JP2752312B2 - 光電子放出面およびそれを用いた電子管と光検出装置 - Google Patents
光電子放出面およびそれを用いた電子管と光検出装置Info
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- JP2752312B2 JP2752312B2 JP22623793A JP22623793A JP2752312B2 JP 2752312 B2 JP2752312 B2 JP 2752312B2 JP 22623793 A JP22623793 A JP 22623793A JP 22623793 A JP22623793 A JP 22623793A JP 2752312 B2 JP2752312 B2 JP 2752312B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換量子効率の優
れた光電子放出面、及び当該光電子放出面を適用するこ
とによって高感度化を実現する光電子増倍管や画像増強
管などの光電子増倍機能を有する電子管、更にかかる電
子管を適用した高感度の光検出装置に関するものであ
る。
れた光電子放出面、及び当該光電子放出面を適用するこ
とによって高感度化を実現する光電子増倍管や画像増強
管などの光電子増倍機能を有する電子管、更にかかる電
子管を適用した高感度の光検出装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】光電子放出面は、入射光を光電子に変換
して外部へ放出する光電子変換機能を有し、例えば、光
電子増倍管や画像増強管の受光面等に適用されている。
して外部へ放出する光電子変換機能を有し、例えば、光
電子増倍管や画像増強管の受光面等に適用されている。
【０００３】従来、このような光電子放出面として、米
国特許３９５８１４３号に開示されたものがある。これ
は、半導体又は半導体ヘテロ構造の光吸収層の一側面
（光入射面）にショットキ電極が形成されると共に、他
の側面（光吸収層に対して裏面）にオーミック電極が形
成されている。そして、ショットキ電極とオーミック電
極間に所定極性のバイアス電圧が印加された状態で光が
入射すると、光吸収層に励起された光電子がショットキ
電極まで移動して、高いエネルギー帯に遷移された後、
真空中へ放出される。
国特許３９５８１４３号に開示されたものがある。これ
は、半導体又は半導体ヘテロ構造の光吸収層の一側面
（光入射面）にショットキ電極が形成されると共に、他
の側面（光吸収層に対して裏面）にオーミック電極が形
成されている。そして、ショットキ電極とオーミック電
極間に所定極性のバイアス電圧が印加された状態で光が
入射すると、光吸収層に励起された光電子がショットキ
電極まで移動して、高いエネルギー帯に遷移された後、
真空中へ放出される。
【０００４】ところが、かかる構造の光電子放出面にあ
っては、上記ショットキ電極を極めて薄い（１００オン
グストローム以下）Ａｇ薄膜で実現していた。したがっ
て、現在の半導体製造技術をもってしても、ショットキ
電極の膜厚の再現性及び均一性に乏しく、実用化の点で
大きな困難性を有している。
っては、上記ショットキ電極を極めて薄い（１００オン
グストローム以下）Ａｇ薄膜で実現していた。したがっ
て、現在の半導体製造技術をもってしても、ショットキ
電極の膜厚の再現性及び均一性に乏しく、実用化の点で
大きな困難性を有している。
【０００５】そこで、本願発明者等は、かかる問題点を
解決するために、特開平４−２６９４１９号において、
新規な光電子放出体を開発・提供した。この光電子放出
体（面）は、半導体又は半導体ヘテロ構造の光吸収層の
一側面（光入射面）に、適宜のパターン形状のショット
キ電極が形成されると共に、他の側面（光吸収層に対し
て裏面）にオーミック電極が形成されている。そして、
ショットキ電極とオーミック電極間に所定極性のバイア
