JP2002520798A - 光検出器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光センサは、放射線および／又は粒子を感知する陰極部（１１１）、電子を受取る陽極部（１１４）および陰極部を、その一方の端部に気密的に取付け、かつ陽極部を、その他方の端部に気密的に取付けている真空チャネルであって、導電層又は半導電層（１０７）により、内面が少なくとも一部覆われた、管状部材（１０６）から成る真空チャネル（１１２、１１３、２００）から成っている。チャネル電子増倍器を製造する方法は、その内面の少なくとも一部に、管状部材と、導電層又は半導電層とを形成する工程、陽極部を形成し、陽極部を管状部材に封止する工程、管状部材を真空にする工程、放射線および／又は粒子を感知する陰極部を形成する工程、陰極部を真空の管状部材に封止する工程を含む。この光検出器は、少なくとも部分的にモールド材で封止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の属する技術分野 本発明は、光検出器と、光検出器を製造する方法に関するものである。

【０００２】 従来の技術 図７は、公知の装置を示す。図７ａは、主として、透明フェースプレート付き
の光電陰極７０１、陽極７０４、前述の光電陰極と陽極間にある規定された数の
個々のダイノード７０３を備えた増倍部７０２を有する真空にした管から成る光
電子増倍管である。光電陰極７０１は、放射線が光電陰極に当たると、電子を真
空空間７０５に放出するように設計されている。これらの光電子は、加速されて
、第１のダイノードに集束される。これらダイノードは、左から右に順次高くな
る正電圧を外部回路（図示せず）から受取り、従って左から右に電子を加速する
。各ダイノード７０３は、電子が入射するといくつかの二次電子を発生させ、そ
れらの二次電子を、すぐ右のダイノードの電圧により右側に引っ張るように設計
されている。それ故、増倍効果が得られ、最終的に、陽極７０４でかなり大きい
信号を検出できる。組立てられる個々の部品が多数あるため、図７ａの光電子増
倍管は高価である。その他、この光電子増倍管は、所要の電圧をダイノードに印
加するために幾つかの外部回路を必要とする。この光電子増倍管は、光電陰極７
０１に電子が発生すると、外被７１２の内壁に電荷が蓄積する可能性があり、か
つ外被又はその一部が絶縁されているときは、これらの電荷が電界を形成し、電
子の行程を乱す可能性があるという点で、不安定となることがある。

【０００３】 図７ｂは、チャネル電子増倍器７１１（ＣＥＭ）を含む光電子増倍管を示す。
この光電子増倍管において、ＣＥＭ７１１は、外被７１２内に設けられる。外被
７１２は排気され、その左端には、透明フェースプレート付きの光電陰極７０１
が設けられる。この装置は嵩張る。この装置は、加速電圧をＣＥＭ７１１に印加
するための端子７１３、７１４を備えている。この印加電圧は、排気された中空
ＣＥＭ７１１の内側に設けられた導電路に沿って降下する。この形態の増倍部７
１１は、光電陰極７０１から電子を集める円錐形の開口部と、その開口部の後に
、電圧降下で発生する電界により電子を加速する螺旋部があるものが示されてい
る。ＣＥＭ７１１の内壁に沿って、電流が絶えず流れる（約１０ナノアンペアか
ら約１０マイクロアンペアまでの範囲の電流と、約１００Vから約１０００Vまで
の範囲の電圧）ため、ＣＥＭ７１１が、電流と電圧降下に対応する電力で加熱さ
れる。これに反して、ＣＥＭ７１１は、真空外被７１２内に設けられるから、対
流又は熱伝導による熱放散がなく、加熱と輻射による冷却との釣合いが取れる迄
、ＣＥＭ７１１は温度上昇する。これにより、高電力消費の場合に、加熱・冷却
段階の間、電気的に不安定となる。さらに、これにより、導電路に流れる最大電
流が制限され、その結果、この装置の最大陽極電流が非常に制限され、かつダイ
ナミックレンジが小さくなる。

【０００４】 ＣＥＭ７１１の曲がり構造物のため、電子はこれらの壁に繰り返し当たり、そ
れ故二次電子を発生させ、従って増倍効果が起こり、陽極７０４で信号を検出で
きる。このような装置を用いれば、１０⁸を超える増倍が得られる。

