JP2651329B2 - 光電子または２次電子放射用陰極 - Google Patents
光電子または２次電子放射用陰極Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/35—Electrodes exhibiting both secondary emission and photo-emission
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- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光電子または２次電子
を放出する電子放射陰極に係り、光電子増倍管等に適用
される。
を放出する電子放射陰極に係り、光電子増倍管等に適用
される。
【０００２】
【従来の技術】平板上に形成された光電面は、入射光の
偏光状態により入射光量が同じであっても電子放射効率
が異なる特性を有する。これは、電子放射が光電面と入
射光の偏波面のなす角度に依存していることによるもの
である。以後、これを偏光特性と呼ぶこととする。光の
測定では、通常は入射光の光量を測定項目としているの
で、光電面のこの特性は不都合となっている。これを避
けるために光電面を小さな粒子の集合体で形成し、それ
ぞれの粒子表面は入射光の偏波面とさまざまな角度をな
すようにして、光電面全体として偏光特性を実効的にな
くしている。具体的には、多数の微小な粒子により多数
の中空部分をもつ海綿のような立体構造の層を支持電極
上に形成している。複数又は単数のアルカリ金属とアン
チモンを構成元素とした光電陰極は、光電管や光電子増
倍管の電子放射陰極として賞用されている。この光電子
放射陰極は２次電子放射陰極としても動作するので、こ
れは光電子増倍管もしくは２次電子増倍管のダイノード
として使用されている。これら光電子放射現象と２次電
子放射現象の違いは、電子放射をおこさせるものが入射
光によるものか、入射電子によるものであるかであり、
基本的に多くの共通性をもっている。
偏光状態により入射光量が同じであっても電子放射効率
が異なる特性を有する。これは、電子放射が光電面と入
射光の偏波面のなす角度に依存していることによるもの
である。以後、これを偏光特性と呼ぶこととする。光の
測定では、通常は入射光の光量を測定項目としているの
で、光電面のこの特性は不都合となっている。これを避
けるために光電面を小さな粒子の集合体で形成し、それ
ぞれの粒子表面は入射光の偏波面とさまざまな角度をな
すようにして、光電面全体として偏光特性を実効的にな
くしている。具体的には、多数の微小な粒子により多数
の中空部分をもつ海綿のような立体構造の層を支持電極
上に形成している。複数又は単数のアルカリ金属とアン
チモンを構成元素とした光電陰極は、光電管や光電子増
倍管の電子放射陰極として賞用されている。この光電子
放射陰極は２次電子放射陰極としても動作するので、こ
れは光電子増倍管もしくは２次電子増倍管のダイノード
として使用されている。これら光電子放射現象と２次電
子放射現象の違いは、電子放射をおこさせるものが入射
光によるものか、入射電子によるものであるかであり、
基本的に多くの共通性をもっている。
【０００３】具体的に、例えば1(1/8)インチ光電子増倍
管では、カソードとなるＮｉ下地面上に、膜厚２０００
オングストローム程度のＳｂ膜を蒸着し、アルカリ金属
で活性化させたものが用いられている。ここで、バイア
ルカリ光電面の場合はそのルーメン感度が３０〜７０μ
A/L 、マルチアルカリ光電面の場合は同様に５０〜１０
０μA/L の感度が得られている。さらに高感度化を目的
としてＡｌ下地の薄膜光電面が開発されており、そのＳ
K は２００μA/L に達している。このＡｌ下地の薄膜光
電面に関する参考資料として、下記の文献“A.H.SOMME
R, Photoemissive Materials ”がある。
管では、カソードとなるＮｉ下地面上に、膜厚２０００
オングストローム程度のＳｂ膜を蒸着し、アルカリ金属
で活性化させたものが用いられている。ここで、バイア
ルカリ光電面の場合はそのルーメン感度が３０〜７０μ
A/L 、マルチアルカリ光電面の場合は同様に５０〜１０
０μA/L の感度が得られている。さらに高感度化を目的
としてＡｌ下地の薄膜光電面が開発されており、そのＳ
K は２００μA/L に達している。このＡｌ下地の薄膜光
電面に関する参考資料として、下記の文献“A.H.SOMME
R, Photoemissive Materials ”がある。
【０００４】なお、その他の構造を有する光電陰極とし
て、Ｎｉ基板上にＡｌ2 Ｏ3 層及びＳｂ層を積層させた
ものがＲＣＡ社による米国特許第 4,160,185号により開
示されており、ここでＡｌ2 Ｏ3 層はＮｉ基板とＳｂと
の合金化を防ぐ役割を果たす。また、Ａｌ基板上にsoli
d-Ｓｂ層を介してポーラス状Ｓｂ層をさらに形成した構
造が、ＲＣＡ社により開示されている。さらに、長波長
感度を向上させるため、島状・縞状又は格子状のＡｌ層
の上に光電面が設けられた構造が、特開昭４９−２２８
５８号公報に開示されている。
て、Ｎｉ基板上にＡｌ2 Ｏ3 層及びＳｂ層を積層させた
ものがＲＣＡ社による米国特許第 4,160,185号により開
示されており、ここでＡｌ2 Ｏ3 層はＮｉ基板とＳｂと
の合金化を防ぐ役割を果たす。また、Ａｌ基板上にsoli
d-Ｓｂ層を介してポーラス状Ｓｂ層をさらに形成した構
造が、ＲＣＡ社により開示されている。さらに、長波長
