JP2007520048A - イオンフィードバックを抑制した平行板型電子増倍管 - Google Patents

Abstract

本発明の実施の形態は、電子放出性の第１の内面を有する第１のプレートを含む電子増倍管である。第２のプレートは、電子放出性の第２の内面を有する。電源は、第１のプレートと第２のプレートとに接続される。コレクターは、第１のプレートと第２のプレートにより、電子増倍に応じた信号を生成する。第１の内面と第２の内面は、平行であり、且つ非平面状である。
【選択図】図２Ｂ

Description

電子増倍管は、光子、電子、イオン、および重粒子の検出を含む、様々な用途に役立つ装置である。このような検出器は、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法、紫外光電子分光法、および電子エネルギー損失分光法を含む、様々な分光技術に利用されている。さらに、電子増倍管は、走査型電子顕微鏡、集束イオンビーム装置、または電子ビームリソグラフィ装置における２次電子および後方散乱電子の検出にも用いられる。

典型的な電子増倍管は、チャンネル型（たとえば、本質的にチューブ状の増倍管）、または、通常は互いに平行な２つの平らなプレートを含む平板型である。チャンネル型電子増倍管は、フィードバックイオンの移動距離が短くなるようにチャンネル（たとえば、曲線状や螺旋状の）を形成することにより、イオンフィードバックを抑制することができる。しかしながら、チャンネル型電子増倍管は、その形状のために、円形でない断面プロファイルを有した、帯電またはエネルギー中性粒子や光子の入射ビームの検出には適していない。平行板型電子増倍管は、円形でないビームプロファイルを収容するように形成できる。しかしながら、平行板型電子増倍管は、通常平らな平行板で構成されるという事実のために、イオンフィードバックが問題になりがちである。

イオンフィードバックを抑制した平行板型電子増倍管が、この技術分野において必要とされている。

本発明のある態様の電子増倍管は、電子放出性の第１の内面を有する第１のプレートを含む。第２のプレートは、電子放出性の第２の内面を有する。電源は、第１のプレートと第２のプレートに接続される。コレクターは、第１のプレートと第２のプレートによる電子増倍に応じた信号を生成する。第１の内面と第２の内面は、平行であり、且つ非平面状である。

図１は、従来の平行板型電子増倍管１００を示す図である。電子増倍管１００は、２次放出面１０１、１０２を含んでおり、それらは、それぞれガラスプレート１１１、１１２上に堆積されており、チャンネル１０４により分離されている。開口端１０５に入ってきた電子が開口端１０５から電子増倍管１００の長さ方向に沿って加速されるように、電圧Ｖｄが電子増倍管１００の長さ方向に沿って印加される。電子が２次放出面１０１、１０２の１つと衝突すると、多数の２次電子が放出される。その後、２次電子は、電子増倍管１００に沿って加速され、２次放出面１０１および２次放出面１０２の１つと衝突する。十分な運動エネルギーを持った電子の２次放出面１０１または１０２とのそれぞれの衝突において、さらなる電子が放出される。２次放出面１０１および１０２との度重なる衝突によって、非常に多数の電子を含んだ出力パルスが、電子増倍管１００から放出される。

出力パルスは、電子増倍管１００の開口端１０５と反対側に位置するコレクター１０３によって受信される。一般的には、コレクター１０３は、電子増倍管１００の端部の電圧よりも高い電圧に保持される。出力パルスは、コレクター１０３に接続された検出回路１０６によって検出される。電子増倍管１００の増幅率は、コレクター１０３に印加される電圧Ｖｄ、２次放出面１０１および１０２の２次放出特性、および電子増倍管１００の物理的な大きさに依存する。

上述したように、平面状のチャンネル１０４を有している平行板型電子増倍管は、イオンフィードバックの問題を受けやすい。イオンフィードバックは、電子を発生させながらイオンがチャンネル１０４中を後方に移動するので、検知信号の分散の原因となる。これはまた、過剰な電子の発生とコレクター１０３における誤測を引き起こす。

本発明の実施形態は、平行板間に非平面状または曲線状のチャンネルを用いることにより、イオンフィードバックを減少させる。図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の実施の形態に係る電子増倍管２００を示す図である。電子増倍管２００は、チャンネル２１０を画定する平行な内面２０６および２０８を有する２つのプレート２０２および２０４を含む。チャンネル２１０の入力端２１２は、電子がチャンネル２１０に入ってくるのを促進するために、寸法が大きくなっている。チャンネル２１０は、非平面状であり、波形（たとえば、正弦波）の１周期分に相当する形状であるので、シングルウェーブデザインと称される。

