JP2003338260A - 半導体光電面とその製造方法、及びこの半導体光電面を用いた光検出管 - Google Patents
半導体光電面とその製造方法、及びこの半導体光電面を用いた光検出管Info
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- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/12—Manufacture of electrodes or electrode systems of photo-emissive cathodes; of secondary-emission electrodes
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- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型の光検出管においても効果的に光電面近
傍の残留ガスのゲッタリングができる半導体光電面及び
光検出管を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体光電面は、支持基板１０
と、この支持基板１０上に複数の半導体層を積層して形
成され、被検出光の入射に応答して光電子放出面３４１
より光電子を放出する光電面３０と、支持基板１０の少
なくとも一部と光電面３０の一部とを被覆するように膜
状に形成され、光電面にオーミック接触させられた膜状
金属電極３５と、を備え、膜状金属電極３０はチタンを
含み、膜状金属電極３５に被覆されていない光電面３０
の露出部分である光電子放出面３４１は電子親和力が負
の状態とされている。
傍の残留ガスのゲッタリングができる半導体光電面及び
光検出管を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体光電面は、支持基板１０
と、この支持基板１０上に複数の半導体層を積層して形
成され、被検出光の入射に応答して光電子放出面３４１
より光電子を放出する光電面３０と、支持基板１０の少
なくとも一部と光電面３０の一部とを被覆するように膜
状に形成され、光電面にオーミック接触させられた膜状
金属電極３５と、を備え、膜状金属電極３０はチタンを
含み、膜状金属電極３５に被覆されていない光電面３０
の露出部分である光電子放出面３４１は電子親和力が負
の状態とされている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電子放出面の電
子親和力が負の状態とされている半導体光電面（ＮＥＡ
半導体光電面）とその製造方法、及びこの半導体光電面
を用いた光検出管（光電管、光電子増倍管等）に関す
る。
子親和力が負の状態とされている半導体光電面（ＮＥＡ
半導体光電面）とその製造方法、及びこの半導体光電面
を用いた光検出管（光電管、光電子増倍管等）に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光電子増倍管等の光検出管において、光
電面近傍の残留ガスは計測時のノイズ（アフターパル
ス）の原因となるため、光電面近傍の残留ガスを排除す
ることは重要である。特に光電子増倍管においては光電
面と第１ダイノード（二次電子増倍部）との間の残留ガ
スを排除し真空管内を高真空にすることがアフターパル
スを軽減する上で非常に重要である。従来は光電子増倍
管内を高真空にするため、真空管内のチタンワイヤーを
スパッタさせて残留ガスをゲッタリングする方法が知ら
れていた。
電面近傍の残留ガスは計測時のノイズ（アフターパル
ス）の原因となるため、光電面近傍の残留ガスを排除す
ることは重要である。特に光電子増倍管においては光電
面と第１ダイノード（二次電子増倍部）との間の残留ガ
スを排除し真空管内を高真空にすることがアフターパル
スを軽減する上で非常に重要である。従来は光電子増倍
管内を高真空にするため、真空管内のチタンワイヤーを
スパッタさせて残留ガスをゲッタリングする方法が知ら
れていた。
【０００３】また、光半導体装置のキャップとヘッダで
構成される空間のアウトガスの活動を阻止するための技
術として、特開平７−３３５７７７号公報には空間内に
チタンやクロムなどのゲッタリング作用を有する金属を
存在させる技術が記載されている。光電子増倍管等にお
いても、アフターパルスの原因となる光電面近傍の残留
ガスをゲッタリングするためにはチタンやクロムなどゲ
ッタリング作用を有するゲッターを光電面の近傍に設け
るのが効果的である。
構成される空間のアウトガスの活動を阻止するための技
術として、特開平７−３３５７７７号公報には空間内に
チタンやクロムなどのゲッタリング作用を有する金属を
存在させる技術が記載されている。光電子増倍管等にお
いても、アフターパルスの原因となる光電面近傍の残留
ガスをゲッタリングするためにはチタンやクロムなどゲ
ッタリング作用を有するゲッターを光電面の近傍に設け
るのが効果的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、小型の
光電子増倍管等の場合は内部のスペースが小さいため、
光電面の近傍に従来のチタンワイヤーを用いたゲッター
を設けることは極めて困難である。特に光電子増倍管に
おいては、光電面と第１ダイノードとの間に従来のゲッ
ターを設ければゲッターとダイノードとの距離が近くな
ってしまうため、ゲッター活性化時の熱の影響でカソー
ド感度やゲインの著しい劣化など、特性に悪影響を与え
てしまう。
光電子増倍管等の場合は内部のスペースが小さいため、
光電面の近傍に従来のチタンワイヤーを用いたゲッター
を設けることは極めて困難である。特に光電子増倍管に
おいては、光電面と第１ダイノードとの間に従来のゲッ
ターを設ければゲッターとダイノードとの距離が近くな
ってしまうため、ゲッター活性化時の熱の影響でカソー
ド感度やゲインの著しい劣化など、特性に悪影響を与え
てしまう。
【０００５】そこで内部スペースの小さい小型の光電子
増倍管等においても効果的に光電面近傍の残留ガスのゲ
ッタリングができるようにし、光電子増倍管等の小型化
を図ることを目的とする。
増倍管等においても効果的に光電面近傍の残留ガスのゲ
ッタリングができるようにし、光電子増倍管等の小型化
を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体光電面は、支持基板と、この支持基
