JP2003263952A - 透過型２次電子面及び電子管 - Google Patents

透過型２次電子面及び電子管

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JP2003263952A
JP2003263952A JP2002064165A JP2002064165A JP2003263952A JP 2003263952 A JP2003263952 A JP 2003263952A JP 2002064165 A JP2002064165 A JP 2002064165A JP 2002064165 A JP2002064165 A JP 2002064165A JP 2003263952 A JP2003263952 A JP 2003263952A
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electron
electrons
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emission layer
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Minoru Aragaki
実 新垣
Shoichi Uchiyama
昌一 内山
Hirobumi Suga
博文 菅
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 １次電子の入射に対して効率よく２次電子を
放出することができる透過型２次電子面、及びそれを用
いた電子管を提供する。 【解決手段】 本発明による透過型２次電子面は、ダイ
ヤモンド、またはダイヤモンドを主成分とする材料から
形成された２次電子放出層１、２次電子放出層１の機械
的強度を補う支持枠２１、２次電子放出層１の入射面に
対して設けられる第１電極３１、及び２次電子放出層１
の出射面に対して設けられる第２電極３２によって構成
されている。そして、２次電子放出層１の入射面と出射
面との間に電圧が印加され、２次電子放出層１内部に電
界が形成される。１次電子が入射して２次電子放出層１
内部に２次電子が生成されると、２次電子放出層１内部
に形成されている電界によって２次電子は出射面方向に
加速され、透過型２次電子面の外部に放出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、入射された１次電
子によって生成された２次電子を放出する透過型２次電
子面及び透過型２次電子面を備えた電子管に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子管に用いられる２次電子面と
して、ダイヤモンドを用いたものが注目されている。こ
れは、ダイヤモンドが負の電子親和力を有しており、そ
の２次電子放出効率が高いためである。このようなダイ
ヤモンドを、２次電子が放出される出射面と１次電子が
入射する入射面が同一の表面である、反射型２次電子面
の材料として用いた一例が、文献“Thin Solid Films 2
53(1994)p151”に報告されている。すなわち、この２次
電子面では、Ｍｏ、Ｐｄ、ＴｉまたはＡｌＮ等からなる
基板上に、その表面が水素終端された多結晶ダイヤモン
ド薄膜が形成され、その２次電子放出効率を向上させて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような反射型２
次電子面では、入射面と出射面が同一の表面であるた
め、入射する１次電子によって、水素終端が脱離するな
どの出射面の状態の変化が生じ、その２次電子放出効率
が低下する。この欠点を解決するために、入射面と出射
面に異なる面が用いられる透過型２次電子面が開示され
ている（特開平１０−１４４２５１号公報、ＵＳ特許第
５，９８６，３８７号）。
【０００４】図１１は、従来の透過型２次電子面を備え
る電子管の一例を示す構成図である。この電子管は、光
電子放出面からなる陰極１０１と、透過型２次電子面１
０２と、陽極１０３とを備えている。また、透過型２次
電子面１０２は、ダイヤモンド薄膜１０２ａと、その剛
性を補うための補強手段１０２ｂとからなる。ここで、
光が入射することによって陰極１０１から光電子が放出
されると、この光電子が透過型２次電子面１０２へ入射
して２次電子が生成され、陽極１０３へ向けて放出され
る。そして、陽極１０３に入射した２次電子によって、
ガラス面板１０３ｂ上に塗布された蛍光体１０３ａが発
光する。
【０００５】また、図１２に示すように、ダイヤモンド
を用いた透過型２次電子面であって、２次電子面の出射
面に対向する陽極に電圧を印加して２次電子を加速させ
る透過型２次電子面も開示されている（ＵＳ特許第６，
０６０，８３９号）。この透過型２次電子面では、１次
電子が電極１０５を通過してダイヤモンド薄膜１０６に
入射すると、２次電子が生成され、放出される。この２
次電子は、陽極１０７に電圧が印加されることにより形
成されている電界によって、陽極１０７の方向へ加速さ
れる。
【０００６】しかしながら、以上に示した透過型２次電
子面では、いまだに実用的な２次電子放出効率を有する
ものが実現されていない。この理由として、以下の点が
挙げられる。すなわち透過型２次電子面においては、１
次電子の入射により生成された２次電子が入射面とは反
対側の出射面まで移動し、その表面から放出されなくて
はならない。そのためには膜厚が電子の拡散長（平均自
由行程）程度の非常に薄いダイヤモンド膜が必要とな
る。また、本願発明者による光電子放出の実験結果よ
り、ダイヤモンド膜内の電子の拡散長は０．０５μｍ程
度であることがわかっている。よって、透過型２次電子
面において効率よく２次電子を放出させるためには、ダ
イヤモンド薄膜の膜厚を拡散長と同程度、すなわち０．
０５μｍ程度にする必要がある。しかしながら実際には
このような非常に薄いダイヤモンド膜では機械的強度の
不足や均一性の悪さから、上記したような透過型２次電
子面を実現することは不可能である。
【０００７】一方、ダイヤモンド薄膜が充分な機械的強
度を有するためには少なくとも数μｍ程度の膜厚が要求
