的能带图示于图19及图20。B掺杂的p型多晶金刚石薄膜和不掺杂的多晶金刚石薄膜的不同，在于由多晶金刚石薄膜内的能带弯曲的方向不同引起的光电子到达表面的几率不同。因此，可以认为与表面状态无关，通常不掺杂的多晶金刚石薄膜与B掺杂的p型多晶金刚石薄膜相比较，变成1/2左右的QE。
以上的分光灵敏度测定结果是，B掺杂的试样为49％(未经修正)，不掺杂的试样为30％(未经修正)，可以认为能获得高的量子效率Q.E.。再者，根据MgF2入射面板的透射率修正的B掺杂的试样的量子效率表现出80～95％的非常高的灵敏度，可知能实现理想的NEA光电阴极。
其次，为了确认本发明的光电阴极的化学稳定性，以下说明本发明者们进行实验。在以下的实验中准备的试样也是在Si基片上形成的反射型光电阴极。
所准备的试样是在上述Si基片上设置CsO/H/p-Diamond光电阴极，对装入了该试样的电子管进行大气泄流充气。此后，再安装到真空抽气装置上，在200℃进行4小时的烘焙，不进行任何处理就从真空抽气装置上进行切修处理切开。然后，再次测定所获得的电子管的分光灵敏度。
为了比较，图21分别示出了烘焙前和烘焙后的CsO/H/p-Diamond光电阴极的实际测定的量子效率Q.E.(％)的曲线。由该曲线可知，烘焙后的CsO/H/p-Diamond光电阴极(本发明的反射型光电阴极的第3实施例)即使在大气进行泄流充气后，在200℃进行烘焙后，仍然具有最大灵敏度达30％的相当高的量子效率Q.E。与大气泄流充气之前相比较，它相当于大气泄流充气之前的6成的灵敏度。这一事实启示我们，例如可以利用大型的真空装置成批地进行CsO的活化(在多晶金刚石薄膜上形成CsO活性层)，即使将其再次置于大气中，进行与光电倍增管等电子管的连接，仅只用在200℃进行烘焙，作为光电阴极能获得量子效率为30％的电子管，有使现有光电阴极的制造方法为之一新的、可期待的大量生产的可能性。当然，不仅以光电阴极作为倍增极的2次电子面的制造方法也完全相同。即本发明的光电阴极与现有的GaAs等的NEA光电阴极完全不同，所以将以往对大气和水非常敏感的光电阴极的常识完全否定了。
另外，任何一个试样的估计的阈值能量都约为5.2eV，有很大的不同，电子亲和力(NEA)呈负值。这一事实启示我们，在这些光电阴极的表面上不存在烘焙产生的影响，两者(烘焙前的试样和烘焙后的试样)的不同还在于：这是由于吸附在它上面的水或有机物等的分子产生的光电子的扑获造成的。就是说，这一事实启示我们，存在这样的可能性：如果通过烘焙温度的最优化，将这些附着物再次除去，就能再次增大灵敏度，获得原来的高量子效率Q.E.。
如上所述，所获得的CsO/H/p-Diamond光电阴极，即使将其再次置于大气中，此后在200℃进行4小时的烘焙，能将灵敏度维持在烘焙前的灵敏度的60％左右，最高具有30％(相当于根据MgF2入射面板的吸收率修正的量子效率的60％)的高量子效率Q.E.。因此，CsO被活化的多晶金刚石光电阴极在化学上相当稳定，可以充分确立全新的光电阴极或倍增极的2次电子面的批量生产技术。
再者，本发明者们还进行了确认经过氧最终处理的试样(具有多晶金刚石薄膜的光电阴极)的化学稳定性的实验。
所准备的试样是象上述那样在Si基片上形成的表面经过氢最终处理的多晶金刚石薄膜。一边通过Ag管导入分压为5×10-3乇的O2，一边加热该试样，用O对其表面进行最终处理后，交替导入Cs和O，进行表面活化(形成CsO活性层)。此后，将所获得的电子管从真空抽气装置上经过切修处理切开，并进行了分光灵敏度的测定。另一方面，对该光电管进行大气泄流弃气之后，再安装到真空抽气装置上，在200℃进行4小时的烘焙，不进行任何处理就从真空抽气装置上经过切修处理切开，并对该切开后的电子管也进行了分光灵敏度的测定。
为了比较，图22示出了切开前后的安装了本发明的反射型光电阴极的第4实施例(CsO/O/p-Diamond)的电子管的分光灵敏度特性曲线。另外，在该曲线图中，纵轴表示实际测定的量子效率Q.E.(％)。另外，图23是用根据MgF2入射面板的吸收率修正图22中所示测定的量子效率Q.E.后的值(量子效率Q.E.)绘制的曲线图。
由这些曲线可知，通过在进行过氧最终处理的多晶金刚石薄膜上也用Cs进行活化(形成CsO活性层)，能获得最大为26％的相当高的灵敏度。当然这比用氢进行最终处理时的量子效率49％低，但如果用MgF2入射面板的透射率修正的话，则变成接近40％的值，可以说是相当高的值(量子效率Q.E.)。
此外，上述CsO/O/p-Diamond光电阴极即使在进行大气泄流充气后，在200℃进行烘焙的情况下，具有几乎与大气泄流充气前相同的量子效率Q.E。这比经过氢最终处理的试样的得到的值的约6成左右的恢复率还高。结果是，不管是经过氢最终处理的光电阴极，还是经过氧最终处理的光电阴极，如果将它们取出到大气中后在200℃进行的烘焙，则能获得大致相同的量子效率25～30％(由图23可知，相当于修正后的量子效率60％左右)。