板上に複数の半導体層を積層して形成され、被検出光の
入射に応答して光電子放出面より光電子を放出する光電
面と、支持基板の少なくとも一部と光電面の一部とを被
覆するように膜状に形成され、光電面にオーミック接触
させられた膜状金属電極と、を備え、膜状金属電極はチ
タンを含み、膜状金属電極に被覆されていない光電面の
露出部分である光電子放出面は電子親和力が負の状態と
されている。
に、本発明の半導体光電面は、支持基板と、この支持基
板上に複数の半導体層を積層して形成され、被検出光の
入射に応答して光電子放出面より光電子を放出する光電
面と、支持基板の少なくとも一部と光電面の一部とを被
覆するように膜状に形成され、光電面にオーミック接触
させられた膜状金属電極と、を備え、膜状金属電極はチ
タンを含み、膜状金属電極に被覆されていない光電面の
露出部分である光電子放出面は電子親和力が負の状態と
されている。
【０００７】膜状金属電極は金属チタンからなることを
特徴としてもよく、チタンとクロムが積層された構造の
膜状金属電極であることを特徴としてもよく、チタンと
クロムの混合物であることを特徴としてもよい。
特徴としてもよく、チタンとクロムが積層された構造の
膜状金属電極であることを特徴としてもよく、チタンと
クロムの混合物であることを特徴としてもよい。
【０００８】これにより、膜状金属電極が光電面を電気
的に接続し、光電面に電子を供給するオーミック電極と
して働くばかりでなく、電極に含まれているチタンの活
性化による残留ガスのゲッタリング作用を発揮しゲッタ
ーとして働くこととなる。さらに、チタンを含む膜状の
電極が光電面の近傍に設置されることとなるので、光電
面近傍の残留ガスを効果的にゲッタリングできることと
なる。また、この電極は膜状であるため占有する容積が
小さく、光電子増倍管等の内部にも容易に設置が可能で
あるため光電子増倍管等の小型化を図ることができる。
的に接続し、光電面に電子を供給するオーミック電極と
して働くばかりでなく、電極に含まれているチタンの活
性化による残留ガスのゲッタリング作用を発揮しゲッタ
ーとして働くこととなる。さらに、チタンを含む膜状の
電極が光電面の近傍に設置されることとなるので、光電
面近傍の残留ガスを効果的にゲッタリングできることと
なる。また、この電極は膜状であるため占有する容積が
小さく、光電子増倍管等の内部にも容易に設置が可能で
あるため光電子増倍管等の小型化を図ることができる。
【０００９】また、上述した半導体光電面の製造方法
は、複数の半導体層を積層してなる光電面を支持基板上
に形成する第１工程と、支持基板の少なくとも一部と光
電面の一部とを被覆すると共に、光電面にオーミック接
触する膜状金属電極を形成する第２工程と、真空中で支
持基板、光電面および膜状金属電極を加熱することによ
りヒートクリーニングする第３工程と、膜状金属電極に
被覆されていない光電面の露出部分である光電子放出面
を活性化処理して電子親和力を負の状態とする第４工程
と、を備えている。
は、複数の半導体層を積層してなる光電面を支持基板上
に形成する第１工程と、支持基板の少なくとも一部と光
電面の一部とを被覆すると共に、光電面にオーミック接
触する膜状金属電極を形成する第２工程と、真空中で支
持基板、光電面および膜状金属電極を加熱することによ
りヒートクリーニングする第３工程と、膜状金属電極に
被覆されていない光電面の露出部分である光電子放出面
を活性化処理して電子親和力を負の状態とする第４工程
と、を備えている。
【００１０】これにより、第２工程において形成された
膜状金属電極に含まれるチタンが、第３工程のヒートク
リーニングの際の加熱により活性化し、ゲッタリング作
用を発揮することとなる。すなわち、第２工程のヒート
クリーニング工程がそのままチタンを活性化させる工程
によりゲッタリング作用を奏することとなり、従来は別
途必要であったゲッタリング工程が不要となる。
膜状金属電極に含まれるチタンが、第３工程のヒートク
リーニングの際の加熱により活性化し、ゲッタリング作
用を発揮することとなる。すなわち、第２工程のヒート
クリーニング工程がそのままチタンを活性化させる工程
によりゲッタリング作用を奏することとなり、従来は別
途必要であったゲッタリング工程が不要となる。
【００１１】上述した半導体光電面を用いた光検出管
は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体光電面
により構成される陰極と、半導体光電面の光電子放出面
から放出された光電子を収集する陽極と、陰極と陽極を
内部に収容する真空容器と、を備えている。
は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体光電面
により構成される陰極と、半導体光電面の光電子放出面
から放出された光電子を収集する陽極と、陰極と陽極を
内部に収容する真空容器と、を備えている。
【００１２】また、上述した半導体光電面を用いた光検
出管は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体光
電面により構成される陰極と、半導体光電面の光電子放
出面から放出された光電子を二次電子増倍する二次電子
増倍部と、二次電子増倍された電子を収集する陽極と、
陰極、二次電子増倍部および陽極を内部に収容する真空
容器と、を備えている。
出管は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体光
電面により構成される陰極と、半導体光電面の光電子放
出面から放出された光電子を二次電子増倍する二次電子
増倍部と、二次電子増倍された電子を収集する陽極と、
陰極、二次電子増倍部および陽極を内部に収容する真空
容器と、を備えている。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施形態の半導体光
電面を図を参照しながら説明する。可能な場合には、同
一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略
する。
電面を図を参照しながら説明する。可能な場合には、同
一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略
する。
【００１４】図１（ａ）は光電面３０及びガラス面板１