ス電圧が印加された状態で光が入射すると、光吸収層に
励起された光電子がショットキ電極まで移動して、高い
エネルギー帯に遷移された後、真空中へ放出される。こ
のように、特開平４−２６９４１９号にあっては、ショ
ットキ電極を光吸収層の一側面全体について均一に形成
するのではなくパターン形状にした結果、リソグラフィ
ー技術を用いて均一性、再現性を向上させることが可能
となった。
解決するために、特開平４−２６９４１９号において、
新規な光電子放出体を開発・提供した。この光電子放出
体（面）は、半導体又は半導体ヘテロ構造の光吸収層の
一側面（光入射面）に、適宜のパターン形状のショット
キ電極が形成されると共に、他の側面（光吸収層に対し
て裏面）にオーミック電極が形成されている。そして、
ショットキ電極とオーミック電極間に所定極性のバイア
ス電圧が印加された状態で光が入射すると、光吸収層に
励起された光電子がショットキ電極まで移動して、高い
エネルギー帯に遷移された後、真空中へ放出される。こ
のように、特開平４−２６９４１９号にあっては、ショ
ットキ電極を光吸収層の一側面全体について均一に形成
するのではなくパターン形状にした結果、リソグラフィ
ー技術を用いて均一性、再現性を向上させることが可能
となった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、鋭意研究を
継続する中で、更に特性の優れた光電子放出面を提供す
ることを目的とする。即ち、特開平４−２６９４１９号
は、ショットキ電極の均一化及び再現性の向上において
成功した技術であるが、しかし、この光電子放出面は、
長波長の入射光に対する感度（即ち、光電変換量子効
率）が短波長の入射光に対する感度と比較して低下する
という特性を有している。
継続する中で、更に特性の優れた光電子放出面を提供す
ることを目的とする。即ち、特開平４−２６９４１９号
は、ショットキ電極の均一化及び再現性の向上において
成功した技術であるが、しかし、この光電子放出面は、
長波長の入射光に対する感度（即ち、光電変換量子効
率）が短波長の入射光に対する感度と比較して低下する
という特性を有している。
【０００７】一般的に、半導体を適用した光電子放出面
にあっては、このように、長波長の入射光に対する感度
が短波長の入射光に対する感度と比較して低下すること
は、避け難い技術的課題ではあるが、本願発明者は、更
に鋭意研究を行うことによって、広い波長域にわたって
高感度特性を発揮する光電子放出面を実現すると共に、
かかる光電子放出面を適用した高感度の電子管と光検出
装置を提供することとした。
にあっては、このように、長波長の入射光に対する感度
が短波長の入射光に対する感度と比較して低下すること
は、避け難い技術的課題ではあるが、本願発明者は、更
に鋭意研究を行うことによって、広い波長域にわたって
高感度特性を発揮する光電子放出面を実現すると共に、
かかる光電子放出面を適用した高感度の電子管と光検出
装置を提供することとした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の光電子放出面
は、入射光を吸収して光電子を励起するｐ型又は半絶縁
性若しくはヘテロ積層構造を有する光吸収層と、上記光
吸収層の一側面に積層されたショットキ電極と、上記シ
ョットキ電極上に絶縁層を介して積層された引出し電極
と、上記光吸収層と上記ショットキ電極との間に所定極
性の電圧を印加するために備えられたコンタクトとを具
備し、上記光吸収層と上記ショットキ電極との間、及び
上記ショットキ電極と上記引出し電極との間に夫々所定
バイアス電圧が印加され、上記光吸収層に光が入射する
のに応じて、光電子を放出する構造とした。
は、入射光を吸収して光電子を励起するｐ型又は半絶縁
性若しくはヘテロ積層構造を有する光吸収層と、上記光
吸収層の一側面に積層されたショットキ電極と、上記シ
ョットキ電極上に絶縁層を介して積層された引出し電極
