JP2004311171A - Electron multiplier element, and electron multiplier device using same - Google Patents

Electron multiplier element, and electron multiplier device using same Download PDF

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Minoru Aragaki
実 新垣
Hirobumi Suga
博文 菅
Minoru Kondo
稔 近藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a practical electron multiplier element which can be manufactured at low cost, and an electron multiplier device using the same. <P>SOLUTION: The electron multiplier element 9 comprises a phosphor 12 emitting light by dint of kinetic energy of an accelerated electron injected, a support 11 transmitting the light from the phosphor 12 supporting the phosphor 12 at a surface 11a and emitting light from a surface 11b, and a photoelectric surface 13 converting the light of the phosphor 12 supported by the surface 11b. The phosphor 12 and the photoelectric surface 13 are arranged so that the number of electron emitted from the photoelectric surface 13 exceeds the number of electron incident onto the phosphor 12. The electron multiplier element converts electron into light and converts the light into electron thereafter. By the above, a practical electron multiplying function can be realized while imposing a thickness on the support 11. The manufacturing cost of the electron multiplier element 9 can be lowered by far in comparison with an MCP because of its simple structure. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
【0002】
本発明は、電子を増倍して放出する電子増倍素子、これを用いた電子増倍装置に関する。
【0003】
【従来技術】
近年、電子管などの電子増倍装置に用いられる電子増倍素子として、ダイヤモンドを用いたものが注目されている。ダイヤモンドが注目されるのは、ダイヤモンドが負の電子親和力を有しており、その2次電子生成効率が高められるためである。このようなダイヤモンドを用いた電子増倍素子の一例が、「Thin Solid Films 253(1994)151−156」に報告されている。すなわちMo、Pd、TiまたはAlN等の基板上に、その最表面を水素終端して形成された多結晶ダイヤモンド薄膜が電子増倍素子として報告され、この多結晶ダイヤモンド薄膜によりその2次電子放出効率の向上が図られている。この多結晶ダイヤモンド薄膜は反射型2次電子面として機能している。ところが、このような反射型2次電子面に1次電子が入射すると、反射型2次電子面の最表面の水素終端が脱離し、その2次電子放出効率が低下することが知られている。
【0004】
そこで、上記の欠点を解決し得る電子増倍素子として、1次電子の入射する面と2次電子の放出される面とが異なるいわゆる透過型2次電子面が知られており、例えば米国特許第6,060,839号明細書には、ダイヤモンドを用いた透過型2次電子面が開示されている。
【0005】
一方、電子増倍素子として、マイクロチャンネルプレート(以下、「MCP」と呼ぶ)が知られている。MCPは1次元または2次元の位置情報を保ったまま2次電子増倍可能なデバイスである。
【0006】
【特許文献1】
米国特許第6,060,839号明細書
【非特許文献1】
Thin Solid Films 253(1994)151−156
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した米国特許第6,060,839号明細書に記載の透過型2次電子面は、十分な機械的強度と実用的な電子増倍機能の両立を実現することができない。この理由として、以下の点が考えられる。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。このダイヤモンド膜内の電子の拡散長は、本発明者による光電子放出の実験結果より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。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い。
【0008】
また電子増倍素子としてMCPを用いる場合、MCPは細いガラス管を多数束ねて引き伸ばし、再び多数束ねて引き伸ばす工程を何回か繰り返した後に、円盤状にスライスし、研磨、コアガラス部分の芯抜き、2次電子面を放出するための還元工程及び熱工程を行うなどさらに多くの複雑な工程を経て作製されるので、コストが非常に高くなる。また同様の理由から大型の平面ディスプレイ等へ応用できるような大面積のものを実現することが困難である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、十分な機械的強度を有しながら実用的な電子増倍機能を実現でき、低コストで製造することが可能な電子増倍素子及びこれを用いた電子増倍装置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】
本発明者らは、上記課題を解決すべく上記従来技術について検討を行った。その結果、電子増倍素子が、1次電子を2次電子に変換するという原理に従って電子増倍を行うものである限り、上記の課題を解決することは困難であると考えた。そこで、本発明者らは、さらに検討を重ねた結果、窒化物半導体で紫外蛍光体を構成することにより、比較的発光強度も高くまた高速応答可能なものが実現できるという知見を得た。そして本発明者らは、かかる知見をもとにして、蛍光体と支持体と光電面とを組み合わせて電子増倍素子を構成し、電子増倍素子を、電子を光に変換した後、電子に変換するという原理に従って電子増倍を行うものとすることで上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0010】
すなわち本発明は、加速された電子が注入され、注入される電子の運動エネルギーに基づいて光を発する蛍光体と、前記蛍光体から発せられる光に対して透明であって、前記蛍光体を支持する第1面、及び前記第1面に対向し、前記第1面から入射される光を出射する第2面を有する支持体と、前記支持体の前記第2面に支持され、前記蛍光体から発せられる光を電子に変換する光電面とを備え、前記蛍光体に入射される電子数よりも前記光電面から出射される電子数が多くなるように前記蛍光体及び前記光電面が構成されていることを特徴とする電子増倍素子である。
【0011】
この電子増倍素子によれば、加速された電子が蛍光体に注入されると、電子の運動エネルギーに基づいて光が発せられ、この光は支持体を透過して光電面に入射され、光電面で電子に変換される。このように本発明の電子増倍素子は、電子を光に変換した後、電子に変換する。また支持体は、蛍光体から発せられる光に対して透明であり、支持体を透過することによる光の損失は小さいため、支持体に厚みを持たせることが可能である。さらに蛍光体に注入される電子数よりも光電面から放出される電子数が多くなるように蛍光体及び光電面が構成されている。このため、電子増倍素子の機械的強度を十分に確保しながら実用的な電子増倍機能を実現することが可能となる。また本発明の電子増倍素子は、支持体の両側に蛍光体及び光電面を配した簡単な構成なので、その製造が極めて容易である。このため、その製造コストは、MCPの製造に比べてはるかに低くすることが可能である。
【0012】
上記電子増倍素子においては、蛍光体が化合物半導体であることが好ましい。この場合、蛍光体が化合物半導体以外の材料である場合に比べて任意の発光波長に正確に調節が可能である。
【0013】
上記化合物半導体は単結晶体であることが好ましい。この場合、蛍光体において化合物半導体が微結晶体や多結晶体の場合と異なり境界面が存在しないため、境界面での非発光再結合が本質的に存在せず、化合物半導体が単結晶体で無い場合に比べて発光効率がはるかに高くなる。また化合物半導体が単結晶体であることにより結晶欠陥が少なく、ひいては結晶欠陥による電子又は正孔のトラップが少なくなる。よって、蛍光体の応答速度が速くなる。
【0014】
上記電子増倍素子においては、光電面が化合物半導体であることが好ましい。この場合、光電面が化合物半導体以外の材料である場合に比べて前記蛍光体の発光波長に合わせた分光感度特性を有する光電面を正確に設計できる。
【0015】
上記光電面においても化合物半導体は単結晶体であることが好ましい。この場合、光電子の拡散長が長くなるため、電子放出効率の高い光電面を実現できる。
【0016】
上記化合物半導体は負の電子親和力を有することが好ましい。この場合、光電面は、高い光電子放出効率を有することとなる。
【0017】
上記電子増倍素子においては、蛍光体が支持体の第1面に直接形成され、光電面が支持体の第2面に直接形成されていることが好ましい。この場合、蛍光体が第1面に対して間接的に形成され、光電面が第2面に対して間接的に形成される場合よりも、電子増倍率を向上させることができる。
【0018】
上記電子増倍素子においては、蛍光体及び光電面がそれぞれ電極を備えている。この場合、蛍光体に対向して電子源を配置し、光電面に対向して陽極を配置した場合に、蛍光体及び電子源の間、光電面及び陽極の間に電圧を印加することが可能となり、これにより実用的な電子増倍機能を実現できる。
【0019】
また本発明は、上記電子増倍素子と、前記電子増倍素子を収容する真空容器と、前記電子増倍素子の前記蛍光体に注入する電子を放出する電子源と、前記電子増倍素子の前記光電面に対向して設けられ、前記光電面から出射される電子を引き付ける陽極と、前記電子源と前記蛍光体との間、及び前記光電面と前記陽極との間に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。