【０００５】 図７ｃは、ヨーロッパ特許出願公開第０４０１８７９号明細書から公知の検出
器を示す。モノリシック・セラミック本体７２１内に、螺旋状チャネル７２２が
形成されている。このチャネルの両端において、一方の側に光電陰極（図示せず
）が、他方の側に陽極部が接続されている。モノリシック・セラミック本体内に
螺旋状チャネルを形成し、この螺旋状チャネルの内壁上に、導電層又は半導電層
を形成するには複雑な製造技法が必要であり、この装置は製造が面倒である。

【０００６】 図７ｄは、米国特許第３２４３６２８号明細書から公知の電子増倍器を示す。
これは、内側が抵抗性二次電子放出手段７３２でコーティングされた管状本体７
３１を備えている。

【０００７】 図７ｅは、米国特許第３６３４６９０号明細書から公知の管状光電池を示す。
ここで、陰極７０１と陽極７０４は、管の長手方向の両端に付けられている。

【０００８】 発明の要約 本発明の目的は、高性能で、低ノイズで、手ごろな価格で、小形で、信頼でき
る検出器、並びにこの検出器を製造する方法を提供することである。

【０００９】 この目的は、独立クレームの特徴事項により達成される。従属クレームは、本
発明の好適な実施例を対象とする。

【００１０】 以下において、本発明の実施例を、添付図面を参照して説明する。

【００１１】好適な実施例の説明 図１は、本発明の第１の実施例を模式的に示す。この検出器は、陰極部１１１
、チャネル部１１２、１１３および陽極部１１４を持つ。陰極部１１１は、放射
線および／又は粒子が入射すると電子を放出する光電陰極層１０１を備える。

【００１２】 陰極層１０１は、支持体１０２上に設けられる。この支持体は、検出すべき放
射線および／又は粒子に対して透明である。この支持体は、例えば光学ガラス、
鉛ガラス、石英ガラスあるいはフッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、サファ
イア又はそれらに類するものなどのクリスタル窓材により形成される。チャネル
部は、細長いチャネル１０８を閉じ込めている。装置が組立てられると、このチ
ャネルは排気される。チャネル部は、事実上、管状部材１０６で形成される。管
状部材１０６自体は細長い。管状部材１０６を真空に保つために、管状部材１０
６は、その一方の端部が気密的に陰極部で塞がれ、かつ他方の端部が気密的に陽
極部で塞がれる。このセンサを組立てる前に、管状部材１０６は別個に形成され
、それ故、管状部材１０６をその機能に適合させるために、後で変更する場合が
ある。管状部材１０６の長さと、チャネル内径１１３との比は、一般に２０：１
〜２００：１であり、好ましくは３０：１〜１００：１である。管状部材１０６
の断面は、円形、楕円形、長方形もしくはそれらに類するものである。円形の断
面が好ましい。陰極の断面は円形であってよい。特定の用途では、陰極の断面は
長方形、楕円形、多角形もしくはそれらに類するものとされ得る。

【００１３】 管状部材１０６の内壁１０７は、少なくとも部分的に、導電層又は半導電層１
０７で覆われる。この層は、様々な機能を持っている。即ち、この層は、光電陰
極からあるいは層１０７の他の部分から侵入する電子の標的であり、１個の電子
の入射に伴ない複数個の二次電子を放出する。概して、吸収される電子よりも多
くの電子を放出するから、この層の長手方向に増倍効果が観測できる。さらに、
この層は、放出される上記電子を供給する。加えてこの層は、そのチャネルに沿
って電圧降下を生じ、この電圧降下が、正電位に向けて電子と二次電子を加速さ
せ、陽極に向かう電子の数をますます増大させるように働く。それ故、このチャ
ネル全長にわたって或いは少なくともこのチャネル全長の一部にわたり、適切な
電圧が印加され、特にその導電層又は半導電層に、適切な電圧が印加される。そ
れ故、この層は、主として或る抵抗が得られるように（適切な電圧にて、この層
を流れる所望の電流を得るために）、かつ二次電子を放出する所望の能力が得ら
れるように、設計する必要がある。