と、上記光吸収層と上記ショットキ電極との間に所定極
性の電圧を印加するために備えられたコンタクトとを具
備し、上記光吸収層と上記ショットキ電極との間、及び
上記ショットキ電極と上記引出し電極との間に夫々所定
バイアス電圧が印加され、上記光吸収層に光が入射する
のに応じて、光電子を放出する構造とした。
【０００９】又、本発明の他の光電子放出面は、更に、
前記引出し電極上に、所定電圧が印加される収束電極が
他の絶縁層を介して積層される構造にした。
前記引出し電極上に、所定電圧が印加される収束電極が
他の絶縁層を介して積層される構造にした。
【００１０】尚、これらの光電子放出面の前記ショット
キ電極は、前記光吸収層に所定のパターン状に積層さ
れ、前記絶縁層の形成されない領域に、アルカル金属又
はその化合物、もしくはアルカル金属の酸化物あるいは
アルカル金属のフッ化物から成る金属層が積層される構
造とした。
キ電極は、前記光吸収層に所定のパターン状に積層さ
れ、前記絶縁層の形成されない領域に、アルカル金属又
はその化合物、もしくはアルカル金属の酸化物あるいは
アルカル金属のフッ化物から成る金属層が積層される構
造とした。
【００１１】又、これらの電子放出面を備え、電子放出
面から放出される光電子を電子増倍部で電子増倍する電
子管を構成した。
面から放出される光電子を電子増倍部で電子増倍する電
子管を構成した。
【００１２】又、かかる電子管を適用して、電子管の出
力を信号処理する信号処理手段により、各種の光計測を
行う光検出装置を実現した。
力を信号処理する信号処理手段により、各種の光計測を
行う光検出装置を実現した。
【００１３】
【作用】かかる構造を有する光電子放出面によれば、光
吸収層内に励起される光電子は、光吸収層とショットキ
電極間に印加されるバイアス電圧に起因する内部電界に
よって放出表面まで容易に到達することができ、更に、
ショットキ電極と引出し電極との間に印加されるバイア
ス電圧に起因する外部電界により、光電子の放出表面と
真空中との間のエネルギー障壁が極めて薄くなる。した
がって、光電子はトンネル効果によりこの薄いエネルギ
ー障壁を通過して、真空中へ容易に脱出する。更に、絶
縁層は半導体製造技術により極めて薄く且つ一様に形成
されるので、ショットキ電極と引出し電極との間の上記
外部電界は均一となる。この結果、バイアス電圧を、従
来のような高電圧に設定する必要がなくなり、放電現象
による光電子放出面の破壊等の問題を解消することがで
きる。
吸収層内に励起される光電子は、光吸収層とショットキ
電極間に印加されるバイアス電圧に起因する内部電界に
よって放出表面まで容易に到達することができ、更に、
ショットキ電極と引出し電極との間に印加されるバイア
ス電圧に起因する外部電界により、光電子の放出表面と
真空中との間のエネルギー障壁が極めて薄くなる。した
がって、光電子はトンネル効果によりこの薄いエネルギ
ー障壁を通過して、真空中へ容易に脱出する。更に、絶
縁層は半導体製造技術により極めて薄く且つ一様に形成
されるので、ショットキ電極と引出し電極との間の上記
外部電界は均一となる。この結果、バイアス電圧を、従
来のような高電圧に設定する必要がなくなり、放電現象
による光電子放出面の破壊等の問題を解消することがで
きる。
【００１４】このように、上記エネルギー障壁が薄くな
るので、光電変換量子効率が大幅に向上し、高感度の光
電子放出面が実現される。そして、かかる光電子放出面
を適用した電子管は、電子増倍する前に光電子放出面か
ら高効率で光電子が放出されるので、高Ｓ／Ｎが実現さ
れる。
るので、光電変換量子効率が大幅に向上し、高感度の光
電子放出面が実現される。そして、かかる光電子放出面
を適用した電子管は、電子増倍する前に光電子放出面か
ら高効率で光電子が放出されるので、高Ｓ／Ｎが実現さ
れる。
【００１５】
【実施例】本発明による光電子放出面の一実施例を図１
乃至図４と共に説明する。尚、この実施例は反射型光電