されるが、このような厚い膜では１次電子の入射により
生成された２次電子が入射面とは反対側の出射面までほ
とんど到達できない。このため、結果として２次電子放
出効率が非常に低くなり、実用的な透過型２次電子面を
実現することはできなかった。
【０００８】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたものであり、１次電子の入射に対して効率よく
２次電子を放出することができる透過型２次電子面、及
びそれを用いた電子管を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による透過型２次電子面は、入射され
た１次電子によって生成された２次電子を放出する２次
電子面であって、ダイヤモンド、またはダイヤモンドを
主成分とする材料からなり、その一方の面が１次電子を
入射する入射面、他方の面が２次電子を放出する出射面
となっている２次電子放出層と、２次電子放出層に対し
て、入射面と出射面との間に所定電圧を印加する電圧印
加手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】２次電子放出層の一方が入射面、他方が出
射面となっている透過型の２次電子面とすることによっ
て、１次電子の入射により出射面の表面状態が変化する
ことがなく、２次電子の放出効率の低下を防ぐことがで
きる。また、２次電子放出層がダイヤモンド、またはダ
イヤモンドを主成分とする材料からなることによって、
１次電子に対する２次電子放出効率を高めることができ
る。また、電圧印加手段が２次電子放出層内部に電界を
形成することによって、２次電子を出射面まで到達し易
くし、高い効率で放出させることができる。
【００１１】また、透過型２次電子面は、２次電子放出
層の機械的強度を補う支持手段を備えることを特徴とし
てもよい。これにより、薄く形成される２次電子放出層
の機械的強度を補うことができる。
【００１２】また、２次電子放出層は、多結晶ダイヤモ
ンド、または多結晶ダイヤモンドを主成分とする材料か
らなることを特徴とする。多結晶ダイヤモンドは薄膜内
部に粒界面が存在するので、単結晶ダイヤモンドよりも
効率よく２次電子を放出させることができる。また、多
結晶ダイヤモンドは単結晶ダイヤモンドに比べて形成が
容易なので、安価に製造することができる。
【００１３】また、２次電子放出層が多結晶ダイヤモン
ドからなる場合には、その表面及び粒界面が酸素終端さ
れていることが好ましい。このようにすれば、出射面は
安定となり、電気的特性を長期にわたり持続させること
ができる。
【００１４】また、２次電子放出層の出射面は酸素終端
されていることが好ましい。このようにすれば、出射面
は安定となり、電気的特性を長期にわたり持続させるこ
とができる。あるいは、２次電子放出層の出射面は水素
終端されていても、出射面の仕事関数を低下させること
ができ、出射面に到達した２次電子を透過型２次電子面
の外部へ容易に放出できる。
【００１５】また、２次電子放出層の出射面には２次電
子放出層の仕事関数を低下させるための活性層が形成さ
れていることが好ましい。これにより、２次電子放出層
の出射面に到達した２次電子は透過型２次電子面の外部
へさらに容易に放出されることができる。この活性層
は、アルカリ金属、アルカリ金属の酸化物、またはアル
カリ金属のフッ化物を用いて形成されると、上記の効果
を好適に奏することができる。
【００１６】また、本発明による電子管は、上記した透
過型２次電子面と、１次電子を透過型２次電子面へ向け
て放出する電子源と、透過型２次電子面から放出された
２次電子を収集するための陽極と、透過型２次電子面、
電子源、及び陽極を収納する容器とを備えることを特徴
とする。透過型２次電子面を用いたこのような電子管に
よれば、１次電子の入射に対して効率よく２次電子を得
ることができる。
【００１７】また、電子源は、入射された被検出光によ
って励起された光電子を１次電子として放出する光電陰
極からなることを特徴としてもよい。このような電子管
により、微弱な被検出光を高いＳ／Ｎ比で精度よく検出
することが可能な光電子増倍管が得られる。
【００１８】また、電子源は、入射された被検出光によ
って励起された光電子を１次電子として放出する光電陰
極からなるとともに、陽極は、２次電子が入射すること
によって発光する蛍光面を有することを特徴としてもよ
い。このような電子管により、被検出光による画像を高
いＳ／Ｎ比で精度よく再現することが可能な画像増強管
が得られる。
【００１９】また、電子源は、電界放出電子源からなる
とともに、陽極は、２次電子が入射することによって発
光する蛍光面を有することを特徴としてもよい。このよ
うな電子管により、電界放出電子源から放出された電子
に対して効率よく２次電子を得ることができ、高輝度で
ある蛍光表示管が得られる。また、このような電子管
は、蛍光面から生じるイオンが直接電界放出電子源に到
達しないため、長寿命かつ安定となる。
【００２０】また、電子源は、複数の電界放出電子源が
アレイ状に配列された電界放出電子源アレイからなると
ともに、陽極は、２次電子が入射することによって発光
する蛍光面を有することを特徴としてもよい。このよう
な電子管により、高輝度であるとともに、長寿命かつ安
定な平面表示装置が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
透過型２次電子面及び電子管の好適な実施形態について
詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素
には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、
図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していな
い。
【００２２】図１は、本発明による透過型２次電子面の
第１実施形態の構成を示す側面断面図である。また、図
２は図１に示した透過型２次電子面の斜視図である。
【００２３】図１に示す透過型２次電子面は、２次電子
放出層１、支持枠２１、第１電極３１、及び第２電極３
２によって構成されている。この透過型２次電子面は、