【0020】
この電子増倍装置によれは、電子源から電子が放出され、電圧印加手段により電子源と蛍光体との間に電圧が印加されると、電子が加速されて電子増倍素子の蛍光体に注入される。そして、加速された電子の運動エネルギーに基づき蛍光体から光が発せられる。この光は、支持体を透過して光電面に入射され、光電面から電子が放出される。そして、電圧印加手段により光電面と陽極との間に電圧が印加されると、増倍された電子は陽極に引き付けられることになる。このように本発明の電子増倍装置は、上記電子増倍素子を有しているため、実用的な電子増倍機能を実現することが可能となる。また電子増倍素子が十分な機械的強度を有するため、電子増倍装置の製造に際して電子増倍素子の取扱いが容易となり、極めて容易に電子増倍装置を製造することが可能となる。また電子増倍素子の大面積化が容易であるため、電子増倍装置の陽極又は電子源の大面積化も容易となる。さらに電子増倍素子がMCPに比べてはるかに低コストで製造することが可能であるため、この電子増倍素子を有する電子増倍装置についても、MCPを有する電子増倍装置に比べてはるかに低コストで製造することが可能となる。
【発明の実施の形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、寸法は、本発明の説明を容易にするために適当に拡大又は縮少してあり、実際の寸法とは必ずしも一致しない。また図面において、実線矢印は電子を示し、破線矢印は光を示している。
(第1実施形態)
【0022】
図1は、本発明による電子増倍素子の第1実施形態を示す正面図であり、電子増倍素子を内蔵した電子増倍装置としての平面表示装置を示している。図2は、図1のII−II線に沿った断面図、図3は、図2の電子増倍装置の内部構成を示す部分側面図である。
【0023】
図1及び図2に示すように、平面表示装置10は、フラットな形状を有する真空容器1を備えており、真空容器1の前面には開口1aが形成され、真空容器1の内部には、開口1aを塞ぐように表示部2が設けられている。真空容器1の内部は真空状態とされている。
【0024】
図3に示すように、表示部2は、蛍光体層3と、蛍光体層3から発せられる光に対して透明な面板17とを備えており、蛍光体層3の表面には、陽極としてのAl薄膜(図示せず)が蒸着されている。なお、真空容器1は、例えばガラスから構成され、面板17は例えばサファイヤから構成され、蛍光体層3は、例えば窒化物半導体から構成されている。
【0025】
真空容器1の内部には、表示部2に対向して、電子を放出する電子源アレイ(電子源)4が設けられている。また電子源アレイ4と表示部2との間には、電子を増倍する電子増倍素子9が設けられている。
【0026】
電子源アレイ4は、複数の電子放出部4aを有しており、これら電子放出部4aは、例えば図3に示すように、いわゆるスピント型と呼ばれるコーン形状をなしており、基板5上に2次元状に配列されている。電子源アレイ4に対向する位置には、平板状のゲート電極6が配置されている。ゲート電極6は、いわゆるXYアドレスとされており、ゲート電極6には、電子放出部4aの数に対応して複数の開口7が形成されている。そして、これら開口7内に、複数の電子放出部4aの先端がそれぞれ配置されている。ゲート電極6と電子源アレイ4との間に電圧を印加することにより電子放出部4aの先端から電子が放出されるようになっている。なお、電子放出部4aは、例えばモリブデンなどの高融点金属、あるいはSiなどの半導体、あるいはカーボンナノチューブやダイヤモンドなどの炭素系材料から構成されている。
【0027】
電子増倍素子9は、図3に示すように、平板状の支持体11を備えており、支持体11は、電子源アレイ4側に向けられる第1面11aと、表示部2側に向けられる第2面11bとを有している。そして、第1面11a上には蛍光体12が直接形成され、第2面11b上には光電面13が直接形成されている。ここで、蛍光体12が第1面11a上に直接形成され、光電面13が第2面11b上に直接形成されているのは、電子増倍率の向上を考慮し、できるだけ電子増倍素子9を薄くするためである。なお、電子増倍素子9は、真空容器1内に収容されているため、蛍光体12と光電面13は同一空間内に存在していることになる。
【0028】
ここで、電子増倍素子9を構成する蛍光体12、支持体11及び光電面13についてより詳細に説明する。
【0029】
まず蛍光体12について説明する。蛍光体12は、電子源アレイ4から放出される電子の運動エネルギーに基づき光を放出する材料であればよく、このような蛍光体12としては、例えば化合物半導体、アルカリ土類金属等が挙げられる。これらのうち、任意の発光波長の調節、高発光効率、高速応答の点から、化合物半導体が好ましい。この場合、蛍光体12は、電子線の入射により、電子−正孔対を形成し、これが再結合する際にそのエネルギー差に相当する波長の光を放出する。
【0030】
さらに、このような化合物半導体としては、例えば窒化物半導体である(Ga1−xAlIn1−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)、III−V族化合物半導体である(Ga1−xAlIn1−yAs(0≦x≦1、0≦y≦1)等が挙げられるが、これらのうち、発光強度が大きく、高速応答が可能であるという理由から、窒化物半導体である(Ga1−xAlIn1−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)が好ましい。このような窒化物半導体としては、例えばGaN、InN、AlN及びこれらの混晶などが挙げられる。ただし、蛍光体12の発光波長は、光電面13が感度を有する範囲であることが必要であるので、(Ga1−xAlIn1−yNのエネルギーギャップが光電面13のエネルギーギャップと同じか、それより大きくなるように組成比x及びyが調整される。なお、化合物半導体としては、(Ga1−xAlIn1−yNのうちGaN(x=0、y=1の場合)とGaIn1−yN(0<y<1)が好適である。その理由は、比較的高品質で高い発光効率が得られるという利点があるからである。
【0031】
上記化合物半導体は単結晶体であることが好ましい。この場合、蛍光体12において化合物半導体が微結晶体や多結晶体の場合と異なり境界面が存在しないため、境界面での非発光再結合が本質的に存在せず、化合物半導体が単結晶体で無い場合に比べて発光効率がはるかに高くなる。また化合物半導体が単結晶体であると結晶欠陥が少なくなり、ひいては結晶欠陥による電子又は正孔のトラップが少なくなる。よって、蛍光体12に電子を注入した場合に速い応答速度が得られる。
【0032】
なお、蛍光体12の発光効率を向上させるために、p型あるいはn型となる不純物(例えばSi,S,Se,Mg,Zn,Beなど)をドープしてもよい。
【0033】
また蛍光体12は必ずしも単一の膜である必要はなく、異なる化合物半導体の層を用いてシングルへテロ構造を形成したり、化合物半導体の層を、それよりエネルギーギャップの大きい化合物半導体の層で両側から挟んでダブルへテロ構造を形成してもよい。これにより、蛍光体12の発光効率をより一層向上させることが可能である。また複数の化合物半導体層を積層することにより量子井戸構造、量子細線構造、量子ドット構造を形成してキャリヤの閉じ込め構造としても、蛍光体12の発光効率をより一層向上させることが可能である。また蛍光体12が、窒化物半導体である(Ga1−xAlIn1−yNの多層膜により量子井戸構造とされる場合は、蛍光体12の発光波長に対して光電面13が感度を有するよう各層の組成(x及びy)と膜厚が調整される。
【0034】
次に蛍光体12の膜厚について説明する。加速された電子が蛍光体12に入射する場合、入射電子が到達する距離は飛程を使って表される。これはまた、電子−正孔対が生成される範囲の指標ともなる。飛程は加速電圧にほぼ比例するので、用いる加速電圧によってその材料の最適な膜厚が決定される。飛程は一般的な化合物半導体の場合、加速電圧10kVで1μm程度、20kVで2μm程度であるが、材料により多少異なる。ここでは数kVから数10kVの加速電圧で使用することを考えると、蛍光体12の膜厚は10nmから10μm程度が適当である。ただし蛍光体12の膜厚が大きい場合は、発光範囲が広くなるので空間分解能の低下や、発光した光の再吸収による発光効率の低下につながる。このため、蛍光体12の膜厚は10nmから1μmの範囲がより好適である。
【0035】
このような蛍光体12は、例えば支持体11の第1面11a上にエピタキシャル成長させることによって形成することができる。
【0036】
次に支持体11について説明する。支持体11は、蛍光体12から発せられる光に対して透明な材料であればよい。このような材料は、蛍光体12によって異なり、蛍光体12としてGaNが用いられる場合には、支持体11として、例えばサファイヤが用いられる。
【0037】
支持体11の厚さは、基本的にはハンドリング可能な機械的強度で決定され、支持体11の材質により異なる。例えば支持体11がサファイヤから構成される場合は、支持体11の厚さは10μmから数mmであることが好適である。ただし、支持体11の厚さが小さすぎるとハンドリング時の支持体11の破損が懸念され、支持体11の厚さが大きすぎると蛍光体12で発光した光の広がりによる空間分解能の低下が懸念されるので、50μmから1mmの範囲がより好適である。
【0038】
次に光電面13について説明する。光電面13は、光を電子に変換できるものであり且つ蛍光体12に注入される電子よりも多い数の電子を放出するものであればよく、このような光電面13としては、例えば化合物半導体、アルカリアンチモナイド化合物等が挙げられる。これらのうち任意の分光感度特性が得られるという理由から、化合物半導体が好ましい。この場合、光電面13が化合物半導体以外の材料である場合に比べてより高感度であるという利点がある。さらにこのような化合物半導体としては、例えば窒化物半導体である(Ga1−xAlIn1−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)、GaAs、GaAs1−x(0≦x≦1)などが挙げられるが、これらのうち、蛍光体材料との整合性の点から、窒化物半導体である(Ga1−xAlIn1−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)が好ましい。このような窒化物半導体としては、例えばInGaNが挙げられる。ただし、光電面13は、蛍光体12の発光波長に対して感度を有することが必要であるので、蛍光体12が単一組成またはヘテロ構造からなる場合は、光電面13のエネルギーギャップが蛍光体12のエネルギーギャップと同じか、それより小さくなるように組成比x及びyが調整される。なお、蛍光体12がGaNから構成される場合、光電面13を構成する化合物半導体としては、(Ga1−xAlIn1−yNのうちInGaN(x=0、y=0の場合)が好適である。その理由は、InGaNは、GaNよりもエネルギーギャップが小さく、蛍光体12からの発光を十分に吸収し効率よく電子を放出するからである。
【0039】