另外，为了更详细地评价稳定性，有必要进行处理条件的研究，以曝露在大气中时间为参数，详细地评价光电阴极的特性变动等，但本发明的多晶金刚石光电阴极不管怎样都与现有的碱性光电阴极或GaAs等的NEA光电阴极的性质有很大的不同，已确认其在化学上是稳定的。以往，以光电阴极为代表的具有外部光电效应的器件，其表面状态非常敏感，所以受到微量气体或离子的影响，其特性就会发生变化，这是一种本质性的缺点。可是，可以认为金刚石材料随条件的不同，对表面状态的敏感性非常迟钝。因此，本发明与以往的内部光电效应器件相比，有可能成为涉及到外部光电效应器件的缺点的化学稳定性方面的重大成就。
如上所述。可以确认CsO/O/p-Diamond光电阴极即使暂时曝露在大气中，然后在200℃进行4小时的烘焙，几乎能100％地获得烘焙前的灵敏度。这表示CsO/O/p-Diamond光电阴极是非常稳定的，表明有可能成为涉及到以往的外部光电效应器件的缺点的科学的稳定性方面的重大成就。
另外，上述的实验虽然是对反射型光电阴极进行的，但对于透射型光电阴极也能获得同样的灵敏度。
其次，说明备有本发明的透射型光电阴极的所谓行聚焦型光电倍增管(端窗式光电倍增管)。图24是备有本发明的透射型光电阴极的电子管的结构剖面图。在该图所示的光电倍增管13中，内表面上设有透射型光电阴极30(经过氢最终处理的多晶金刚石薄膜)的入射面板31被支持在构成真空容器20的本体的框体的一个端部上，被检测光(hν)沿图中的箭头所示的方向入射。该框体的另一端部用玻璃气密封闭。另外，在真空容器20内部封入了上述的规定压力的氢。
阳极40设置在真空容器20内的另一端部，在透射型光电阴极30和阳极40之间，靠近透射型光电阴极30设有使光电子汇聚的汇聚电极50，而且，在阳极40附近设有使从透射型光电阴极30发射出来的光电子依次倍增用的由多级倍增极60a～60h构成的电子倍增部60。另外，虽然未进行图示，但通过分压电路及引线，将相对于透射型光电阴极30为正的分压施加在透射型光电阴极30、汇聚电极50、电子倍增部60及阳极40上，并且逐级分配电压的大小，越靠近阳极40越增加电压。例如，在第1级倍增极60a上施加相对于透射型光电阴极30约达数100V的正电压，另外，加在电子倍增部60上的电压也是越靠近阳极40越增加，各倍增极60a～60h上的正电压逐级增加约100V。
当波长为200nm以下的紫外光的被检测光入射到这样构成的光电倍增管13上时，从透射型光电阴极30发射的光电子(e-)比现有的透射型光电阴极30发射的多。发射的光电子由汇聚电极50进行汇聚，一边加速一边入射到第1级倍增极60a上。在第1级倍增极60a上发射出相当于入射的光电子数的数倍的2次电子，接着一边加速一边入射到第2级倍增极60b上。第2级倍增极60b也与第1级倍增极60a一样，发射2次电子。在电子倍增部60中，反复10次左右使2次电子倍增，于是从透射型光电阴极30发射的光电子最后成为增加到约1×106的2次电子束。从最后一级倍增极60h发射的2次电子束被阳极40收集，作为输出信号电流被取出到外部。
一般来说，光电倍增管备有电子倍增部作为电子倍增装置，但即使与量子效率Q.E.低的透射型光电阴极组合使用，也不能获得很好的效果。即，在这样的光电倍增管中，从接收了微弱光的透射型光电阴极几乎不发射光电子，所以最初产生计数错误的光电信号不能被电子倍增部倍增，因此检测效率降低。
另一方面，在备有本发明透射型光电阴极的光电倍增管13中，透射型光电阴极30即使接收了同样的微弱光时，也能发射较多的光电子。因此，在光子计数方式中，即使产生光电信号的计数错误，利用倍增极好的倍增功能，几乎能消除不计数的光电子信号的影响。
另外，在上述电子管中，示出了使用倍增极作为电子倍增装置的光电倍增管，但电子倍增装置不限于此。例如，能使多束2维电子通过直径为10μm左右的玻璃孔而使2次电子倍增的微通道板(以下称MCP)及电子射入式二极管等也能获得同样的效果。另外，光电倍增管不限于上述的行聚焦式(端窗式)，例如也可以是使用反射型光电阴极的圆盒式(侧窗式)等。
例如，图25是备有本发明的反射型光电阴极的侧窗式光电倍增管的结构剖面图。该侧窗式光电倍增管14的基本结构与图24所示的端窗式光电倍增管13相同。因此，在该侧窗式光电倍增管14中，反射型光电阴极650相对于被检测光的入射方向倾斜设置，从该被检测光的入射面上发射光电子。该发射的光电子被沿真空容器20的侧壁按顺序配置的各级倍增极60a～60i进行倍增，由阳极40收集所得到的2次电子束。
另外，应用本发明的光电阴极(包括透射型和反射型的任意类型)的电子管不限于只检测微弱光的器件。例如，图26所示的电子管是能检测微弱的2维光学象的所谓图象增强管。