１次電子の入射により２次電子放出層１内部に２次電子
が生成され、この２次電子が外部へ放出される２次電子
面である。また、２次電子放出層１の一方の面（図１中
の上面）が１次電子を入射する入射面、その反対側の面
となる他方の面（図１中の下面）が２次電子を放出する
出射面となる透過型の構成を有している。
【００２４】２次電子放出層１はダイヤモンド、または
ダイヤモンドを主成分とする材料から形成されたダイヤ
モンド膜からなる。この２次電子放出層１は、好ましく
は１次電子が入射する入射深さよりも充分に厚く形成さ
れるのが良い。また、２次電子放出層１は出射面が酸素
終端や水素終端として終端処理されるのが好ましい。
【００２５】支持枠２１は、薄く形成される２次電子放
出層１の機械的強度を補う支持手段である。この支持枠
２１は、Ｓｉ等の材料からなり、２次電子放出層１の出
射面上の外縁部に設けられている。
【００２６】第１電極３１は、２次電子放出層１の入射
面に対して設けられる入射面側電極である。本実施形態
においては、図２に示すように２次電子放出層１の入射
面上に格子状に第１電極３１が形成されている。また、
第２電極３２は、２次電子放出層１の出射面に対して設
けられる出射面側電極である。本実施形態においては、
支持枠２１の２次電子放出層１側とは反対側の全面に第
２電極３２が形成されている。これら第１電極３１及び
第２電極３２は、２次電子放出層１の入射面と出射面と
の間に電圧を印加して２次電子放出層１内部に電界を形
成する電圧印加手段として設けられている。
【００２７】また、２次電子放出層１の出射面上には、
出射面の仕事関数を低下させるための活性層１１が形成
されている。
【００２８】上記した透過型２次電子面の構成におい
て、１次電子が２次電子放出層１の入射面から入射する
と、２次電子放出層１内部に１次電子の入射エネルギー
に相応する２次電子が生成される。また、２次電子放出
層１内部には、第１電極３１と第２電極３２との間に接
続された電源３３によって所定の電圧を印加することに
より、出射面側が正、入射面側が負となるような電界が
形成されている。この電界によって、２次電子放出層１
内部に生成された２次電子は出射面方向に加速され、出
射面に到達した後、活性層１１を通過して透過型２次電
子面の外部に放出される。
【００２９】本実施形態の透過型２次電子面は、以下に
示す効果を得ることができる。
【００３０】図１に示した透過型２次電子面は、２次電
子放出層１の一方の面が入射面で他方の面が出射面とな
っている透過型の構成を有している。このように、１次
電子が入射する入射面を２次電子が放出される出射面と
する反射型ではなく、透過型の構成とすることにより、
１次電子の入射による出射面の表面状態の変化が防止さ
れる。これによって、出射面での仕事関数の変化が抑制
されるので、２次電子の放出効率の低下を防ぐことがで
きる。
【００３１】また、２次電子放出層１がダイヤモンドも
しくはダイヤモンドを主成分とする材料を用いて形成さ
れている。ダイヤモンドは負の電子親和力を有するため
に２次電子の放出効率が高い。そのため、２次電子放出
層１は１次電子の入射に対して効率よく２次電子を放出
することができる。
【００３２】また、２次電子放出層１の入射面側に第１
電極３１、出射面側に第２電極３２を設けて２次電子放
出層１内部に電界を形成している。これによって、２次
電子放出層１内部で生成された２次電子を効率よく出射
面に到達させることができ、２次電子が透過型２次電子
面の外部へ放出される効率を高めることができる。通
常、２次電子放出層１内部で生成された２次電子が２次
電子放出層１外部へ放出されるためには、２次電子を外
部へ放出させるために２次電子放出層１の厚さを２次電
子の拡散長（平均自由行程）と同程度に形成する必要が
ある。しかし、このような厚さの２次電子放出層１をダ
イヤモンド及びダイヤモンドを主成分とするダイヤモン
ド膜として形成することは困難である。本実施形態によ
る透過型２次電子面では、２次電子放出層１内部に電界
を形成して、２次電子放出層１内部において生成された
２次電子を出射面へ向けて加速させることによって、２
次電子放出層１の厚さが、例えば厚さ数μｍ程度といっ
た拡散長より厚い場合でも効率よく２次電子を放出させ
ることができる。
【００３３】ここで、２次電子放出層１の材料として
は、多結晶ダイヤモンド、または多結晶ダイヤモンドを
主成分とする材料を用いることが好ましい。多結晶ダイ
ヤモンドは粒状結晶からなるため、内部に粒状結晶の表
面である粒界面を有している。そして、２次電子放出層
１内部において生成された２次電子が拡散する全方向に
存在する粒界面から２次電子が放出される。このため、
２次電子が生成されてから放出されるまでの移動距離が
短くなり、放出される２次電子の数が多くなる。その結
果、より高い放出効率を得ることができる。また、多結
晶ダイヤモンドは単結晶ダイヤモンドに比べて安価に、
大量に製造できることから、２次電子放出層１の材料と
して多結晶ダイヤモンドを用いれば、透過型２次電子面
の製造コストを抑えることができる。
【００３４】また、２次電子放出層１の出射面上の外縁
部には、支持手段として支持枠２１が設けられている。
２次電子放出層１は、内部において生成された２次電子
を放出するために薄く形成されるので、機械的な強度が
充分でない場合がある。このように、２次電子放出層１
の機械的強度を補う必要がある場合は、支持枠２１のよ
うな支持手段を出射面上の外縁部などの適当な位置に設
けると良い。これによって、２次電子放出層１の機械的
強度を補うことができる。
【００３５】また、２次電子放出層１の出射面は酸素に
よって終端されていることが好ましい。２次電子放出層
１の出射面が酸素で終端されることによって、２次電子
放出層１の出射面は安定となり、電気的特性を長期にわ
たり持続することができる。あるいは、２次電子放出層
１の出射面の表面は、水素で終端することもできる。水
素で終端された場合でも、２次電子放出層１の出射面の
仕事関数を低下させることができ、出射面に到達した２
次電子を透過型２次電子面の外部へ容易に放出できる。
【００３６】また、２次電子放出層１が多結晶ダイヤモ
ンドまたは多結晶ダイヤモンドを主成分とする材料から