子放出面に関する。
乃至図４と共に説明する。尚、この実施例は反射型光電
子放出面に関する。
【００１６】まず、図１に示す縦断面図に基づいて構造
を説明する。ｐ+ 半導体基板１にｐ- 光吸収層２とｐ-
コンタクト層３がエピタキシャル成長されており、半導
体基板１の裏面にはオーミック電極４が形成されてい
る。更に、ｐ- コンタクト層３の上面には、適宜のパタ
ーン形状のショットキ電極５が積層され、ショットキ電
極５上には絶縁層６を介して引出し電極７が積層されて
いる。したがって、絶縁層６と引出し電極７は、ショッ
トキ電極５に対応してパターン形状に形成されている。
又、ショットキ電極５が形成されていないｐ- コンタク
ト層３の表面に、アルカリ金属の極めて薄い金属膜８が
塗布されることにより、ｐ- 光吸収層２に励起されてｐ
- コンタクト層３を介してその表面（以下、放出表面と
いう）に到達した光電子の放出効率を向上させる構造と
なっている。
を説明する。ｐ+ 半導体基板１にｐ- 光吸収層２とｐ-
コンタクト層３がエピタキシャル成長されており、半導
体基板１の裏面にはオーミック電極４が形成されてい
る。更に、ｐ- コンタクト層３の上面には、適宜のパタ
ーン形状のショットキ電極５が積層され、ショットキ電
極５上には絶縁層６を介して引出し電極７が積層されて
いる。したがって、絶縁層６と引出し電極７は、ショッ
トキ電極５に対応してパターン形状に形成されている。
又、ショットキ電極５が形成されていないｐ- コンタク
ト層３の表面に、アルカリ金属の極めて薄い金属膜８が
塗布されることにより、ｐ- 光吸収層２に励起されてｐ
- コンタクト層３を介してその表面（以下、放出表面と
いう）に到達した光電子の放出効率を向上させる構造と
なっている。
【００１７】そして、ショットキ電極５側を高電位とす
るバイアス電圧ＶBSがショットキ電極５とオーミック電
極４間に印加され、引出し電極７側を高電位とするバイ
アス電圧ＶBOが引出し電極７とショットキ電極５間に印
加される。
るバイアス電圧ＶBSがショットキ電極５とオーミック電
極４間に印加され、引出し電極７側を高電位とするバイ
アス電圧ＶBOが引出し電極７とショットキ電極５間に印
加される。
【００１８】次に、かかる構造を有する光電子放出面の
動作を説明する。
動作を説明する。
【００１９】まず、バイアス電圧ＶBSとＶBOが両方とも
印加されない場合、即ち、オーミック電極４とショット
キ電極５及び引出し電極７を共に電気的に開放状態にし
て、光を照射した場合の動作を図２に基づいて説明す
る。尚、図２は、放出表面近傍におけるエネルギーバン
ド図であり、ＣＢは伝導帯の準位、ＶＢは価電子帯の準
位、ＦＬはフェルミ準位、ＶＬは真空準位である。光ｈ
νが入射すると、その入射光ｈνが光吸収層２で吸収さ
れて光電子ｅが励起され、放出表面近傍へ移動する。し
かし、このバイアス電圧ＶBSとＶBOが印加されない状態
では、伝導帯ＣＢのエネルギー差ΔＥｃに起因して、光
電子ｅは放出表面まで到達できず、従って真空中へ放出
されない。
印加されない場合、即ち、オーミック電極４とショット
キ電極５及び引出し電極７を共に電気的に開放状態にし
て、光を照射した場合の動作を図２に基づいて説明す
る。尚、図２は、放出表面近傍におけるエネルギーバン
ド図であり、ＣＢは伝導帯の準位、ＶＢは価電子帯の準
位、ＦＬはフェルミ準位、ＶＬは真空準位である。光ｈ
νが入射すると、その入射光ｈνが光吸収層２で吸収さ
れて光電子ｅが励起され、放出表面近傍へ移動する。し
かし、このバイアス電圧ＶBSとＶBOが印加されない状態
では、伝導帯ＣＢのエネルギー差ΔＥｃに起因して、光
電子ｅは放出表面まで到達できず、従って真空中へ放出
されない。
【００２０】次に、オーミック電極４とショットキ電極
５の間に所定のバイアス電圧ＶBSを印加し、ショットキ
電極５と引出し電極７間を電気的に開放状態にして、光
を照射した場合の動作を図３の放出表面近傍におけるエ
