JP2737041B2 - 光電陰極、及びその製造方法、並びにそれを使用した暗視システム用画像増幅管 - Google Patents
光電陰極、及びその製造方法、並びにそれを使用した暗視システム用画像増幅管Info
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- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、暗視システムに関す
る。より詳細に述べれば、本発明は、暗視用画像増幅管
に使用するための、改良された光電陰極と、及びその製
造方法、並びにその光電陰極を適 インジウム・ガリウ
ム・砒素化合物(InGaAs)から形成されていて、光エネル
ギーの入射光子に応答して、前記画像増幅管の中の真空
領域に直接電子を放射する活性表面を有する活性層； 用した暗視システム用画像増幅管に関する。
る。より詳細に述べれば、本発明は、暗視用画像増幅管
に使用するための、改良された光電陰極と、及びその製
造方法、並びにその光電陰極を適 インジウム・ガリウ
ム・砒素化合物(InGaAs)から形成されていて、光エネル
ギーの入射光子に応答して、前記画像増幅管の中の真空
領域に直接電子を放射する活性表面を有する活性層； 用した暗視システム用画像増幅管に関する。
【０００２】
【従来の技術】暗視システムは、一般に、暗い環境や夜
間に作戦を行う軍人や法律執行者によって、使用されて
いる。また、暗視システムは、夜間飛行をするヘリコプ
タや飛行機の操縦士を補助するためにも使用されてい
る。
間に作戦を行う軍人や法律執行者によって、使用されて
いる。また、暗視システムは、夜間飛行をするヘリコプ
タや飛行機の操縦士を補助するためにも使用されてい
る。
【０００３】暗視システムは、低照度の外光を可視画像
に変換するものである。このシステムを使用するには、
月や星の光などの若干の外光を必要とする。外光は、暗
視望遠鏡により増幅されて、肉眼で見ることができる出
力画像を形成する。
に変換するものである。このシステムを使用するには、
月や星の光などの若干の外光を必要とする。外光は、暗
視望遠鏡により増幅されて、肉眼で見ることができる出
力画像を形成する。
【０００４】現代の暗視望遠鏡は、画像増幅技術を使用
して、低レベルの可視光を増幅し、また、赤外線スペク
トルからも可視光を形成するようになっている。
して、低レベルの可視光を増幅し、また、赤外線スペク
トルからも可視光を形成するようになっている。
【０００５】画像の増幅プロセスは、受光した外光を電
子パターンに変換する工程と、電子パターンを蛍光スク
リーンに投射して、電子パターンを観察者が視認できる
光像に変換する工程とからなっている。使用者は、この
可視光像を、システムの接眼部に設けたレンズを透して
観察する。
子パターンに変換する工程と、電子パターンを蛍光スク
リーンに投射して、電子パターンを観察者が視認できる
光像に変換する工程とからなっている。使用者は、この
可視光像を、システムの接眼部に設けたレンズを透して
観察する。
【０００６】標準的な暗視システムは、光学系部と制御
部とを有する。
部とを有する。
【０００７】光学系部は、所望の目標に焦点を合わせる
レンズと、画像増幅管とから構成されている。画像増幅
管は、上記の画像増幅工程を行うもので、光エネルギー
を電子パターンに変換する光電陰極と、電子流を増幅す
るマイクロチャンネル板と、電子パターンを光像に変換
する蛍光スクリーンと、画像を反転させる光ファイバー
移送窓とから構成されている。
レンズと、画像増幅管とから構成されている。画像増幅
管は、上記の画像増幅工程を行うもので、光エネルギー
を電子パターンに変換する光電陰極と、電子流を増幅す
るマイクロチャンネル板と、電子パターンを光像に変換
する蛍光スクリーンと、画像を反転させる光ファイバー
移送窓とから構成されている。
【０００８】制御部は、所要の制御を行い、かつ、暗視
システムの光学系部に電力を供給する電子回路で構成さ
れている。
システムの光学系部に電力を供給する電子回路で構成さ
れている。
【０００９】画像増幅管の最も重要な要素は、光電陰極
である。最も進歩した光電陰極は第３世代管で、これ
は、940nmの波長に対応する長波長スペクトルの光を遮
断する応答特性を備えている。これ以上の長波長領域の
赤外線光は、第３世代管を使用しては見ることができな
い。
である。最も進歩した光電陰極は第３世代管で、これ
は、940nmの波長に対応する長波長スペクトルの光を遮
断する応答特性を備えている。これ以上の長波長領域の
赤外線光は、第３世代管を使用しては見ることができな
い。
【００１０】夜空の放射光には、長波長の光が多量に存
在し、また、樹木の葉などの各種の地上物は、これらの
長波長の光を反射する率が高いので、暗視システムは、
この種の長波長の光を受光し得ることが望ましい。
在し、また、樹木の葉などの各種の地上物は、これらの
長波長の光を反射する率が高いので、暗視システムは、
この種の長波長の光を受光し得ることが望ましい。
【００１１】さらに、隠れている敵軍が、目標照準のた
めに1060nmの波長のレーザビームを使用している場合
に、このレーザビームを探知することができる暗視シス
テムが、特に望まれている。
めに1060nmの波長のレーザビームを使用している場合
に、このレーザビームを探知することができる暗視シス
テムが、特に望まれている。
【００１２】インジウム・ガリウム・砒素化合物(InGaA
s)活性層を有する光電陰極が、所望の応答特性を備えて
いるのではないかということは、この技術分野で以前か
ら仮定されている。現在まで、InGaAsは、反射型のみに
使用されおり、透過型には使用されていない。
s)活性層を有する光電陰極が、所望の応答特性を備えて
いるのではないかということは、この技術分野で以前か
ら仮定されている。現在まで、InGaAsは、反射型のみに
使用されおり、透過型には使用されていない。
【００１３】反射型は、半導体光電陰極材料を使用し
て、半導体面に入射する光エネルギーに対応する電子流
を、その面から放射するものである。反射型は、真空管
の中に収容された半導体陰極に、標準的に使用されてい
る。
て、半導体面に入射する光エネルギーに対応する電子流
を、その面から放射するものである。反射型は、真空管
の中に収容された半導体陰極に、標準的に使用されてい
る。
【００１４】透過型は、第１面に光エネルギーが入射
し、逆側の面から、電子流を放射する半導体光電陰極を
使用するものである。近代の暗視システムに使用される
光電陰極装置は、透過型で作動している。
し、逆側の面から、電子流を放射する半導体光電陰極を
使用するものである。近代の暗視システムに使用される
光電陰極装置は、透過型で作動している。
【００１５】光電陰極から出射する電子流は、光電陰極
における光エネルギー入射面の逆側に放射される必要が
あるため、反射型半導体は、小型の画像増幅管の光電陰
極として使用するには、不適当である。
における光エネルギー入射面の逆側に放射される必要が
あるため、反射型半導体は、小型の画像増幅管の光電陰
極として使用するには、不適当である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】政府及び工業技術者の
多大の努力にもかかわらず、透過型のInGaAs光電陰極を
製造することは、実現できなかった。従来は、透過型に
適用可能なInGaAsの薄い層を作ることができなかったの
みならず、その層を、光電陰極に必要な光学窓層に支持
させることもできなかった。
多大の努力にもかかわらず、透過型のInGaAs光電陰極を
製造することは、実現できなかった。従来は、透過型に
適用可能なInGaAsの薄い層を作ることができなかったの
みならず、その層を、光電陰極に必要な光学窓層に支持
させることもできなかった。
【００１７】透過型光電陰極では、所望の応答性を得る
ために、活性層の厚さを１ミクロンないしそれ以下にす
る必要があるが、反射型のInGaAs層の厚さは、標準的に
は約10ミクロンに形成されている。
ために、活性層の厚さを１ミクロンないしそれ以下にす
る必要があるが、反射型のInGaAs層の厚さは、標準的に
は約10ミクロンに形成されている。
【００１８】半導体ウエハ構造の製造に使用されるガリ
ウム・砒素化合物の基層に、InGaAsの層を適切に成長さ
せることができないので、所要の薄い高結晶品質の層を