在该图象增强管15中，与上述光电倍增管13、14不同，透射型光电阴极30通过In金属支持在构成真空容器20的本体的框体的上端部分。另外，MCP61代替倍增极设置在真空容器20的框体的中央部分。另外，将相对于透射型光电阴极30达数100V的正电压施加在MCP61上。再者，引线50a、50b的一端从MCP61的上面一侧(以下称″入射侧″)及下面一侧(以下称″出射侧″)穿过框体的侧壁延伸。而且，倍增用的电压通过引线50a、50b加在MCP61的入射侧和MCP61的出射侧之间。另外，光纤板41支持在真空容器20的框体的下端部上，在其内表面上设有可对MCP61施加数kV左右的正电压的荧光体42(荧光膜)。
制造这样的图象增强管15时，将安装了透射型光电阴极30、MCP61的真空容器20的框体及支持荧光体42的光纤板41配置在超高真空室(图中未示出)内，进行真空抽气，直至1×10-10乇左右。然后，将压力约达1×10- 3torr的氢导入该室中，并将透射型光电阴极30加热到约300℃。于是用氢对该表面进行最终处理。另外，将氢从小室内排出，用上述的制造方法还可以在该经过氢最终处理的透射型光电阴极30(多晶金刚石薄膜)上形成Cs活性层。其次，将光纤板41安装在框体20的一端后，将压力约达1×10-5乇的氢导入真空容器20内部。然后，通过In金属将透射型光电阴极30支持在框体的另一端，此后通过使透射型光电阴极30产生压力变形进行安装，能获得气密封闭的图象增强管15。
如图26所示，当作为被检测光的2维光学象入射到该图象增强管15中时，与该入射光对应的光电子(e-)便从透射型光电阴极30发射到真空容器20的内部空间(真空中)。此后，被发射出来的光电子加速入射到MCP61上，由MCP61将2次电子增加到约1×106倍。这样将2次电子倍增后得到的2维电子图像从与输入侧的入射位置对应的输出侧的位置发射出去。构成该2维电子图像的各2次电子加速地入射到荧光体42上后，便在荧光体42上增强发光，显示出与2维电子像相对应的2维图像。再通过支持荧光体42的光纤板41取出到外部进行观测。
在该实施例中，由于采用本发明的光电阴极，所以不仅对微弱光的检测有效，而且对微弱光的位置检测非常有效。
另外，在图26所示的图象增强管15中，虽然使用了MCP61作为倍增装置，但不受此限，例如也可以使用电子射入型的二极管。另外，为了检测2维光学像，也可以用具有CCD(固体摄象器件)的摄象管等代替使用荧光体42的图象增强管。
图27是备有将荧光体42代之以CCD(固体摄象器件)700的摄象管16的结构剖面图。在该摄象管16中，通过引线插脚701，将来自CCD700的电信号取出到外部。这样，通过利用CCD700，由入射到光电阴极上的被检测光形成的2维光学像，由于形成与该2维光学图像相对应的2维电子像的光电子被收容在CCD700的各像素中，所以通过引线插脚701，按时间序列输出与上述2维光学象对应的电信号。
另外，作为可应用本发明的光电阴极的电子管，除了上述光电倍增管、图象增强管及摄像管以外，还能应用于条纹管等其它光检测装置。
如上所述，如果采用本发明，由于用多晶金刚石或以多晶金刚石为主要成分的材料构成透射型光电阴极或反射型光电阴极，所以能更廉价地实现具有比现有的光电阴极的量子效率高的光电阴极。另外，本发明的光电阴极经过利用氢或氧对其表面进行最终处理后，再设置由碱性金属或其化合物构成的活性层，进一步降低表面适当处理过的金刚石薄膜的功函数，所以能获得更高的量子效率。
此外，通过将这样的透射型及反射型光电阴极应用于光电倍增管、图象增强管、摄象管等电子管中，能实现微弱光的测量极其有效的器件。

Claims (13)

1.一种光电阴极，该光电阴极用于发射由规定波长的入射光从价电子带激发到导带上的光电子，其特征在于：备有由多晶金刚石或以多晶金刚石为主要成分的材料构成的第1层。
2.根据权利要求1所述的光电阴极，其特征在于：上述第1层中的至少一侧表面用氢进行最终处理。
3.根据权利要求1所述的光电阴极，其特征在于：上述第1层中的至少一侧表面用氧进行最终处理。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的光电阴极，其特征在于：在上述第1层上设置的层还备有由碱金属或其化合物构成的第2层。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的光电阴极，其特征在于：上述第1层的导电类型是p型。
6.一种电子管，其特征在于包括：
对规定波长的入射光具有透光性的入射面板；
权利要求1～5中的任意一项所述的光电阴极；
收容上述光电阴极，同时支持上述入射面板的容器；
以及被收容在上述容器内，直接或间接地收集从上述光电阴极发射的光电子用的阳极。