上記化合物半導体は単結晶体であることが好ましい。この場合、化合物半導体が微結晶体や多結晶体である場合に比べて光電子の拡散長が長くなるため、電子放出効率の高い光電面を実現できる。上記化合物半導体は負の電子親和力を有することが好ましい。この場合、光電面13は、負の電子親和力を有しない場合に比べて高い光電子放出効率を有することとなる。
【0040】
なお、光電面13としてInGaNが用いられる場合、光電面13の光電子放出効率を増加させるために、InGaNにはp型不純物(例えばMgなど)をドープすることが好ましい。
【0041】
また蛍光体12が、窒化物半導体としての(Ga1−xAlIn1−yNの多層膜を用いて量子井戸構造とされる場合は、蛍光体12の発光波長に対して光電面13が感度を有するよう光電面13の組成が調整される。
【0042】
また光電面13の膜厚は、光電面13の光吸収長と、これにより励起された光電子の拡散長の兼ね合いから決定される。光吸収長は入射光の波長に依存し、入射光が短波長の場合は光吸収長は短く、入射光が長波長の場合は光吸収長は長くなる。特に化合物半導体単結晶体であって電子親和力が負の光電面(以下、「NEA光電面」と呼ぶ)は、従来のアルカリ光電面よりも拡散長が長いのでより厚く形成することが可能である。一般的な化合物半導体を用いたNEA光電面の厚さは50nmから5μmの範囲が好適である。特に化合物半導体として窒化物半導体を用いた紫外から可視光領域の光電面の場合は、光吸収長が比較的短いので、膜厚は80nmから500nmの範囲がより好適である。
【0043】
このような光電面13は、例えば支持体11の第2面11b上にエピタキシャル成長させることによって形成することができる。
【0044】
上述した電子増倍素子9は、電子を光に変換した後、電子に変換する。また電子増倍素子9の支持体11は蛍光体12から発せられる光に対して透明であり、支持体11を透過することによる光の損失は小さいため、支持体11に厚みを持たせることが可能である。さらに蛍光体12に注入される電子数よりも光電面13から放出される電子数が多くなるように蛍光体12及び光電面13が構成されている。このため、電子増倍素子9によれば、その機械的強度を十分に確保しながら、実用的な電子増倍機能を実現することが可能となる。
【0045】
すなわち電子増倍素子が、1次電子を2次電子に直接的に変換する光電面である場合は、電子増倍素子に厚みを持たせると2次電子放出効率が顕著に低下する。その一方、電子増倍素子を薄くすると、実用的な2次電子放出効率を得ることができるものの十分な機械的強度を得ることができない。つまり、1次電子を2次電子に直接変換する電子増倍素子では、実用的な電子増倍機能と十分な機械的強度の両立を実現させることができない。これに対し、電子増倍素子9は、電子を蛍光体12で一旦光に変換した後、光電面13で電子に変換する構成を有しており、また電子の拡散長は一般的に極めて短いのに対し光は電子よりも十分小さい損失で物質中を通過できる。したがって、電子増倍素子9は、実用的な電子増倍機能と十分な機械的強度の両立を実現することができる。
【0046】
また電子増倍素子9が蛍光体12と光電面13の2種の層を備えることにより、蛍光体12と光電面13の組合せの自由度を高めることが可能である。
【0047】
さらに電子増倍素子9によれば、蛍光体12に入射される電子の位置情報を保ったまま電子増倍が可能であるので、電子増倍素子9は、MCPと同様の2次元の電子増倍素子として機能する。
【0048】
さらにまた電子増倍素子9は、上述したように、MCPと同様の2次元の電子増倍素子として機能するが、電子増倍素子9は、支持体11の両側に蛍光体12及び光電面13を配した簡単な構成なので、その製造は極めて容易であり、その製造コストは、MCPの場合に比べてはるかに低くすることが可能である。
【0049】
なお、支持体11と蛍光体12との間には、格子不整、熱膨張係数差による歪みを緩和させるために、バッファ層を形成してもよい。バッファ層は、蛍光体12の発光波長に対して透明な材料であることが望ましく、このような材料としては、AlNやAlGaNなどが好適である。また支持体11と光電面13との間には、格子不整、熱膨張係数差による歪みを緩和させるために、上記と同一構成のバッファ層を形成してもよい。
【0050】
また蛍光体11には電極としてAl薄膜(図示せず)が蒸着され、光電面13はそれ自体電極として機能する。また光電面13の表面には、仕事関数を低下させて電子を放出しやすくするために、Csなどのアルカリ金属又はその酸化物が塗布されている。
【0051】
なお、電子源アレイ4と電子増倍素子9とは、電子源アレイ4から放出された電子の広がりを抑えるために互いに近接して配置されている。電子源アレイ4と電子増倍素子9との間の距離は、狭いほど空間分解能が高くなるが機械的な変形等による放電が生じるおそれがあるため、0.5〜5mm程度にするのが好適である。また電子源アレイ4からの電子の広がりを抑制するために、電子源アレイ4と電子増倍素子9との間に収束電極(図示せず)を設けてもよい。さらに電子増倍素子9と表示部2との間の距離も、空間分解能と機械的な変形との兼ね合いから、0.5〜5mm程度にするのが好適である。
【0052】
また図2に示すように、電子源アレイ4と電子増倍素子9との間には、スペーサ18が2次元状に設けられ、電子増倍素子9と表示部2との間にも、スペーサ18が2次元状に設けられている。スペーサ18を設けるのは、平面表示装置10の製造過程において真空容器1の内部がまだ大気圧の状態にあるときに、大気圧による電子増倍素子9の機械的な変形を抑制するためである。したがって、スペーサ18の形状は、このような機能を発揮する限り特に制限されず、このような形状としては、例えば円柱状、角柱状又は球形状などが挙げられる。
【0053】
さらに、真空容器1には、電極ピン19a〜19eが貫通しており、電極ピン19a〜19eの一端はそれぞれ、電子源アレイ4、ゲート電極6、蛍光体12上のAl薄膜、光電面13、蛍光体層3上のAl薄膜に電気的に接続されている。したがって、真空容器1の内部を真空に保持したまま、外部との電気的なコンタクトを取ることが可能となっている。ここで、電極ピン19aと19bが電圧印加装置8を介して電気的に接続されることによって電子源アレイ4とゲート電極6との間に電圧を印加することが可能となっており、電極ピン19bと19cが電圧印加装置14を介して電気的に接続されることによってゲート電極6と蛍光体12上のAl薄膜との間に電圧を印加することが可能となっている。また電極ピン19dと19eが電気的に接続されることによって光電面13と表示部2のAl薄膜との間に電圧を印加することが可能となっている。
【0054】
次に、上述した構成を有する平面表示装置10の作用について説明する。
【0055】
電圧印加装置8により電子源アレイ4とゲート電極6との間に電圧が印加されると、電子放出部4aから電子が放出される。このとき、ゲート電極6と電子源アレイ4との間にXYアドレス方式で電圧を印加し、所望の電子放出部4aから電子を放出させる。
【0056】
ここで、電子放出部4aの先端から放出された電子は、電圧印加装置14によりゲート電極6と蛍光体12上のAl薄膜との間に電圧を印加することにより、加速されて電子増倍素子9の蛍光体12に注入される。このとき、ゲート電極6と蛍光体12上のAl薄膜との間に印加する電圧は、蛍光体12の厚さや材質によって多少異なるが、通常は数kVから数十kVとする。例えば蛍光体12の厚さが約1μmならば加速電圧は10kVとし、約2μmならば加速電圧は20kVとすればよい。
【0057】
こうして蛍光体12に電子が注入されると、蛍光体12において、電子の運動エネルギーに基づいて所定波長においてピーク強度を有する光が発せられる。蛍光体12が例えば化合物半導体である場合、蛍光体12に電子が注入されると、蛍光体12において電子−正孔対が形成され、これらが再結合する際にそのエネルギー差に相当する波長の光が放出される。この光は支持体11を透過して光電面13に入射される。入射された光は、光電面13に吸収され、光電子を励起する。励起された光電子は、光電面13を走行し、支持体11と反対側の放出面に到達し、放出面から再び真空中へ放出される。こうして入射した光が光電面13で電子に変換される。
【0058】
ここで、電圧印加装置15により、光電面13と蛍光体層3上のAl薄膜との間に電圧が印加されると、光電面13から放出された光電子は、加速されて蛍光体層3に入射され、電子の運動エネルギーにより所定波長にピーク強度を持った可視光が発せられる。この可視光は、面板17を透過して外部に放出される。こうして表示部2において可視像が表示されることになる。
【0059】
この平面表示装置10においては、電子増倍素子9により電子が増倍されているため、電子増倍素子9の無い場合と比較してより低い加速電圧でも高輝度な発光が得られる。また加速電圧を低くすることができるので電源回路も簡単で小型のものを使用することが可能となり、消費電力を低減することもできる。さらに加速電圧を低くすることができるため、蛍光体12からのイオンフィードバックによる電子源アレイ4の劣化が抑制され、平面表示装置10の長寿命化を実現することが可能である。
【0060】
また電子増倍素子9の製造は極めて容易であるため、電子増倍素子9の大面積化、ひいては平面表示装置10の大画面化が可能である。
【0061】
さらに電子増倍素子9は、MCPと同様の2次元の電子増倍素子として機能するため、電子を放出すべき電子放出部4aを選択して電子を放出させることにより、表示部2において所望の可視像を表示することができる。
【0062】
さらにまた電子増倍素子9は、上述したように製造が極めて容易であり、その製造コストもMCPの場合に比べてはるかに低くすることが可能である。よって、平面表示装置10の製造コストも、電子増倍素子としてMCPを用いた電子増倍装置に比べてはるかに低くすることが可能である。
【0063】
さらに、電子増倍素子9は、上述したように十分な機械的強度を有する。このため、光電子増倍装置20の製造に際して電子増倍素子9の取扱いが容易となり、光電子増倍装置20を効率よく製造することができる。
【0064】
なお、上記実施形態の平面表示装置10においては、基板5から突出した複数の電子放出部4aを備えた電子源アレイ4が用いられているが、このような電子源アレイ4に代えて、カーボンナノチューブやダイヤモンド膜を用いた平面状の電子源アレイが用いられてもよい。
【0065】
また上記実施形態では、蛍光体層3は、各電子放出部4aに対応して、R(赤)、G(緑)、B(青)の三原色の蛍光を発する発光部を備えたものであってもよい。このような構成とすることにより、表示部2においてカラー表示が可能となる。
【0066】
さらに上記実施形態の平面表示装置10は、単体で平面表示素子として使用しても構わないが、いくつかの平面表示装置10を2次元状に組み合わせて全体として1つの平面表示素子として使用してもよい。この場合、より大画面の平面表示素子を得ることが可能となる。
【0067】
また上記実施形態では、電子源アレイ4と蛍光体12との間にゲート電極6を設けているが、ゲート電極6は、必ずしも必要なものではないので、除去してもよい。
【0068】