０を真空側から見た平面図であり、図１（ｂ）は図１
（ａ）に示した光電面３０及びガラス面板１０のＩ−Ｉ
矢印断面図である。但し、図１（ｂ）は説明のため縦方
向の拡大率が横方向拡大率よりも大きくなっている。ま
た、図１（ｂ）の下側から被検出光（ｈν）が光電面３
０に入射し、図１（ｂ）の光電面の上側の領域が真空状
態に設定されている。図１（ｂ）に示すとおり、光電面
３０はガラス面１０上に複数の半導体層を積層して形成
されている。ガラス面板１０（支持基板）上にSi3N4か
らなる反射防止膜３２が、検出対象である被検出光の波
長に応じた膜厚をもってSiO2からなる接着層３１を介し
て密着して形成されている。
０を真空側から見た平面図であり、図１（ｂ）は図１
（ａ）に示した光電面３０及びガラス面板１０のＩ−Ｉ
矢印断面図である。但し、図１（ｂ）は説明のため縦方
向の拡大率が横方向拡大率よりも大きくなっている。ま
た、図１（ｂ）の下側から被検出光（ｈν）が光電面３
０に入射し、図１（ｂ）の光電面の上側の領域が真空状
態に設定されている。図１（ｂ）に示すとおり、光電面
３０はガラス面１０上に複数の半導体層を積層して形成
されている。ガラス面板１０（支持基板）上にSi3N4か
らなる反射防止膜３２が、検出対象である被検出光の波
長に応じた膜厚をもってSiO2からなる接着層３１を介し
て密着して形成されている。
【００１５】反射防止膜３２上にはｐ型ＡｌGaAsＰから
なる厚さ0.0１μｍ以上の窓層３３が、エピタキシャル
層として形成されている。図１（ｂ）の矢印で示すよう
に、被検出光（ｈν）がガラス面板１０から入射する
と、ガラス面板１０と反射防止膜３２とを減衰すること
なく透過し、透過した光のうち被検出光よりも短波長の
光は窓層３３で遮断される。そして窓層３３上には、窓
層３３よりもバンドギャップエネルギが小さいｐ型GaAs
Pからなる厚さ０．１〜２μｍの光吸収層３４がエピタ
キシャル層として形成されており、窓層３３を透過した
被検出光を吸収して光電子を放出する。
なる厚さ0.0１μｍ以上の窓層３３が、エピタキシャル
層として形成されている。図１（ｂ）の矢印で示すよう
に、被検出光（ｈν）がガラス面板１０から入射する
と、ガラス面板１０と反射防止膜３２とを減衰すること
なく透過し、透過した光のうち被検出光よりも短波長の
光は窓層３３で遮断される。そして窓層３３上には、窓
層３３よりもバンドギャップエネルギが小さいｐ型GaAs
Pからなる厚さ０．１〜２μｍの光吸収層３４がエピタ
キシャル層として形成されており、窓層３３を透過した
被検出光を吸収して光電子を放出する。
【００１６】光吸収層３４上面中央部にはＣｓ2Ｏから
なる活性層３８が均一に極薄く形成され光吸収層３４上
面の仕事関数を十分低下させるため、光吸収層３４の光
電子放出面３４１は電子親和力が負となった状態、いわ
ゆるＮＥＡ（Negative Electron Affinity）状態となっ
ている。そのため、入射した光により発生した多くの光
電子が消滅することなく活性層３８近傍に到達したとき
に容易に外部に放出される。
なる活性層３８が均一に極薄く形成され光吸収層３４上
面の仕事関数を十分低下させるため、光吸収層３４の光
電子放出面３４１は電子親和力が負となった状態、いわ
ゆるＮＥＡ（Negative Electron Affinity）状態となっ
ている。そのため、入射した光により発生した多くの光
電子が消滅することなく活性層３８近傍に到達したとき
に容易に外部に放出される。
【００１７】また、光吸収層３４の光電子放出面３４１
側にオーミック接触し、金属チタンからなる膜状チタン
電極３５（膜状金属電極）が形成されている。膜状チタ
ン電極３５は膜厚約５０ｎｍで光吸収層３４上面周縁部
からガラス面板１０の周縁部の方向へかけて形成され、
光吸収層３４が電気的に接続できるようになっている。
側にオーミック接触し、金属チタンからなる膜状チタン
電極３５（膜状金属電極）が形成されている。膜状チタ
ン電極３５は膜厚約５０ｎｍで光吸収層３４上面周縁部
からガラス面板１０の周縁部の方向へかけて形成され、
光吸収層３４が電気的に接続できるようになっている。
【００１８】膜状チタン電極３５は光吸収層３４の上面
周縁部を被覆し、ガラス面板１０の周縁部の方向へ連続
的に連なって、ガラス面板１０を被覆するように形成さ
れている。光吸収層３４の上面中心部分は膜状電極３５
に被覆されておらず、ガラス面板方向から入射した被検
出光により発生した光電子を透過させるようになってい
る。
周縁部を被覆し、ガラス面板１０の周縁部の方向へ連続
的に連なって、ガラス面板１０を被覆するように形成さ
れている。光吸収層３４の上面中心部分は膜状電極３５
に被覆されておらず、ガラス面板方向から入射した被検
出光により発生した光電子を透過させるようになってい
る。
【００１９】上述した半導体光電面の作用について説明
する。上述した半導体光電面は光電子放出面３４１にオ
ーミック接触する膜状の電極３５の材質として金属チタ
ンを用いている。このことにより、膜状の電極３５が光
電面３０を電気的に接続し、光電面３０に電圧を印加す
るオーミック電極として働くばかりでなく、チタンの活
性化による残留ガスのゲッタリング作用を発揮しゲッタ
ーとして働くこととなる。
する。上述した半導体光電面は光電子放出面３４１にオ
ーミック接触する膜状の電極３５の材質として金属チタ
ンを用いている。このことにより、膜状の電極３５が光
電面３０を電気的に接続し、光電面３０に電圧を印加す
るオーミック電極として働くばかりでなく、チタンの活
性化による残留ガスのゲッタリング作用を発揮しゲッタ
ーとして働くこととなる。
【００２０】金属チタンからなる膜状の電極３５が光電
面３０の近傍に設置されることとなるので、光電面近傍
の残留ガスを効果的にゲッタリングできることとなる。
また、この電極３５は膜状であるため従来のチタンワイ
ヤーを用いたゲッターよりも占有する容積が小さい。こ
のため、小型の光電子増倍管等の内部にも容易に設置が
可能であり、本実施形態の半導体光電面を用いれば光電
子増倍管等の小型化を図ることができる。
面３０の近傍に設置されることとなるので、光電面近傍
の残留ガスを効果的にゲッタリングできることとなる。
また、この電極３５は膜状であるため従来のチタンワイ
ヤーを用いたゲッターよりも占有する容積が小さい。こ
のため、小型の光電子増倍管等の内部にも容易に設置が