作ることができなかった。
ウム・砒素化合物の基層に、InGaAsの層を適切に成長さ
せることができないので、所要の薄い高結晶品質の層を
作ることができなかった。
【００１９】さらに、従来は、InGaAsの結晶格子構造
を、透過型光電陰極に必要な他の半導体層に適合させる
ことはできなかった。このような困難性のために、InGa
As光電陰極を開発する努力は、結局、放棄されてきた。
を、透過型光電陰極に必要な他の半導体層に適合させる
ことはできなかった。このような困難性のために、InGa
As光電陰極を開発する努力は、結局、放棄されてきた。
【００２０】そこで、940nm以上の波長の光を受光する
ことができる、改良された光電陰極装置が望まれてい
る。
ことができる、改良された光電陰極装置が望まれてい
る。
【００２１】また、InGaAs活性層を用いた光電陰極も望
まれている。
まれている。
【００２２】また、940nm以上の波長の光に応答し得る
光電陰極を製造する方法も望まれている。
光電陰極を製造する方法も望まれている。
【００２３】さらに、InGaAs活性層を有する光電陰極を
製造する方法も望まれている。
製造する方法も望まれている。
【００２４】本発明の主目的は、940nm以上の波長の光
に応答し得る暗視システムに使用するための、改良され
た光電陰極を提供することである。
に応答し得る暗視システムに使用するための、改良され
た光電陰極を提供することである。
【００２５】本発明の他の目的は、InGaAs活性層を使用
した光電陰極を提供することである。
した光電陰極を提供することである。
【００２６】本発明の他の目的は、940nm以上の波長の
光に応答し得る光電陰極を製造する方法を提供すること
である。
光に応答し得る光電陰極を製造する方法を提供すること
である。
【００２７】さらに、本発明の他の目的は、InGaAs活性
層を有する光電陰極を製造する方法を提供することであ
る。
層を有する光電陰極を製造する方法を提供することであ
る。
【００２８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は下記の諸構成を有する。
めの本発明は下記の諸構成を有する。
【００２９】本発明の画像増幅管に使用する光電陰極
は、インジウム・ガリウム・砒素化合物(InGaAs)で形成
されていて、光エネルギーの入射光子に応答して、前記
画像増幅管の中の真空領域に直接電子を放射する活性表
面を有する活性層； アルミニウム・インジウム・砒素化合物から形成され、
活性層にエピタキシャル接合された窓層； 前記窓層に適用されたコーティング； 前記コーティング上に熱溶着されたガラス表面板； 前記ガラス表面板、窓層及び活性層の縁端に接合され、
光電陰極と画像増幅管との間を導通する接点を形成する
クロム電極；とを備え、前記ガラス表面板に照射された
画像に対応する電子パターンを、活性層から放射するよ
うにした光電陰極である。
は、インジウム・ガリウム・砒素化合物(InGaAs)で形成
されていて、光エネルギーの入射光子に応答して、前記
画像増幅管の中の真空領域に直接電子を放射する活性表
面を有する活性層； アルミニウム・インジウム・砒素化合物から形成され、
活性層にエピタキシャル接合された窓層； 前記窓層に適用されたコーティング； 前記コーティング上に熱溶着されたガラス表面板； 前記ガラス表面板、窓層及び活性層の縁端に接合され、
光電陰極と画像増幅管との間を導通する接点を形成する
クロム電極；とを備え、前記ガラス表面板に照射された
画像に対応する電子パターンを、活性層から放射するよ
うにした光電陰極である。
【００３０】本発明の光電陰極の活性層中のインジウム
濃度は、化合物（InxGa1-xAs）中の原子分率ｘが、0.2
以下であることが好ましい。
濃度は、化合物（InxGa1-xAs）中の原子分率ｘが、0.2
以下であることが好ましい。
【００３１】本発明の光電陰極の窓層中のインジウム濃
度は、化合物（Al1-yInyAs）中の原子分率ｙが、0.2以
下であることが好ましい。
度は、化合物（Al1-yInyAs）中の原子分率ｙが、0.2以
下であることが好ましい。
【００３２】本発明の光電陰極のコーティングは、窒化
珪素の反射防止層、及び二酸化珪素の保護層から構成す
ることが好ましい。
珪素の反射防止層、及び二酸化珪素の保護層から構成す
ることが好ましい。
【００３３】本発明の光電陰極の活性層に、約1019原子
／cm3のレベルのＰ型不純物をドーピングすることが好
ましい。
／cm3のレベルのＰ型不純物をドーピングすることが好
ましい。
【００３４】本発明の光電陰極の窓層に、約1018原子／
cm3のレベルのＰ型不純物をドーピングすることが好ま
しい。
cm3のレベルのＰ型不純物をドーピングすることが好ま
しい。
【００３５】本発明の光電陰極の窓層の光学的透過光遮
断波長が、600nmであることが好ましい。
断波長が、600nmであることが好ましい。
【００３６】本発明の光電陰極の応答スペクトル遮断波
長が、1060nmであることが好ましい。
長が、1060nmであることが好ましい。
【００３７】さらに、本発明の画像増幅管に使用する光
電陰極は、インジウム・ガリウム・砒素化合物(InGaAs)
で形成されていて、光エネルギーの入射光子に応答し
て、前記画像増幅管の中の真空領域に直接電子を放射す
る活性表面を有する活性層； 前記活性層にエピタキシャルに形成した窓層； 前記窓層に適用した反射防止及び保護用コーティング； 前記コーティング上に熱溶着したガラス表面板； 前記ガラス表面板、窓層及び活性層の縁端に接合され、
光電陰極と画像増幅管との間を導通する接点を形成する
電極；とを備え、前記ガラス表面板に照射された画像に
対応する電子パターンを、活性層から放射するようにし
た光電陰極である。
電陰極は、インジウム・ガリウム・砒素化合物(InGaAs)
で形成されていて、光エネルギーの入射光子に応答し
て、前記画像増幅管の中の真空領域に直接電子を放射す
る活性表面を有する活性層； 前記活性層にエピタキシャルに形成した窓層； 前記窓層に適用した反射防止及び保護用コーティング； 前記コーティング上に熱溶着したガラス表面板； 前記ガラス表面板、窓層及び活性層の縁端に接合され、
光電陰極と画像増幅管との間を導通する接点を形成する
電極；とを備え、前記ガラス表面板に照射された画像に
対応する電子パターンを、活性層から放射するようにし
た光電陰極である。
【００３８】前記活性層中のインジウム濃度は、化合物
（InxGa1-xAs）中の原子分率ｘで規定されることが好ま
しい。
（InxGa1-xAs）中の原子分率ｘで規定されることが好ま
しい。
【００３９】前記窓層が、アルミニウム・インジウム・
砒素化合物(AlInAs)で形成され、かつ、窓層中のインジ
ウム濃度が、化合物（Al1-yInyAs）中の原子分率ｙで規
定されることが好ましい。
砒素化合物(AlInAs)で形成され、かつ、窓層中のインジ
ウム濃度が、化合物（Al1-yInyAs）中の原子分率ｙで規
定されることが好ましい。
【００４０】前記原子分率ｘが0.2以下で、原子分率ｙ
が0.2であることが好ましい。
が0.2であることが好ましい。
【００４１】前記コーティングが、窒化珪素塩の第１層
と、二酸化珪素の第２層で構成されることが好ましい。
と、二酸化珪素の第２層で構成されることが好ましい。
【００４２】前記活性層に、約1019原子／cm3のレベル
のＰ型不純物がドーピングされていることが好ましい。
のＰ型不純物がドーピングされていることが好ましい。
【００４３】前記窓層に、約1018原子／cm3のレベルの
Ｐ型不純物がドーピングされていることが好ましい。
Ｐ型不純物がドーピングされていることが好ましい。
【００４４】前記活性層の厚さが、１ミクロン以下であ
ることが好ましい。
ることが好ましい。
【００４５】前記窓層の厚さが、１ミクロンであること
が好ましい。
が好ましい。
【００４６】さらに、本発明は、増幅管に使用する光電
陰極を製造する方法であって、GaAsの基材層を形成する
工程； 前記基材層上に、緩衝層をエピタキシャル成長させる工
程； 前記緩衝層上に、AlInAsの停止層をエピタキシャル成長
させる工程； 前記停止層上に、InGaAsの活性層をエピタキシャル成長
させる工程； 前記活性層上に、AlInAsの窓層をエピタキシャル成長さ
せる工程； 前記窓層上に、InGaAsの表層をエピタキシャル成長させ