さらに上記実施形態では、真空容器1の内部に電子増倍素子9が1段のみ設けられているが、平面表示装置10においてより高い電子増倍率が要求される場合には、1段に限らず複数段設けられてもよい。
【0069】
さらにまた上記実施形態では、電子源アレイ4が複数の電子放出部4aを備えているが、本発明の電子増倍装置が平面表示装置ではなく、蛍光表示装置である場合には、電子放出部4aは、図4に示すように1つを備えたものであってもよい。ここで、電子源アレイ4と蛍光体12上のAl薄膜は、電圧印加装置16を介して電気的に接続される。
(第2実施形態)
【0070】
次に、本発明の電子増倍装置の第2実施形態について図5を参照して詳細に説明する。なお、図5中、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
【0071】
図5は、本発明に係る電子増倍装置の第2実施形態の内部構成を示す概略側面図である。図5に示すように、本実施形態の電子増倍装置は光電子増倍装置20であり、光電子増倍装置20は、電子源アレイ4に代えて光電陰極21を用い且つ表示部2に代えて陽極板22を用いている点で第1実施形態の平面表示装置10と相違している。
【0072】
この光電子増倍装置20によれば、光によって光電陰極21から放出された電子が電子増倍素子9で増倍されるため、陽極板22において大きな信号電流が検出される。また光電子増倍装置20は、第1実施形態の電子増倍素子9と同じ電子増倍素子を有するため、その製造コストを十分に低減することができる。また電子増倍素子9の大面積化が容易であるため、光電陰極21の大面積化も可能となる。さらに電子増倍素子9が十分な機械的強度を有するため、光電子増倍装置20の製造に際して取扱いが容易となり、光電子増倍装置20の製造を効率よく行うことができる。
(第3実施形態)
【0073】
次に、本発明の電子増倍装置の第3実施形態について図6を参照して詳細に説明する。なお、図6中、第1及び第2実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
【0074】
図6は、本発明に係る電子増倍装置の第3実施形態の内部構成を示す概略側面図である。図6に示すように、本実施形態の電子増倍装置は画像増強装置(イメージ・インテンシファイヤ)30であり、画像増強装置30は、電子源アレイ4に代えて光電陰極21を用いている点で第1実施形態の平面表示装置10と相違している。ここで、光電陰極21としては、光(可視光)のみならず、γ線、X線、紫外線等の高エネルギー線を電子に変換するものが用いられる。
【0075】
この画像増強装置30によれば、被撮像物から発せられる光によって光電陰極21から放出された電子が電子増倍素子9で増倍されるため、蛍光体層3において高輝度発光が観測される。また電子増倍素子9は、上述したように2次元のMCPと同様に機能するので、光電陰極21に入射される被撮像物の2次元情報が電子増倍素子9で損なわれることなく蛍光体層3に到達する。このため、表示部2において、被撮像物についての増強された画像を観測することが可能になる。
【0076】
また画像増強装置30は、第1実施形態の電子増倍素子9と同じ電子増倍素子を有するため、その製造コストを十分に低減することができる。また電子増倍素子9の大面積化が容易であるため、画像増強装置30の大画面化が可能となる。さらに電子増倍素子9が十分な機械的強度を有するため、画像増強装置30の製造に際して取扱いが容易となり、画像増強装置30の製造を効率よく行うことができる。
(第4実施形態)
【0077】
次に、本発明の電子増倍装置の第4実施形態について図7を参照して詳細に説明する。なお、図7中、第1〜第3実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
【0078】
図7は、本発明に係る電子増倍装置の第4実施形態の内部構成を示す概略側面図である。図7に示すように、本実施形態の電子増倍装置は電子打ち込み型画像増強装置40であり、画像増強装置40は、蛍光体層3に代えて固体撮像素子としてのCCD41を用い、面板17に代えて陽極42を用いている点で第3実施形態の画像増強装置30と相違している。
【0079】
この電子打ち込み型画像増強装置40によれば、被撮像物から発せられる光によって光電陰極21から放出された電子が電子増倍素子9で増倍されるため、CCD41の各画素において大きな信号電流が検出される。また電子増倍素子9は、上述したように2次元のMCPと同様に機能するので、光電陰極21に入射される被撮像物の2次元情報が電子増倍素子9で損なわれることなくCCD41に到達する。ここで、光電面13から発せられる電子による被撮像物の2次元情報は、光電面13と陽極42との間に電圧が印加されることによってCCD41に到達する。このため、CCD41により、被撮像物についての増強された画像を観測することが可能になる。
【0080】
また電子打ち込み型画像増強装置40は、第1実施形態の電子増倍素子9と同じ電子増倍素子を有するため、その製造コストを十分に低減することができる。また電子増倍素子9の大面積化が容易であるため、電子打ち込み型画像増強装置40の大画面化が可能となる。さらに電子増倍素子9が十分な機械的強度を有するため、画像増強装置40の製造に際して取扱いが容易となり、電子打ち込み型画像増強装置40の製造を効率よく行うことができる。
【0081】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による電子増倍素子によれば、機械的強度を十分に確保しながら実用的な電子増倍機能を実現することが可能となる。また本発明の電子増倍素子は、構造が簡単であるため、これまで同様の用途に用いられていたMCPに比較してはるかに低コストで製造することが可能である。さらに本発明の電子増倍素子は、構成が簡単であるため、製造が極めて容易であり、それゆえ大面積化が可能である。
【0082】
また本発明の電子増倍装置によれば、上記電子増倍素子を有するため、製造コストを十分に低減することができ、また陽極又は電子源の大面積化が可能である。また電子増倍素子の機械的強度が十分に確保されているため、電子増倍装置の製造に際して取扱いが容易となり、電子増倍装置を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電子増倍装置の第1実施形態を示す正面図である。
【図2】図1のII−II線に沿った断面図である。
【図3】図2の電子増倍装置の内部構成を示す部分側面図である。
【図4】図2の電子源アレイの変形例を示す部分側面図である。
【図5】本発明に係る電子増倍装置の第2実施形態の内部構成を示す概略側面図である。
【図6】本発明に係る電子増倍装置の第3実施形態の内部構成を示す概略側面図である。
【図7】本発明に係る電子増倍装置の第4実施形態の内部構成を示す概略側面図である。
【符号の説明】
1…真空容器、4…電子源アレイ(電子源)、9…電子増倍素子、11a…第1面、11b…第2面、11…支持体、12…蛍光体、13…光電面、8,14,15,16…電圧印加装置(電圧印加手段)、19a〜19e…電極ピン(電圧印加手段)。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
[0002]
The present invention relates to an electron multiplier that multiplies and emits electrons, and an electron multiplier using the same.
[0003]
[Prior art]
In recent years, attention has been paid to a device using diamond as an electron multiplier used in an electron multiplier such as an electron tube. Diamond is attracting attention because diamond has a negative electron affinity and its secondary electron generation efficiency is enhanced. An example of an electron multiplier using such a diamond is reported in "Thin Solid Films 253 (1994) 151-156". In other words, a polycrystalline diamond thin film formed on a substrate of Mo, Pd, Ti, AlN, or the like by terminating the outermost surface with hydrogen is reported as an electron multiplier. Is being improved. This polycrystalline diamond thin film functions as a reflective secondary electron surface. However, it is known that when a primary electron is incident on such a reflective secondary electron surface, the hydrogen termination on the outermost surface of the reflective secondary electron surface is eliminated, and the secondary electron emission efficiency is reduced. .
[0004]
Therefore, a so-called transmission type secondary electron surface in which a surface on which primary electrons are incident and a surface on which secondary electrons are emitted is known as an electron multiplying element which can solve the above-mentioned disadvantages, for example, US Pat. No. 6,060,839 discloses a transmission type secondary electron surface using diamond.
[0005]
On the other hand, a microchannel plate (hereinafter, referred to as “MCP”) is known as an electron multiplier. The MCP is a device capable of multiplying secondary electrons while maintaining one-dimensional or two-dimensional position information.