可能であり、本実施形態の半導体光電面を用いれば光電
子増倍管等の小型化を図ることができる。
【００２１】上述した半導体光電面において、活性層３
８はCs2Oのようなアルカリ金属の酸化物に限るものでは
なく、アルカリ金属又はそのフッ化物でもよい。また、
光吸収層３４はGaAsPに限るものではなく、GaP、GaN、
又はGaAs等のIII-V族化合物やダイヤモンド等のＩＶ族
の材料でもよい。
８はCs2Oのようなアルカリ金属の酸化物に限るものでは
なく、アルカリ金属又はそのフッ化物でもよい。また、
光吸収層３４はGaAsPに限るものではなく、GaP、GaN、
又はGaAs等のIII-V族化合物やダイヤモンド等のＩＶ族
の材料でもよい。
【００２２】また、上述した半導体光電面においては、
膜状金属電極として金属チタンからなる電極を用いてい
るが、半導体光電面の光電子放出面にオーミック接触さ
せてクロム膜を形成し、その真空側に重ねて膜状のチタ
ン膜を形成し、クロムとチタンの２層構造の膜状金属電
極としてもよい。クロムは接着性が良いという性質があ
るので、クロム膜を介してチタン膜を形成することによ
り半導体光電面と膜状金属電極との接着性が良くなる。
膜状金属電極として金属チタンからなる電極を用いてい
るが、半導体光電面の光電子放出面にオーミック接触さ
せてクロム膜を形成し、その真空側に重ねて膜状のチタ
ン膜を形成し、クロムとチタンの２層構造の膜状金属電
極としてもよい。クロムは接着性が良いという性質があ
るので、クロム膜を介してチタン膜を形成することによ
り半導体光電面と膜状金属電極との接着性が良くなる。
【００２３】また、膜状金属電極に含まれるチタンが活
性化しゲッタリング作用を発揮するため、チタン膜の少
なくとも一部が真空側に露出していることが必要である
が、半導体光電面にオーミック接触する膜状金属電極は
２層構造に限らず３層以上の多層構造であってもよい。
さらに、真空側にチタンが昇華しゲッタリング作用を発
揮すれば、他の金属（例えばクロム）とチタンを混合し
た混合物を光電子放出面にオーミック接触する膜状金属
電極としてもよい。
性化しゲッタリング作用を発揮するため、チタン膜の少
なくとも一部が真空側に露出していることが必要である
が、半導体光電面にオーミック接触する膜状金属電極は
２層構造に限らず３層以上の多層構造であってもよい。
さらに、真空側にチタンが昇華しゲッタリング作用を発
揮すれば、他の金属（例えばクロム）とチタンを混合し
た混合物を光電子放出面にオーミック接触する膜状金属
電極としてもよい。
【００２４】次に、上述した半導体光電面の製造方法を
説明する。図２は半導体光電面の製造過程における中間
物の断面図である。まず第１工程として、GaAsからなる
半導体基板３７上にエッチングストップ層３６、光吸収
層３４及び窓層３３を順次エピタキシャル成長させ、半
導体多層膜を作製する（図２（ａ）参照）。その後、Ｃ
ＶＤ法を用いて窓層３３の上に反射防止膜３２を形成
し、更にSiO2からなる接着層３１を堆積させる（図２
（ｂ）参照）。
説明する。図２は半導体光電面の製造過程における中間
物の断面図である。まず第１工程として、GaAsからなる
半導体基板３７上にエッチングストップ層３６、光吸収
層３４及び窓層３３を順次エピタキシャル成長させ、半
導体多層膜を作製する（図２（ａ）参照）。その後、Ｃ
ＶＤ法を用いて窓層３３の上に反射防止膜３２を形成
し、更にSiO2からなる接着層３１を堆積させる（図２
（ｂ）参照）。
【００２５】そして、円盤状のガラス面板１０を真空中
又は不活性ガス中で約５５０℃に加熱して接着層３１と
熱融着させる（図２（ｃ）参照）。これを室温まで冷や
した後、ウエットエッチングにより半導体基板３７とエ
ッチングストップ層３６を除去し光吸収層３４を露出さ
せる（図２（ｄ）参照）。次に第２工程として、光吸収
層３４の光電子放出面側に接触させ、光電面３０以外の
部分に蒸着によりチタン膜を堆積させ、膜状チタン電極
３５を形成する（図２（ｅ）参照）。
又は不活性ガス中で約５５０℃に加熱して接着層３１と
熱融着させる（図２（ｃ）参照）。これを室温まで冷や
した後、ウエットエッチングにより半導体基板３７とエ
ッチングストップ層３６を除去し光吸収層３４を露出さ
せる（図２（ｄ）参照）。次に第２工程として、光吸収
層３４の光電子放出面側に接触させ、光電面３０以外の
部分に蒸着によりチタン膜を堆積させ、膜状チタン電極
３５を形成する（図２（ｅ）参照）。
【００２６】次に第３工程として、得られた光電面３０
をガラス面板１０ごと真空中で約７００℃に加熱し、ヒ
ートクリーニングを行う。最後に第４工程として、光電
子放出面を活性化処理して電子親和力を負の状態とする
ため、真空中で活性層３８を形成する（図２（ｆ）参
照）。
をガラス面板１０ごと真空中で約７００℃に加熱し、ヒ
ートクリーニングを行う。最後に第４工程として、光電
子放出面を活性化処理して電子親和力を負の状態とする
ため、真空中で活性層３８を形成する（図２（ｆ）参
照）。
【００２７】上述した製造方法の作用について説明す
る。膜状チタン電極３５の形成（第２工程）をヒートク
リーニング工程（第３工程）よりも前に行うので、ヒー
トクリーニング工程において、既に形成されている膜状
電極３５の材質であるチタンが加熱により活性化するこ
ととなり、活性化したチタンがゲッタリング作用を発揮
することとなる。すなわち、ヒートクリーニング工程が
そのままチタンを活性化させる工程を兼ねることとな
り、従来は別途必要であったゲッタリング工程が不要と
なる。
る。膜状チタン電極３５の形成（第２工程）をヒートク
リーニング工程（第３工程）よりも前に行うので、ヒー
トクリーニング工程において、既に形成されている膜状
電極３５の材質であるチタンが加熱により活性化するこ
ととなり、活性化したチタンがゲッタリング作用を発揮
することとなる。すなわち、ヒートクリーニング工程が
そのままチタンを活性化させる工程を兼ねることとな
り、従来は別途必要であったゲッタリング工程が不要と
なる。
【００２８】本発明の半導体光電面の製造方法は、上述
した実施形態に限定されるものではない。上述した製造
方法の第２工程では、チタン膜を光電面に直接接触させ
て膜状金属電極を形成しているが、本発明では、他の金
属（例えばクロム）を光電面に接触させて金属膜を形成
した後、さらにその真空管側にチタン膜を重ねて形成す
ることによってチタンと他の金属が積層された構造の膜