感度を向上させるため、島状・縞状又は格子状のＡｌ層
の上に光電面が設けられた構造が、特開昭４９−２２８
５８号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし上述の構造は、
その感度をさらに向上させて、幅広い実用に十分耐え得
るものとする点では、未だ不十分である。例えば前述の
Ａｌ2 Ｏ3 層を有する構造では、既に述べたようにＡｌ
2 Ｏ3 層を間に介することによってＮｉ基板とＳｂ層の
合金化を防ぐことができるが、Ａｌ2 Ｏ3 層には電気伝
導性がなく、しかも反射効率が低いという欠点がある。
そこで光電子放射用陰極を例に用いて、上記のように、
多数の粒子からなる立体構造をもつ光電面における光電
子放射の機構を説明しつつ、それらが含む問題点を指摘
する。
その感度をさらに向上させて、幅広い実用に十分耐え得
るものとする点では、未だ不十分である。例えば前述の
Ａｌ2 Ｏ3 層を有する構造では、既に述べたようにＡｌ
2 Ｏ3 層を間に介することによってＮｉ基板とＳｂ層の
合金化を防ぐことができるが、Ａｌ2 Ｏ3 層には電気伝
導性がなく、しかも反射効率が低いという欠点がある。
そこで光電子放射用陰極を例に用いて、上記のように、
多数の粒子からなる立体構造をもつ光電面における光電
子放射の機構を説明しつつ、それらが含む問題点を指摘
する。
【０００６】光電子放射現象は、以下に述べる３過程を
経て行われる。
経て行われる。
【０００７】 光電陰極を構成する粒子での光吸収に
よる粒子内での電子の励起過程 励起電子の粒子表面への移動過程 粒子表面から真空中への電子の脱出過程 ここで、の移動過程は主に電子の拡散によるもので、
発生場所から略拡散長だけ移動する。したがって、前述
のの過程により励起された電子のうち、粒子表面から
あまり遠い所で発生した励起電子は移動過程で粒子表面
に達する前にそのエネルギーを失い、光電子放出に寄与
できない。また、光電陰極表面より深いところにある粒
子表面から粒子間隙の真空中に放出された電子のうち、
陽極への収集電界が及ばないものの大多数は、付近の粒
子に衝突してそのエネルギーを失い、正孔と再結合して
消滅し光電子放出に寄与できない。したがって、光電子
放射効率即ち量子効率を大きくするには、陰極表面付近
の粒子での光吸収を大きくし、かつこれを粒子放射面か
ら見て拡散長即ち脱出距離範囲内で起こさせることが必
要である。
よる粒子内での電子の励起過程 励起電子の粒子表面への移動過程 粒子表面から真空中への電子の脱出過程 ここで、の移動過程は主に電子の拡散によるもので、
発生場所から略拡散長だけ移動する。したがって、前述
のの過程により励起された電子のうち、粒子表面から
あまり遠い所で発生した励起電子は移動過程で粒子表面
に達する前にそのエネルギーを失い、光電子放出に寄与
できない。また、光電陰極表面より深いところにある粒
子表面から粒子間隙の真空中に放出された電子のうち、
陽極への収集電界が及ばないものの大多数は、付近の粒
子に衝突してそのエネルギーを失い、正孔と再結合して
消滅し光電子放出に寄与できない。したがって、光電子
放射効率即ち量子効率を大きくするには、陰極表面付近
の粒子での光吸収を大きくし、かつこれを粒子放射面か
ら見て拡散長即ち脱出距離範囲内で起こさせることが必
要である。
【０００８】図７は、従来の光電子または２次電子放射
用陰極の例を示す斜視図である。図示されるように、多
数の微小な粒子の層５は、その支持電極４上に形成され
ている。
用陰極の例を示す斜視図である。図示されるように、多
数の微小な粒子の層５は、その支持電極４上に形成され
ている。
【０００９】図８は、図７に示す構造のａ−ａ´拡大断
面図であり、光電子放射の機構を説明するためのもので
ある。図８に示すように、検出すべき光である入射光１
が光電子放射用陰極の表面６に入射した場合、入射光の
一部はこの表面で反射され反射光２となり、再び光電子
放射用陰極に入ることなく散逸する。そのため、この反
射光２は光電子放射に寄与しない。また、光電子放射用
陰極５内部に侵入した光３ａの一部は、陰極表面の粒子
内で電子４ａを励起する。表面の粒子内で吸収されずに
透過した光３ｂは、表面より深いところにある粒子内の
電子４ｂを励起する。この深いところで励起された電子
４ｂは粒子間隙の真空中に放出されるが、付近の粒子に
衝突してエネルギーを失い、正孔と再結合して消滅し光
電子放出に寄与できない。２次電子放射用陰極において
も同様に、入射電子により表面より深いところにある粒
子内で励起された電子は２次電子放射に寄与しない。
面図であり、光電子放射の機構を説明するためのもので
ある。図８に示すように、検出すべき光である入射光１
が光電子放射用陰極の表面６に入射した場合、入射光の
一部はこの表面で反射され反射光２となり、再び光電子
放射用陰極に入ることなく散逸する。そのため、この反
射光２は光電子放射に寄与しない。また、光電子放射用
陰極５内部に侵入した光３ａの一部は、陰極表面の粒子
内で電子４ａを励起する。表面の粒子内で吸収されずに
透過した光３ｂは、表面より深いところにある粒子内の
電子４ｂを励起する。この深いところで励起された電子
４ｂは粒子間隙の真空中に放出されるが、付近の粒子に
衝突してエネルギーを失い、正孔と再結合して消滅し光
電子放出に寄与できない。２次電子放射用陰極において
も同様に、入射電子により表面より深いところにある粒
子内で励起された電子は２次電子放射に寄与しない。
【００１０】前述のような理由から、従来の多数の粒子