[0006]
[Patent Document 1]
US Patent No. 6,060,839
[Non-patent document 1]
Thin Solid Films 253 (1994) 151-156.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the transmission type secondary electron surface described in the above-mentioned US Pat. No. 6,060,839 cannot realize both a sufficient mechanical strength and a practical electron multiplication function. The following points can be considered for this reason. That is, on the transmission type secondary electron surface, the secondary electrons generated by the incidence of the primary electrons move to the emission surface on the opposite side to the incidence surface, and must be emitted from the surface. For this purpose, a very thin diamond film having a thickness of about the electron diffusion length (mean free path) is required. The diffusion length of electrons in the diamond film is found to be about 0.05 μm from the experimental result of photoelectron emission by the present inventors. Therefore, in order to efficiently emit secondary electrons on the transmission type secondary electron surface, the thickness of the diamond thin film needs to be approximately equal to the diffusion length, that is, approximately 0.05 μm. However, in practice, such a very thin diamond film cannot realize the above-mentioned transmission type secondary electron surface due to insufficient mechanical strength and poor uniformity. On the other hand, in order for a diamond thin film to have sufficient mechanical strength, a film thickness of at least about several μm is required, but in such a thick film, secondary electrons generated by the incidence of primary electrons are in contact with the incident surface. Can hardly reach the exit surface on the opposite side. As a result, the secondary electron emission efficiency becomes extremely low, and a practical transmission type secondary electron surface cannot be realized.
[0008]
When using an MCP as an electron multiplier, the MCP bundles and stretches a number of thin glass tubes, repeats the process of bundling and stretching a number of times again, then slices into a disk shape, polishes and cores the core glass part. Since it is manufactured through more complicated processes such as performing a reduction process and a heating process for emitting a secondary electron surface, the cost is extremely high. For the same reason, it is difficult to realize a large-area display which can be applied to a large flat display or the like.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an electron multiplier capable of realizing a practical electron multiplier function while having sufficient mechanical strength and capable of being manufactured at low cost. An object of the present invention is to provide an electron multiplier using the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have studied the above prior art in order to solve the above problems. As a result, it has been considered that it is difficult to solve the above problem as long as the electron multiplier performs electron multiplication according to the principle of converting primary electrons into secondary electrons. Therefore, the present inventors have further studied and found that, by constituting an ultraviolet phosphor with a nitride semiconductor, it is possible to realize a device having a relatively high emission intensity and a high-speed response. Then, based on such knowledge, the present inventors configured an electron multiplier by combining a phosphor, a support, and a photocathode, and after converting the electrons into light, It has been found that the above problem can be solved by performing electron multiplication in accordance with the principle of conversion into, and the present invention has been completed.
[0010]
That is, the present invention provides a phosphor in which accelerated electrons are injected, and which emits light based on the kinetic energy of the injected electrons, and which is transparent to light emitted from the phosphor and supports the phosphor. A support having a first surface, a second surface facing the first surface, and emitting light incident from the first surface; and the phosphor supported on the second surface of the support, And a photocathode that converts light emitted from the photocathode into electrons, wherein the phosphor and the photocathode are configured such that the number of electrons emitted from the photocathode is greater than the number of electrons incident on the phosphor. An electron multiplying element characterized in that:
[0011]
According to this electron multiplier, when the accelerated electrons are injected into the phosphor, light is emitted based on the kinetic energy of the electrons, and this light passes through the support and enters the photocathode, where Is converted to electrons on the surface. As described above, the electron multiplier of the present invention converts electrons into light and then converts them into electrons. Further, since the support is transparent to light emitted from the phosphor and light loss due to transmission through the support is small, the support can have a thickness. Further, the phosphor and the photocathode are configured so that the number of electrons emitted from the photocathode is larger than the number of electrons injected into the phosphor. For this reason, it is possible to realize a practical electron multiplying function while sufficiently securing the mechanical strength of the electron multiplier. Further, the electron multiplier of the present invention has a simple structure in which a phosphor and a photocathode are arranged on both sides of a support, and therefore its manufacture is extremely easy. For this reason, the manufacturing cost can be much lower than the manufacturing of the MCP.
[0012]
In the electron multiplier, the phosphor is preferably a compound semiconductor. In this case, it is possible to accurately adjust to an arbitrary emission wavelength as compared with the case where the phosphor is a material other than the compound semiconductor.
[0013]
The compound semiconductor is preferably a single crystal. In this case, since the compound semiconductor in the phosphor does not have a boundary surface unlike the case of a microcrystalline or polycrystalline material, non-radiative recombination at the boundary surface essentially does not exist, and the compound semiconductor is a single crystal. The luminous efficiency is much higher than in the case where there is no light. Further, since the compound semiconductor is a single crystal, the number of crystal defects is reduced, and the number of trapped electrons or holes due to the crystal defects is reduced. Therefore, the response speed of the phosphor increases.
[0014]
In the electron multiplier, the photocathode is preferably a compound semiconductor. In this case, the photocathode having a spectral sensitivity characteristic matched to the emission wavelength of the phosphor can be designed more accurately than when the photocathode is made of a material other than the compound semiconductor.
[0015]
It is preferable that the compound semiconductor is also a single crystal on the photoelectric surface. In this case, since the diffusion length of photoelectrons becomes longer, a photocathode having high electron emission efficiency can be realized.
[0016]
The compound semiconductor preferably has a negative electron affinity. In this case, the photocathode has high photoelectron emission efficiency.
[0017]
In the electron multiplier, it is preferable that the phosphor is formed directly on the first surface of the support and the photocathode is formed directly on the second surface of the support. In this case, the electron multiplication factor can be improved as compared with the case where the phosphor is formed indirectly on the first surface and the photoelectric surface is formed indirectly on the second surface.
[0018]
In the electron multiplier, the phosphor and the photocathode each include an electrode. In this case, when the electron source is arranged facing the phosphor and the anode is arranged facing the photocathode, a voltage can be applied between the phosphor and the electron source and between the photocathode and the anode. Thus, a practical electron multiplication function can be realized.
[0019]
Further, the present invention provides the electron multiplier, a vacuum vessel containing the electron multiplier, an electron source for emitting electrons to be injected into the phosphor of the electron multiplier, and the electron multiplier. An anode provided to face the photocathode and attracts electrons emitted from the photocathode; and a voltage for applying a voltage between the electron source and the phosphor and between the photocathode and the anode. And applying means.
[0020]
According to this electron multiplier, electrons are emitted from the electron source, and when a voltage is applied between the electron source and the phosphor by the voltage applying means, the electrons are accelerated and are applied to the phosphor of the electron multiplier. Injected. Then, light is emitted from the phosphor based on the accelerated kinetic energy of the electrons. The light passes through the support and is incident on the photocathode, and electrons are emitted from the photocathode. When a voltage is applied between the photocathode and the anode by the voltage applying means, the multiplied electrons are attracted to the anode. As described above, since the electron multiplier of the present invention includes the above-described electron multiplier, a practical electron multiplier function can be realized. Further, since the electron multiplier has sufficient mechanical strength, handling of the electron multiplier is easy in manufacturing the electron multiplier, and the electron multiplier can be manufactured very easily. In addition, since it is easy to increase the area of the electron multiplier, it is easier to increase the area of the anode or the electron source of the electron multiplier. Further, since the electron multiplier can be manufactured at a much lower cost than the MCP, the electron multiplier having the electron multiplier is much more expensive than the electron multiplier having the MCP. It can be manufactured at low cost.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0021]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the drawings, dimensions are appropriately enlarged or reduced in order to facilitate description of the present invention, and do not always correspond to actual dimensions. In the drawings, solid arrows indicate electrons, and broken arrows indicate light.
(1st Embodiment)
[0022]
FIG. 1 is a front view showing a first embodiment of an electron multiplier according to the present invention, and shows a flat display device as an electron multiplier having a built-in electron multiplier. FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is a partial side view showing an internal configuration of the electron multiplier of FIG.
[0023]
As shown in FIGS. 1 and 2, the flat display device 10 includes a vacuum container 1 having a flat shape, an opening 1 a is formed on a front surface of the vacuum container 1, and inside the vacuum container 1, The display unit 2 is provided so as to cover the opening 1a. The inside of the vacuum vessel 1 is in a vacuum state.
[0024]
As shown in FIG. 3, the display unit 2 includes a phosphor layer 3 and a face plate 17 that is transparent to light emitted from the phosphor layer 3. The surface of the phosphor layer 3 serves as an anode. Al thin film (not shown) is deposited. The vacuum vessel 1 is made of, for example, glass, the face plate 17 is made of, for example, sapphire, and the phosphor layer 3 is made of, for example, a nitride semiconductor.
[0025]
An electron source array (electron source) 4 for emitting electrons is provided inside the vacuum vessel 1 so as to face the display unit 2. An electron multiplier 9 for multiplying electrons is provided between the electron source array 4 and the display unit 2.
[0026]
The electron source array 4 has a plurality of electron-emitting portions 4a. These electron-emitting portions 4a have, for example, a so-called Spindt-type cone shape as shown in FIG. They are arranged in a dimension. A flat gate electrode 6 is arranged at a position facing the electron source array 4. The gate electrode 6 has a so-called XY address, and the gate electrode 6 has a plurality of openings 7 corresponding to the number of the electron emitting portions 4a. The tips of the plurality of electron-emitting portions 4a are arranged in these openings 7, respectively. When a voltage is applied between the gate electrode 6 and the electron source array 4, electrons are emitted from the tip of the electron emission portion 4a. The electron emitting portion 4a is made of, for example, a high melting point metal such as molybdenum, a semiconductor such as Si, or a carbon-based material such as carbon nanotube or diamond.