なるときは、２次電子放出層１の多結晶ダイヤモンドの
表面及び粒界面は、酸素終端されていることが好まし
い。これらの面が酸素で終端されることによって、２次
電子放出層１の出射面は安定となり、電気的特性を長期
にわたり持続することができる。
【００３７】なお、図１に示した透過型２次電子面は透
過型の構成を有しているため、１次電子は出射面には入
射せず、上記した終端処理による表面状態は変化しな
い。これによって、終端処理により高めた２次電子の放
出効率を維持できる。
【００３８】また、２次電子放出層１の出射面上には、
ダイヤモンドの仕事関数を低下させる性質をもつ活性層
１１が形成されることが好ましい。２次電子放出層１の
出射面の仕事関数を低下させることで、２次電子放出層
の出射面に到達した２次電子を２次電子放出層１の出射
面からさらに容易に放出できる。また、この活性層は、
アルカリ金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属の
フッ化物などを用いて形成されることで、上記の効果を
好適に得ることができる。
【００３９】図１に示した透過型２次電子面の製造方法
及び具体的構成の一例について概略的に説明する。図３
は、図１に示した透過型２次電子面の製造工程を示す工
程図である。
【００４０】Ｓｉからなる基板２０の一方の面上に、多
結晶ダイヤモンドからなる２次電子放出層１を約５μｍ
の厚さで堆積する（図３（ａ））。このような、薄い多
結晶ダイヤモンドの層を形成する方法としては、熱フィ
ラメントまたはマイクロ波プラズマを用いた化学気相堆
積法（ＣＶＤ法）やレーザーアブレーション法などによ
る合成方法を用いることができる。また、基板２０の材
料はＳｉに限らず、モリブデンやタンタルといった高融
点金属や、石英、サファイヤといったものを用いてもよ
い。
【００４１】次に、基板２０の他方の面上に第２電極３
２を蒸着により形成する（図３（ｂ））。そして、基板
２０の他方の面上から、第２電極３２と基板２０との一
部を適当な寸法のマスクを用いてエッチング除去し、２
次電子放出層１を一部露出させる（図３（ｃ））。エッ
チングはＨＦ＋ＨＮＯ3溶液またはＫＯＨ溶液により行
われ、基板２０がエッチングされ２次電子放出層１が露
出するとエッチングは自動的に停止する。基板２０のう
ち、エッチングによって除去されなかった部分は、支持
枠２１として２次電子放出層１の機械的強度を補う機能
を有する。
【００４２】そして、２次電子放出層１の、エッチング
により露出した面（出射面）とは反対側の面（入射面）
上に、フォトリソグラフィー技術とリフトオフ技術を用
いて、適当な寸法の格子状の第１電極３１を形成する
（図３（ｄ））。そして、これらを真空中に保持して、
２次電子放出層１の出射面の清浄化を行った後に出射面
等を酸素終端もしくは水素終端する。
【００４３】最後に、２次電子放出層１の出射面にアル
カリ金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のフッ
化物など、ダイヤモンド表面の仕事関数を低下させる性
質を有する材料を塗布して活性層１１を形成する（図３
（ｅ））。
【００４４】上記の製造工程によって、第１実施形態に
よる透過型２次電子面を製造することができる。ただ
し、透過型２次電子面の製造方法及び具体的構成につい
ては、本実施例に限らず、様々な方法及び構成を用いる
ことができる。
【００４５】図４は、透過型２次電子面の第２実施形態
の構成を示す側面断面図である。
【００４６】図４に示す透過型２次電子面は、２次電子
放出層１、活性層１１、支持枠２１、第１電極膜３１
ａ、補助電極３４、及び第２電極３２によって構成され
ている。このうち、２次電子放出層１、活性層１１、支
持枠２１、第２電極３２の構成は図１に示した透過型２
次電子面と同様である。
【００４７】第１電極膜３１ａは、２次電子放出層１の
入射面上に薄膜状に形成されている。第１電極膜３１ａ
は、２次電子放出層１内部で生成された２次電子が第１
電極膜３１ａで吸収されないよう、ごく薄く（厚さ３０
〜１５０Å程度）形成されている。また、薄膜状に形成
されている第１電極膜３１ａへの電気的接続のために、
第１電極膜３１ａの上に補助電極３４が形成されてい
る。
【００４８】本実施形態による透過型２次電子面は、２
次電子放出層１の一方の面が入射面で他方の面が出射面
となっている透過型の構成を有している。この構成によ
って、出射面の表面状態の変化が防止され、２次電子の
放出効率の低下を防ぐことができる。また、２次電子放
出層１がダイヤモンドもしくはダイヤモンドを主成分と
する材料を用いて形成されていることによって、２次電
子放出層１は、１次電子の入射に対して高い効率で２次
電子を放出することができる。
【００４９】また、２次電子放出層１の入射面側に第１
電極膜３１ａ、出射面側に第２電極３２を設けて２次電
子放出層１内部に電界を形成している。２次電子放出層
１内部に電界を形成して、２次電子放出層１内部におい
て生成された２次電子を出射面へ向けて加速させること
によって、２次電子を効率よく透過型２次電子面の外部
へ放出させることができる。
【００５０】また、第１電極膜３１ａは２次電子放出層
１の入射面上に薄膜状に形成されている。電圧印加手段
を構成する電極のうち、２次電子放出層１に接する電極
は図１に示した第１電極３１のように形成することで透
過型２次電子面を好適に動作させることができるが、製
造工程をより簡便にする必要があるときは、蒸着などの
方法により図４に示すような薄膜状に形成すると良い。
このように形成することで、透過型２次電子面の２次電
子放出効率を向上させるための電圧印加手段を簡便な製
造工程により設けることができる。また、第１電極膜３
１ａを上記のようにごく薄く形成することによって、１
次電子は第１電極膜３１ａに吸収されることなく、２次
電子放出層１に到達することができる。
【００５１】図５は、透過型２次電子面の第３実施形態
の構成を示す側面断面図である。
【００５２】図５に示す透過型２次電子面は、２次電子
放出層１、活性層１１、支持枠２２、第１電極３５、及
び第２電極３６によって構成されている。このうち、２
次電子放出層１及び活性層１１の構成は図１に示した透