からなっている光電子または２次電子放出用陰極では、
表面から深いところにある粒子から発生した光電子は光
電陰極表面に到達することができず光電流に寄与できな
い構造となっており、これらが量子効率を低下させてい
る。
からなっている光電子または２次電子放出用陰極では、
表面から深いところにある粒子から発生した光電子は光
電陰極表面に到達することができず光電流に寄与できな
い構造となっており、これらが量子効率を低下させてい
る。
【００１１】そこで本発明は、量子効率を低下させる原
因を排除し、その量子効率を改善した光電子または２次
電子放射用陰極を提供することを目的とする。
因を排除し、その量子効率を改善した光電子または２次
電子放射用陰極を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光電子また
は２次電子放射用陰極は、下地基板上に薄膜を有し、そ
の薄膜を構成する材料の粒径が、光あるいは電子の入射
により生ずる励起電子の拡散長とほぼ等しく、薄膜の表
面全面には、上記の粒径を有する粒子により凹凸部が形
成されていることを特徴とする。ここで前述の薄膜は、
アルカリ金属を用いて活性化されており、あるいは少な
くとも１種類のアルカリ金属とアンチモン金属の化合物
で構成することが可能である。また、前述の下地基板と
薄膜の間には、光に対し高反射率を有するものとするこ
とも可能である。
は２次電子放射用陰極は、下地基板上に薄膜を有し、そ
の薄膜を構成する材料の粒径が、光あるいは電子の入射
により生ずる励起電子の拡散長とほぼ等しく、薄膜の表
面全面には、上記の粒径を有する粒子により凹凸部が形
成されていることを特徴とする。ここで前述の薄膜は、
アルカリ金属を用いて活性化されており、あるいは少な
くとも１種類のアルカリ金属とアンチモン金属の化合物
で構成することが可能である。また、前述の下地基板と
薄膜の間には、光に対し高反射率を有するものとするこ
とも可能である。
【００１３】
【作用】本発明によれば、電子放射のための薄膜を構成
する材料の粒径は励起電子の拡散長とほぼ等しく、その
薄膜表面全面には、その粒径を有する粒子により凹凸部
が形成されている。このため、光電面に入射した光に対
する偏光特性を実効的になくし、入射光または１次電子
を表面の第一層と第二層を形成している粒子でほとんど
吸収させる。したがって、これら粒子から励起発生した
電子は、光電子または２次電子放出に十分寄与し得る。
する材料の粒径は励起電子の拡散長とほぼ等しく、その
薄膜表面全面には、その粒径を有する粒子により凹凸部
が形成されている。このため、光電面に入射した光に対
する偏光特性を実効的になくし、入射光または１次電子
を表面の第一層と第二層を形成している粒子でほとんど
吸収させる。したがって、これら粒子から励起発生した
電子は、光電子または２次電子放出に十分寄与し得る。
【００１４】また、前述の下地基板と薄膜の間には、光
に対し高反射率を有する層が設けられている。これによ
り、装置の高感度化をさらに図ることができるととも
に、下地基板と光電面との合金化を防止することがで
き、結晶性のよい光電面を形成することができる。
に対し高反射率を有する層が設けられている。これによ
り、装置の高感度化をさらに図ることができるととも
に、下地基板と光電面との合金化を防止することがで
き、結晶性のよい光電面を形成することができる。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。
説明する。
【００１６】図１は、本発明による光電子放出用陰極の
実施例を示す斜視図である。アルミニウム金属層５ａで
覆われたニッケル電極板５ｂ上には、セシウム金属、ナ
トリウム金属及びカリウム金属とアンチモン金属の化合
物からなる多数の粒子５ｃが成長堆積されている。本実
施例の粒子の平均粒径は５００ｎｍであり、凸部粒子と
凹部粒子の高さは略１０００ｎｍ、凸部粒子と凸部粒子
の間隔は略１０００ｎｍである。このような多数の粒子
からなるマルチアルカリ光電面は、アルゴンやネオンな
どのような不活性ガス中もしくは水素ガス中で蒸着され
たアンチモン微粒子膜にアルカリ金属蒸気を反応させる
という、通常の気相成長技術により可能である。
実施例を示す斜視図である。アルミニウム金属層５ａで
覆われたニッケル電極板５ｂ上には、セシウム金属、ナ
トリウム金属及びカリウム金属とアンチモン金属の化合
物からなる多数の粒子５ｃが成長堆積されている。本実
施例の粒子の平均粒径は５００ｎｍであり、凸部粒子と
凹部粒子の高さは略１０００ｎｍ、凸部粒子と凸部粒子
の間隔は略１０００ｎｍである。このような多数の粒子
からなるマルチアルカリ光電面は、アルゴンやネオンな
どのような不活性ガス中もしくは水素ガス中で蒸着され
たアンチモン微粒子膜にアルカリ金属蒸気を反応させる
という、通常の気相成長技術により可能である。
【００１７】図２は図１のａ−ａ´断面図であり、光電
面に光が入射した場合を示している。以下、同図を用い
て光電子放射の機構を説明する。このような形状の光電
子放射用陰極に斜めに入射する光子１は、光電子放射用
陰極５内に侵入する光子３と、表面で反射される光子２
とにわかれる。マルチアルカリ光電面の光吸収係数は、
略５×１０4 ｃｍ-1であるので、侵入した光子３は光電
面中を略５００ｎｍ進むと、その９割りは吸収される。
したがって、侵入した光子３はその粒子内でほぼ吸収さ
れ、陰極粒子内の電子４ａ及び４ｂを励起する。側面６
ａからみて脱出距離より遠い場所で発生した励起電子４