7.根据权利要求6所述的电子管，其特征在于：上述光电阴极设在上述入射面板上，同时由该入射面板支持。
8.根据权利要求7所述的电子管，其特征在于：上述入射面板由至少对波长在200nm以下的紫外光有透光性的氟化镁(MgF2)构成。
9.根据权利要求6所述的电子管，其特征在于：上述光电阴极设在对上述入射光具有遮光性的遮光构件的与上述入射面板相对的面上，同时利用该遮光构件支持。
10.根据权利要求6～9中的任意一项所述的电子管，其特征在于：备有被收容在上述容器内的电子倍增部，用来使从上述光电阴极发射的光电子联级倍增，同时将所得到的2次电子导向上述阳极。
11.根据权利要求6～9中的任意一项所述的电子管，其特征在于：上述阳极是荧光膜，它通过接收从上述光电阴极发射的与上述入射光对应的光电子而发光，形成与该入射光的2维光学像相对应的2维电子像。
12.根据权利要求6～9中的任意一项所述的电子管，其特征在于：上述阳极是固体摄象器件，它接收从上述光电阴极发射的与上述入射光对应的光电子，输出与该入射光的2维光学像相对应的电信号。
13.根据权利要求6～12中的任意一项所述的电子管，其特征在于：上述容器内封入了分压在1×10-6～1×10-3乇范围内的氢。
CN97118486.0A 1996-09-17 1997-09-16 光电阴极及装备有它的电子管 Expired - Fee Related CN1119829C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP244976/1996 1996-09-17
JP24497696 1996-09-17
JP244976/96 1996-09-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1177199A true CN1177199A (zh) 1998-03-25
CN1119829C CN1119829C (zh) 2003-08-27

Family

ID=17126756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN97118486.0A Expired - Fee Related CN1119829C (zh) 1996-09-17 1997-09-16 光电阴极及装备有它的电子管

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5982094A (zh)
EP (1) EP0829898B1 (zh)
KR (1) KR100492139B1 (zh)
CN (1) CN1119829C (zh)
DE (1) DE69726080T2 (zh)
TW (1) TW379349B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1328745C (zh) * 2002-11-13 2007-07-25 浜松光子学株式会社 光电阴极、电子管和光电阴极的装配方法
US7652425B2 (en) 2002-02-22 2010-01-26 Hamamatsu Photonics K.K. Transmission type photocathode including light absorption layer and voltage applying arrangement and electron tube
CN103370765A (zh) * 2010-12-23 2013-10-23 六号元素有限公司 控制合成金刚石材料的掺杂
CN104603909A (zh) * 2012-09-05 2015-05-06 浜松光子学株式会社 电子管
CN107393804A (zh) * 2017-08-04 2017-11-24 南京理工大学 一种真空太阳能光电转换器件
CN108281337A (zh) * 2018-03-23 2018-07-13 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 光电阴极及x射线诊断系统
CN112420467A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 中国科学院空天信息创新研究院 一种光电阴极及其制备方法
CN113994220A (zh) * 2019-05-23 2022-01-28 法国甫托尼公司 提高量子产率的光电阴极

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3745844B2 (ja) * 1996-10-14 2006-02-15 浜松ホトニクス株式会社 電子管