【００１４】 陽極部１１４は、陰極への光子／粒子の入射に応答し、チャネルに沿って発生
した電子／二次電子を集める。それ故、光子、一群の光子、又は陰極層１０１に
当たった粒子に応答して、陽極で電気信号が観測できる。

【００１５】 層１０７は、チャネル部１１２、１１３をその全長にわたり覆う必要はない。
しかしながら、好ましくは層１０７は、周方向に完全にチャネル１０８を囲う。
図１は、層１０７がチャネル１０８を、その全長にわたり陰極部１１１から陽極
部１１４まで覆っている一実施例を示す。上述の電圧が、端子１０９、１１５を
通じて層１０７に印加される。

【００１６】 陰極部１１１と陽極部１１４は、管状部材１０６の端部に取付けられ、気密的
に層１０７を形成する。組立前に、チャネル１０８を真空にする。その後、チャ
ネル１０８は、真空状態にとどまるように塞がれる。

【００１７】 このセンサは、チャネルの少なくとも一部、好ましくはチャネルの全部の周り
に、さらに好ましくは、陰極部１１１と陽極部１１４の少なくとも側部領域の周
りにも形成されるモールド材１０５とを含むと（必ずしも必要ではないが）好都
合である。このモールド材１０５の機能は、この装置を機械的な衝撃から守り、
かつ高圧絶縁を提供することである。それ故、モールド材１０５は、このような
機能を達成するために選択される。もう１つ別の基準は、層１０７を流れる電流
で発生する熱を運び去るため、モールド材１０５が熱を伝達できる点である。

【００１８】 それ故、上記の装置を製造する基本的な工程は、以下の通りである。先ず、管
状部材１０６を成形する。ここで成形するとは、他の面では、所望の通りの形状
を管状部材１０６に与えることをも意味する。例えば、チャネル部１１２、１１
３は、ほぼ円錐形をなす第１の縮小部１１２と、ほぼ一定の断面を示す第２の部
分１１３とを有する管状部材１０６により形成される。この工程はまた、管状部
材１０６の内壁に層１０７を形成する工程をも含む。第１の縮小部１１２は、陰
極から陽極に向かう方向に、そのチャネルの直径および／又は断面の寸法を縮小
する。好ましくは第１の縮小部１１２は、その陰極側の端が、陰極部のものに一
致する断面積と形状を持ち、かつその陽極側の端が、第２の部分に一致する直径
と断面積を持つ。この断面の形状および／又は断面積は、第１の縮小部１１２の
それぞれの側に結合する上記の部分の要件に基づいて選択される。

【００１９】 適切な形状の陽極部１１４を形成し、公知の技法により、気密的に管状部材１
０６に取付ける。

【００２０】 そのほかに、陰極部を形成する必要がある。これは、基板１０２上に陰極層１
０１を設ける必要があることを意味する。陰極層用の公知の材料は、大部分が外
気による影響を受けやすく、従って、所望の陰極層の材料を基板１０２上に設け
る陰極部の形成は、通常真空状態のもとで行う。

【００２１】 次に、この配置構成全体を、陰極部１１１を気密的にチャネル部１１２、１１
３に取付けることで塞ぐ。チャネル１０８を、予め真空にする。それ故好ましく
は、チャネル１０８を真空にし、陰極層１０１を形成し、陰極部１１１をチャネ
ル部１１２、１１３に封止する処置を、真空システム内で１工程の間に行う。

【００２２】 上述の構成と方法を用いれば、大量生産において、手ごろな製造価格をもたら
す少数の部品だけから成る低ノイズのセンサが形成できる。そのほかに、このよ
うにして得られる装置のサイズを小さくすることもできる。図７Ｂに示す実施例
とは対照的に、導電層又は半導電層１０７で発生した熱は、熱伝導により運び去
ることができる。それ故、さらに高い電流が可能となり、この検出器のダイナミ
ックレンジが増大する。そして熱的および電気的な安定性が大幅に向上する。

【００２３】 管状部材１０６用の材料として、ガラス、鉛ガラス又は鉛ビスマス・ガラスが
使用できる。層１０７は、センサを組立てる前に、加熱水素をチャネル１０８の
中に導き、鉛ガラス又は鉛ビスマス・ガラスを還元することで形成できる。ガラ
ス又はセラミックスでできた管状部材１０６を使用し、その管状部材１０６を、
鉛ガラス又は鉛ビスマス・ガラスでコーティングすることも可能である。塊状の
導電材料も使用可能である。