る工程； 選択的エッチング剤を用いて前記表層を除去し、窓層を
露出させる工程； 露出した窓層に、反射防止用及び保護用のコーティング
を適用する工程； 前記コーティングに、ガラス表面板を熱溶着する工程； 選択的エッチング剤を用いて、基材層を除去する工程； 選択的エッチング剤を用いて、停止層を除去する工程； 薄膜接合技法を用いて、活性層、窓層、塗膜及びガラス
表面板の縁端に、クロム電極を取付ける工程；とから成
る光電陰極の製造方法である。
陰極を製造する方法であって、GaAsの基材層を形成する
工程； 前記基材層上に、緩衝層をエピタキシャル成長させる工
程； 前記緩衝層上に、AlInAsの停止層をエピタキシャル成長
させる工程； 前記停止層上に、InGaAsの活性層をエピタキシャル成長
させる工程； 前記活性層上に、AlInAsの窓層をエピタキシャル成長さ
せる工程； 前記窓層上に、InGaAsの表層をエピタキシャル成長させ
る工程； 選択的エッチング剤を用いて前記表層を除去し、窓層を
露出させる工程； 露出した窓層に、反射防止用及び保護用のコーティング
を適用する工程； 前記コーティングに、ガラス表面板を熱溶着する工程； 選択的エッチング剤を用いて、基材層を除去する工程； 選択的エッチング剤を用いて、停止層を除去する工程； 薄膜接合技法を用いて、活性層、窓層、塗膜及びガラス
表面板の縁端に、クロム電極を取付ける工程；とから成
る光電陰極の製造方法である。
【００４７】前記活性層中のインジウム濃度が、化合物
（InxGa1-xAs）中の原子分率ｘで規定され、前記窓層中
のインジウム濃度が、化合物（Al1-yInyAs）中の原子分
率ｙで規定されることが好ましい。
（InxGa1-xAs）中の原子分率ｘで規定され、前記窓層中
のインジウム濃度が、化合物（Al1-yInyAs）中の原子分
率ｙで規定されることが好ましい。
【００４８】前記原子分率ｘが0.2以下で、原子分率ｙ
が0.2であることが好ましい。
が0.2であることが好ましい。
【００４９】前記緩衝層をエピタキシャル成長させる工
程が、前記活性層中の濃度に等しい化合物濃度で、GaAs
とInGaAsの交互層をエピタキシャル成長させる工程を更
に含むことが好ましい。
程が、前記活性層中の濃度に等しい化合物濃度で、GaAs
とInGaAsの交互層をエピタキシャル成長させる工程を更
に含むことが好ましい。
【００５０】前記GaAsとInGaAsの交互層の厚さを、100
オングストロームから150オングストロームの範囲にす
ることが好ましい。
オングストロームから150オングストロームの範囲にす
ることが好ましい。
【００５１】前記交互層をエピタキシャル成長させる工
程を、少なくとも１０回反復し、緩衝層全体の厚さを0.
3ミクロン以下とることが好ましい。
程を、少なくとも１０回反復し、緩衝層全体の厚さを0.
3ミクロン以下とることが好ましい。
【００５２】前記緩衝層をエピタキシャル成長させる工
程が、InxGa1-xAsの層をエピタキシャル成長させ、原子
分率ｘを、０から少なくとも活性層に選定した原子濃度
まで漸次増加させるようにした工程を更に含むことが好
ましい。
程が、InxGa1-xAsの層をエピタキシャル成長させ、原子
分率ｘを、０から少なくとも活性層に選定した原子濃度
まで漸次増加させるようにした工程を更に含むことが好
ましい。
【００５３】前記緩衝層全体の厚さを、４ないし５ミク
ロンの範囲とすることが好ましい。
ロンの範囲とすることが好ましい。
【００５４】前記活性層を、選択的エッチング剤を用い
て感光性を付与した後、真空室中で加熱する工程を含む
ことが好ましい。
て感光性を付与した後、真空室中で加熱する工程を含む
ことが好ましい。
【００５５】前記活性層の面にセシウム蒸気と酸素とを
蒸着することによって前記活性層を活性化する工程を更
に含むことが好ましい。
蒸着することによって前記活性層を活性化する工程を更
に含むことが好ましい。
【００５６】前記反射防止用及び保護用コーティングを
適用する工程が、露出した窓層上に窒化珪素の層を適用
し、該窒化珪素の層の上に二酸化珪素の層を適用する工
程を更に含むことが好ましい。
適用する工程が、露出した窓層上に窒化珪素の層を適用
し、該窒化珪素の層の上に二酸化珪素の層を適用する工
程を更に含むことが好ましい。
【００５７】更に、本発明によって、暗視システムに使
用する画像増幅管であって、インジウム・ガリウム・砒
素化合物(InGaAs)から形成されていて、前記画像増幅管
の中の真空領域に暴露している活性表面を有している活
性層であって、前記活性表面から、光エネルギーの入射
光子に応答して、前記画像増幅管の中の真空領域に直接
電子を放射して、視認した画像に対応する電子パタ−ン
を形成する光電陰極；、視認した画像に対応する電子パ
ターンを形成する光電陰極； 前記光電陰極に接近して配設され、光電陰極から放射さ
れる電子流のエネルギーを増加させるマイクロチャンネ
ル板； 前記放射された電子流が形成する画像を照射する蛍光ス
クリーン；及び前記蛍光スクリーンで形成された画像を
反転する光学的反転器とを備える暗視システム用画像増
幅管が提供される。
用する画像増幅管であって、インジウム・ガリウム・砒
素化合物(InGaAs)から形成されていて、前記画像増幅管
の中の真空領域に暴露している活性表面を有している活
性層であって、前記活性表面から、光エネルギーの入射
光子に応答して、前記画像増幅管の中の真空領域に直接
電子を放射して、視認した画像に対応する電子パタ−ン
を形成する光電陰極；、視認した画像に対応する電子パ
ターンを形成する光電陰極； 前記光電陰極に接近して配設され、光電陰極から放射さ
れる電子流のエネルギーを増加させるマイクロチャンネ
ル板； 前記放射された電子流が形成する画像を照射する蛍光ス
クリーン；及び前記蛍光スクリーンで形成された画像を
反転する光学的反転器とを備える暗視システム用画像増
幅管が提供される。
【００５８】前記暗視システム用画像増幅管に使用され
る光電陰極を、アルミニウム・インジウム・砒素化合物
で形成され、活性層上にエピタキシャル成長した窓層； 前記窓層に適用されたコーティング； 前記コーティング上に熱溶着したガラス表面板； 前記ガラス表面板、窓層、及び活性層の縁端に接合さ
れ、光電陰極と画像増幅管との間を導通する接点を形成
するクロム電極とを備え、前記ガラス表面板に照射され
た光像に対応する電子パターンを、活性層から放射する
ようにしたことが好ましい。
る光電陰極を、アルミニウム・インジウム・砒素化合物
で形成され、活性層上にエピタキシャル成長した窓層； 前記窓層に適用されたコーティング； 前記コーティング上に熱溶着したガラス表面板； 前記ガラス表面板、窓層、及び活性層の縁端に接合さ
れ、光電陰極と画像増幅管との間を導通する接点を形成
するクロム電極とを備え、前記ガラス表面板に照射され
た光像に対応する電子パターンを、活性層から放射する
ようにしたことが好ましい。
【００５９】前記活性層中のインジウム濃度を、化合物
（InxGa1-xAs）中の原子分率ｘを0.2以下に規定するこ
とが好ましい。
（InxGa1-xAs）中の原子分率ｘを0.2以下に規定するこ
とが好ましい。
【００６０】前記窓層中のインジウム濃度を、化合物
（Al1-yInyAs）中の原子分率ｙを0.2以下に規定するこ
とが好ましい。
（Al1-yInyAs）中の原子分率ｙを0.2以下に規定するこ
とが好ましい。
【００６１】前記コーティングを、窒化珪素の反射防止
層及び二酸化珪素の保護層で構成することが好ましい。
層及び二酸化珪素の保護層で構成することが好ましい。
【００６２】前記活性層に、約1019原子／cm3のレベル
のＰ型不純物をドーピングすることが好ましい。
のＰ型不純物をドーピングすることが好ましい。
【００６３】前記窓層に、約1018原子／cm3のレベルの
Ｐ型不純物をドーピングすることが好ましい。
Ｐ型不純物をドーピングすることが好ましい。
【００６４】前記窓層の光学的透過光遮断波長が、600n
mであることが好ましい。
mであることが好ましい。
【００６５】前記光電陰極の応答スペクトル遮断波長
が、1060nmであることが好ましい。
が、1060nmであることが好ましい。
【００６６】
【作用】表面板側から画像を受光すると、活性層から受
光した画像に対応する電子パターンが、受光面の逆側に
設置した蛍光スクリーンに向けて放射され、透過型の暗