ネルギーバンド図に基づいて説明する。尚、同図中、Ｃ
Ｂは伝導帯の準位、ＶＢは価電子帯の準位、ＦＬはフェ
ルミ準位、ＶＬは真空準位である。光ｈνが入射する
と、その入射光ｈνが光吸収層２で吸収されて光電子ｅ
が励起され、更に、光電子ｅはバイアス電圧ＶBSに起因
する内部電界によって加速されて高いエネルギー帯ＣＢ
2 へ遷移し、光電子放出面の表面まで到達する。
５の間に所定のバイアス電圧ＶBSを印加し、ショットキ
電極５と引出し電極７間を電気的に開放状態にして、光
を照射した場合の動作を図３の放出表面近傍におけるエ
ネルギーバンド図に基づいて説明する。尚、同図中、Ｃ
Ｂは伝導帯の準位、ＶＢは価電子帯の準位、ＦＬはフェ
ルミ準位、ＶＬは真空準位である。光ｈνが入射する
と、その入射光ｈνが光吸収層２で吸収されて光電子ｅ
が励起され、更に、光電子ｅはバイアス電圧ＶBSに起因
する内部電界によって加速されて高いエネルギー帯ＣＢ
2 へ遷移し、光電子放出面の表面まで到達する。
【００２１】但し、光電子ｅが真空中へ脱出するには、
遷移した伝導帯ＣＢ2 の底と真空準位ＶＬとのエネルギ
ー差（即ち、電子親和力）Ｅａが負、且つこのエネルギ
ー差Ｅａが大きくなければ光電子ｅの真空中への脱出確
率が十分に高く成らないので、このときのバイアス設定
条件では、入射光子に対して光電子ｅが真空中へ放出さ
れる効率（光電子変換量子効率という）が十分高くなら
ない。特に、長波長側の入射光ｈνに対する光電子変換
量子効率が低下する。
遷移した伝導帯ＣＢ2 の底と真空準位ＶＬとのエネルギ
ー差（即ち、電子親和力）Ｅａが負、且つこのエネルギ
ー差Ｅａが大きくなければ光電子ｅの真空中への脱出確
率が十分に高く成らないので、このときのバイアス設定
条件では、入射光子に対して光電子ｅが真空中へ放出さ
れる効率（光電子変換量子効率という）が十分高くなら
ない。特に、長波長側の入射光ｈνに対する光電子変換
量子効率が低下する。
【００２２】次に、オーミック電極４とショットキ電極
５の間に所定のバイアス電圧ＶBS、ショットキ電極５と
引出し電極７間に所定のバイアス電圧ＶBOを同時に印加
して、光を照射した場合の動作を図４の放出表面近傍に
おけるエネルギーバンド図に基づいて説明する。尚、同
図中、ＣＢは伝導帯の準位、ＶＢは価電子帯の準位、Ｆ
Ｌはフェルミ準位、ＶＬは真空準位である。光ｈνが入
射すると、その入射光ｈνが光吸収層２で吸収されて光
電子ｅが励起され、更に、光電子ｅはバイアス電圧ＶBS
に起因する内部電界によって加速されて高いエネルギー
帯ＣＢ2 へ遷移し、光電子放出面の表面まで到達する。
５の間に所定のバイアス電圧ＶBS、ショットキ電極５と
引出し電極７間に所定のバイアス電圧ＶBOを同時に印加
して、光を照射した場合の動作を図４の放出表面近傍に
おけるエネルギーバンド図に基づいて説明する。尚、同
図中、ＣＢは伝導帯の準位、ＶＢは価電子帯の準位、Ｆ
Ｌはフェルミ準位、ＶＬは真空準位である。光ｈνが入
射すると、その入射光ｈνが光吸収層２で吸収されて光
電子ｅが励起され、更に、光電子ｅはバイアス電圧ＶBS
に起因する内部電界によって加速されて高いエネルギー
帯ＣＢ2 へ遷移し、光電子放出面の表面まで到達する。
【００２３】更に、バイアス電圧ＶBOが印加されること
によって、ショットキ電極５と引出し電極７間に外部電
界が形成されるので、図４に示すように、真空準位ＶＬ
が伝導帯の準位ＣＢ2 より極めて低くなると共に、放射
面と真空中との間のエネルギー障壁が極めて薄くなる。
したがって、光電子放出面の光電子ｅはトンネル効果に
よりこの薄いエネルギー障壁を通過して、真空中へ容易
に脱出する。このように、バイアス電圧ＶBSとＶBOを印
加することによって、たとえエネルギーギャップの小さ
な半導体を適用しても、光電子変換量子効率が向上し、
特に、長波長の入射光ｈνに対する効率が改善されるこ
とから、広い波長域にわたって高い光電子変換量子効率
が発揮される。