【００２４】 壁面に当たって二次電子を発生させる可能性を高めるこれらの電子の、そして
ガスイオンエネルギーをわずかしか得ず、それ故壁面に当たっても、さらなる二
次電子を発生できない、陰極に向って進む残留陽電荷の平均自由行程を短くする
ために、曲がり部および／又は彎曲部を設けることもできる。

【００２５】 上述の組立後に、さらに機械的に保護できるようにするために、センサをモー
ルド材で封止することもできる。或るプラスチック材料（例えば、ポリウレタン
）だけでなく、シリコーン樹脂も適切な材料である。

【００２６】 陰極部１１１とチャネル部１１２、１１３との間の封止部は、好ましくはイン
ジウム又はインジウム合金から成る。インジウムとその合金は低い融点を持ち、
かつこれら物質のガス圧力は低く、組立済みＣＥＭ内の真空状態が、前述の封止
材料中で、あるいは封止材料と共に発生する作用により乱されることはない。

【００２７】 好適な一実施例において、陰極部１１１とチャネル部１１２、１１３との間の
インジウム（合金）封止部１０３は、陰極層１０１にも、チャネル内の導電層／
半導電層１０７にも接触する。封止部１０３は、封止部１０３に結合する端子１
０９を設けることで、外部から、電気的に接近可能である。この場合、封止部１
０３は、陰極部１１１をチャネル部１１２、１１３に気密封止し、陰極層１０３
に接触しそして層１０７に接触する三重の機能を果たす。

【００２８】 好ましくはインジウム合金、例えばインジウムと錫の合金又はインジウムとビ
スマスの合金が使用される。好ましくは、インジウム合金は共晶合金である。

【００２９】 支持体１０２も管状部材１０４、１０６も或る種のガラスでできているから、
陰極部１１１とチャネル部１１２、１１３との間の気密封止部１０３は、通常ガ
ラス／インジウム（合金）／ガラスの連結部である。ガラス面の１つへの前述の
合金の接着性を向上させるため、ガラス面を研磨しおよび／又はそのガラス面に
金属プライマ層を付けることができる。好ましくは、封止部１０３に接触する上
記のガラス面を最初に研磨し、その後ガラス面に金属層を付ける（例えば金属層
をその研磨済み表面上に蒸着する）。その後、真空状態の下でインジウム合金の
連結部を設けることにより、陰極部１１１を気密的にチャネル部１１２、１１３
に取付ける。好ましくは、封止部１０３に接触する双方の表面部分（支持体１０
２と、管状部材１０４、１０６）は、上述の方法で処理する。

【００３０】 図２Ａは、陰極部の他の実施例を示す。チャネル領域１１２、１１３は、一部
しか示していない。この場合も、チャネル領域は、円錐形の部分１１２と、ほぼ
一定の直径を持つ部分１１３とを有する。それにもかかわらず、陰極と、第１の
縮小部との間に、断面がほぼ一定の第３の部分１０６ａが、追加的に設けられる
。この第３の部分は、管状部材１０６と共に、単一体１０６ａとして形成するこ
とができる。さらに、第３の部分１０６ａの内壁も、導電層又は半導電層１０７
ａで覆われてよい。それ故、導電層又は半導電層１０７、１０７ａは、光電陰極
から陽極に向けて延びている。

【００３１】 そのほかに、集束電極２１１を設けることもできる。集束電極２１１は、第３
の部分１０６ａのうち、陰極部に隣接した内壁に設けられる。集束電極２１１は
、環状のもの（第３の部分１０６ａが、円形断面を有する場合）であって、第３
の部分１０６ａの内壁の円周全体に設けられる。環状の集束電極２１１は、陰極
から離れて、第３の部分１０６ａの内壁の一部を覆う。好ましくは、集束電極２
１１は、長手方向に、第３の部分１０６ａの全長の１／５を覆う。集束電極２１
１は、封止部１０３に電気的に結合され、それ故陰極の電位を受ける。集束電極
２１１は、第３の部分１０６ａの内壁に設けられた低抵抗の導電（金属）層であ
ってよい。これもまた、金属リングであっても差し支えない。