ｂは、その電子４ｂからみて脱出距離内にある側面６ｂ
より放射され光電子放射に寄与する。
面に光が入射した場合を示している。以下、同図を用い
て光電子放射の機構を説明する。このような形状の光電
子放射用陰極に斜めに入射する光子１は、光電子放射用
陰極５内に侵入する光子３と、表面で反射される光子２
とにわかれる。マルチアルカリ光電面の光吸収係数は、
略５×１０4 ｃｍ-1であるので、侵入した光子３は光電
面中を略５００ｎｍ進むと、その９割りは吸収される。
したがって、侵入した光子３はその粒子内でほぼ吸収さ
れ、陰極粒子内の電子４ａ及び４ｂを励起する。側面６
ａからみて脱出距離より遠い場所で発生した励起電子４
ｂは、その電子４ｂからみて脱出距離内にある側面６ｂ
より放射され光電子放射に寄与する。
【００１８】反射光２は凹部表面６ｃに入射し、その一
部は前述の過程により光電子放射を起こす。凹部表面６
ｃで反射された光は側面６ｅに再度入射し、その一部は
前述の過程により光電子放射をおこす。こうして、入射
した光は光電面の表面の第１層でほぼ吸収されて光電子
放射に寄与する。
部は前述の過程により光電子放射を起こす。凹部表面６
ｃで反射された光は側面６ｅに再度入射し、その一部は
前述の過程により光電子放射をおこす。こうして、入射
した光は光電面の表面の第１層でほぼ吸収されて光電子
放射に寄与する。
【００１９】一方、前述したように従来技術の光電放射
用陰極では粒子径は略３０ｎｍであり、前述の図８にお
いて侵入した光子３は第１層の光電面粒子中で吸収さ
れ、電子４ａを励起し光電子放射に寄与させるが、この
層で吸収される光は１．５割程度であり、その寄与は小
さい。吸収されない光子３ｂはさらに深いところの粒子
内で吸収され電子４ｂを励起する。これら深いところで
励起された電子は粒子表面から粒子間隙の真空中に放出
されるが、付近の粒子に衝突してそのエネルギーを失
い、正孔と再結合して消滅し、光電子放出に寄与できな
い。こうして本発明の光電子放射用陰極では、光電子放
射効率即ち量子効率は従来技術にくらべ大きくなる。
用陰極では粒子径は略３０ｎｍであり、前述の図８にお
いて侵入した光子３は第１層の光電面粒子中で吸収さ
れ、電子４ａを励起し光電子放射に寄与させるが、この
層で吸収される光は１．５割程度であり、その寄与は小
さい。吸収されない光子３ｂはさらに深いところの粒子
内で吸収され電子４ｂを励起する。これら深いところで
励起された電子は粒子表面から粒子間隙の真空中に放出
されるが、付近の粒子に衝突してそのエネルギーを失
い、正孔と再結合して消滅し、光電子放出に寄与できな
い。こうして本発明の光電子放射用陰極では、光電子放
射効率即ち量子効率は従来技術にくらべ大きくなる。
【００２０】２次電子放射用陰極においても、電子入射
面を図１に示すような拡散長程度の粒径の粒子の集合体
からなる凹凸形状にすれば、入射１次電子のうち陰極表
面で反射されたものも再び２次電子放射用陰極に入射
し、２次電子放射に寄与する。また、入射面とは異なる
面からも２次電子を放出可能にし、２次電子放射効率を
大きくする。なお、Ｎａ，Ｋ，Ｓｂ，Ｃｓよりなるマル
チアルカリ陰極では、平均粒径が５００ｎｍ程度で拡散
長が５００ｎｍ程度、平均粒径が３００ｎｍ程度で拡散
長が１００ｎｍ程度、平均粒径が３０ｎｍ程度で拡散長
が５ｎｍ程度である。
面を図１に示すような拡散長程度の粒径の粒子の集合体
からなる凹凸形状にすれば、入射１次電子のうち陰極表
面で反射されたものも再び２次電子放射用陰極に入射
し、２次電子放射に寄与する。また、入射面とは異なる
面からも２次電子を放出可能にし、２次電子放射効率を
大きくする。なお、Ｎａ，Ｋ，Ｓｂ，Ｃｓよりなるマル
チアルカリ陰極では、平均粒径が５００ｎｍ程度で拡散
長が５００ｎｍ程度、平均粒径が３００ｎｍ程度で拡散
長が１００ｎｍ程度、平均粒径が３０ｎｍ程度で拡散長
が５ｎｍ程度である。
【００２１】図３は、光電子放射用陰極を反射形の光電
陰極として利用した光電管の断面概略を示す図である。
真空容器であるガラス外筒７の中には、入射面側に光電
子の拡散長程度の大きさの粒子からなるマルチアルカリ
粒子５ｃが、アルミニウム金属層５ａで覆われたニッケ
ル電極板５ｂ上に堆積形成された光電子放出用陰極５
と、ニッケル金属からなる陽極８と、導入線９が備えら
れている。光電子の拡散長は５００ｎｍ程度であるの
で、マルチアルカリ光電面の粒子の平均粒径を５００ｎ
ｍ程度とし、凸部粒子と凹部粒子の高さは略１０００ｎ
ｍ、凸部粒子と凸部粒子の間隔は略１０００ｎｍとなる
ように、水素ガス中で蒸着されたアンチモン微粒子膜に
アルカリ金属蒸気を反応させて形成した。
陰極として利用した光電管の断面概略を示す図である。
真空容器であるガラス外筒７の中には、入射面側に光電
子の拡散長程度の大きさの粒子からなるマルチアルカリ
粒子５ｃが、アルミニウム金属層５ａで覆われたニッケ
ル電極板５ｂ上に堆積形成された光電子放出用陰極５
と、ニッケル金属からなる陽極８と、導入線９が備えら
れている。光電子の拡散長は５００ｎｍ程度であるの
で、マルチアルカリ光電面の粒子の平均粒径を５００ｎ
ｍ程度とし、凸部粒子と凹部粒子の高さは略１０００ｎ
ｍ、凸部粒子と凸部粒子の間隔は略１０００ｎｍとなる
ように、水素ガス中で蒸着されたアンチモン微粒子膜に
アルカリ金属蒸気を反応させて形成した。
【００２２】検出すべき光子である入射光１は光電子放
射用陰極５に入射し、光電子放射をおこし光電流とな
り、陽極８で捕集される。ここで、平均粒径が３０ｎｍ