状金属電極を形成してもよい。また、膜状金属電極はチ
タン膜に限られず、チタンとクロムの混合物を膜状にし
た電極を形成してもよい。
した実施形態に限定されるものではない。上述した製造
方法の第２工程では、チタン膜を光電面に直接接触させ
て膜状金属電極を形成しているが、本発明では、他の金
属（例えばクロム）を光電面に接触させて金属膜を形成
した後、さらにその真空管側にチタン膜を重ねて形成す
ることによってチタンと他の金属が積層された構造の膜
状金属電極を形成してもよい。また、膜状金属電極はチ
タン膜に限られず、チタンとクロムの混合物を膜状にし
た電極を形成してもよい。
【００２９】次に、上述した半導体光電面を用いた光検
出管の実施形態について説明する。図３は上述した半導
体光電面を用いた光検出管の断面図である。この光検出
管はメタルチャンネル型ダイノード（二次電子増倍部）
を有する光電子増倍管であり、ガラス面板の真空管内側
に密着するように光電面が設けられたいわゆる透過型の
光電面３０を有する。
出管の実施形態について説明する。図３は上述した半導
体光電面を用いた光検出管の断面図である。この光検出
管はメタルチャンネル型ダイノード（二次電子増倍部）
を有する光電子増倍管であり、ガラス面板の真空管内側
に密着するように光電面が設けられたいわゆる透過型の
光電面３０を有する。
【００３０】また、この光電子増倍管の半導体光電面３
０は陰極を構成しており、半導体光電面から放出された
光電子を二次電子増倍するダイノード１２と、電子を収
集する陽極１３と、陰極及び陽極を内部に収納する真空
管１１（真空容器）を有している。光電面３０はガラス
面板１０の真空管内側に密着するように設けられてお
り、光電面３０の光電子放出面には膜状チタン電極３５
がオーミック接触している。ガラス面板１０は真空管１
１の本体を構成する筒体の一方の端部に固着されてお
り、真空管１１を構成する筒体の他方の端部もガラスを
用いて気密に封止され、真空管１１の内部を真空状態に
保持している。
０は陰極を構成しており、半導体光電面から放出された
光電子を二次電子増倍するダイノード１２と、電子を収
集する陽極１３と、陰極及び陽極を内部に収納する真空
管１１（真空容器）を有している。光電面３０はガラス
面板１０の真空管内側に密着するように設けられてお
り、光電面３０の光電子放出面には膜状チタン電極３５
がオーミック接触している。ガラス面板１０は真空管１
１の本体を構成する筒体の一方の端部に固着されてお
り、真空管１１を構成する筒体の他方の端部もガラスを
用いて気密に封止され、真空管１１の内部を真空状態に
保持している。
【００３１】光電面３０は膜状チタン電極３５、カソー
ドコンタクト１５、集束電極１４及びカソード電気リー
ド１７を介して外部に接続されている。光電面３０と膜
状チタン電極３５はオーミック接触しているので、光電
面３０は外部より電子の供給を受けるようになってい
る。真空管１１内の他方の端部には陽極１３が設置され
ており、陽極１３の電位はアノード電気リード１８を介
して所定の電位とされている。
ドコンタクト１５、集束電極１４及びカソード電気リー
ド１７を介して外部に接続されている。光電面３０と膜
状チタン電極３５はオーミック接触しているので、光電
面３０は外部より電子の供給を受けるようになってい
る。真空管１１内の他方の端部には陽極１３が設置され
ており、陽極１３の電位はアノード電気リード１８を介
して所定の電位とされている。
【００３２】ダイノード部１２は光電面３０と陽極との
間に設置され、光電面３０から放出された光電子を順次
増倍するメタルチャンネルダイノード１２ａ、１２ｂ、
１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと、
ダイノード１２ｈで増倍され陽極１３に設けられた開口
を通過した電子を反射（増倍）させ再び陽極１３に入射
させる反射型最終段ダイノード１２ｉとからなる。メタ
ルチャンネルダイノード１２ａ〜１２ｈは多段繰り返し
て設置された形状になっている。光電面３０は膜状チタ
ン電極３５、カソードコンタクト１５、集束電極１４及
びカソード電気リード１７を介して、陽極１３よりも低
い電位に保持されている。各メタルチャンネルダイノー
ド１２には光電面３０に対して正のブリーダ電圧が印加
されており、陽極１３に近づくにつれて段ごとに電圧が
増加するように分配して印加されている。そして、陽極
１３はダイノード１２ｈに対して正の電圧が印加されて
いる。
間に設置され、光電面３０から放出された光電子を順次
増倍するメタルチャンネルダイノード１２ａ、１２ｂ、
１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと、
ダイノード１２ｈで増倍され陽極１３に設けられた開口
を通過した電子を反射（増倍）させ再び陽極１３に入射
させる反射型最終段ダイノード１２ｉとからなる。メタ
ルチャンネルダイノード１２ａ〜１２ｈは多段繰り返し
て設置された形状になっている。光電面３０は膜状チタ
ン電極３５、カソードコンタクト１５、集束電極１４及
びカソード電気リード１７を介して、陽極１３よりも低
い電位に保持されている。各メタルチャンネルダイノー
ド１２には光電面３０に対して正のブリーダ電圧が印加
されており、陽極１３に近づくにつれて段ごとに電圧が
増加するように分配して印加されている。そして、陽極
１３はダイノード１２ｈに対して正の電圧が印加されて
いる。
【００３３】被検出光が光電子増倍管の光電面３０に入
射すると、光電面３０から光電子が放出され、放出され
た光電子は第１段ダイノード１２ａに入射される。第１
段ダイノード１２ａでは入射した光電子数に対して数倍
の数の２次電子が放出され、引続き第２段ダイノード１
２ｂに加速して入射する。第２段ダイノード１２ｂにお
いても第１段ダイノード１２ａと同様に入射した電子数
に対して数倍の２次電子が放出される。これを９回繰り
返すことによって、光電面３０から放出された光電子は
最終的に約１００万倍程度に増倍され、２次電子が陽極
１３で集められ出力信号電流として取り出される。
射すると、光電面３０から光電子が放出され、放出され
た光電子は第１段ダイノード１２ａに入射される。第１
段ダイノード１２ａでは入射した光電子数に対して数倍
の数の２次電子が放出され、引続き第２段ダイノード１
２ｂに加速して入射する。第２段ダイノード１２ｂにお
いても第１段ダイノード１２ａと同様に入射した電子数