【００３２】 集束電極２１１の効果を、図２Ｂを参照して説明する。集束電極２１１が陰極
電位を持つので、集束電極２１１は、陰極と層１０７ａ（その層に沿って、電圧
が、陽極から陰極まで連続的に低下する）との電位差のために、普通なら自由電
子が引き付けられるはずの第３の部分１０６ａの側壁から自由電子を跳ね返す働
きをする。符号２２１は自由電子の運動経路に一致する軌跡を示し、符号２２２
は等電位線を示している。これらの電子は、第３の部分１０６ａの側壁から、ま
た円錐体１０４の幅広い部分から跳ね返されるから、電子は、チャネル１０８の
開口部に近い壁あるいはチャネル内の壁にのみ初めて当たる。これは、電子がさ
らに大きい運動エネルギーを蓄積するという効果を持ち、従って電子が二次電子
を発生させる能力を向上させる。

【００３３】 図２Ｃは、検出器における陰極付近の部分の、他の実施例を示す。図２Ａの実
施例と違って、中間部２００が、第３の部分１０６ａに設けられる。この中間部
は、層１０７により覆われないかあるいはその一部だけが覆われる。封止部１０
３は、陰極部１１１と第３の部分１０６ａの間に設けられる。封止部１０３は、
これら２つの部分間の気密連結部を持ち、さらに陰極層１０１にも接触する。し
かしながら、中間部２００が層１０７を持たないため、封止部１０３は、層１０
７に接触する目的では使用できない。この層は、公知の技法により、それ自体の
接触子２０１と別に接触する。

【００３４】 図２Ｃの配置構成により、陰極部１１１と、円錐部１１２の入口との間に電位
差を加えることができる。二次電子放出に対して、層１０７上の光電子の衝突エ
ネルギーを最適化できるから、そのことは、好都合な効果を持つ。

【００３５】 図２Ｃの集束電極２１１は、図２Ａと図２Ｂに関して説明したものと同様な効
果を持つ。特に、集束電極２１１は、電子が、中間部２００の内部絶縁壁に当た
るのを大幅に防止し、従って、この壁の帯電をも防止する。

【００３６】 陰極部１１１と第３の部分１０６ａとの間に、封止部１０３が設けられる。封
止部１０３は、これら２つの部分間に気密の連結部を形成し、さらに、陰極層１
０１と集束電極２１１にも接触する。

【００３７】 図３は、図２のセンサの実施例で用いる接続図を示す。好ましくは一定の直流
電圧Ｕ_Bを、端子１０９と図１の陽極との間に印加し、従って、電子を左から右
に加速するのに必要な電圧降下を発生するようにしている。陽極にプラスを接続
し、端子１０９にマイナスを接続する。この電圧は、数百Vから数千Vまでの範囲
内とする。好ましくは、この電圧は、１０００〜４０００Vである。装置の正規
動作により発生する電流よりも充分に大きい電流を流す、即ち電子と二次電子が
、チャネル１０８を通って左から右に移動するように、導電層／半導電層１０７
の抵抗を調節する。好ましくはこの電流は、数百ナノアンペアから数百マイクロ
アンペア、例えば１０〜１００マイクロアンペア迄の範囲である。例えば、２０
００Vと１０マイクロアンペアの値を用いると、１００ｍＷの加熱電力が得られ
る。その最終的に求められる信号は、陽極電極１１０のところで、アース３０６
に対する電圧パルスとして、又は電流の流れとして検出できる。直流電圧は、電
圧源３０１により与えられる。陽極電圧パルス又は陽極電流は、適切な計器３０
２を用いて測定される。図３に模式的に示す実施例では、中間部２００が設けら
れるので、陰極層１０１は、チャネル１１２、１１３の層１０７に電気的に結合
されない。チャネル１１２、１１３への電圧供給は、電圧源３０１に接続された
適切な要素３０３を通じて達成される。この要素は、端子２０１（図２）と端子
１０９（図１）間に電圧降下を発生させる。それ故、チャネル１１２、１１３の
入口には、陰極層１０１と比較して正のバイアスが掛かっている。このバイアス
は、３０〜３００Vであり、好ましくは約１００Vである。要素３０３は、ツェナ
ーダイオード、抵抗、電圧源、もしくはそれらに類するものである。３０４は、
抵抗、ツェナーダイオード又は端子１１５と端子１１０との間に１０〜１００V
の電位差を与える電圧源である。陽極は、端子１１０を通じてシールド線３０５
、好ましくは同軸ケーブル又はシールド無しの電線に接続される。ケーブル３０
５で、端子１１０を計器３０２に接続する。図３において、陽極がアース電位に
、また陰極が−Ｕ_Bに設定される。いくつかの用途では、陰極をアース電位に、
また陽極を＋Ｕ_Bの電位に設定するのが得策である。