過型２次電子面と同様である。
【００５３】支持枠２２は、薄く形成される２次電子放
出層１の機械的強度を補う支持手段である。この支持枠
２２は、２次電子放出層１の入射面上の外縁部に設けら
れている。
【００５４】第１電極３５は、２次電子放出層１の入射
面に対して設けられる入射面側電極である。本実施形態
においては、支持枠２２の２次電子放出層１側とは反対
側の全面に第１電極３５が形成されている。また、第２
電極３６は、２次電子放出層１の出射面に対して設けら
れる出射面側電極である。本実施形態においては、２次
電子放出層１の出射面上に格子状に第２電極３６が形成
されている。これら第１電極３５及び第２電極３６は、
２次電子放出層１の入射面と出射面との間に電圧を印加
して２次電子放出層１内部に電界を形成する電圧印加手
段として設けられている。
【００５５】本実施形態による透過型２次電子面は、２
次電子放出層１の一方の面が入射面で他方の面が出射面
となっている透過型の構成を有している。この構成によ
って、出射面の表面状態の変化が防止され、２次電子の
放出効率の低下を防ぐことができる。また、２次電子放
出層１がダイヤモンドもしくはダイヤモンドを主成分と
する材料を用いて形成されていることによって、２次電
子放出層１は、１次電子の入射に対して効率よく２次電
子を放出することができる。
【００５６】また、２次電子放出層１の入射面側に第１
電極３５、出射面側に第２電極３６を設けて２次電子放
出層１内部に電界を形成している。２次電子放出層１内
部に電界を形成して、２次電子放出層１内部において生
成された２次電子を出射面へ向けて加速させることによ
って、２次電子を効率よく透過型２次電子面の外部へ放
出させることができる。
【００５７】また、２次電子放出層１の入射面上の外縁
部に、支持手段として支持枠２２が設けられている。薄
く形成されている２次電子放出層１の機械的強度を補う
必要がある場合は、支持手段を図１に示したように出射
面上に設けるほか、本実施形態のように入射面上に設け
ることによっても、２次電子放出層１の機械的強度を好
適に補うことができる。
【００５８】図６は、透過型２次電子面の第４実施形態
の構成を示す図である。図６（ａ）は透過型２次電子面
の側面断面図、図６（ｂ）は、透過型２次電子面を第２
電極３２側から見た底面図である。
【００５９】図６に示す透過型２次電子面は、２次電子
放出層１、活性層１１、支持枠２３、第１電極３１、及
び第２電極３２によって構成されている。このうち、２
次電子放出層１、活性層１１及び第１電極３１の構成は
図１に示した透過型２次電子面と同様である。
【００６０】支持枠２３は、２次電子放出層１の出射面
上に、図６（ｂ）に示すような格子状に設けられてい
る。この支持枠２３は、各格子枠内の形状及び面積が均
一になるように形成されている。また、このように格子
状に設けられている支持枠２３の、２次電子放出層１側
とは反対側の全面に、第２電極３２が形成されている。
【００６１】本実施形態による透過型２次電子面は、２
次電子放出層１の一方の面が入射面で他方の面が出射面
となっている透過型の構成を有している。これによっ
て、出射面の表面状態の変化が防止され、２次電子の放
出効率の低下を防ぐことができる。また、２次電子放出
層１がダイヤモンドもしくはダイヤモンドを主成分とす
る材料を用いて形成されていることによって、２次電子
放出層１は、１次電子の入射に対して効率よく２次電子
を放出することができる。
【００６２】また、２次電子放出層１の入射面側に第１
電極３１、出射面側に第２電極３２を設けて２次電子放
出層１内部に電界を形成している。２次電子放出層１内
部に電界を形成して、２次電子放出層１内部において生
成された２次電子を出射面へ向けて加速させることによ
って、２次電子を効率よく透過型２次電子面の外部へ放
出させることができる。
【００６３】また、２次電子放出層１の機械的強度を補
うための支持枠２３が格子状に設けられている。２次電
子放出層１が比較的小さな面積の場合には、図１に示し
たような形状の支持手段で充分強度を補うことができ
る。しかし、２次電子放出層１の面積が大きいなどの理
由から、機械的強度をさらに補う必要がある場合には、
本実施形態のような形状の支持手段を設けることによっ
て、２次電子放出層１の機械的強度をさらに補うことが
できる。このとき、各格子枠内の形状及び面積が均一に
なるように支持枠２３を設ければ、機械的強度をより強
くすることができる。なお、支持手段の形状は上記した
格子状に限られるものではなく、様々な形状が可能であ
る。
【００６４】なお、透過型２次電子面の第３及び第４実
施形態においては、第２電極３６及び第１電極３１を格
子状に形成しているが、第２実施形態での第１電極膜３
１ａのように薄膜状に形成しても良い。２次電子放出層
１の表面に設けられる電極の形状としては、格子状、薄
膜状、あるいは他の形状を適宜選択することができる。
【００６５】以上に詳述した透過型２次電子面は、光電
子増倍管や画像増強管などの電子管に用いることができ
る。以下に、このような電子管に関する実施形態を述べ
る。
【００６６】図７は、本発明による電子管の第１実施形
態として、光電子増倍管の一実施形態の構成を模式的に
示す断面図である。
【００６７】図７に示す光電子増倍管は、被検出光を光
電子に変換して放出する光電陰極４１、光電子を２次電
子増倍する透過型２次電子面５、増倍された２次電子を
収集するための陽極６、及びこれらを真空状態で内包す
る容器である真空容器７によって構成されている。これ
らの構成要素は、真空容器７の内部に、被検出光が入射
する側から光電陰極４１、透過型２次電子面５、陽極６
の順に所定の間隔をあけて配置されている。
【００６８】光電陰極４１は、１次電子である光電子を
透過型２次電子面５へ向けて放出する電子源であり、本
実施形態においては被検出光が入射する面と光電子が出
射される面とが異なる透過型の光電陰極が用いられてい
る。光電陰極４１としては、このような透過型に限らず
反射型のものを用いることもできる。そして、この光電
陰極４１に所定の距離をおいて、透過型２次電子面５が
設けられている。透過型２次電子面５としては、ダイヤ
モンド、またはダイヤモンドを主成分とする材料からな