によって、ショットキ電極５と引出し電極７間に外部電
界が形成されるので、図４に示すように、真空準位ＶＬ
が伝導帯の準位ＣＢ2 より極めて低くなると共に、放射
面と真空中との間のエネルギー障壁が極めて薄くなる。
したがって、光電子放出面の光電子ｅはトンネル効果に
よりこの薄いエネルギー障壁を通過して、真空中へ容易
に脱出する。このように、バイアス電圧ＶBSとＶBOを印
加することによって、たとえエネルギーギャップの小さ
な半導体を適用しても、光電子変換量子効率が向上し、
特に、長波長の入射光ｈνに対する効率が改善されるこ
とから、広い波長域にわたって高い光電子変換量子効率
が発揮される。
【００２４】次に、図１に示す光電子放出面の製造方法
を説明する。尚、この実施例では、半導体基板１にｐ+
のＩｎＰ、光吸収層２にＩｎＧａＡｓＰ、コンタクト層
３にｐ- のＩｎＰ、オーミック電極４にＡｕＧｅ、ショ
ットキ電極５にＡｌ、絶縁層６にＳｉＯ2 、引出し電極
７にＡｌを夫々適用している。
を説明する。尚、この実施例では、半導体基板１にｐ+
のＩｎＰ、光吸収層２にＩｎＧａＡｓＰ、コンタクト層
３にｐ- のＩｎＰ、オーミック電極４にＡｕＧｅ、ショ
ットキ電極５にＡｌ、絶縁層６にＳｉＯ2 、引出し電極
７にＡｌを夫々適用している。
【００２５】まず、半導体基板１に、光吸収層２とコン
タクト層３を夫々２μｍ、１μｍの厚さでエピタキシャ
ル成長させる。次に、半導体基板１の裏面にオーミック
電極４を真空蒸着により形成する。更に、コンタクト層
３の上に、ショットキ電極５を約１０００オングストロ
ームの厚さで真空蒸着した後、絶縁層６を約１μｍの厚
さで堆積し、更に、引出し電極７を約１０００オングス
トロームの厚さで真空蒸着する。
タクト層３を夫々２μｍ、１μｍの厚さでエピタキシャ
ル成長させる。次に、半導体基板１の裏面にオーミック
電極４を真空蒸着により形成する。更に、コンタクト層
３の上に、ショットキ電極５を約１０００オングストロ
ームの厚さで真空蒸着した後、絶縁層６を約１μｍの厚
さで堆積し、更に、引出し電極７を約１０００オングス
トロームの厚さで真空蒸着する。
【００２６】次に、光リソグラフィーのためのフォトレ
ジストを均一に塗布しフォトマスクを用いて所定のパタ
ーンに露光し不要な部分のレジストを除去する。そし
て、レジストでマスクされた部分以外をフッ酸溶液でエ
ッチングすると、エッチングはＩｎＰコンタクト層３で
自動的に停止し、最後に残ったレジストを除去すれば非
常に簡単な工程で第１図に示す光電子放出面の構造を実
現することができる。これを真空中で加熱して表面を清
浄化した後、ＣｓとＯ2 によって活性化することにより
薄い金属層８が形成される。
ジストを均一に塗布しフォトマスクを用いて所定のパタ
ーンに露光し不要な部分のレジストを除去する。そし
て、レジストでマスクされた部分以外をフッ酸溶液でエ
ッチングすると、エッチングはＩｎＰコンタクト層３で
自動的に停止し、最後に残ったレジストを除去すれば非
常に簡単な工程で第１図に示す光電子放出面の構造を実
現することができる。これを真空中で加熱して表面を清
浄化した後、ＣｓとＯ2 によって活性化することにより
薄い金属層８が形成される。
【００２７】尚、金属層８は、Ｃｓ2 ０に限定されるも
のではなく、他種類のアルカリ金属やその化合物、更に
酸化物やフッ化物を材料として形成してもよい。
のではなく、他種類のアルカリ金属やその化合物、更に
酸化物やフッ化物を材料として形成してもよい。
【００２８】又、図１に示した構造の光電子放出面にお
いて、次に示すような各変形例であってもよい。
いて、次に示すような各変形例であってもよい。
【００２９】(1) 光吸収層２は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体又はその混晶、若しくはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体のヘテロ構造で形成する。