視システムに適用し得る光電陰極が形成される。
光した画像に対応する電子パターンが、受光面の逆側に
設置した蛍光スクリーンに向けて放射され、透過型の暗
視システムに適用し得る光電陰極が形成される。
【００６７】基材層上に、緩衝層、停止層、活性層、窓
層、表層を、順次にエピタキシャル成長させ、表材層を
部分的に除去して反射防止用及び保護用コーティングを
適用し、その上にガラス表面板を熱溶着した後、基材
層、緩衝層、停止層を除去して、残りの各層の縁端にク
ロム電極を取付けることにより光電陰極を製造しうる。
層、表層を、順次にエピタキシャル成長させ、表材層を
部分的に除去して反射防止用及び保護用コーティングを
適用し、その上にガラス表面板を熱溶着した後、基材
層、緩衝層、停止層を除去して、残りの各層の縁端にク
ロム電極を取付けることにより光電陰極を製造しうる。
【００６８】この光電陰極を適用した画像増幅管を用い
て、従来の第３世代管では応答できなかった長波長領域
の光(たとえば波長1060nmのレーザ光など)にも応答でき
る暗視システムを実現することができる。
て、従来の第３世代管では応答できなかった長波長領域
の光(たとえば波長1060nmのレーザ光など)にも応答でき
る暗視システムを実現することができる。
【００６９】
【実施例】完全な暗黒あるいはそれに近い暗い環境中で
行動する法律執行者や軍人は、波長が940nm以上の光を
受光し得る暗視システムを、切実に必要としている。
行動する法律執行者や軍人は、波長が940nm以上の光を
受光し得る暗視システムを、切実に必要としている。
【００７０】図１は、本発明を適用した暗視システム用
の画像増幅管の拡散分解斜視図で、この暗視システム
は、後述するように、暗い環境中で、観察者(５)が目標
物の樹木(30)を、拡大した虚像として視認することがで
きるものである。
の画像増幅管の拡散分解斜視図で、この暗視システム
は、後述するように、暗い環境中で、観察者(５)が目標
物の樹木(30)を、拡大した虚像として視認することがで
きるものである。
【００７１】この暗視システムは、対物レンズ(14)、結
像レンズ(12)、及び結像レンズと対物レンズとの間に配
置した画像増幅管(10)を備えている。
像レンズ(12)、及び結像レンズと対物レンズとの間に配
置した画像増幅管(10)を備えている。
【００７２】画像増幅管(10)は、光電陰極(20)、マイク
ロチャンネル板(MCP)(24)、蛍光スクリーン(26)、及び
光ファイバー反転器(28)を備えている。
ロチャンネル板(MCP)(24)、蛍光スクリーン(26)、及び
光ファイバー反転器(28)を備えている。
【００７３】樹木(30)から反射した外光は、対物レンズ
(14)により光電陰極(20)の面に結像する。当然ながら、
光電陰極(20)の面の像(32)は、対物レンズ(14)を通って
倒立した像になっている。
(14)により光電陰極(20)の面に結像する。当然ながら、
光電陰極(20)の面の像(32)は、対物レンズ(14)を通って
倒立した像になっている。
【００７４】光電陰極(20)は、ガリウム・砒素化合物な
どの半導体材料で形成してあり、対物レンズ(14)による
倒立像のパターンにおける結像光エネルギーに対応した
電子流を放射する。図４には、電子流を活性面(22)から
出る複数個の矢印で示してある。
どの半導体材料で形成してあり、対物レンズ(14)による
倒立像のパターンにおける結像光エネルギーに対応した
電子流を放射する。図４には、電子流を活性面(22)から
出る複数個の矢印で示してある。
【００７５】光電陰極(20)は、ある範囲の赤外線光に対
しても、可視スペクトル領域の光と同様に感光して、対
物レンズを通って光電陰極(20)に到達する赤外線光に対
応する電子流を発生する。
しても、可視スペクトル領域の光と同様に感光して、対
物レンズを通って光電陰極(20)に到達する赤外線光に対
応する電子流を発生する。
【００７６】光電陰極(20)から放射した電子流は、光電
陰極とマイクロチャンネル板(24)との間に配設された電
界によりエネルギーを与えられて、マイクロチャンネル
板(24)を通過する。
陰極とマイクロチャンネル板(24)との間に配設された電
界によりエネルギーを与えられて、マイクロチャンネル
板(24)を通過する。
【００７７】マイクロチャンネル板(24)は、複数個の平
行な中空ガラス繊維を並べた円板で構成され、各ガラス
繊維の基本的な円筒軸線を、光電陰極(20)から放射され
る電子流の方向から、僅かにずらせて配置してある。マ
イクロチャンネル板の両面に電圧を印加することによ
り、マイクロチャンネル板(24)は、各チャンネルを通っ
て放射される２次電子の多重カスケードによって、電子
の数を倍増させる。
行な中空ガラス繊維を並べた円板で構成され、各ガラス
繊維の基本的な円筒軸線を、光電陰極(20)から放射され
る電子流の方向から、僅かにずらせて配置してある。マ
イクロチャンネル板の両面に電圧を印加することによ
り、マイクロチャンネル板(24)は、各チャンネルを通っ
て放射される２次電子の多重カスケードによって、電子
の数を倍増させる。
【００７８】マイクロチャンネル板(24)からの倍増した
電子流は、マイクロチャンネル板から出射し、マイクロ
チャンネル板と蛍光スクリーン(26)との間に配置された
高電圧の電界によって、エネルギーが与えられる。
電子流は、マイクロチャンネル板から出射し、マイクロ
チャンネル板と蛍光スクリーン(26)との間に配置された
高電圧の電界によって、エネルギーが与えられる。
【００７９】電子流は、電子流に反応する蛍光スクリー
ン(26)を叩いて、対物レンズ(14)で受光した画像に対応
する可視像を発生させる。公知のように、蛍光スクリー
ン(26)は、光電陰極(20)が発生した電子パターンを、受
光像の可視像に変換する手段であり、この画像は、図１
に符号(34)として図示してある。
ン(26)を叩いて、対物レンズ(14)で受光した画像に対応
する可視像を発生させる。公知のように、蛍光スクリー
ン(26)は、光電陰極(20)が発生した電子パターンを、受
光像の可視像に変換する手段であり、この画像は、図１
に符号(34)として図示してある。
【００８０】蛍光スクリーン(26)からの画像(34)は、光
ファイバー反転器(28)を通って、符号(36)で示すよう
に、観察者(５)に対する正立画像に回転する。光ファイ
バー反転器(26)は、光ファイバーの束をねじって形成し
てある。通常の反転レンズに代えて、光ファイバーを使
用すれば、通常のレンズを通過したときに生じる光エネ
ルギーの損失を最小にすることができる。
ファイバー反転器(28)を通って、符号(36)で示すよう
に、観察者(５)に対する正立画像に回転する。光ファイ
バー反転器(26)は、光ファイバーの束をねじって形成し
てある。通常の反転レンズに代えて、光ファイバーを使
用すれば、通常のレンズを通過したときに生じる光エネ
ルギーの損失を最小にすることができる。
【００８１】観察者(５)は、結像レンズ(12)を透して、
正立した出力画像(36)を、虚像(38)として見ることにな
る。図１で、虚像(38)は、対物レンズ(14)の拡大率に応
じた寸法に拡大されている。
正立した出力画像(36)を、虚像(38)として見ることにな
る。図１で、虚像(38)は、対物レンズ(14)の拡大率に応
じた寸法に拡大されている。
【００８２】暗視システムのスペクトル応答性は、光電
陰極(20)の特性に大きく依存する。図２は、本発明のIn
GaAs光電陰極のスペクトル応答特性を、従来の光電陰極
に適用された半導体材料のそれと比較したグラフであ
る。
陰極(20)の特性に大きく依存する。図２は、本発明のIn
GaAs光電陰極のスペクトル応答特性を、従来の光電陰極
に適用された半導体材料のそれと比較したグラフであ
る。
【００８３】従来、GaAsを使用した第３世代管、及びト
リアルカリ材料を使用した第２世代管が、一般的に使用
されている。図２のグラフに示すように、これらの管の
長波長スペクトル応答性は、約940nmの波長を最大とし
て、それ以上の領域の光を遮断する。
リアルカリ材料を使用した第２世代管が、一般的に使用
されている。図２のグラフに示すように、これらの管の
長波長スペクトル応答性は、約940nmの波長を最大とし
て、それ以上の領域の光を遮断する。
【００８４】一方、インジウム・ガリウム・砒素化合物