る上記した透過型２次電子面が用いられている。この透
過型２次電子面は、光電陰極４１から放出された光電子
を１次電子として入射面から入射し、２次電子増倍して
入射面とは反対側の出射面から２次電子を放出する。ま
た、透過型２次電子面５の出射面から所定の距離をおい
て、陽極６が設けられている。陽極６は、透過型２次電
子面５から放出された２次電子を収集する。
【００６９】また、光電陰極４１、透過型２次電子面
５、及び陽極６は、内部が真空状態になっている密閉容
器である真空容器７に内包されている。真空容器７のう
ち、被検出光が入射する光電陰極４１と対向した面には
入射窓７１が設けられている。これにより、入射される
光のうち所定波長の被検出光が効率よく光電陰極４１へ
と入射される。また、光電陰極４１、透過型２次電子面
５、及び陽極６には、光電陰極４１側が負の電位、陽極
６側が正の電位となるように段階的に電圧が印加されて
電界が形成されている。
【００７０】上記の構成において、被検出光が入射窓７
１を通して光電陰極４１の入射面に入射すると、光電陰
極４１において１次電子である光電子が発生し、出射面
より真空容器７内部の真空中へ放出される。透過型２次
電子面５の入射面には光電陰極４１に対して正の電圧が
印加されて電界が形成されており、真空中へ放出された
光電子は加速されて透過型２次電子面５へ入射される。
そして、透過型２次電子面５において光電子が電界によ
る加速に相応して増倍され、２次電子となって再び真空
中に放出される。陽極６は透過型２次電子面５の出射面
に対して正の電圧が印加されて電界が形成されており、
透過型２次電子面５から放出された２次電子は陽極に収
集され、入射した被検出光による検出信号として光電子
増倍管の外部に取り出される。
【００７１】図７に示した光電子増倍管においては、上
記した構成を有する透過型２次電子面５を備えている。
これにより、光電子（１次電子）に対して効率よく２次
電子を得ることができ、高い２次電子増倍率で被検出光
を検出することが可能な光電子増倍管を実現できる。ま
た、このように２次電子増倍率が高くなることにより、
高いＳ／Ｎ比で精度よく被検出光を検出することが可能
になる。
【００７２】図８は、電子管の第２実施形態として、光
電子増倍管の他の実施形態の構成を模式的に示す断面図
である。
【００７３】図８に示す光電子増倍管は、光電陰極４
１、透過型２次電子面５、陽極６、及び真空容器７によ
って構成されている。このうち、光電陰極４１、陽極
６、及び真空容器７の構成は図７に示した光電子増倍管
と同様である。
【００７４】本実施形態では、透過型２次電子面５は複
数個（図８においては３個）用いられている。複数の透
過型２次電子面５のそれぞれは、ダイヤモンド、または
ダイヤモンドを主成分とする材料からなる上記した透過
型２次電子面が用いられている。そして、このような複
数の透過型２次電子面５が所定の間隔で、互いの出射面
と入射面とが向かい合うように配列されている。また、
光電陰極４１から最も遠い位置にある透過型２次電子面
５の出射面から所定の距離をおいて、陽極６が設けられ
ている。陽極６は、この透過型２次電子面５から放出さ
れた２次電子を収集する。
【００７５】上記の構成において、被検出光が入射窓７
１を通して光電陰極４１に入射すると、光電陰極４１に
おいて光電子が発生して真空容器７内部の真空中へ放出
される。真空中へ放出された光電子は、１次電子として
光電陰極４１に最も近い位置にある透過型２次電子面５
へ入射し、増倍されて２次電子として放出される。そし
て、これ以降に配列されている複数の透過型２次電子面
５によって繰り返し増倍される。最後に、増倍された２
次電子は陽極６に収集され、入射した被検出光による検
出信号として光電子増倍管の外部に取り出される。
【００７６】図８に示した光電子増倍管においては、上
記した構成を有する透過型２次電子面５を複数個用いる
ことによって、さらに高い２次電子増倍率で被検出光を
検出することが可能な光電子増倍管を実現できる。これ
により、より高いＳ／Ｎ比で精度よく被検出光を検出す
ることが可能になる。
【００７７】また、本実施形態のように複数の２次電子
面を用いる必要がある場合でも、上記した透過型２次電
子面５を用いれば、複数の２次電子面を薄型にスタック
することが可能となる。
【００７８】なお、上記した光電子増倍管の各実施形態
では、光電陰極４１と透過型２次電子面５、陽極６が対
向するいわゆる近接型の構成となっているが、例えば光
電陰極４１と透過型２次電子面５との間に静電レンズを
備えて光電子を収束する、いわゆる静電収束型の構成と
してもよい。
【００７９】また、２次電子を収集するための陽極６を
備えているが、陽極６のかわりにフォトダイオードなど
の半導体素子を備えてもよい。２次電子を直接このよう
な半導体素子に打ち込む、いわゆる電子打ち込み型の光
電子増倍管として動作させることで、上記した光電子増
倍管の各実施形態を好適に実施できる。
【００８０】図９は、電子管の第３実施形態として、画
像増強管（イメージ・インテンシファイア）の構成を模
式的に示す断面図である。
【００８１】図９に示す画像増強管は、光電陰極４１、
透過型２次電子面５、陽極６ａ、及び真空容器７によっ
て構成されている。このうち、光電陰極４１、透過型２
次電子面５、及び真空容器７の構成は図７に示した光電
子増倍管とほぼ同様である。
【００８２】陽極６ａは、透過型２次電子面５から放出
された２次電子を収集する機能を有し、透過型２次電子
面５の出射面から所定の距離をおいて設けられている。
また、この陽極６ａは電子が入射することによって発光
する蛍光体からなる蛍光面を有している。
【００８３】上記の構成において、画像を構成している
被検出光が入射窓７１を透過して光電陰極４１に入射す
ると、光電陰極４１内部において光電子が生成されて真
空容器７内部に放出される。そして、放出された光電子
は透過型２次電子面５に入射する。このとき、透過型２
次電子面５の入射面には光電陰極４１に対して正の電圧
が印加され、電界が形成されている。光電子はこの電界
と平行に進むので、画像増強管に入射したときの２次元
情報を保ちながら透過型２次電子面５に入射する。透過