に対して数倍の２次電子が放出される。これを９回繰り
返すことによって、光電面３０から放出された光電子は
最終的に約１００万倍程度に増倍され、２次電子が陽極
１３で集められ出力信号電流として取り出される。
【００３４】上述した光電子増倍管の組立工程は以下の
通りである。まず、ガラス面板１０（アルカリ未活性の
光電面３０、膜状チタン電極３５が既に形成済み）、Ｉ
ｎリング４、側管５、ベース６をそれぞれトランスファ
ー装置に導入する。このとき側管５とベース６は既に別
の装置内で抵抗溶接されている状態で導入される。次
に、アルカリ未活性の光電面３０をヒートクリーニング
し、更にアルカリにより活性化をする。ダイノード部１
２についてはチャンバーごとヒータで加熱しガス出しを
行った後、アルカリにより活性化する。最後にＩｎリン
グ４とガラス面板１０とを側管５へ加圧してシールす
る。
通りである。まず、ガラス面板１０（アルカリ未活性の
光電面３０、膜状チタン電極３５が既に形成済み）、Ｉ
ｎリング４、側管５、ベース６をそれぞれトランスファ
ー装置に導入する。このとき側管５とベース６は既に別
の装置内で抵抗溶接されている状態で導入される。次
に、アルカリ未活性の光電面３０をヒートクリーニング
し、更にアルカリにより活性化をする。ダイノード部１
２についてはチャンバーごとヒータで加熱しガス出しを
行った後、アルカリにより活性化する。最後にＩｎリン
グ４とガラス面板１０とを側管５へ加圧してシールす
る。
【００３５】次に、上述した光電子増倍管の作用につい
て説明する。この光電子増倍管は、上述した半導体光電
面を使用しているので、膜状チタン電極３５のチタンの
活性化による残留ガスのゲッタリング作用を発揮しゲッ
ターとして働くこととなる。金属チタンからなる膜状の
電極３５が光電面３０の近傍に設置されることとなるの
で、光電面近傍の残留ガスを効果的にゲッタリングでき
ることとなる。
て説明する。この光電子増倍管は、上述した半導体光電
面を使用しているので、膜状チタン電極３５のチタンの
活性化による残留ガスのゲッタリング作用を発揮しゲッ
ターとして働くこととなる。金属チタンからなる膜状の
電極３５が光電面３０の近傍に設置されることとなるの
で、光電面近傍の残留ガスを効果的にゲッタリングでき
ることとなる。
【００３６】また、この電極３５は膜状であるため従来
のチタンワイヤーを用いたゲッターよりも占有する容積
が小さい。このため、本実施形態のような小型の光電子
増倍管等の内部においても容易に設置が可能であり、光
電子増倍管等の小型化を図ることができる。また、従来
のゲッターを用いた光電子増倍管のようにダイノード等
の他の部品に近い位置で発熱させる必要もないため、ダ
イノード等の特性に悪影響を与えることもない。
のチタンワイヤーを用いたゲッターよりも占有する容積
が小さい。このため、本実施形態のような小型の光電子
増倍管等の内部においても容易に設置が可能であり、光
電子増倍管等の小型化を図ることができる。また、従来
のゲッターを用いた光電子増倍管のようにダイノード等
の他の部品に近い位置で発熱させる必要もないため、ダ
イノード等の特性に悪影響を与えることもない。
【００３７】また、従来の方法ではチタンワイヤに給電
するためのリード線を真空管外から真空管中に通す必要
があった。一方、本実施形態ではこのリード線が不要と
なり真空管の密閉性が向上するため、真空管内の真空度
向上の点においても有効である。
するためのリード線を真空管外から真空管中に通す必要
があった。一方、本実施形態ではこのリード線が不要と
なり真空管の密閉性が向上するため、真空管内の真空度
向上の点においても有効である。
【００３８】本発明の光検出管は、上述した実施形態に
限定されるものではない。上述した光検出管管はメタル
チャンネル型ダイノードを有する光電子増倍管であり、
特にアフターパルス軽減が求められている点や、小型で
チタンのゲッターを設置するのが困難である点で本発明
を適用する光検出管として好適である。しかし、本発明
はサーキュラケージ型ダイノード、ボックスアンドグリ
ッド型ダイノード、ラインフォーカス型ダイノード、ベ
ネシアンブラインド型ダイノード、メッシュ型ダイノー
ド、マイクロチャンネルプレート型ダイノード等の他の
型のダイノードを有する光電子増倍管にも適用が可能で
ある。
限定されるものではない。上述した光検出管管はメタル
チャンネル型ダイノードを有する光電子増倍管であり、
特にアフターパルス軽減が求められている点や、小型で
チタンのゲッターを設置するのが困難である点で本発明
を適用する光検出管として好適である。しかし、本発明
はサーキュラケージ型ダイノード、ボックスアンドグリ
ッド型ダイノード、ラインフォーカス型ダイノード、ベ
ネシアンブラインド型ダイノード、メッシュ型ダイノー
ド、マイクロチャンネルプレート型ダイノード等の他の
型のダイノードを有する光電子増倍管にも適用が可能で
ある。
【００３９】また、本発明はマルチチャンネルプレート
を有する光電子増倍管にも適用が可能である。また、イ
メージインテンシファイヤー管、マルチアノード光電子
増倍管、超高速測光ストリーク管、二次元微弱光測光用
フォトカウンティングイメージ管等の二次元高感度検出
器にも適用が可能である。さらに、ダイノード部を有し
ない光電管、ストリーク管にも適用が可能である。
を有する光電子増倍管にも適用が可能である。また、イ
メージインテンシファイヤー管、マルチアノード光電子
増倍管、超高速測光ストリーク管、二次元微弱光測光用
フォトカウンティングイメージ管等の二次元高感度検出
器にも適用が可能である。さらに、ダイノード部を有し
ない光電管、ストリーク管にも適用が可能である。
【００４０】
【発明の効果】本発明の半導体光電面によれば、内部ス
ペースの小さい小型の光電子増倍管等に用いても、アフ
ターパルスの原因となる光電面近傍の残留ガスを効果的
にゲッタリングすることができ、光電子増倍管等の小型
化を図ることができる。さらに、部品点数や組立工程の
減少も達成することができる。
ペースの小さい小型の光電子増倍管等に用いても、アフ
ターパルスの原因となる光電面近傍の残留ガスを効果的
にゲッタリングすることができ、光電子増倍管等の小型
化を図ることができる。さらに、部品点数や組立工程の
減少も達成することができる。
【図１】（ａ）は光電面３０及びガラス面板１０を真空