図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の実施の形態に係る電子増倍管３００を示す図である。電子増倍管３００は、チャンネル３１０を画定する平行な内面３０６および３０８を有する２つのプレート３０２および３０４を含む。チャンネル３１０の入力端３１２は、ビームがチャンネル３１０に入ってくるのを促進するために、寸法が大きくなっている。チャンネル３１０は、非平面状であり、波形（たとえば、正弦波）の２周期分に相当する形状であるので、ダブルウェーブデザインと称される。

図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の実施の形態に係る電子増倍管４００を示す図である。電子増倍管４００は、チャンネル４１０を画定する平行な内面４０６および４０８を有する２つのプレート４０２およびプレート４０４を含む。チャンネル４１０の入力端４１２は、ビームがチャンネル４１０に入ってくるのを促進するために、寸法が大きくなっている。チャンネル４１０は、非平面状であり、ガラスのプレートを熱的に成形することによって形成されてもよい。

図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の実施の形態に係る電子増倍管５００を示す図である。電子増倍管５００は、チャンネル５１０を画定する平行な内面５０６および５０８を有する２つのプレート５０２および５０４を含む。チャンネル５１０の入力端５１２は、ビームがチャンネル５１０に入ってくるのを促進するために、寸法が大きくなっている。チャンネル５１０は、非平面状で、一定の半径のチャンネルであり、プレート５０２および５０４は、同心円筒の円弧に相当する形状である。

図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の実施の形態に係る電子増倍管６００を示す図である。電子増倍管６００は、チャンネル６１０を画定する平行な内面６０６および６０８を有する２つのプレート６０２および６０４を含む。チャンネル６１０の入力端６１２は、ビームがチャンネル６１０に入ってくるのを促進するために、寸法が大きくなっている。チャンネル６１０は、非平面状であり、プレート６０２および６０４は、同心円筒の円弧に相当する形状である。

図２〜図６の実施の形態は、イオンフィードバックを減らすために、非平面状のチャンネルを含んでいる。非平面状のチャンネルは、チャンネル内でのイオンの移動を制限し、その結果としてイオンフィードバックによって生じる電子の発生が減少する。

図７は、本発明の実施の形態に用いられる多層プレートの断面を示す図である。第１層７０１は、サポート層であり、他の層が所望の方位で配置されるのを可能とする。第２層７０２は、抵抗層である。この抵抗層により、入力、すなわちカソード端から、出力、すなわちアノード端まで発生した電子を加速する電界を作り出すために、増倍管に所望の値の電圧を印加できる。第２層７０２は、過剰な電流を引き出すことなくバイアス電界を維持するのに十分な抵抗性を有しており、さらに放出層から放出された電子を活性化することができる。抵抗層の厚みと抵抗値は、増倍管の出力端に向けて電子を加速するための一定の電界を供給するために、チャンネルの長さ方向に沿って一様とすべきである。出力端は、チャンネルから出てくる電子のパルスを電気信号に変換するアノードを組み込んでいる。第３層７０３は、放出層である。増倍管は、放出層が電子を増倍するのを利用している。放出面は、十分なエネルギーの中性粒子または光子が衝突したとき、多数の電子を放出する。このプロセスは、チャンネルの長さ方向に渡って繰り返され、増倍プロセスが生じる。放出層は、増倍プロセスを維持するために、平均１以上の２次電子収率を有する。

図７に示す層は、還元酸化鉛または還元酸化ビスマスのような単一の材料により形成することが可能である。また、以下に記載されるような適当な放出材料を還元酸化鉛や還元酸化ビスマス上に堆積することも可能である。また、この層は別々に形成することも可能である。たとえば、放出層は、化学気相堆積プロセスにより形成されてもよい。放出層に用いられる材料としては、これらに限定されないが、ダイアモンドフィルム、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、およびＢＮが挙げられる。半導体抵抗層は、ＣＶＤプロセスによって形成されてもよい。この層に用いられる材料としては、これらに限定されないが、適当な抵抗成分がドープされたＳｉ、Ｃ、Ｇｅ、およびＳｉ_３Ｎ_４フィルムが挙げられる。サポート層のための基板材料としては、これらに限定されないが、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＯ_２ガラス、Ｓｉ_３Ｎ_４、およびＳｉＣが挙げられる。他の例としては、サポート基板上に堆積された、適当な抵抗成分がドープされたＣＶＤシリコンフィルムが挙げられる。シリコンが酸化することにより、放出層が形成される。