(InGaAs)の半導体材料を使用する光電陰極は、スペクト
ル応答の遮断値を、1060nmまで拡張することができる。
(InGaAs)の半導体材料を使用する光電陰極は、スペクト
ル応答の遮断値を、1060nmまで拡張することができる。
【００８５】図３は、InGaAs化合物中のインジウムの濃
度を増加させることにより、光電陰極の長波長遮断特性
を拡張できることを示すグラフである。化合物の組成
は、InxGa1-xAs化合物中のインジウムの原子分率ｘによ
って決定される。
度を増加させることにより、光電陰極の長波長遮断特性
を拡張できることを示すグラフである。化合物の組成
は、InxGa1-xAs化合物中のインジウムの原子分率ｘによ
って決定される。
【００８６】化合物の組成を変えることにより、光電陰
極に所望の長波長遮断特性を持たせることができること
は、明らかである。
極に所望の長波長遮断特性を持たせることができること
は、明らかである。
【００８７】図４は、InGaAs材料で形成した光電陰極(2
0)を、模式的に示す断面図である。最上部には、ガラス
表面板(58)を設けて、対物レンズ(14)に近接する光電陰
極(20)の受光面を形成してある。
0)を、模式的に示す断面図である。最上部には、ガラス
表面板(58)を設けて、対物レンズ(14)に近接する光電陰
極(20)の受光面を形成してある。
【００８８】表面板(58)の下層に、コーティング(56)を
設けてある。コーティング(56)は、反射防止用の窒化珪
素の層と、保護用の二酸化珪素の層とで構成されてい
る。コーティング(56)は、表面板(58)から光エネルギー
が反射するのを防止する。
設けてある。コーティング(56)は、反射防止用の窒化珪
素の層と、保護用の二酸化珪素の層とで構成されてい
る。コーティング(56)は、表面板(58)から光エネルギー
が反射するのを防止する。
【００８９】その次に、後述する活性層(48)を支持する
窓層(52)を設けてある。窓層(52)は、アルミニウム・イ
ンジウム・砒素化合物(AlInAs)で形成され、短波長の光
が活性層に到達することを防止するフィルタとして作用
する。
窓層(52)を設けてある。窓層(52)は、アルミニウム・イ
ンジウム・砒素化合物(AlInAs)で形成され、短波長の光
が活性層に到達することを防止するフィルタとして作用
する。
【００９０】活性層(48)は、InGaAsで形成され、前述の
ように、受光した光画像を電子パターンに変換する。
ように、受光した光画像を電子パターンに変換する。
【００９１】光電陰極(20)全体の円筒形の側縁は、クロ
ム電極(62)で覆ってある。クロム電極(62)は、ガラス表
面板(58)、コーティング(56)、窓層(52)、及び活性層(4
8)の側縁に形成された円筒面を有する。クロム電極(62)
は、前述のように、光電陰極と、その他の画像増幅管の
部品との間の導通部を形成している。
ム電極(62)で覆ってある。クロム電極(62)は、ガラス表
面板(58)、コーティング(56)、窓層(52)、及び活性層(4
8)の側縁に形成された円筒面を有する。クロム電極(62)
は、前述のように、光電陰極と、その他の画像増幅管の
部品との間の導通部を形成している。
【００９２】InGaAs半導体材料を用いた光電陰極を製造
するには、まず、半導体ウエハを形成しなければならな
い。図３は、InGaAsを使用した半導体ウエハの模式図で
ある。
するには、まず、半導体ウエハを形成しなければならな
い。図３は、InGaAsを使用した半導体ウエハの模式図で
ある。
【００９３】最初に、GaAsの基板(42)を基材層として使
用する。GaAsは、市販のもので、欠陥密度が小さい単一
結晶ウエハであるのが望ましい。
用する。GaAsは、市販のもので、欠陥密度が小さい単一
結晶ウエハであるのが望ましい。
【００９４】後で詳述するように、GaAs基板(42)の上
に、追加の各層をエピタキシャル成長させる。成長条件
は、周知の手法により、所望の組成、添加量、層厚の制
御、及び各層とそれらの境界領域のおける高結晶品質に
適合することが必要である。
に、追加の各層をエピタキシャル成長させる。成長条件
は、周知の手法により、所望の組成、添加量、層厚の制
御、及び各層とそれらの境界領域のおける高結晶品質に
適合することが必要である。
【００９５】基板(42)の上に、緩衝層(44)をエピタキシ
ャル成長させる。緩衝層(42)の目的は、次に記述するよ
うに、基板(42)と後続の各層との間に、遷移を生じさせ
ることである。
ャル成長させる。緩衝層(42)の目的は、次に記述するよ
うに、基板(42)と後続の各層との間に、遷移を生じさせ
ることである。
【００９６】この遷移により、基板(42)と、基板の上に
設けられる結晶層との間の格子不整合による結晶品質の
低下は、効果的に減少させられる。また、緩衝層(44)
は、基板(42)中の不純物が、他の半導体層中に上方に拡
散することも防止する。
設けられる結晶層との間の格子不整合による結晶品質の
低下は、効果的に減少させられる。また、緩衝層(44)
は、基板(42)中の不純物が、他の半導体層中に上方に拡
散することも防止する。
【００９７】緩衝層(44)を形成するには、「段階」法と
「超格子」法との２種の技法を採用することができる。
「超格子」法との２種の技法を採用することができる。
【００９８】段階法は、まず、GaAs基板を用意し、その
上に緩衝層(44)を成長させる間に、InGaAs化合物中のイ
ンジウムの比率を次第に増加させる。インジウムの比率
は、０％から、後述する活性層(48)の最適化合物濃度に
対応する値まで増加させる。
上に緩衝層(44)を成長させる間に、InGaAs化合物中のイ
ンジウムの比率を次第に増加させる。インジウムの比率
は、０％から、後述する活性層(48)の最適化合物濃度に
対応する値まで増加させる。
【００９９】段階法を使用すると、４ないし５ミクロン
の厚さの緩衝層(44)が得られる。
の厚さの緩衝層(44)が得られる。
【０１００】超格子法は、GaAsとInGaAsとを、後述する
活性層化合物中に使用されるのと同じ原子濃度で、きわ
めて薄い層として交互に成長させることから構成させ
る。これらの個々の層は、それぞれ100ないし150オング
ストロームの薄さとし、各層を10層以上成長させる。
活性層化合物中に使用されるのと同じ原子濃度で、きわ
めて薄い層として交互に成長させることから構成させ
る。これらの個々の層は、それぞれ100ないし150オング
ストロームの薄さとし、各層を10層以上成長させる。
【０１０１】かくして、超格子法を使用すると、0.3ミ
クロン程度の薄い緩衝層を得ることができる。また、超
格子法を使用すれば、段階法よりも迅速に、緩衝層(44)
を成長させることができ、光電陰極装置の製造に要する
時間を短縮することができる。したがって、超格子法の
方が、段階法よりも推奨される。
クロン程度の薄い緩衝層を得ることができる。また、超
格子法を使用すれば、段階法よりも迅速に、緩衝層(44)
を成長させることができ、光電陰極装置の製造に要する
時間を短縮することができる。したがって、超格子法の
方が、段階法よりも推奨される。
【０１０２】緩衝層(44)の上に、停止層(46)をエピタキ
シャル成長させる。基材層(42)と緩衝層(44)とは、後述
するように、最終的には、エッチング技法により除去さ
れるものであるが、停止層(46)は、エッチングに際し
て、後続の各層を保護する障壁となる。
シャル成長させる。基材層(42)と緩衝層(44)とは、後述
するように、最終的には、エッチング技法により除去さ
れるものであるが、停止層(46)は、エッチングに際し
て、後続の各層を保護する障壁となる。
【０１０３】停止層化合物の結晶格子要件は、Al1-yIny
As化合物中のインジウムの原子分率ｙを変化させること
によって、調節することができる。本発明の好ましい実
施例では、原子分率ｙを調節して、AlInAsの格子を、活
性層(48)の結晶格子と適合させてある。
As化合物中のインジウムの原子分率ｙを変化させること
によって、調節することができる。本発明の好ましい実
施例では、原子分率ｙを調節して、AlInAsの格子を、活
性層(48)の結晶格子と適合させてある。
【０１０４】次に、停止層(46)の上に、活性層(48)を、
約２ミクロンの厚さにエピタキシャル成長させる。活性
層(48)は、図３に示した光電応答遮断値を決定するよう