側から見た平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した光電
面３０及びガラス面板１０のＩ−Ｉ矢印断面図である。
側から見た平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した光電
面３０及びガラス面板１０のＩ−Ｉ矢印断面図である。
【図２】半導体光電面の製造過程における中間物の断面
図である。。
図である。。
【図３】実施形態の光検出管の断面図である。
４…Ｉｎリング、５…側管、６…ベース、１０…ガラス
面板、１１…真空管、１２…ダイノード部、１３…陽
極、１４…集束電極、１５…カソードコンタクト、１７
…カソード電気リード、１８…アノード電気リード、３
０…光電面（半導体光電面）、３１…接着層、３２…反
射防止膜、３３…窓層、３４…光吸収層、３４１…光電
子放出面、３５…膜状チタン電極、３６…エッチングス
トップ層、３７…半導体基板、３８…活性層。
面板、１１…真空管、１２…ダイノード部、１３…陽
極、１４…集束電極、１５…カソードコンタクト、１７
…カソード電気リード、１８…アノード電気リード、３
０…光電面（半導体光電面）、３１…接着層、３２…反
射防止膜、３３…窓層、３４…光吸収層、３４１…光電
子放出面、３５…膜状チタン電極、３６…エッチングス
トップ層、３７…半導体基板、３８…活性層。
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フロントページの続き
(72)発明者 長谷川 寛
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） 5C027 EE01 EE05 EE07
5C235 CC04 CC05 CC09
Claims (10)
- 【請求項１】 支持基板と、 この支持基板上に複数の半導体層を積層して形成され、
被検出光の入射に応答して光電子放出面より光電子を放
出する光電面と、 前記支持基板の少なくとも一部と前記光電面の一部とを
被覆するように膜状に形成され、前記光電面にオーミッ
ク接触させられた膜状金属電極と、を備え、 前記膜状金属電極はチタンを含み、前記膜状金属電極に
被覆されていない前記光電面の露出部分である前記光電
子放出面は電子親和力が負の状態とされていることを特
徴とする半導体光電面。 - 【請求項２】 前記膜状金属電極は金属チタンからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体光電面。 - 【請求項３】 前記膜状金属電極はチタンとクロムが積
層された構造の膜状金属電極であることを特徴とする請
求項１に記載の半導体光電面。 - 【請求項４】 前記膜状金属電極はチタンとクロムの混
合物であることを特徴とする請求項１に記載の半導体光
電面。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一項に記載の半
導体光電面により構成される陰極と、 前記半導体光電面の前記光電子放出面から放出された光
電子を収集する陽極と、 前記陰極と前記陽極を内部に収容する真空容器と、を備
える光検出管。 - 【請求項６】 請求項１〜４のいずれか一項に記載の半
導体光電面により構成される陰極と、 前記半導体光電面の前記光電子放出面から放出された光
電子を二次電子増倍する二次電子増倍部と、 二次電子増倍された電子を収集する陽極と、 前記陰極、前記二次電子増倍部および前記陽極を内部に
収容する真空容器と、を備える光検出管。 - 【請求項７】 複数の半導体層を積層してなる光電面を
支持基板上に形成する第１工程と、 前記支持基板の少なくとも一部と前記光電面の一部とを
被覆すると共に、前記光電面にオーミック接触する膜状
金属電極を形成する第２工程と、 真空中で前記支持基板、前記光電面および前記膜状金属
電極を加熱することによりヒートクリーニングする第３
工程と、 前記膜状金属電極に被覆されていない前記光電面の露出
部分である前記光電子放出面を活性化処理して電子親和
力を負の状態とする第４工程と、を備える半導体光電面
の製造方法。 - 【請求項８】 前記膜状金属電極は金属チタンからなる
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体光電面の製造
方法。 - 【請求項９】 前記膜状金属電極はチタンとクロムが積
層された構造の膜状金属電極であることを特徴とする請
求項７に記載の半導体光電面の製造方法。 - 【請求項１０】 前記膜状金属電極はチタンとクロムの
混合物であることを特徴とする請求項７に記載の半導体
光電面の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002146567A JP2003338260A (ja) | 2002-05-21 | 2002-05-21 | 半導体光電面とその製造方法、及びこの半導体光電面を用いた光検出管 |
| AU2003242372A AU2003242372A1 (en) | 2002-05-21 | 2003-05-21 | Semiconductor photoelectric surface and its manufacturing method, and photodetecting tube using semiconductor photoelectric surface |
| PCT/JP2003/006361 WO2003107386A1 (ja) | 2002-05-21 | 2003-05-21 | 半導体光電面とその製造方法、及びこの半導体光電面を用いた光検出管 |
| CNA038116103A CN1656594A (zh) | 2002-05-21 | 2003-05-21 | 半导体光电面、其制造方法及使用该半导体光电面的光检测管 |
| US10/515,112 US20060138395A1 (en) | 2002-05-21 | 2003-05-21 | Semiconductor photoelectric surface and its manufacturing method, and photodetecting tube using semiconductor photoelectric surface |