程度のマルチアルカリ粒子の集合から形成される光電子
放射用陰極５を用い、一方、前述の実施例で示した光電
管と同一の形状を持ち、従来の光電面を有する光電管を
用いて実施例と比較する。
射用陰極５に入射し、光電子放射をおこし光電流とな
り、陽極８で捕集される。ここで、平均粒径が３０ｎｍ
程度のマルチアルカリ粒子の集合から形成される光電子
放射用陰極５を用い、一方、前述の実施例で示した光電
管と同一の形状を持ち、従来の光電面を有する光電管を
用いて実施例と比較する。
【００２３】図４に、従来例と本発明による光電管の光
電子放射用陰極量子効率を比較して示す。図示される曲
線１０は、従来例の分光量子効率を示す曲線、曲線１１
は実施例の分光量子効率を示す曲線である。このグラフ
から、実施例の光電子放射用陰極の量子効率は、全波長
にわたり３割程度改善されていることが理解できる。
電子放射用陰極量子効率を比較して示す。図示される曲
線１０は、従来例の分光量子効率を示す曲線、曲線１１
は実施例の分光量子効率を示す曲線である。このグラフ
から、実施例の光電子放射用陰極の量子効率は、全波長
にわたり３割程度改善されていることが理解できる。
【００２４】図５は、図３に示す電子放射用陰極をダイ
ノードとして利用した光電子増倍管の構成を示す断面概
略図である。真空容器を形成するガラス外筒７の窓部の
内側に透過形のマルチアルカリ光電陰極１２が形成され
ている。さらにガラス外筒７の内部には、光電子入射面
側に拡散長程度の大きさの粒子からなるマルチアルカリ
粒子１３ａを、アルミニウム金属１３ｂを蒸着したニッ
ケル電極板１３ｃ上に形成した２次電子放射用陰極１３
が設けられ、さらにニッケル金属からなる陽極８と導入
線９ａ、９ｂと集束電極１４が設けられている。
ノードとして利用した光電子増倍管の構成を示す断面概
略図である。真空容器を形成するガラス外筒７の窓部の
内側に透過形のマルチアルカリ光電陰極１２が形成され
ている。さらにガラス外筒７の内部には、光電子入射面
側に拡散長程度の大きさの粒子からなるマルチアルカリ
粒子１３ａを、アルミニウム金属１３ｂを蒸着したニッ
ケル電極板１３ｃ上に形成した２次電子放射用陰極１３
が設けられ、さらにニッケル金属からなる陽極８と導入
線９ａ、９ｂと集束電極１４が設けられている。
【００２５】前述のマルチアルカリ粒子における光電子
の拡散長は５００ｎｍ程度であるので、粒径は５００ｎ
ｍ程度とし、凸部粒子と凹部粒子の高さは略１０００ｎ
ｍ、凸部粒子と凸部粒子の間隔は略１０００ｎｍとなる
ように、水素ガス中で蒸着されたアンチモン微粒子膜に
アルカリ金属蒸気を反応させて形成した。検出すべき光
である入射光１は、光電面１２で光電子１５に変換され
る。この光電子は加速集束されて２次電子放射用陰極１
３に入射し、ここでさらに増倍されて陽極８で捕集され
る。一方、同様の形状をもち、平均粒径が３０ｎｍ程度
のマルチアルカリ粒子の集合から形成される２次電子放
射用陰極を用いて、この実施例の光電子増倍管と比較す
る。
の拡散長は５００ｎｍ程度であるので、粒径は５００ｎ
ｍ程度とし、凸部粒子と凹部粒子の高さは略１０００ｎ
ｍ、凸部粒子と凸部粒子の間隔は略１０００ｎｍとなる
ように、水素ガス中で蒸着されたアンチモン微粒子膜に
アルカリ金属蒸気を反応させて形成した。検出すべき光
である入射光１は、光電面１２で光電子１５に変換され
る。この光電子は加速集束されて２次電子放射用陰極１
３に入射し、ここでさらに増倍されて陽極８で捕集され
る。一方、同様の形状をもち、平均粒径が３０ｎｍ程度
のマルチアルカリ粒子の集合から形成される２次電子放
射用陰極を用いて、この実施例の光電子増倍管と比較す
る。
【００２６】図６は、従来例とこの実施例による光電子
増倍管の２次電子放射効率を比較したものである。図示
される曲線１６は、従来の２次電子放射効率を示す。曲
線１７は、実施例の２次電子放射効率を示す。このグラ
フから、２次電子放射効率が著しく改善されていること
が理解できる。
増倍管の２次電子放射効率を比較したものである。図示
される曲線１６は、従来の２次電子放射効率を示す。曲
線１７は、実施例の２次電子放射効率を示す。このグラ
フから、２次電子放射効率が著しく改善されていること
が理解できる。
【００２７】以上詳細に説明したように、Ｎｉ基板上に
Ａｌ層を形成し、さらにポーラス薄膜Ｓｂとアリカリ金
属により形成された光電面は、その感度が３００〜４０
０μA/L を示し、品質を一挙に高めた。
Ａｌ層を形成し、さらにポーラス薄膜Ｓｂとアリカリ金
属により形成された光電面は、その感度が３００〜４０
０μA/L を示し、品質を一挙に高めた。
【００２８】この品質をさらに改善した高感度、かつ再
現性の優れた光電面として、Ｎｉ基板上にＣｒ層及びＡ
ｌ層を堆積して下地とした構造が挙げられる。この構造
では、Ｃｒ層の導入によりＮｉとＳｂの反応を阻止する
ことができ、さらに汚れやキズの発生などを防止してよ
り反射率を高めることができた。このようにＮｉとＳｂ
の反応を完全に阻止する構造としては、この他に、Ｎｉ
基板の表面を酸化させて、その上にＳｂ光電面が形成さ
れたものも用いることができる。
現性の優れた光電面として、Ｎｉ基板上にＣｒ層及びＡ
ｌ層を堆積して下地とした構造が挙げられる。この構造
では、Ｃｒ層の導入によりＮｉとＳｂの反応を阻止する
ことができ、さらに汚れやキズの発生などを防止してよ
り反射率を高めることができた。このようにＮｉとＳｂ
の反応を完全に阻止する構造としては、この他に、Ｎｉ