に、インジウムの含有比率を調整したInGaＡａの化合物
で形成されている。
約２ミクロンの厚さにエピタキシャル成長させる。活性
層(48)は、図３に示した光電応答遮断値を決定するよう
に、インジウムの含有比率を調整したInGaＡａの化合物
で形成されている。
【０１０５】化合物組成中のインジウムの原子分Ｈ率を
0.2より小さくすることにより、InGaAs光電陰極に調和
するマイナス電子を、効率よく得ることができる。化合
物には、亜鉛やカドミウムなどのＰ型不純物を、１cm3
あたり、約1019個原子のレベルで添加される。
0.2より小さくすることにより、InGaAs光電陰極に調和
するマイナス電子を、効率よく得ることができる。化合
物には、亜鉛やカドミウムなどのＰ型不純物を、１cm3
あたり、約1019個原子のレベルで添加される。
【０１０６】活性層(48)の厚さは、約２ミクロンになる
ことが予想される。後述するように、この厚さを後工程
で減少させて、光電陰極の応答性を最大とするか、ある
いはスペクトル感度分布における特別な要求に適合させ
る。
ことが予想される。後述するように、この厚さを後工程
で減少させて、光電陰極の応答性を最大とするか、ある
いはスペクトル感度分布における特別な要求に適合させ
る。
【０１０７】次に、活性層(48)の上に、窓層(52)をエピ
タキシャル成長させる。完成後の構成において、光は、
窓層(52)を通過して、活性層(48)に伝達される。窓層(5
2)は、不要な高周波(短波長)の光が、活性層(48)に到達
することを排除するフィルタとして作用する。
タキシャル成長させる。完成後の構成において、光は、
窓層(52)を通過して、活性層(48)に伝達される。窓層(5
2)は、不要な高周波(短波長)の光が、活性層(48)に到達
することを排除するフィルタとして作用する。
【０１０８】窓層(52)の化学組成は、停止層(46)と同じ
であり、その結晶格子がInGaAs活性層(48)の結晶格子に
適合するように定められている。この格子適合性は、光
電陰極の作動に鋭敏に影響する。もしそれらの層が適合
しないと、成長する層中の結晶密度の欠陥は増大する。
であり、その結晶格子がInGaAs活性層(48)の結晶格子に
適合するように定められている。この格子適合性は、光
電陰極の作動に鋭敏に影響する。もしそれらの層が適合
しないと、成長する層中の結晶密度の欠陥は増大する。
【０１０９】窓層(52)には、Ｐ型不純物を、好ましくは
１cm3あたり1018個原子のレベルで添加する。窓層(52)
の透過光遮断特性は、窓層(52)の組成を調節することに
よって達成することができる。
１cm3あたり1018個原子のレベルで添加する。窓層(52)
の透過光遮断特性は、窓層(52)の組成を調節することに
よって達成することができる。
【０１１０】波長600nmの遮断特性を得るためには、原
子分率ｙを0.2とすることが望ましい。また、有効な光
伝達性と適切な機械的支持力を得るためには、厚さを１
ミクロンとすることが望ましい。
子分率ｙを0.2とすることが望ましい。また、有効な光
伝達性と適切な機械的支持力を得るためには、厚さを１
ミクロンとすることが望ましい。
【０１１１】最後に、窓層(52)の上に、InGaAsの表層(5
4)をエピタキシャル成長させる。表層(54)は、ウエハ装
置(40)を冷却する際に、中間の各層を保護するために必
要なものであり、また、窓層(52)を保護して、不純物が
窓層に付着することを防止するものである。
4)をエピタキシャル成長させる。表層(54)は、ウエハ装
置(40)を冷却する際に、中間の各層を保護するために必
要なものであり、また、窓層(52)を保護して、不純物が
窓層に付着することを防止するものである。
【０１１２】ウエハが形成されて冷却できるようになれ
ば、表層(54)をエッチングで除去して、窓層(52)を露出
させる。これは、公知のように、InGaAsを除去するため
の選択的エッチング剤を使用すればよい。
ば、表層(54)をエッチングで除去して、窓層(52)を露出
させる。これは、公知のように、InGaAsを除去するため
の選択的エッチング剤を使用すればよい。
【０１１３】表層(54)を除去した後、窓層(52)の上面に
コーティング(56)を適用する。コーティングは、完成後
の光電陰極(20)の断面図である図４に示してある。塗膜
(56)の好ましい実施例は、窒化珪素の第１層を適用し、
次いで、二酸化珪素の第２層を適用して構成されてい
る。
コーティング(56)を適用する。コーティングは、完成後
の光電陰極(20)の断面図である図４に示してある。塗膜
(56)の好ましい実施例は、窒化珪素の第１層を適用し、
次いで、二酸化珪素の第２層を適用して構成されてい
る。
【０１１４】窒化珪素は、外光が光電陰極(20)から反射
することを防止する反射防止面を形成する。これによ
り、暗視システムが受光する外光の大部分は、画像増幅
管(10)中に確実に処理される。
することを防止する反射防止面を形成する。これによ
り、暗視システムが受光する外光の大部分は、画像増幅
管(10)中に確実に処理される。
【０１１５】二酸化珪素は、窒化珪素の層の上に保護層
を形成する。各塗膜の厚さは、1000オングストロームに
するのが望ましい。
を形成する。各塗膜の厚さは、1000オングストロームに
するのが望ましい。
【０１１６】表層(54)を除去し、コーティング(56)を適
用したウエハ(40)は、次に、ガラスの軟化温度よりも低
い摂氏数十度の温度に加熱される。
用したウエハ(40)は、次に、ガラスの軟化温度よりも低
い摂氏数十度の温度に加熱される。
【０１１７】周知の熱圧着技法を用いて、図４に示すよ
うに、ガラス表面板(58)をウエハ(40)に熱溶着する。本
発明の好ましい実施例では、ガラス表面板(58)として、
光電陰極の素材の係数に近い熱膨張係数を持つ、コーニ
ング7067または同種のガラスを使用している。
うに、ガラス表面板(58)をウエハ(40)に熱溶着する。本
発明の好ましい実施例では、ガラス表面板(58)として、
光電陰極の素材の係数に近い熱膨張係数を持つ、コーニ
ング7067または同種のガラスを使用している。
【０１１８】軟化点温度は、後の工程で使用される温度
より高いことは、明らかである。ついで、この組合せ体
は、冷却させられ、ガラス表面板(58)は、ウエハ(40)と
一体的構造となる。
より高いことは、明らかである。ついで、この組合せ体
は、冷却させられ、ガラス表面板(58)は、ウエハ(40)と
一体的構造となる。
【０１１９】次に、基材層(42)と緩衝層(44)とを除去す
る。GaAs用のエッチング剤を使用して、基材層(42)を、
その上の緩衝層(44)を含めて除去する。さらにAlInAs用
のエッチング剤を用いて、停止層(46)を除去する。
る。GaAs用のエッチング剤を使用して、基材層(42)を、
その上の緩衝層(44)を含めて除去する。さらにAlInAs用
のエッチング剤を用いて、停止層(46)を除去する。
【０１２０】通常、活性層(48)は、境界欠陥を有するた
め、選択的エッチング技術を用いると、活性層(48)の薄
い部分も除去される。
め、選択的エッチング技術を用いると、活性層(48)の薄
い部分も除去される。
【０１２１】周知のように、処理温度、処理時間、及び
エッチング剤を精密に選定することにより、活性層(48)
の厚さを、現在の品質の要求に適合する１ミクロン以
下、あるいは約0.6ないし0.9ミクロンの厚さに、残すこ
とができる。
エッチング剤を精密に選定することにより、活性層(48)
の厚さを、現在の品質の要求に適合する１ミクロン以
下、あるいは約0.6ないし0.9ミクロンの厚さに、残すこ
とができる。
【０１２２】次に、周知の薄膜技法を用いて、残留した
構成の周縁に、図４に示すクロム電極(62)を取付ける。
クロム電極(62)は、光電陰極(20)と、その他の画像増幅
管(10)の部品との間を導通する接点を形成する。
構成の周縁に、図４に示すクロム電極(62)を取付ける。
クロム電極(62)は、光電陰極(20)と、その他の画像増幅
管(10)の部品との間を導通する接点を形成する。
【０１２３】光電陰極(20)を画像増幅管(10)の中に装着
する前に、活性層(48)に感光性を与える活性化処理を施
さなければならない。活性層(48)に感光性を与えるため
には、ガス、湿気、酸化物等を活性層の表面から除去し
なければならない。