【００３８】 図４は、陽極部を模式的に示す。図１と同一の符号は、同じ構成要素である。
４０１は、ターゲット電極４０３を担持する絶縁体である。ターゲット電極は検
出される。管状部材１０６と絶縁体４０１との間に封止部４０４を設ける。この
場合も、封止部４０４は、絶縁体４０１を管状部材１０６に取付ける気密封止部
である。

【００３９】 一実施例において、ターゲット電極４０３は、層１０７に対し電気的に絶縁さ
れる。このことは、層１０７が、その陽極側の端に、それ自体の端子４０２を必
要とすることを意味する。層１０７の陽極側の端とターゲット電極４０３を、こ
のように電気的に隔離することで、このセンサは、例えば発光物質を用いる分光
用途のため、光子計数モードやパルスモードだけでなく、アナログ直流モードで
も使用可能となる。他の実施例において、層１０７は、ターゲット電極４０３に
電気的に結合され、従って端子４０２、１１０のいずれかが不要となる。とはい
え、この場合、アナログ直流モードが不可能となる。

【００４０】 支持体１０２の真空側に、上述のように感光陰極層から成る陰極部を設け、さ
らに粒子又は透過力の強い放射線が入射すると光子を放出する発光物質を支持体
１０２の他方の側に設けると、上述のセンサがγ線やｘ線のような粒子や透過力
の強い放射線を感知できるようになる。この層は、粒子や透過力の強い放射線に
曝され、粒子や透過力の強い放射線が上記の発光層に当たると光子を発生させ、
これらの光子が、透明な支持体１０２を通過して、光電陰極１０１から自由電子
を放出させる。これらの電子は、上述の通り、陽極部に向けて加速される。

【００４１】 チャネル１１２、１１３を真空に保つ材料の選択にあたっては、注意が必要で
ある。即ち、これは、管状部材１０６、支持体１０２と４０１および使用される
様々な封止部と間連を持つ。真空状態をできる限り長く維持できるようにしなけ
ればならない。本発明者により認められた１つの傾向は、このチャネルを閉じ込
めた上記材料内のガスのために、チャネル１１２、１１３内の真空状態が失われ
ることであった。それ故これらの材料は、ガス運搬能力も、ガス圧力も小さいも
のから選択しなければならない。さらに、例えば電子でこれらの材料を処理する
かあるいはこれらの材料をベーキングすることにより、材料を適切に選択するこ
とに加えて、ガス運搬能力も小さくすることもできる。その処理の後で初めて、
チャネルを、真空状態で塞ぐ。そのほかに、チャネル内にゲッタ物質も設けるこ
ともできる。このゲッタ物質は、チャネル内に放出されたガスを吸収し、それ故
、チャネル部１１２、１１３を真空状態に保つのに役立つ。好ましくはこのゲッ
タ物質は、陰極部１１１とチャネル部２００、１１２、１１３との間のインジウ
ム封止部の個所に設けられる。

【００４２】 上記のセンサは、紫外光、赤外光、可視光、支持体１０２の反対側の発光層を
組み入れているときはγ線やＸ線又は複数のこれらの波長の電磁波を感知する。
この曲がり形状、即ちチャネルは、例えば正弦波曲線に沿い一平面内でのみ曲げ
られる。しかしまた、螺旋状曲線又は他の形状、例えばＣ字形も可能である。