基板の表面を酸化させて、その上にＳｂ光電面が形成さ
れたものも用いることができる。
【００２９】装置の高感度化には、これまで述べてきた
構造の光電面も用いることが有効であるが、さらに、光
電面として用いられる薄膜材料の活性方法（温度、時
間、アルカリ金属の量、順序など）も重要である。
構造の光電面も用いることが有効であるが、さらに、光
電面として用いられる薄膜材料の活性方法（温度、時
間、アルカリ金属の量、順序など）も重要である。
【００３０】また、高感度化を図るため、薄膜のカソー
ド面とダイノード面を同一に最大感度点で一致させるこ
とも必要であり、そのため、双方のＳｂ量、アルカリ金
属量のバランスを最適化する必要がある。現在のダイノ
ード面はＮｉとＳｂで形成されており、当然ＮｉとＳｂ
間で反応が生じている。反応を起こすことによって、丁
度良いダイノード面となっている。この反応は温度、時
間によって左右される。
ド面とダイノード面を同一に最大感度点で一致させるこ
とも必要であり、そのため、双方のＳｂ量、アルカリ金
属量のバランスを最適化する必要がある。現在のダイノ
ード面はＮｉとＳｂで形成されており、当然ＮｉとＳｂ
間で反応が生じている。反応を起こすことによって、丁
度良いダイノード面となっている。この反応は温度、時
間によって左右される。
【００３１】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
る光電子又は２次電子放射用陰極は、光あるいは１次電
子が入射する面が複数または単数のアルカリ金属とアン
チモン金属の化合物の粒子から構成されていて、その粒
径は励起電子の拡散長程度に構成されている。したがっ
て、この陰極表面に入射した光、もしくは１次電子に対
する反射率を実効的に小さくし、また入射面とは異なる
面からも、励起発生した光電子又は２次電子を放出する
ことができ、電子放射効率を著しく改善することができ
る。
る光電子又は２次電子放射用陰極は、光あるいは１次電
子が入射する面が複数または単数のアルカリ金属とアン
チモン金属の化合物の粒子から構成されていて、その粒
径は励起電子の拡散長程度に構成されている。したがっ
て、この陰極表面に入射した光、もしくは１次電子に対
する反射率を実効的に小さくし、また入射面とは異なる
面からも、励起発生した光電子又は２次電子を放出する
ことができ、電子放射効率を著しく改善することができ
る。
【図１】本発明による光電子又は２次電子放射用陰極の
実施例を示す斜視図である。
実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明による光電子又は２次電子放射用陰極に
おける、光電子放射の機構を説明する拡大断面図であ
る。
おける、光電子放射の機構を説明する拡大断面図であ
る。
【図３】本発明の実施例に係る陰極を用いた光電管の実
施例を示す断面図である。
施例を示す断面図である。
【図４】従来の光電子放射用陰極の量子効率と、本発明
により改善された光電子放射用陰極の量子効率を示す分
光感度曲線を示すグラフである。
により改善された光電子放射用陰極の量子効率を示す分
光感度曲線を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例に係る陰極を用いた光電子増倍
管の実施例を示す断面図である。
管の実施例を示す断面図である。
【図６】従来の２次電子放射用陰極の２次電子放射効率
と、本発明による電極を用いた２次電子放射効率を比較
して示したグラフである。
と、本発明による電極を用いた２次電子放射効率を比較
して示したグラフである。
【図７】従来の光電子又は２次電子放射用陰極の例を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図８】従来例の光電子又は２次電子放射用陰極におけ
る、光電子放射の機構を説明する拡大断面図である。
る、光電子放射の機構を説明する拡大断面図である。
１…入射光、２…反射光、３…陰極内に侵入した光、４
…電子、５…陰極、６…陰極表面、７…真空容器、８…
陽極、９…導入線、１０…従来技術による光電子放射用
陰極の量子効率、１１…本発明による光電子放射用陰極
の量子効率、１２…マルチアルカリ光電面、１３…２次
電子放射用陰極、１４…電極、１６…従来技術による２
次電子放射用陰極の２次電子放射効率、１７…本発明に
よる２次電子放射用陰極の２次電子放射効率。
…電子、５…陰極、６…陰極表面、７…真空容器、８…
陽極、９…導入線、１０…従来技術による光電子放射用
陰極の量子効率、１１…本発明による光電子放射用陰極
の量子効率、１２…マルチアルカリ光電面、１３…２次
電子放射用陰極、１４…電極、１６…従来技術による２
次電子放射用陰極の２次電子放射効率、１７…本発明に
よる２次電子放射用陰極の２次電子放射効率。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 長男 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 (72)発明者 飯田 剛弘 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 (72)発明者 鷲山 廣秋 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 (56)参考文献 特開 昭50−71261（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−33486（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (6)