する前に、活性層(48)に感光性を与える活性化処理を施
さなければならない。活性層(48)に感光性を与えるため
には、ガス、湿気、酸化物等を活性層の表面から除去し
なければならない。
【０１２４】表面を選択的にエッチングした後、真空処
理室内へ入れ、光電陰極全体を加熱して、活性層(48)の
表面を清浄にする。
理室内へ入れ、光電陰極全体を加熱して、活性層(48)の
表面を清浄にする。
【０１２５】活性層(48)を活性化するために、セシウム
蒸気及び酸素を表面上に蒸着する。蒸着処理の間に、表
面板(58)に光を入射させて、電極(62)からの出力電流を
測定する。
蒸気及び酸素を表面上に蒸着する。蒸着処理の間に、表
面板(58)に光を入射させて、電極(62)からの出力電流を
測定する。
【０１２６】周知の技術により、最大感度が検知される
まで、セシウム及び酸素元素を表面に蒸着する。最大感
度に到達したら、蒸着処理を停止する。これにより、光
電陰極(20)は、画像増幅管(10)中に封止できる状態にな
る。
まで、セシウム及び酸素元素を表面に蒸着する。最大感
度に到達したら、蒸着処理を停止する。これにより、光
電陰極(20)は、画像増幅管(10)中に封止できる状態にな
る。
【０１２７】暗視システムに使用するための透過型InGa
As光電陰極の、上述した実施例によって、前記の目的及
び利点を達成し得ることは、当業者にとって明らかであ
ろう。また、本発明の本質を逸脱しない範囲において、
各種の変形、応用ないし変更を施して実施できること
も、当業者にとっては自明であろう。
As光電陰極の、上述した実施例によって、前記の目的及
び利点を達成し得ることは、当業者にとって明らかであ
ろう。また、本発明の本質を逸脱しない範囲において、
各種の変形、応用ないし変更を施して実施できること
も、当業者にとっては自明であろう。
【０１２８】たとえば、基材層及び緩衝層として、他の
材料を使用することもできる。基層、緩衝層及び停止層
を除去するために、他の技法を使用することもできる。
すなわち、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づい
て、限定されるものである。
材料を使用することもできる。基層、緩衝層及び停止層
を除去するために、他の技法を使用することもできる。
すなわち、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づい
て、限定されるものである。
【０１２９】
【発明の効果】(ａ) 従来の光電陰極よりも長波長の、
940nmを超える赤外線領域の光にも応答し得る透過型の
光電陰極を製造することができる。
940nmを超える赤外線領域の光にも応答し得る透過型の
光電陰極を製造することができる。
【０１３０】(ｂ) この光電陰極を暗視システム用画像
増幅管に使用することにより、優れた暗視性能を備える
暗視システムを実現することができる。
増幅管に使用することにより、優れた暗視性能を備える
暗視システムを実現することができる。
【図１】本発明の暗視システム用画像増幅管の分解斜視
図である。
図である。
【図２】InGaAs光電陰極のスペクトル応答特性を、第２
世代管及び第３世代管の光電陰極装置のそれと比較して
示すグラフである。
世代管及び第３世代管の光電陰極装置のそれと比較して
示すグラフである。
【図３】光電陰極に使用するInGaAsの濃度変化によるス
ペクトル応答特性の変化を示すグラフである。
ペクトル応答特性の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の光電陰極の断面形状を示す模式図であ
る。
る。
【図５】本発明の光電陰極の製造に使用する多層半導体
ウエハの模式図である。
ウエハの模式図である。
(５)観察者 (10)画像増幅管 (12)接眼部結像レンズ (14)対物レンズ (20)光電陰極 (22)活性面 (24)マイクロチャンネル板 (26)蛍光スクリー
ン (28)光ファイバー反転器 (30)樹木(目標物) (32)像 (34)可視像 (36)正立像 (38)拡大された虚
像 (40)半導体ウエハ (42)基材層 (44)緩衝層 (46)停止層 (48)活性層 (52)窓層 (54)表層 (56)コーティング (58)ガラス表面板 (62)クロム電極
ン (28)光ファイバー反転器 (30)樹木(目標物) (32)像 (34)可視像 (36)正立像 (38)拡大された虚
像 (40)半導体ウエハ (42)基材層 (44)緩衝層 (46)停止層 (48)活性層 (52)窓層 (54)表層 (56)コーティング (58)ガラス表面板 (62)クロム電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−88434（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−157631（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−71528（ＪＰ，Ａ) 米国特許4096511（ＵＳ，Ａ) 米国特許4286373（ＵＳ，Ａ)
Claims (37)
- 【請求項１】 画像増幅管に使用する光電陰極であっ
て、 インジウム・ガリウム・砒素化合物(InGaAs)から形成さ
れていて、光エネルギーの入射光子に応答して、前記画
像増幅管の中の真空領域に直接電子を放射する活性表面
を有する活性層； アルミニウム・インジウム・砒素化合物から形成され、
活性層にエピタキシャル接合された窓層； 前記窓層に適用されたコーティング； 前記コーティング 上に熱溶着されたガラス表面板；前記ガラス表面板 、窓層及び活性層の縁端に接合され、
光電陰極と画像増幅管との間を導通する接点を形成する
クロム電極；とを備え、前記ガラス表面板 に照射された画像に対応する電子パタ
ーンを、活性層から放射するようにした光電陰極。 - 【請求項２】 前記活性層中のインジウム濃度が、化合
物InxGa1-xAs中の原子分率ｘが、0.2以下に規定される
請求項１に記載の光電陰極。 - 【請求項３】 前記窓層中のインジウム濃度が、化合物
Al1-yInyAs中の原子分率ｙが、0.2以下に規定される請
求項２に記載の光電陰極。 - 【請求項４】 前記コーティングが、窒化珪素の反射防
止層、及び二酸化珪素の保護層から構成された請求項３
に記載の光電陰極。 - 【請求項５】 前記活性層に、約1019原子／cm3のレベ
ルのＰ型不純物をドーピングした請求項４に記載の光電
陰極。 - 【請求項６】 前記窓層に、約1018原子／cm3のレベル
のＰ型不純物をドーピングした請求項５に記載の光電陰
極。 - 【請求項７】 前記窓層の光学的透過光遮断波長が、60
0nmである請求項６に記載の光電陰極。 - 【請求項８】 前記光電陰極の応答スペクトル遮断波長
が、1060nmである請求項６に記載の光電陰極。 - 【請求項９】 画像増幅管に使用する光電陰極であっ
て、 インジウム・ガリウム・砒素化合物(InGaAs)で形成され
ていて、光エネルギーの入射光子に応答して、前記画像
増幅管の中の真空領域に直接電子を放射する活性表面を
有する活性層； 前記活性層にエピタキシャルに形成した窓層； 前記窓層に適用した反射防止及び保護用コーティング； 前記コーティング 上に熱溶着したガラス表面板；前記ガラス表面板 、窓層及び活性層の縁端に接合され、
光電陰極と画像増幅管との間を導通する接点を形成する
電極；とを備え、前記ガラス表面板 に照射された画像に対応する電子パタ
ーンを、活性層から放射するようにした光電陰極。 - 【請求項１０】 前記活性層中のインジウム濃度が、化
合物InxGa1-xAs中の原子分率ｘで規定される請求項９に
記載の光電陰極。 - 【請求項１１】 前記窓層が、アルミニウム・インジウ
ム・砒素化合物(AlInAs)で形成され、かつ、窓層中のイ
ンジウム濃度が、化合物Al1-yInyAs中の原子分率ｙで規
定された請求項１０に記載の光電陰極。 - 【請求項１２】 前記原子分率ｘが0.2以下で、原子分
率ｙが0.2である請求項１１に記載の光電陰極。 - 【請求項１３】 前記コーティングが、窒化珪素塩の第
１層と、二酸化珪素の第２層で構成された請求項９に記
載の光電陰極。 - 【請求項１４】 前記活性層に、約1019原子／cm3のレ
ベルのＰ型不純物がドーピングされた請求項１３に記載
の光電陰極。 - 【請求項１５】 前記窓層に、約1018原子／cm3のレベ