[0027]
As shown in FIG. 3, the electron multiplier 9 includes a flat support 11. The support 11 has a first surface 11 a facing the electron source array 4 and a support 11 facing the display unit 2. And a second surface 11b. The phosphor 12 is directly formed on the first surface 11a, and the photoelectric surface 13 is directly formed on the second surface 11b. Here, the reason why the phosphor 12 is formed directly on the first surface 11a and the photocathode 13 is formed directly on the second surface 11b is that the electron multiplying element 9 is formed as much as possible in consideration of the improvement in electron multiplication factor. In order to make it thinner. Since the electron multiplier 9 is housed in the vacuum vessel 1, the phosphor 12 and the photocathode 13 are present in the same space.
[0028]
Here, the phosphor 12, the support 11, and the photocathode 13 constituting the electron multiplier 9 will be described in more detail.
[0029]
First, the phosphor 12 will be described. The phosphor 12 may be any material that emits light based on the kinetic energy of the electrons emitted from the electron source array 4. Examples of such a phosphor 12 include a compound semiconductor and an alkaline earth metal. . Among these, a compound semiconductor is preferred from the viewpoints of adjustment of an arbitrary emission wavelength, high emission efficiency, and high-speed response. In this case, the phosphor 12 forms an electron-hole pair upon incidence of the electron beam, and emits light having a wavelength corresponding to the energy difference when the electron-hole pair recombine.
[0030]
Further, such a compound semiconductor is, for example, a nitride semiconductor (Ga 1-x Al x ) y In 1-y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), a group III-V compound semiconductor (Ga 1-x Al x ) y In 1-y As (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) and the like, among these, nitride semiconductors (Ga 1-x Al x ) y In 1-y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is preferred. Examples of such a nitride semiconductor include GaN, InN, AlN, and a mixed crystal thereof. However, since the emission wavelength of the phosphor 12 needs to be in a range where the photocathode 13 has sensitivity, (Ga 1-x Al x ) y In 1-y The composition ratios x and y are adjusted so that the energy gap of N is equal to or larger than the energy gap of the photocathode 13. In addition, as a compound semiconductor, (Ga 1-x Al x ) y In 1-y Of N, GaN (x = 0, y = 1) and Ga y In 1-y N (0 <y <1) is preferred. This is because there is an advantage that relatively high quality and high luminous efficiency can be obtained.
[0031]
The compound semiconductor is preferably a single crystal. In this case, unlike the case where the compound semiconductor in the phosphor 12 is a microcrystalline or polycrystalline body, there is no boundary surface, so that non-radiative recombination at the boundary surface does not essentially exist, and the compound semiconductor is a single crystal body And the luminous efficiency is much higher than in the case where no When the compound semiconductor is a single crystal, the number of crystal defects is reduced, and the number of trapped electrons or holes due to the crystal defects is reduced. Therefore, when electrons are injected into the phosphor 12, a fast response speed is obtained.
[0032]
In order to improve the luminous efficiency of the phosphor 12, p-type or n-type impurities (for example, Si, S, Se, Mg, Zn, Be, etc.) may be doped.
[0033]
The phosphor 12 does not necessarily have to be a single film. A single heterostructure is formed using different compound semiconductor layers, or a compound semiconductor layer is formed of a compound semiconductor layer having a larger energy gap. A double hetero structure may be formed between both sides. Thereby, the luminous efficiency of the phosphor 12 can be further improved. In addition, by stacking a plurality of compound semiconductor layers to form a quantum well structure, a quantum wire structure, and a quantum dot structure to provide a carrier confinement structure, the luminous efficiency of the phosphor 12 can be further improved. The phosphor 12 is a nitride semiconductor (Ga 1-x Al x ) y In 1-y When the quantum well structure is formed by the N multilayer film, the composition (x and y) and the film thickness of each layer are adjusted so that the photocathode 13 has sensitivity to the emission wavelength of the phosphor 12.
[0034]
Next, the thickness of the phosphor 12 will be described. When the accelerated electrons are incident on the phosphor 12, the distance that the incident electrons reach is expressed using a range. It is also an indicator of the extent to which electron-hole pairs are generated. Since the range is almost proportional to the acceleration voltage, the optimum film thickness of the material is determined by the acceleration voltage used. In the case of a general compound semiconductor, the range is about 1 μm at an acceleration voltage of 10 kV and about 2 μm at an acceleration voltage of 20 kV. Here, considering that the phosphor 12 is used at an acceleration voltage of several kV to several tens of kV, the thickness of the phosphor 12 is suitably about 10 nm to 10 μm. However, when the thickness of the phosphor 12 is large, the light emission range is widened, so that the spatial resolution is reduced and the light emission efficiency is reduced due to the re-absorption of the emitted light. Therefore, the thickness of the phosphor 12 is more preferably in the range of 10 nm to 1 μm.
[0035]
Such a phosphor 12 can be formed, for example, by epitaxial growth on the first surface 11 a of the support 11.
[0036]
Next, the support 11 will be described. The support 11 may be a material that is transparent to light emitted from the phosphor 12. Such a material differs depending on the phosphor 12. When GaN is used as the phosphor 12, for example, sapphire is used as the support 11.
[0037]
The thickness of the support 11 is basically determined by the mechanical strength that can be handled, and varies depending on the material of the support 11. For example, when the support 11 is made of sapphire, the thickness of the support 11 is preferably from 10 μm to several mm. However, if the thickness of the support 11 is too small, there is a concern that the support 11 may be damaged during handling, and if the thickness of the support 11 is too large, there is a concern that the spatial resolution may decrease due to the spread of light emitted from the phosphor 12. Therefore, the range of 50 μm to 1 mm is more preferable.
[0038]
Next, the photoelectric surface 13 will be described. The photocathode 13 may be any as long as it can convert light into electrons and emit more electrons than the electrons injected into the phosphor 12. Such a photocathode 13 is, for example, a compound semiconductor. And alkali antimonide compounds. Of these, compound semiconductors are preferred because any spectral sensitivity characteristics can be obtained. In this case, there is an advantage that the sensitivity is higher than when the photocathode 13 is made of a material other than the compound semiconductor. Further, such a compound semiconductor is, for example, a nitride semiconductor (Ga 1-x Al x ) y In 1-y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), GaAs, GaAs 1-x P x (0 ≦ x ≦ 1). Of these, nitride semiconductors (Ga 1-x Al x ) y In 1-y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is preferred. An example of such a nitride semiconductor is InGaN. However, since the photocathode 13 needs to have sensitivity to the emission wavelength of the phosphor 12, when the phosphor 12 has a single composition or a hetero structure, the energy gap of the photocathode 13 is The composition ratios x and y are adjusted so as to be equal to or smaller than the energy gap of No. 12. When the phosphor 12 is made of GaN, the compound semiconductor forming the photocathode 13 may be (Ga 1-x Al x ) y In 1-y Of N, InGaN (when x = 0 and y = 0) is preferable. The reason is that InGaN has a smaller energy gap than GaN, absorbs light emitted from the phosphor 12 sufficiently, and efficiently emits electrons.
[0039]
The compound semiconductor is preferably a single crystal. In this case, since the diffusion length of photoelectrons is longer than in the case where the compound semiconductor is a microcrystalline or polycrystalline body, a photocathode having high electron emission efficiency can be realized. The compound semiconductor preferably has a negative electron affinity. In this case, the photocathode 13 has higher photoelectron emission efficiency as compared to the case where the photoelectron has no negative electron affinity.
[0040]
When InGaN is used as the photocathode 13, it is preferable to dope InGaN with a p-type impurity (for example, Mg) in order to increase the photoelectron emission efficiency of the photocathode 13.
[0041]
Also, the phosphor 12 is made of (Ga) as a nitride semiconductor. 1-x Al x ) y In 1-y When a quantum well structure is formed using an N multilayer film, the composition of the photocathode 13 is adjusted so that the photocathode 13 has sensitivity to the emission wavelength of the phosphor 12.
[0042]
The thickness of the photocathode 13 is determined based on a balance between the light absorption length of the photocathode 13 and the diffusion length of photoelectrons excited thereby. The light absorption length depends on the wavelength of the incident light. When the incident light has a short wavelength, the light absorption length is short, and when the incident light has a long wavelength, the light absorption length becomes long. In particular, a photocathode having a negative electron affinity (hereinafter, referred to as a “NEA photocathode”), which is a compound semiconductor single crystal, has a longer diffusion length than a conventional alkali photocathode and can be formed thicker. . The thickness of the NEA photocathode using a general compound semiconductor is preferably in the range of 50 nm to 5 μm. In particular, in the case of a photocathode in the ultraviolet to visible light region using a nitride semiconductor as a compound semiconductor, since the light absorption length is relatively short, the film thickness is more preferably in the range of 80 nm to 500 nm.
[0043]
Such a photocathode 13 can be formed, for example, by epitaxial growth on the second surface 11 b of the support 11.
[0044]
The above-mentioned electron multiplier 9 converts electrons into light and then into electrons. Since the support 11 of the electron multiplier 9 is transparent to the light emitted from the phosphor 12 and the loss of light due to transmission through the support 11 is small, the support 11 may have a thickness. It is possible. Further, the phosphor 12 and the photocathode 13 are configured such that the number of electrons emitted from the photocathode 13 is larger than the number of electrons injected into the phosphor 12. For this reason, according to the electron multiplier 9, it is possible to realize a practical electron multiplier function while ensuring sufficient mechanical strength.