| EP03730551A EP1513185A4 (en) | 2002-05-21 | 2003-05-21 | PHOTOELECTRIC SEMICONDUCTOR SURFACE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND PHOTOELECTRIC SEMICONDUCTOR SURFACE PHOTODETECTION TUBES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002146567A JP2003338260A (ja) | 2002-05-21 | 2002-05-21 | 半導体光電面とその製造方法、及びこの半導体光電面を用いた光検出管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003338260A true JP2003338260A (ja) | 2003-11-28 |
Family
ID=29705521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002146567A Pending JP2003338260A (ja) | 2002-05-21 | 2002-05-21 | 半導体光電面とその製造方法、及びこの半導体光電面を用いた光検出管 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20060138395A1 (ja) |
| EP (1) | EP1513185A4 (ja) |
| JP (1) | JP2003338260A (ja) |
| CN (1) | CN1656594A (ja) |
| AU (1) | AU2003242372A1 (ja) |
| WO (1) | WO2003107386A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007111103A1 (ja) | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Hamamatsu Photonics K.K. | 光電子増倍管および放射線検出装置 |
| US7816866B2 (en) * | 2005-10-31 | 2010-10-19 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photocathode comprising a plurality of openings on an electron emission layer |
| CN111024226A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-17 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种用于三维成像的探测器及其制作方法 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005088666A1 (ja) | 2004-03-12 | 2005-09-22 | Hamamatsu Photonics K.K. | 層状部材の製造方法、及び層状部材 |
| CN102341926A (zh) * | 2009-03-05 | 2012-02-01 | 株式会社小糸制作所 | 发光模块、发光模块的制造方法及灯具单元 |
| 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. |
| US9966216B2 (en) * | 2011-11-04 | 2018-05-08 | Princeton University | Photo-electron source assembly with scaled nanostructures and nanoscale metallic photonic resonant cavity, and method of making same |
| JP5899187B2 (ja) * | 2013-11-01 | 2016-04-06 | 浜松ホトニクス株式会社 | 透過型光電陰極 |
| CN104529870A (zh) * | 2015-01-23 | 2015-04-22 | 武汉大学 | 一类金刚烷衍生物及其作为有机电致磷光主体材料的应用 |
| JP6818815B1 (ja) | 2019-06-28 | 2021-01-20 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子管 |
| GB2588462A (en) * | 2019-10-25 | 2021-04-28 | Spacetek Tech Ag | Compact time-of-flight mass analyzer |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722141B2 (ja) * | 1984-03-07 | 1995-03-08 | 住友電気工業株式会社 | 半導体素子の製造方法 |
| JPH02100242A (ja) * | 1988-10-07 | 1990-04-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子管 |
| JPH05234501A (ja) * | 1992-02-25 | 1993-09-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 光電子放出面及びそれを用いた電子管 |
| JP2606406Y2 (ja) * | 1993-09-06 | 2000-11-06 | 双葉電子工業株式会社 | 真空気密装置および表示装置 |
| US5912500A (en) * | 1995-11-22 | 1999-06-15 | Intevac, Inc. | Integrated photocathode |
| JP3565526B2 (ja) * | 1996-02-06 | 2004-09-15 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光電子放出面及びそれを用いた電子管 |
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