型２次電子面５に入射した光電子は増倍されて２次電子
として放出され、蛍光面を有する陽極６ａに収集され
る。このとき、陽極６ａには透過型２次電子面５の出射
面に対して正の電圧が印加されている。これにより電界
が形成され、光電子が有していた２次元情報を保ちなが
ら２次電子が陽極６ａに収集されて、陽極６ａの蛍光面
が発光する。以上の動作によって、画像増強管に入射し
た被検出光による画像は増強されて、陽極６ａの蛍光面
から画像として出力される。
【００８４】図９に示した画像増強管においては、上記
した構成を有する透過型２次電子面５を用いることによ
って、被検出光の入射に対して効率よく２次電子を得る
ことが可能な画像増強管を実現できる。これにより高輝
度の画像が得られるので、入射された画像が微弱である
場合においても高いＳ／Ｎ比で精度よく画像を再現する
ことが可能になる。
【００８５】なお、上記した画像増強管においては、２
次電子によって発光する手段として蛍光面が用いられて
いるが、この手段は電子を画像に変換できるものであれ
ばよい。例えば、蛍光面を有する陽極６ａのかわりに電
荷結合素子（ＣＣＤ）などの撮像素子を備え、２次電子
を直接撮像素子に打ち込み、画像化することによっても
同様の効果を得ることができる。
【００８６】図１０は、電子管の第４実施形態として、
平面表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００８７】図１０に示す平面表示装置は、電界放出電
子源アレイ４２、透過型２次電子面５、陽極６ｂ、及び
真空容器７によって構成された電界放出ディスプレイで
ある。このうち、透過型２次電子面５及び真空容器７の
構成は、図９に示した画像増強管とほぼ同様である。
【００８８】陽極６ｂは、２次電子を収集する機能を有
し、透過型２次電子面５の出射面から所定の距離をおい
て設けられている。この陽極６ｂは電子が入射すること
によって発光する蛍光体からなる蛍光面を有している。
蛍光面はＲＧＢの画素が配列されており、電子の入射に
よって画像が表示される。
【００８９】電界放出電子源アレイ４２は、電界放出電
子源４３がアレイ状に多数配列される構成を有する。電
界放出電子源４３のそれぞれは、平面表示装置において
出力する画像の、ＲＧＢの各画素に対応する電子を放出
する。
【００９０】上記の構成において、出力する画像の各画
素に対応する電子が電界放出電子源４３から真空容器７
内部へ放出される。そして、放出された電子は透過型２
次電子面５に入射する。このとき、透過型２次電子面５
の入射面には電界放出電子源アレイ４２に対して正の電
圧が印加され、電界が形成されている。電子はこの電界
と平行に進むので、電界放出電子源４３から放出された
ときの２次元情報を保ちながら透過型２次電子面５に入
射する。透過型２次電子面５に入射したこの電子によっ
て２次電子が生成・放出され、蛍光面を有する陽極６ｂ
に収集される。このとき、陽極６ｂには透過型２次電子
面５の出射面に対して正の電圧が印加されている。これ
により電界が形成され、電子が有していた２次元情報を
保ちながら２次電子が陽極６ｂに収集される。そして、
陽極６ｂの蛍光面において、所定の画素が発光する。以
上の動作によって、出力する画像の各画素に対応する電
子が電界放出電子源４３から放出され、透過型２次電子
面５において生成された２次電子が蛍光面を発光させ
る。これにより、所定の画像が出力される。
【００９１】図１０に示した平面表示装置においては、
上記した構成を有する透過型２次電子面５を用いること
によって、電子（１次電子）の入力に対して効率よく２
次電子が得られ、蛍光面を発光させる平面表示装置を実
現できる。これにより、平面表示装置の画像出力をさら
に高輝度にすることができる。また、蛍光面に多量の電
子が加速されて入射することにより発生するイオンが、
直接電界放出素子に到達しないので、平面表示装置を長
寿命で、かつ安定に動作させることが可能になる。
【００９２】ここで、本実施形態では、画像出力に対応
する電子を放出するための電子源として、電界放出電子
源４３がアレイ状に多数配列されている電界放出電子源
アレイ４２を備えている。本実施形態に使用する電子源
としてはこれ以外にも、ゲート電極、集束電極、あるい
はその他の電子源とすることも可能である。これによっ
て、上記した平面表示装置と同様の効果を有する蛍光表
示管を実現できる。
【００９３】なお、第３実施形態の画像増強管、及び第
４実施形態の平面表示装置において、前述した第２実施
形態の光電子増倍管のように複数の２次電子面を用いる
必要がある場合には、上記した透過型２次電子面５を用
いることによって、複数の２次電子面を薄型にスタック
でき、かつ蛍光面において必要な輝度を得ることが可能
となる。
【００９４】本発明による透過型２次電子面及び電子管
は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な
変形が可能である。例えば、透過型２次電子面の各実施
形態において、２次電子放出層１の機械的強度が充分で
あるなどの場合には、この機械的強度を補うための支持
枠２１〜２３を有しない構成としてもよい。また、２次
電子放出層１から２次電子を充分に効率よく放出できる
などの場合には、２次電子放出層１の出射面の仕事関数
を低下させる活性層１１を設けない構成としてもよい。
【００９５】また、電子管の各実施形態において、大型
化などのために真空容器７の機械的強度を補う必要があ
るときは、電子源と透過型２次電子面との間、あるいは
透過型２次電子面と陽極との間などの真空容器７内部に
スペーサ等の補強手段を備えるとよい。
【００９６】
【発明の効果】本発明による透過型２次電子面及び電子
管は、以上詳細に説明したように、以下の効果を得る。
すなわち、２次電子放出層の一方が入射面、他方が出射
面となっている透過型とすることによって、１次電子の
入射により出射面の表面状態が変化することがなく、２
次電子の放出効率の低下を防ぐことができる。
【００９７】また、２次電子放出層がダイヤモンド、ま
たはダイヤモンドを主成分とする材料からなることによ
って、高い効率で２次電子を放出することができる。ま
た、電圧印加手段が２次電子放出層内部に電界を形成す