- 【請求項１】 光の入射によって光電子を放出し、ある
いは電子の入射によって２次電子を放出する材料からな
る薄膜を下地基板上に有する光電子または２次電子放射
用陰極において、 前記薄膜を構成する材料の粒径が、前記光あるいは電子
の入射により生ずる励起電子の拡散長と略等しく、 前記粒径を有する粒子の配列により、前記薄膜の表面全
面には凹凸部が形成されていることを特徴とする光電子
または２次電子放射用陰極。 - 【請求項２】 前記薄膜は、アルカリ金属を用いて活性
化されている請求項１記載の光電子または２次電子放射
用陰極。 - 【請求項３】 前記薄膜は、少なくとも１種類のアルカ
リ金属とアンチモン金属の化合物で構成されている請求
項１記載の光電子または２次電子放射用陰極。 - 【請求項４】 前記下地基板と前記薄膜の間には、光に
対し高反射率を有する層が設けられている請求項１〜３
のいずれか記載の光電子または２次電子放射用陰極。 - 【請求項５】 真空容器の内部に請求項１記載の２次電
子放射用陰極が多段に設けられ、検出すべき電子が初段
の前記２次電子放射用陰極に入射されると共に、最終段
の前記２次電子放射用陰極の放射した２次電子がアノー
ドに入射されるようにした電子増倍管。 - 【請求項６】 光入射窓を有する真空容器の内部に請求
項１記載の光電子放射用陰極が設けられ、入射光により
前記光電子放射用陰極から放出された光電子が前記真空
容器内部で増倍されるようにした光電子増倍管。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26623592A JP2651329B2 (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | 光電子または２次電子放射用陰極 |
| US08/130,897 US5463272A (en) | 1992-10-05 | 1993-10-04 | Cathode for photoelectric emission, cathode for secondary electron emission, electron multiplier tube, and photomultiplier tube |
| EP93307896A EP0592186B1 (en) | 1992-10-05 | 1993-10-05 | Cathode for photoelectric emission, cathode for secondary electron emission, electron multiplier tube, and photomultiplier tube |
| DE69324325T DE69324325T2 (de) | 1992-10-05 | 1993-10-05 | Photoelektrische Kathode, sekundärelektronen emitierenden Kathode, Elektronenvielfacherröhre, und Photovervielfacherröhre |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26623592A JP2651329B2 (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | 光電子または２次電子放射用陰極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06119872A JPH06119872A (ja) | 1994-04-28 |
| JP2651329B2 true JP2651329B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=17428152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26623592A Expired - Fee Related JP2651329B2 (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | 光電子または２次電子放射用陰極 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5463272A (ja) |
| EP (1) | EP0592186B1 (ja) |
| JP (1) | JP2651329B2 (ja) |
| DE (1) | DE69324325T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001054157A1 (fr) | 2000-01-17 | 2001-07-26 | Hamamatsu Photonics K.K. | Cathode emettrice de photoelectrons ou d'electrons secondaires, tube photomultiplicateur et tube multiplicateur d'electrons |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7183701B2 (en) * | 2003-05-29 | 2007-02-27 | Nova Scientific, Inc. | Electron multipliers and radiation detectors |