US6054718A (en) * 1998-03-31 2000-04-25 Lockheed Martin Corporation Quantum well infrared photocathode having negative electron affinity surface
AU7933398A (en) * 1998-06-25 2000-01-10 Hamamatsu Photonics K.K. Photocathode
JP3568394B2 (ja) * 1998-07-07 2004-09-22 独立行政法人 科学技術振興機構 低抵抗ｎ型ダイヤモンドの合成法
US6289079B1 (en) * 1999-03-23 2001-09-11 Medtronic Ave, Inc. X-ray device and deposition process for manufacture
JP4562844B2 (ja) * 2000-02-23 2010-10-13 浜松ホトニクス株式会社 光電陰極及び電子管
SE0101864L (sv) * 2001-06-01 2002-12-02 Xcounter Ab Flam- och gnistdetektor, automatiskt brandlarm och förfarnadn relaterade därefter
US6628072B2 (en) 2001-05-14 2003-09-30 Battelle Memorial Institute Acicular photomultiplier photocathode structure
JP2003263952A (ja) * 2002-03-08 2003-09-19 Hamamatsu Photonics Kk 透過型２次電子面及び電子管
US7446474B2 (en) * 2002-10-10 2008-11-04 Applied Materials, Inc. Hetero-junction electron emitter with Group III nitride and activated alkali halide
US7015467B2 (en) * 2002-10-10 2006-03-21 Applied Materials, Inc. Generating electrons with an activated photocathode
DE602004029235D1 (de) * 2003-01-17 2010-11-04 Hamamatsu Photonics Kk Alkalimetall erzeugendes mittel und dessen verwendung zur herstellung einer photokathode und einer sekundärelektronen emittierenden oberfläche
NL1037800C2 (en) * 2010-03-12 2011-09-13 Photonis France Sas A PHOTO CATHODE FOR USE IN A VACUUM TUBE AS WELL AS SUCH A VACUUM TUBE.
US9076639B2 (en) 2011-09-07 2015-07-07 Kla-Tencor Corporation Transmissive-reflective photocathode
ITUB20153768A1 (it) * 2015-09-21 2017-03-21 Istituto Naz Fisica Nucleare Fotocatodi ad alta efficienza per ultravioletto a base di nanodiamante
JP6431574B1 (ja) * 2017-07-12 2018-11-28 浜松ホトニクス株式会社 電子管
JP7234099B2 (ja) 2019-11-12 2023-03-07 株式会社東芝 電子放出素子

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1602170A (zh) * 1968-12-27 1970-10-19
CH566399A5 (zh) * 1973-05-26 1975-09-15 Balzers Patent Beteilig Ag
US3986065A (en) * 1974-10-24 1976-10-12 Rca Corporation Insulating nitride compounds as electron emitters