[0045]
That is, when the electron multiplying element is a photocathode that directly converts primary electrons into secondary electrons, increasing the thickness of the electron multiplying element significantly reduces the secondary electron emission efficiency. On the other hand, if the electron multiplier is made thin, practical secondary electron emission efficiency can be obtained, but sufficient mechanical strength cannot be obtained. That is, an electron multiplier that directly converts primary electrons into secondary electrons cannot achieve both a practical electron multiplier function and sufficient mechanical strength. On the other hand, the electron multiplier 9 has a configuration in which electrons are once converted into light by the phosphor 12 and then converted into electrons on the photocathode 13, and the diffusion length of electrons is generally extremely short. In contrast, light can pass through matter with much less loss than electrons. Therefore, the electron multiplier 9 can realize both a practical electron multiplier function and sufficient mechanical strength.
[0046]
In addition, since the electron multiplier 9 includes the two types of layers of the phosphor 12 and the photocathode 13, it is possible to increase the degree of freedom of the combination of the phosphor 12 and the photocathode 13.
[0047]
Furthermore, according to the electron multiplier 9, since electron multiplication can be performed while maintaining the position information of the electrons incident on the phosphor 12, the electron multiplier 9 has a two-dimensional electron multiplier similar to the MCP. Functions as a doubler.
[0048]
Further, as described above, the electron multiplier 9 functions as a two-dimensional electron multiplier similar to the MCP, but the electron multiplier 9 includes the phosphor 12 and the photocathode 13 on both sides of the support 11. , The manufacturing is extremely easy, and the manufacturing cost can be much lower than that of the MCP.
[0049]
Note that a buffer layer may be formed between the support 11 and the phosphor 12 in order to reduce distortion due to lattice irregularity and a difference in thermal expansion coefficient. The buffer layer is desirably a material that is transparent to the emission wavelength of the phosphor 12, and such a material is preferably AlN or AlGaN. Further, a buffer layer having the same configuration as described above may be formed between the support 11 and the photocathode 13 in order to reduce distortion due to lattice irregularity and difference in thermal expansion coefficient.
[0050]
An Al thin film (not shown) is deposited on the phosphor 11 as an electrode, and the photocathode 13 itself functions as an electrode. The surface of the photocathode 13 is coated with an alkali metal such as Cs or an oxide thereof in order to lower the work function and facilitate emission of electrons.
[0051]
Note that the electron source array 4 and the electron multiplier 9 are arranged close to each other in order to suppress the spread of the electrons emitted from the electron source array 4. The smaller the distance between the electron source array 4 and the electron multiplying element 9 is, the higher the spatial resolution becomes, but there is a possibility that a discharge occurs due to mechanical deformation or the like. It is. A focusing electrode (not shown) may be provided between the electron source array 4 and the electron multiplier 9 in order to suppress the spread of electrons from the electron source array 4. Further, the distance between the electron multiplier 9 and the display unit 2 is preferably set to about 0.5 to 5 mm in view of the balance between spatial resolution and mechanical deformation.
[0052]
As shown in FIG. 2, a spacer 18 is provided two-dimensionally between the electron source array 4 and the electron multiplier 9, and a spacer 18 is also provided between the electron multiplier 9 and the display unit 2. 18 are provided two-dimensionally. The spacers 18 are provided to suppress mechanical deformation of the electron multiplier element 9 due to atmospheric pressure when the inside of the vacuum vessel 1 is still at atmospheric pressure in the manufacturing process of the flat panel display 10. . Therefore, the shape of the spacer 18 is not particularly limited as long as it exhibits such a function, and examples of such a shape include a columnar shape, a prismatic shape, and a spherical shape.
[0053]
Further, the electrode pins 19a to 19e penetrate the vacuum vessel 1, and one ends of the electrode pins 19a to 19e are respectively connected to the electron source array 4, the gate electrode 6, the Al thin film on the phosphor 12, the photocathode 13, It is electrically connected to the Al thin film on the phosphor layer 3. Therefore, it is possible to make electrical contact with the outside while keeping the inside of the vacuum vessel 1 at a vacuum. Here, it is possible to apply a voltage between the electron source array 4 and the gate electrode 6 by electrically connecting the electrode pins 19 a and 19 b via the voltage applying device 8. By electrically connecting 19 b and 19 c via the voltage applying device 14, it is possible to apply a voltage between the gate electrode 6 and the Al thin film on the phosphor 12. Further, by electrically connecting the electrode pins 19d and 19e, it is possible to apply a voltage between the photocathode 13 and the Al thin film of the display unit 2.
[0054]
Next, the operation of the flat display device 10 having the above-described configuration will be described.
[0055]
When a voltage is applied between the electron source array 4 and the gate electrode 6 by the voltage applying device 8, electrons are emitted from the electron emitting portion 4a. At this time, a voltage is applied between the gate electrode 6 and the electron source array 4 by the XY address method, and electrons are emitted from a desired electron emitting portion 4a.
[0056]
Here, the electrons emitted from the tip of the electron emitting portion 4a are accelerated by applying a voltage between the gate electrode 6 and the Al thin film on the phosphor 12 by the voltage applying device 14, and are accelerated to increase the electron multiplying element. Nine phosphors 12 are injected. At this time, the voltage applied between the gate electrode 6 and the Al thin film on the phosphor 12 slightly varies depending on the thickness and the material of the phosphor 12, but is usually several kV to several tens kV. For example, if the thickness of the phosphor 12 is about 1 μm, the acceleration voltage may be 10 kV, and if it is about 2 μm, the acceleration voltage may be 20 kV.
[0057]
When the electrons are injected into the phosphor 12 in this manner, the phosphor 12 emits light having a peak intensity at a predetermined wavelength based on the kinetic energy of the electrons. When the phosphor 12 is, for example, a compound semiconductor, when electrons are injected into the phosphor 12, an electron-hole pair is formed in the phosphor 12, and when these recombine, a wavelength corresponding to the energy difference is generated. Light is emitted. This light passes through the support 11 and is incident on the photocathode 13. The incident light is absorbed by the photocathode 13 to excite photoelectrons. The excited photoelectrons travel on the photocathode 13, reach the emission surface opposite to the support 11, and are emitted again into the vacuum from the emission surface. The incident light is converted into electrons on the photocathode 13.
[0058]
Here, when a voltage is applied between the photocathode 13 and the Al thin film on the phosphor layer 3 by the voltage applying device 15, the photoelectrons emitted from the photocathode 13 are accelerated and applied to the phosphor layer 3. The light is incident, and visible light having a peak intensity at a predetermined wavelength is emitted by the kinetic energy of the electrons. This visible light passes through the face plate 17 and is emitted to the outside. Thus, a visible image is displayed on the display unit 2.
[0059]
In the flat panel display 10, electrons are multiplied by the electron multiplying element 9, so that high-luminance light emission can be obtained even at a lower acceleration voltage as compared with the case without the electron multiplying element 9. Further, since the acceleration voltage can be reduced, a simple and small power supply circuit can be used, and power consumption can be reduced. Further, since the acceleration voltage can be reduced, the deterioration of the electron source array 4 due to the ion feedback from the phosphor 12 is suppressed, and the life of the flat display device 10 can be extended.
[0060]
Also, since the manufacture of the electron multiplier 9 is extremely easy, the area of the electron multiplier 9 can be increased, and the screen of the flat display device 10 can be increased.
[0061]
Further, the electron multiplier 9 functions as a two-dimensional electron multiplier similar to the MCP. Therefore, by selecting the electron emitter 4a from which electrons are to be emitted and emitting the electrons, the electron multiplier 9 has a desired function in the display unit 2. A visible image can be displayed.
[0062]
Furthermore, as described above, the electron multiplier 9 is extremely easy to manufacture, and its manufacturing cost can be much lower than that of the MCP. Therefore, the manufacturing cost of the flat display device 10 can be much lower than that of the electron multiplier using the MCP as the electron multiplier.
[0063]
Further, the electron multiplier 9 has a sufficient mechanical strength as described above. For this reason, when manufacturing the photomultiplier 20, the electron multiplier 9 is easily handled, and the photomultiplier 20 can be manufactured efficiently.
[0064]
In the flat display device 10 of the above embodiment, the electron source array 4 including the plurality of electron emission portions 4a protruding from the substrate 5 is used. A planar electron source array using a nanotube or a diamond film may be used.
[0065]
In the above-described embodiment, the phosphor layer 3 has a light-emitting portion that emits three primary colors of R (red), G (green), and B (blue) corresponding to each electron-emitting portion 4a. You may. With such a configuration, color display can be performed on the display unit 2.
[0066]
Further, the flat panel display device 10 of the above embodiment may be used alone as a flat panel display element. However, several flat panel display devices 10 are combined in a two-dimensional manner and used as a single flat panel display element as a whole. Is also good. In this case, it is possible to obtain a flat display element having a larger screen.
[0067]
Further, in the above embodiment, the gate electrode 6 is provided between the electron source array 4 and the phosphor 12, but the gate electrode 6 is not always necessary and may be removed.
[0068]
Further, in the above embodiment, only one stage of the electron multiplying element 9 is provided inside the vacuum vessel 1. However, when a higher electron multiplication factor is required in the flat display device 10, it is not limited to one stage. A plurality of stages may be provided.