| US6992441B2 (en) * | 2003-09-14 | 2006-01-31 | Litton Systems, Inc. | MBE grown alkali antimonide photocathodes |
| JP5452130B2 (ja) * | 2009-08-20 | 2014-03-26 | 株式会社デンソー | 半導体装置の製造方法 |
| JP7025245B2 (ja) * | 2018-03-01 | 2022-02-24 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子源 |
| CN111477524A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-07-31 | 东华理工大学 | 一种衬底-有源层复合纳米光子学结构碱金属化合物光电阴极 |
| CN112904103B (zh) * | 2021-01-14 | 2023-08-18 | 北方夜视技术股份有限公司 | 一种测量同一多碱光电阴极吸收率和灵敏度的方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4716067A (ja) * | 1971-01-27 | 1972-08-29 | ||
| JPS5071261A (ja) * | 1973-10-25 | 1975-06-13 | ||
| US4131820A (en) * | 1975-03-25 | 1978-12-26 | Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. | Secondary electron multiplication target |
| US4039887A (en) * | 1975-06-04 | 1977-08-02 | Rca Corporation | Electron emitter including porous antimony |
| US4160185A (en) * | 1977-12-14 | 1979-07-03 | Rca Corporation | Red sensitive photocathode having an aluminum oxide barrier layer |
| JPS63221279A (ja) * | 1987-03-10 | 1988-09-14 | Hamamatsu Photonics Kk | シンチレ−シヨンフアイバプレ−トおよびその製造方法 |
| JP2815881B2 (ja) * | 1988-03-04 | 1998-10-27 | 株式会社東芝 | Ｘ線イメージ管の製造方法 |
| JPH02250232A (ja) * | 1989-03-22 | 1990-10-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子増倍材料及びその製造方法 |
| US4985773A (en) * | 1989-06-28 | 1991-01-15 | Sperry Marine Inc. | Apparatus and method for inhibiting blooming in television cameras |
-
1992
- 1992-10-05 JP JP26623592A patent/JP2651329B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-10-04 US US08/130,897 patent/US5463272A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-10-05 EP EP93307896A patent/EP0592186B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-10-05 DE DE69324325T patent/DE69324325T2/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001054157A1 (fr) | 2000-01-17 | 2001-07-26 | Hamamatsu Photonics K.K. | Cathode emettrice de photoelectrons ou d'electrons secondaires, tube photomultiplicateur et tube multiplicateur d'electrons |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0592186A1 (en) | 1994-04-13 |
| DE69324325D1 (de) | 1999-05-12 |
| JPH06119872A (ja) | 1994-04-28 |
| US5463272A (en) | 1995-10-31 |
| DE69324325T2 (de) | 1999-09-30 |
| EP0592186B1 (en) | 1999-04-07 |
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