US4163174A (en) * 1977-06-13 1979-07-31 International Telephone & Telegraph Corp. Oblique streak tube
US4639638A (en) * 1985-01-28 1987-01-27 Sangamo Weston, Inc. Photomultiplier dynode coating materials and process
FR2608842B1 (fr) * 1986-12-22 1989-03-03 Commissariat Energie Atomique Transducteur photo-electronique utilisant une cathode emissive a micropointes
US4970392A (en) * 1990-01-17 1990-11-13 Thermo Electron Corporation Stably emitting demountable photoelectron generator
US5283501A (en) * 1991-07-18 1994-02-01 Motorola, Inc. Electron device employing a low/negative electron affinity electron source
US5381755A (en) * 1991-08-20 1995-01-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of synthesizing high quality, doped diamond and diamonds and devices obtained therefrom
US5180951A (en) * 1992-02-05 1993-01-19 Motorola, Inc. Electron device electron source including a polycrystalline diamond
US5252833A (en) * 1992-02-05 1993-10-12 Motorola, Inc. Electron source for depletion mode electron emission apparatus
US5463271A (en) * 1993-07-09 1995-10-31 Silicon Video Corp. Structure for enhancing electron emission from carbon-containing cathode
US5578901A (en) * 1994-02-14 1996-11-26 E. I. Du Pont De Nemours And Company Diamond fiber field emitters
US5473218A (en) * 1994-05-31 1995-12-05 Motorola, Inc. Diamond cold cathode using patterned metal for electron emission control
US5568013A (en) * 1994-07-29 1996-10-22 Center For Advanced Fiberoptic Applications Micro-fabricated electron multipliers
US5684360A (en) * 1995-07-10 1997-11-04 Intevac, Inc. Electron sources utilizing negative electron affinity photocathodes with ultra-small emission areas

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7652425B2 (en) 2002-02-22 2010-01-26 Hamamatsu Photonics K.K. Transmission type photocathode including light absorption layer and voltage applying arrangement and electron tube
CN1328745C (zh) * 2002-11-13 2007-07-25 浜松光子学株式会社 光电阴极、电子管和光电阴极的装配方法
CN103370765A (zh) * 2010-12-23 2013-10-23 六号元素有限公司 控制合成金刚石材料的掺杂
CN103370765B (zh) * 2010-12-23 2016-09-07 六号元素有限公司 控制合成金刚石材料的掺杂