【００４３】 本発明による光検出器を用いて行ったテストにより、優れた性能データが示さ
れている。１０⁸以上の利得が得られた。図５は、縦座標５０２の利得と、横座
標５０１の印加電圧Ｕ_Bを示している。

【００４４】 図６ａは、マルチチャネル・アナライザから受取る単一の光電子スペクトルを
得るための測定条件を示す。その電気的な構成を、図６ａに示す。光源６００は
、本発明に基づき形成された光検出器６０１を照らす。その出力信号は、電荷感
知の前置増幅器６０２に送られ、そこから増幅器６０３へ送られ、次にそこから
Ａ／Ｄ変換器６０４に送られ、そこからマルチチャネル・アナライザ６０５に送
られる。図６ｂは、その測定結果を示す。単一の光電子ピーク６１０は、電子バ
ックグラウントノイズ６０８とは異なることが明らかである。ノイズ６０８と電
子ピーク６１０は、明らかに、谷６０９により分けられる。１０：１以上のピー
ク／谷比が得られた。図６ｂにおいて、横座標は６０６、チャネル数を示し、こ
のチャネル数は、電子エネルギーの指標である。また、縦座標６０７は、１つの
チャネル内での当たりの数を示している。

【００４５】 実験データから、本発明に基づいて形成された光検出器は、極めて低いノイズ
を示すことが確認された。可視光電陰極（例えば、Ｋ₂ＣｓＳｂの光電陰極）を
用いれば、ノイズレベルを、１秒当たり数ダーク・カウントまで下げることがで
きる。約数十メガヘルツまでの最大カウント・レートを用いれば、約７桁のダイ
ナミックレンジに達する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施例の模式図である。

【図２】 図２Ａ〜２Ｃは、陰極部の実施例である。

【図３】 この検出器に使用される回路の回路図である。

【図４】 陽極領域の一実施例である。

【図５】 本発明による光検出器の特性である。

【図６】 図６Ａ、６Ｂは測定条件と、この測定条件で得られた結果を示す。

【図７】 図７Ａ〜７Ｅは公知の増倍器を示す。

【符号の説明】

１０３ 金属封止部 １０５ モールド材 １０６、１０６ａ、１０８、１１２、１１３、２００ 真空チャネル １０７ 導電層又は半導電層 １０９ 外部端子 １１１ 陰極部 １１２ 円錐形または漏斗状の部分 １１３ 第２の部分 ２００ 封止部付近の部分 ２０１ 接触子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シモネッティ、ジョン ジュニア アメリカ合衆国 08690 ニュージャージ ー ハミルトン スクエア ライン ロー ド １ Ｆターム(参考） 5C038 BB01 BB02 BB04