[0069]
Furthermore, in the above-described embodiment, the electron source array 4 includes the plurality of electron emission units 4a. However, when the electron multiplier of the present invention is not a flat display device but a fluorescent display device, the electron emission unit 4a 4a may be provided with one as shown in FIG. Here, the electron source array 4 and the Al thin film on the phosphor 12 are electrically connected via a voltage applying device 16.
(2nd Embodiment)
[0070]
Next, a second embodiment of the electron multiplier of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 5, the same or equivalent components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0071]
FIG. 5 is a schematic side view showing the internal configuration of the second embodiment of the electron multiplier according to the present invention. As shown in FIG. 5, the electron multiplier of the present embodiment is a photomultiplier 20. The photomultiplier 20 uses a photocathode 21 instead of the electron source array 4 and replaces the display unit 2. It differs from the flat display device 10 of the first embodiment in that an anode plate 22 is used.
[0072]
According to the photomultiplier 20, electrons emitted from the photocathode 21 by light are multiplied by the electron multiplier 9, so that a large signal current is detected in the anode plate 22. In addition, since the photomultiplier 20 has the same electron multiplier as the electron multiplier 9 of the first embodiment, the manufacturing cost can be sufficiently reduced. In addition, since the area of the electron multiplier 9 can be easily increased, the area of the photocathode 21 can be increased. Further, since the electron multiplier element 9 has a sufficient mechanical strength, handling becomes easy when manufacturing the photomultiplier 20, and the photomultiplier 20 can be manufactured efficiently.
(Third embodiment)
[0073]
Next, a third embodiment of the electron multiplier of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 6, the same or equivalent components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0074]
FIG. 6 is a schematic side view showing the internal configuration of the third embodiment of the electron multiplier according to the present invention. As shown in FIG. 6, the electron multiplier of this embodiment is an image intensifier (image intensifier) 30, and the image intensifier 30 uses a photocathode 21 instead of the electron source array 4. This is different from the flat display device 10 of the first embodiment in the point. Here, as the photocathode 21, one that converts not only light (visible light) but also high-energy rays such as γ-rays, X-rays, and ultraviolet rays into electrons is used.
[0075]
According to the image intensifier 30, the electrons emitted from the photocathode 21 are multiplied by the electron multiplier 9 by the light emitted from the object to be imaged, so that high-luminance light emission is observed in the phosphor layer 3. . Since the electron multiplier 9 functions in the same manner as the two-dimensional MCP as described above, the two-dimensional information of the object to be imaged incident on the photocathode 21 is not damaged by the electron multiplier 9 and the phosphor The layer 3 is reached. For this reason, it is possible to observe an enhanced image of the object on the display unit 2.
[0076]
Further, since the image intensifier 30 has the same electron multiplier as the electron multiplier 9 of the first embodiment, the manufacturing cost can be sufficiently reduced. In addition, since it is easy to increase the area of the electron multiplier 9, the image intensifier 30 can have a larger screen. Further, since the electron multiplier element 9 has a sufficient mechanical strength, handling is easy in manufacturing the image intensifier 30, and the image intensifier 30 can be manufactured efficiently.
(Fourth embodiment)
[0077]
Next, a fourth embodiment of the electron multiplier of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 7, the same reference numerals are given to the same or equivalent components as those of the first to third embodiments, and the description will be omitted.
[0078]
FIG. 7 is a schematic side view showing the internal configuration of the fourth embodiment of the electron multiplier according to the present invention. As shown in FIG. 7, the electron multiplier of this embodiment is an electron-implanted image intensifier 40. The image intensifier 40 uses a CCD 41 as a solid-state image sensor instead of the phosphor layer 3. The third embodiment differs from the image intensifier 30 of the third embodiment in that an anode 42 is used instead of the first embodiment.
[0079]
According to the electron-implanted image intensifier 40, since the electrons emitted from the photocathode 21 are multiplied by the electron multiplier 9 by the light emitted from the object, a large signal current is generated in each pixel of the CCD 41. Is detected. Further, since the electron multiplier 9 functions in the same manner as the two-dimensional MCP as described above, the two-dimensional information of the object to be imaged incident on the photocathode 21 is transmitted to the CCD 41 without being damaged by the electron multiplier 9. To reach. Here, the two-dimensional information of the object to be imaged by the electrons emitted from the photocathode 13 reaches the CCD 41 when a voltage is applied between the photocathode 13 and the anode 42. For this reason, the CCD 41 enables an enhanced image of the object to be observed to be observed.
[0080]
Further, since the electron implantation type image intensifier 40 has the same electron multiplier as the electron multiplier 9 of the first embodiment, the manufacturing cost thereof can be sufficiently reduced. In addition, since it is easy to increase the area of the electron multiplier 9, it is possible to increase the screen size of the electron implantation type image intensifier 40. Further, since the electron multiplier element 9 has a sufficient mechanical strength, it is easy to handle when manufacturing the image intensifier 40, and the electron implantable image intensifier 40 can be manufactured efficiently.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the electron multiplier of the present invention, it is possible to realize a practical electron multiplier function while ensuring sufficient mechanical strength. Further, since the electron multiplier of the present invention has a simple structure, it can be manufactured at a much lower cost than the MCP which has been used for the same purpose. Furthermore, since the electron multiplier of the present invention has a simple structure, it is extremely easy to manufacture, and therefore, the area can be increased.
[0082]
Further, according to the electron multiplier of the present invention, since the electron multiplier is provided, the manufacturing cost can be sufficiently reduced, and the area of the anode or the electron source can be increased. Further, since the mechanical strength of the electron multiplier is sufficiently ensured, handling is easy in manufacturing the electron multiplier, and the electron multiplier can be manufactured efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a first embodiment of an electron multiplier according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a partial side view showing an internal configuration of the electron multiplier of FIG. 2;
FIG. 4 is a partial side view showing a modification of the electron source array of FIG. 2;
FIG. 5 is a schematic side view showing an internal configuration of a second embodiment of the electron multiplier according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic side view showing an internal configuration of a third embodiment of the electron multiplier according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic side view showing an internal configuration of a fourth embodiment of the electron multiplier according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container, 4 ... Electron source array (electron source), 9 ... Electron multiplication element, 11a ... 1st surface, 11b ... 2nd surface, 11 ... Support body, 12 ... Phosphor, 13 ... Photocathode, 8 , 14, 15, 16 ... voltage applying device (voltage applying means), 19a to 19e ... electrode pins (voltage applying means).

Claims (9)

加速された電子が注入され、注入される電子の運動エネルギーに基づいて光を発する蛍光体と、
前記蛍光体から発せられる光に対して透明であって、前記蛍光体を支持する第1面、及び前記第1面に対向し、前記第1面から入射される光を出射する第2面を有する支持体と、
前記支持体の前記第2面に支持され、前記蛍光体から発せられる光を電子に変換する光電面とを備え、
前記蛍光体に入射される電子数よりも前記光電面から出射される電子数が多くなるように前記蛍光体及び前記光電面が構成されている、
ことを特徴とする電子増倍素子。
Accelerated electrons are injected, and a phosphor that emits light based on the kinetic energy of the injected electrons,
A first surface that is transparent to the light emitted from the phosphor, supports the phosphor, and a second surface that faces the first surface and emits light incident from the first surface. A support having
A photocathode that is supported on the second surface of the support and converts light emitted from the phosphor into electrons;
The phosphor and the photocathode are configured such that the number of electrons emitted from the photocathode is greater than the number of electrons incident on the phosphor,
An electron multiplying element characterized by the above-mentioned.
前記蛍光体が化合物半導体であることを特徴とする請求項1に記載の電子増倍素子。The electron multiplier according to claim 1, wherein the phosphor is a compound semiconductor. 前記化合物半導体が単結晶体であることを特徴とする請求項2に記載の電子増倍素子。3. The electron multiplier according to claim 2, wherein the compound semiconductor is a single crystal. 前記光電面が化合物半導体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子増倍素子。The said photocathode is a compound semiconductor, The electron multiplier of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記化合物半導体が単結晶体であることを特徴とする請求項4に記載の電子増倍素子。The electron multiplier according to claim 4, wherein the compound semiconductor is a single crystal. 前記化合物半導体が負の電子親和力を有することを特徴とする請求項4又は5に記載の電子増倍素子。The electron multiplier according to claim 4, wherein the compound semiconductor has a negative electron affinity. 前記蛍光体が前記支持体の前記第1面に直接形成され、前記光電面が前記支持体の前記第2面に直接形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の電子増倍素子。The phosphor according to claim 1, wherein the phosphor is formed directly on the first surface of the support, and the photocathode is formed directly on the second surface of the support. 3. The electron multiplier according to claim 1. 前記蛍光体及び前記光電面はそれぞれ電極を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の電子増倍素子。The electron multiplier according to claim 1, wherein each of the phosphor and the photocathode includes an electrode. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の電子増倍素子と、
前記電子増倍素子を収容する真空容器と、
前記電子増倍素子の前記蛍光体に注入する電子を放出する電子源と、
前記電子増倍素子の前記光電面に対向して設けられ、前記光電面から出射される電子を引き付ける陽極と、
前記電子源と前記蛍光体との間、及び前記光電面と前記陽極との間に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電子増倍装置。
An electron multiplier according to any one of claims 1 to 8,
A vacuum vessel containing the electron multiplier,
An electron source that emits electrons to be injected into the phosphor of the electron multiplier;
An anode provided to face the photocathode of the electron multiplier and attracting electrons emitted from the photocathode,
Voltage applying means for applying a voltage between the electron source and the phosphor, and between the photocathode and the anode,
An electron multiplier comprising:
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