CN104603909A (zh) * 2012-09-05 2015-05-06 浜松光子学株式会社 电子管
CN104603909B (zh) * 2012-09-05 2017-05-24 浜松光子学株式会社 电子管
CN107393804A (zh) * 2017-08-04 2017-11-24 南京理工大学 一种真空太阳能光电转换器件
CN108281337A (zh) * 2018-03-23 2018-07-13 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 光电阴极及x射线诊断系统
CN108281337B (zh) * 2018-03-23 2024-04-05 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 光电阴极及x射线诊断系统
CN113994220A (zh) * 2019-05-23 2022-01-28 法国甫托尼公司 提高量子产率的光电阴极
CN112420467A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 中国科学院空天信息创新研究院 一种光电阴极及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US5982094A (en) 1999-11-09
EP0829898B1 (en) 2003-11-12
TW379349B (en) 2000-01-11
EP0829898A1 (en) 1998-03-18
CN1119829C (zh) 2003-08-27
KR19980024876A (ko) 1998-07-06
DE69726080D1 (de) 2003-12-18
DE69726080T2 (de) 2004-08-26
KR100492139B1 (ko) 2005-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1119829C (zh) 光电阴极及装备有它的电子管
CN1291435C (zh) 半导体光电阴极
JP4365255B2 (ja) 発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置
WO2016187603A1 (en) Photocathode including field emitter array on a silicon substrate with boron layer
US6657385B2 (en) Diamond transmission dynode and photomultiplier or imaging device using same
CN1794399A (zh) 光电器件及使用其的灯具和显示装置
CN1497657A (zh) 发光体和包含它的电子束检测器、扫描型电子显微镜、质量分析装置
CN108475549B (zh) 闪烁器以及电子检测器
CN1628364A (zh) 透射型光电阴极和电子管
JP5700325B2 (ja) 紫外線発生用ターゲットおよび電子線励起紫外光源
CN109801820A (zh) 多层级联式宽光谱响应光电阴极及其制备方法
JP2002150928A (ja) 半導体光電陰極
EP2579295B1 (en) Ultraviolet irradiation device
JP3642664B2 (ja) 光電陰極及びそれを備えた電子管
JP3806515B2 (ja) 半導体光電陰極
JP3878747B2 (ja) 半導体光電陰極
JP3565535B2 (ja) 光電陰極及び電子管
JP3768658B2 (ja) 二次電子放出装置、製造方法及びそれを用いた電子管
JP6948675B2 (ja) シンチレータの形成方法
CN104599926A (zh) 负电子亲和势冷阴极x射线管
JP2006302843A (ja) 光電面及びそれを備える電子管
JP2009272102A (ja) 光電陰極及びそれを備える電子管
Yoo et al. Deep UV light source with CNT cold cathode electron beam (C-beam)
JP2000021297A (ja) 半導体光電陰極
CN114318502A (zh) AlGaN材料的生长方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20030827

Termination date: 20130916