ることによって、２次電子を出射面まで到達し易くし、
高い効率で放出させることができる。
【００９８】また、電子管にこのような透過型２次電子
面を用いれば、電子源からの１次電子に対して効率良く
２次電子を得ることができる電子管が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による透過型２次電子面の第１実施形態
の構成を示す側面断面図である。
【図２】図１に示した透過型２次電子面の斜視図であ
る。
【図３】図１に示した透過型２次電子面の製造工程を示
す工程図である。
【図４】透過型２次電子面の第２実施形態の構成を示す
側面断面図である。
【図５】透過型２次電子面の第３実施形態の構成を示す
側面断面図である。
【図６】透過型２次電子面の第４実施形態の構成を示す
（ａ）側面断面図、及び（ｂ）底面図である。
【図７】本発明による電子管の第１実施形態として、光
電子増倍管の一実施形態の構成を模式的に示す断面図で
ある。
【図８】電子管の第２実施形態として、光電子増倍管の
他の実施形態の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】電子管の第３実施形態として、画像増強管（イ
メージ・インテンシファイア）の構成を模式的に示す断
面図である。
【図１０】電子管の第４実施形態として、平面表示装置
の構成を模式的に示す断面図である。
【図１１】従来の透過型２次電子面を備える電子管の一
例を示す構成図である。
【図１２】従来の透過型２次電子面の他の例を示す構成
図である。
【符号の説明】
１…２次電子放出層、１１…活性層、２０…基板、２
１，２２，２３…支持枠、３１，３５…第１電極、３１
ａ…第１電極膜、３２，３６…第２電極、３３…電源、
３４…補助電極、４１…光電陰極、４２…電界放出電子
源アレイ、４３…電界放出電子源、５…透過型２次電子
面、６，６ａ，６ｂ…陽極、７…真空容器、７１…入射
窓。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅 博文 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 5C036 EE01 EG11 EG50 EH04 5C037 GG02 GG06 GH11 GH18

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入射された１次電子によって生成された
    ２次電子を放出する２次電子面であって、 ダイヤモンド、またはダイヤモンドを主成分とする材料
    からなり、その一方の面が前記１次電子を入射する入射
    面、他方の面が前記２次電子を放出する出射面となって
    いる２次電子放出層と、 前記２次電子放出層に対して、前記入射面と前記出射面
    との間に所定電圧を印加する電圧印加手段とを備えるこ
    とを特徴とする透過型２次電子面。
  2. 【請求項２】 前記２次電子放出層の機械的強度を補う
    支持手段を備えることを特徴とする請求項１記載の透過
    型２次電子面。
  3. 【請求項３】 前記２次電子放出層は、多結晶ダイヤモ
    ンド、または多結晶ダイヤモンドを主成分とする材料か
    らなることを特徴とする請求項１または２記載の透過型
    ２次電子面。
  4. 【請求項４】 前記２次電子放出層の前記多結晶ダイヤ
    モンドの表面及び粒界面が酸素終端されていることを特
    徴とする請求項３記載の透過型２次電子面。
  5. 【請求項５】 前記２次電子放出層の前記出射面が水素
    終端されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
    か１項に記載の透過型２次電子面。
  6. 【請求項６】 前記２次電子放出層の前記出射面が酸素
    終端されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
    か１項に記載の透過型２次電子面。
  7. 【請求項７】 前記２次電子放出層の前記出射面上に、
    前記２次電子放出層の仕事関数を低下させるための活性
    層が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のい
    ずれか１項に記載の透過型２次電子面。
  8. 【請求項８】 前記２次電子放出層の前記活性層は、ア
    ルカリ金属、アルカリ金属の酸化物、またはアルカリ金
    属のフッ化物からなることを特徴とする請求項７記載の
    透過型２次電子面。
  9. 【請求項９】 請求項１〜８の何れか一項記載の透過型
    ２次電子面と、 前記１次電子を前記透過型２次電子面へ向けて放出する
    電子源と、 前記透過型２次電子面から放出された前記２次電子を収
    集するための陽極と、 前記透過型２次電子面、前記電子源、及び前記陽極を収
    納する容器とを備えることを特徴とする電子管。
  10. 【請求項１０】 前記電子源は、入射された被検出光に
    よって励起された光電子を前記１次電子として放出する
    光電陰極からなることを特徴とする請求項９記載の電子
    管。
  11. 【請求項１１】 前記電子源は、入射された被検出光に
    よって励起された光電子を前記１次電子として放出する
    光電陰極からなるとともに、前記陽極は、前記２次電子
    が入射することによって発光する蛍光面を有することを
    特徴とする請求項９記載の電子管。
  12. 【請求項１２】 前記電子源は、電界放出電子源からな
    るとともに、前記陽極は、前記２次電子が入射すること
    によって発光する蛍光面を有することを特徴とする請求
    項９記載の電子管。
  13. 【請求項１３】 前記電子源は、複数の電界放出電子源
    がアレイ状に配列された電界放出電子源アレイからなる
    とともに、前記陽極は、前記２次電子が入射することに
    よって発光する蛍光面を有することを特徴とする請求項
    ９記載の電子管。
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