本発明の実施の形態によれば、平行板型構造を用いることにより、チャンネル型電子増倍管においておきる非円形断面の入射ビームを収容するという問題を克服することができる。プレートは、検出領域または任意の所望の形状を形成するように形状を決めることができる。この検出領域は、様々な断面の帯電またはエネルギー中性粒子／光子の入射ビームを検出するために用いることができる。たとえば、チャンネルは、楕円形断面や長方形断面を有するビームを収容するために用いることが可能である。本発明の実施の形態によれば、フィードバックイオンが移動できる距離を制限する非平面状のチャンネルを用いることにより、イオンフィードバックの問題を克服することができる。チャンネルは、増倍管の長さ方向に沿った形状が、波形や円の一部のような曲線状経路となるように形成することができる。

本発明の実施の形態は、電子、イオン、光子、またはエネルギー中性粒子の信号を増幅するために用いられてよい。本発明の実施の形態は、また、試料同定のための質量分析計における検出器として用いられてもよい。本発明の実施の形態は、また、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法、紫外光電子分光法、および電子エネルギー損失分光法などのような表面分析技術に用いられてもよい。本発明の実施の形態は、光子増倍用途における電子増倍、および、電子顕微鏡、集束イオンビーム装置および電子ビームリソグラフィ装置における２次電子および後方散乱電子の検出に用いられてもよい。

本発明を典型的な実施の形態を参照して説明したが、本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、均等物を本発明の構成要素と置き換えてもよいことは、当業者にとって理解されるところである。それゆえ、本発明は、本発明を実施するために開示された典型的な実施の形態に限定されず、添付の請求項の範囲に含まれる全ての実施の形態を含んでいる。

従来の平行板型電子増倍管を示す図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図２Ｂは、本発明の実施の形態に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図２Ｃは、本発明の実施の形態に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図３Ｂは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図３Ｃは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図４Ａは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図４Ｂは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図４Ｃは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図５Ｂは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図５Ｃは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図６Ｂは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 図６Ｃは、本発明の実施の形態の変形例に係る平行板型電子増倍管を示す図である。 多層プレートの断面を示す図である。

符号の説明

１００ 電子増倍管
１０１ ２次放出面
１０２ ２次放出面
１０３ コレクター
１０４ チャンネル
１０５ 開口端
１０６ 検出回路
１１１ ガラスプレート
１１２ ガラスプレート
２００ 電子増倍管
２０２ プレート
２０４ プレート
２０６ 内面
２０８ 内面
２１０ チャンネル
２１２ 入力端
７００ 多層プレート
７０１ 第１層
７０２ 第２層
７０３ 第３層

Claims (14)

1. 電子放出性の第１の内面を有する第１のプレートと、
   電子放出性の第２の内面を有する第２のプレートと、
   前記第１のプレートと前記第２のプレートに接続された電源と、
   前記第１のプレートと前記第２のプレートによる電子増倍に応じた信号を生成するコレクターと、
   を備え、
   前記第１の内面と前記第２の内面は、平行であり、且つ非平面状であることを特徴とする電子増倍管。
2. 前記第１の内面と前記第２の内面は、波形の１周期分に相当する形状であることを特徴とする請求項１に記載の電子増倍管。
3. 前記第１の内面と前記第２の内面は、波形の２周期分に相当する形状であることを特徴とする請求項１に記載の電子増倍管。
4. 前記第１のプレートと前記第２のプレートは、同心円筒の切断された部分に相当する形状であることを特徴とする請求項１に記載の電子増倍管。
5. 前記第１のプレートと前記第２のプレートは、還元酸化鉛ガラスまたは還元酸化ビスマスガラスで形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子増倍管。
6. 前記第１のプレートと前記第２のプレートは、多層に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子増倍管。
7. 前記層の１つの層は、サポート層であることを特徴とする請求項６に記載の電子増倍管。
8. 前記サポート層は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＯ_２ガラス、Ｓｉ_３Ｎ_４、またはＳｉＣで形成されることを特徴とする請求項７に記載の電子増倍管。
9. 前記層の１つの層は、抵抗層であることを特徴とする請求項６に記載の電子増倍管。
10. 前記抵抗層は、Ｓｉ、Ｃ、Ｇｅ、またはＳｉ_３Ｎ_４で形成されることを特徴とする請求項９に記載の電子増倍管。
11. 前記抵抗層は、化学気相堆積法により形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電子増倍管。
12. 前記層の１つの層は、電子放出層であることを特徴とする請求項６に記載の電子増倍管。
13. 前記電子放出層は、ダイアモンドフィルム、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、またはＢＮで形成されることを特徴とする請求項１２に記載の電子増倍管。
14. 前記電子放出層は、化学気相堆積法により形成されることを特徴とする請求項１２に記載の電子増倍管。

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