ルのＰ型不純物がドーピングされた請求項１４に記載の
光電陰置。 - 【請求項１６】 前記活性層の厚さが、１ミクロン以下
である請求項１５に記載の光電陰極。 - 【請求項１７】 前記窓層の厚さが、１ミクロンである
請求項１６に記載の光電陰極。 - 【請求項１８】 画像増幅管に使用する光電陰極を製造
する方法であって、 GaAsの基材層を形成する工程；前記基材層 上に、緩衝層をエピタキシャル成長させる工
程； 前記緩衝層上に、AlInAsの停止層をエピタキシャル成長
させる工程； 前記停止層上に、InGaAsの活性層をエピタキシャル成長
させる工程； 前記活性層上に、AlInAsの窓層をエピタキシャル成長さ
せる工程； 前記窓層上に、InGaAsの表層をエピタキシャル成長させ
る工程； 選択的エッチング剤を用いて前記表層を除去し、窓層を
露出させる工程； 露出した窓層に、反射防止用及び保護用のコーティング
を適用する工程；前記コーティング に、ガラス表面板を熱溶着する工程； 選択的エッチング剤を用いて、基材層を除去する工程； 選択的エッチング剤を用いて、停止層を除去する工程； 薄膜接合技法を用いて、活性層、窓層、塗膜及びガラス
表面板の縁端に、クロム電極を取付ける工程；とから成
る光電陰極の製造方法。 - 【請求項１９】 前記活性層中のインジウム濃度が、化
合物InxGa1-xAs中の原子分率ｘで規定され、前記窓層中
のインジウム濃度が、化合物Al1-yInyAs中の原子分率ｙ
で規定される請求項１８に記載の光電陰極の製造方法。 - 【請求項２０】 前記原子分率ｘが0.2以下で、原子分
率ｙが0.2である請求項１９に記載の光電陰極の製造方
法。 - 【請求項２１】 前記緩衝層をエピタキシャル成長させ
る工程が、前記活性層中の濃度に等しい化合物濃度で、
GaAsとInGaAsの交互層をエピタキシャル成長させる工程
を更に含む請求項１９に記載の光電陰極の製造方法。 - 【請求項２２】 前記GaAsとInGaAsの交互層の厚さを、
100オングストロームから150オングストロームの範囲と
した請求項２１に記載の光電陰極の製造方法。 - 【請求項２３】 前記交互層をエピタキシャル成長させ
る工程を、少なくとも１０回反復し、緩衝層全体の厚さ
を0.3ミクロン以下とした請求項２２に記載の光電陰極
の製造方法。 - 【請求項２４】 前記緩衝層をエピタキシャル成長させ
る工程が、InxGa1-xAsの層をエピタキシャル成長させ、
原子分率ｘを、０から少なくとも活性層に選定した原子
濃度まで漸次増加させるようにした工程を更に含む請求
項２０に記載の光電陰極の製造方法。 - 【請求項２５】 前記緩衝層全体の厚さを、４ないし５
ミクロンの範囲とした請求項２４に記載の光電陰極の製
造方法。 - 【請求項２６】 前記活性層を、選択的エッチング剤を
用いて感光性を付与した後、真空室中で加熱する工程を
含む請求項２５に記載の光電陰極の製造方法。 - 【請求項２７】 前記活性層の面にセシウム蒸気と酸素
とを蒸着する、活性層の活性化工程を含む請求項２６に
記載の光電陰極の製造方法。 - 【請求項２８】 前記反射防止用及び保護用コーティン
グを適用する工程が、露出した窓層上に窒化珪素の層を
適用し、該窒化珪素塩の層の上に二酸化珪素の層を適用
する工程を更に含む請求項２７に記載の光電陰極の製造
方法。 - 【請求項２９】 暗視システム用画像増幅管であって； インジウム・ガリウム・砒素化合物(InGaAs)から形成さ
れていて、前記画像増幅管の中の真空領域に暴露してい
る活性表面を有している活性層であって、前記活性表面
から、光エネルギーの入射光子に応答して、前記画像増
幅管の中の真空領域に直接電子を放射して、視認した画
像に対応する電子パタ−ンを形成する活性層、及びアル
ミニウム・インジウム・砒素化合物(AlInAs)で形成され
活性層上にエピタキシャル成長させた窓層から成る光電
陰極； 前記光電陰極に接近して配設され、光電陰極から放射さ
れる電子流のエネルギーを増加させるマイクロチャンネ
ル板； 前記放射された電子流が形成する画像を照射する蛍光ス
クリーン；及び 前記蛍光スクリーンで形成された画像を反転する光学的
反転器；とを備える暗視システム用画像増幅管。 - 【請求項３０】 前記光電陰極が、前記窓層に適用され
たコーティング； 前記コーティング上に熱溶着したガラス表面板； 前記ガラス表面板 、窓層、及び活性層の縁端に接合さ
れ、光電陰極と画像増幅管との間を導通する接点を形成
するクロム電極とを更に備え、そして前記ガラス表面板
に照射された光像に対応する電子パターンを、活性層か
ら放射するようにした請求項２９に記載の暗視システム
用画像増幅管。 - 【請求項３１】 前記活性層中のインジウム濃度を、化
合物InxGa1-xAs中の原子分率ｘを0.2以下に規定した請
求項３０に記載の暗視システム用画像増幅管。 - 【請求項３２】 前記窓層中のインジウム濃度を、化合
物Al1-yInyAs中の原子分率ｙを0.2以下に規定した請求
項３１に記載の暗視システム用画像増幅管。 - 【請求項３３】 前記コーティングを、窒化珪素塩の反
射防止層及び二酸化珪素の保護層で構成した請求項３２
に記載の暗視システム用画像増幅管。 - 【請求項３４】 前記活性層に、約1019原子／cm3のレ
ベルのＰ型不純物がドーピングされた請求項３３に記載
の暗視システム用画像増幅管。 - 【請求項３５】 前記窓層に、約1018原子／cm3のレベ
ルのＰ型不純物がドーピングされた請求項３４に記載の
暗視システム用画像増幅管。 - 【請求項３６】 前記窓層の光学的透過光遮断波長が、
600nmである請求項３５に記載の暗視システム用画像増
幅管。 - 【請求項３７】 前記光電陰極の応答スペクトル遮断波
長が、1060nmである請求項３６に記載の暗視システム用
画像増幅管。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US7/811781 | 1991-12-20 | ||
| US07/811781 | 1991-12-20 | ||
| US07/811,781 US5268570A (en) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Transmission mode InGaAs photocathode for night vision system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05266857A JPH05266857A (ja) | 1993-10-15 |
| JP2737041B2 true JP2737041B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=25207556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4354786A Expired - Lifetime JP2737041B2 (ja) | 1991-12-20 | 1992-12-17 | 光電陰極、及びその製造方法、並びにそれを使用した暗視システム用画像増幅管 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5268570A (ja) |
| EP (1) | EP0549201B1 (ja) |
| JP (1) | JP2737041B2 (ja) |
| KR (1) | KR930013772A (ja) |
| AU (1) | AU647679B2 (ja) |
| DE (1) | DE69209260T2 (ja) |
| EG (1) | EG21467A (ja) |
| IL (1) | IL103563A (ja) |
| NO (1) | NO924826L (ja) |
| NZ (1) | NZ245008A (ja) |
| TR (1) | TR28554A (ja) |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP3372584B2 (ja) * | 1993-03-23 | 2003-02-04 | 浜松ホトニクス株式会社 | ストリーク管 |
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