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁放射線および／又は粒子が入射すると電子を放出する陰
   極部（１１１）と、 電子を受取る陽極部（１１４）と、 一方の端部に陰極部が気密的に取付けられ、他方の端部が陽極部により気密的
   に封止された真空チャネル（１０６、１０６ａ、１０８、１１２、１１３、２０
   ０）と、 陽極部に向かう方向に真空チャネルの断面積を縮小する第１の縮小部と を有し、 管状部材（１０６）から成る真空チャネルにおいて、 その内面を少なくとも部分的に覆う、一次電子が入射すると二次電子を放出する
   導電層又は半導電層（１０７）と、 を備えることを特徴とする電磁放射線又は粒子用の検出器。
2. 【請求項２】 チャネルが、ガラス管又はセラミックス管から成ることを特
   徴とする請求項１記載の検出器。
3. 【請求項３】 管状部材が鉛ガラスおよび／又は鉛ビスマス・ガラスから成
   っているか、その内面が鉛ガラスおよび／又は鉛ビスマス・ガラスでコーティン
   グされているか、あるいは管状部材が塊状の導電性材料又は半導電材料であるこ
   とを特徴とする請求項２記載の検出器。
4. 【請求項４】 チャネルを形成する管状部材を少なくとも部分的に封止する
   モールド材（１０５）をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の検出器。
5. 【請求項５】 モールド材が、シリーコンベースの材料および／又はポリウ
   レタンから成ることを特徴とする請求項４記載の検出器。
6. 【請求項６】 導電層又は半導電層（１０７）および／又は陰極部（１１１
   ）に電気的に結合された、陰極部とチャネル間の金属封止部（１０３）と、 封止部（１０３）に電気的に結合された外部端子（１０９）と、 をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の検出器。
7. 【請求項７】 陰極部に電気的に結合された、陰極部とチャネル間の金属封
   止部（１０３）と、 封止部に電気的に結合された、外部端子（１０９）と、 をさらに備え、 チャネルのうち、封止部付近の部分（２００）が、導電層又は半導電層（１０７
   ）では覆われず、また層が、気密的にチャネルに挿入した接触子（２０１）に電
   気的に結合されたことを特徴とする請求項１記載の検出器。
8. 【請求項８】 封止部が、インジウム又はインジウム合金から成ることを特
   徴とする請求項６記載の検出器。
9. 【請求項９】 封止部が、インジウム錫合金又はインジウム・ビスマス合金
   から成ることを特徴とする請求項８記載の検出器。
10. 【請求項１０】 合金が共晶合金であることを特徴とする請求項９記載の検
    出器。
11. 【請求項１１】 チャネルが、曲がり部分を有することを特徴とする請求項
    １記載の検出器。
12. 【請求項１２】 第１の縮小部が円錐形又は漏斗形の部分（１１２）であり
    、かつ第２の部分（１１３）が、ほぼ一定の断面を持ち、第１の部分が陰極部と
    第２の部分との間に設けられたことを特徴とする請求項１記載の検出器。
13. 【請求項１３】 断面がほぼ一定の第３の部分（１０６ａ）が、第１の縮小
    部と陰極部との間に設けられたことを特徴とする請求項１記載の検出器。
14. 【請求項１４】 チャネルが、事実上、導電層又は半導電層（１０７）のな
    い、陰極部（１１１）と第１の縮小部（１１２）との間に位置する中間部（２０
    ０）を持ち、かつ接触子（２０１）が、チャネルの第３の部分と第１の縮小部と
    の間の移行部分のところで、あるいは移行部分の近くでチャネルに達し、導電層
    又は半導電層（１０７）に電気的に結合されたことを特徴とする請求項７記載の
    検出器。
15. 【請求項１５】 チャネル内に拡散したガスを吸収するゲッタ物質をチャネ
    ル内に設けたことを特徴とする請求項１記載の検出器。
16. 【請求項１６】 第３の部分（１０６ａ）の内壁の円周方向の少なくとも一
    部に、電極（２１１）が設けられたことを特徴とする請求項１３記載の検出器。
17. 【請求項１７】 電極が、陰極の電位を持つことを特徴とする請求項１６記
    載の検出器。
18. 【請求項１８】 （ａ）管状部材と、管状部材の内面の少なくとも一部の上
    の導電層又は半導電層とを形成する工程と、 （ｂ）陽極部を形成し、陽極部を気密的に管状部材に取付ける工程と、 （ｃ）管状部材を真空にする工程と、 （ｄ）電磁放射線および／又は粒子を感知する陰極部を形成する工程と、 （ｅ）陰極部を、真空にした管状部材に気密的に取付ける工程と、 を含むことを特徴とする電磁放射線又は粒子用の検出器を製造する方法。
19. 【請求項１９】 工程（ｃ）〜（ｅ）を、真空システム内で実行することを
    特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 【請求項２０】 管状部材が、鉛ガラス又は鉛ビスマス・ガラスからなり、
    かつ導電層又は半導電層が、水素を用いて鉛ガラス又は鉛ビスマス・ガラスを還
    元することで形成されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
21. 【請求項２１】 工程（ｅ）後に、チャネルの少なくとも一部の周りにモー
    ルド材を付与する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
22. 【請求項２２】 モールド材が、チャネルの周りおよび陰極部および／又は
    陽極部の一部の周りに付与されることを特徴とする請求項２１記載の方法。
23. 【請求項２３】 工程（ｅ）が、インジウム合金物質を用いて陰極部を管状
    部材に取付ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
24. 【請求項２４】 工程（ｅ）において、陰極部を管状部材に取付ける前に、
    インジウム合金の封止部と接触する少なくとも１つの面が研磨され、かつ／又は
    金属層でコーティングされることを特徴とする請求項２３記載の方法。