半導体又はその混晶、若しくはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体のヘテロ構造で形成する。
【００３０】(2) 光吸収層２は、ＧａＡｓで形成す
る。
る。
【００３１】(3) 光吸収層２は、ＧａＡｓy Ｐ(1-y)
（但し、０≦ｙ≦１）で形成する。
（但し、０≦ｙ≦１）で形成する。
【００３２】(4) 光吸収層２は、Ｉｎx Ｇａ(1-x) Ａ
ｓy Ｐ(1-y) （但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成
する。
ｓy Ｐ(1-y) （但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成
する。
【００３３】(5) 光吸収層２は、ＧａＡｓとＡｌx Ｇ
ａ(1-x) Ａｓ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）のヘテ
ロ積層構造で形成する。
ａ(1-x) Ａｓ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）のヘテ
ロ積層構造で形成する。
【００３４】(6) 光吸収層２は、ＧａＡｓとＩｎx Ｇ
ａ(1-x) Ａｓ（但し、０≦ｘ≦１）のヘテロ積層構造で
形成する。
ａ(1-x) Ａｓ（但し、０≦ｘ≦１）のヘテロ積層構造で
形成する。
【００３５】(7) 光吸収層２は、ＩｎＰとＩｎx Ｇａ
(1-x) Ａｓy Ｐ(1-y) （但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）のヘテロ積層構造で形成する。
(1-x) Ａｓy Ｐ(1-y) （但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）のヘテロ積層構造で形成する。
【００３６】(8) 光吸収層２は、ＩｎＰとＩｎx Ａｌ
y Ｇａ[1-(x+y)] Ａｓ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）のヘテロ積層構造で形成する。
y Ｇａ[1-(x+y)] Ａｓ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）のヘテロ積層構造で形成する。
【００３７】(9) 光吸収層２は、ｐ型のＳｉ又はｐ型
のＧｅ、若しくはそれらの混晶、あるいはこれらのヘテ
ロ積層構造で形成する。
のＧｅ、若しくはそれらの混晶、あるいはこれらのヘテ
ロ積層構造で形成する。
【００３８】(10) 絶縁層６は、ＳｉＯ2 又はＳｉ3 Ｎ
4 、若しくはＡｌ2 Ｏ3 、あるいはこれらの積層構造に
する。
4 、若しくはＡｌ2 Ｏ3 、あるいはこれらの積層構造に
する。
【００３９】(11) 金属層８は、Ｃｓ、Ｋ、Ｎａ又はＲ
ｂで形成する。
ｂで形成する。
【００４０】次に、他の実施例の光電子放出面を図５と
共に説明する。尚、図５において図１と同一又は相当す
る部分を同一符号で示す。この実施例は、半絶縁性の高
抵抗ＧａＡｓを半導体基板１に適用し、この半導体基板
１に、ＡｕＧｅのオーミック電極４、Ａｌのショットキ
電極５、ＳｉＯ2 の絶縁層６、及びＡｌの引出し電極７
が形成され、更に、ショットキ電極５が形成されていな
い半導体基板１の表面に、Ｃｓ2 Ｏ等の薄い金属層８が
塗布されている。そして、この光電子放出面は図１の実
施例と同様の製造方法によって製造される。
共に説明する。尚、図５において図１と同一又は相当す
る部分を同一符号で示す。この実施例は、半絶縁性の高
抵抗ＧａＡｓを半導体基板１に適用し、この半導体基板
１に、ＡｕＧｅのオーミック電極４、Ａｌのショットキ
電極５、ＳｉＯ2 の絶縁層６、及びＡｌの引出し電極７
が形成され、更に、ショットキ電極５が形成されていな
い半導体基板１の表面に、Ｃｓ2 Ｏ等の薄い金属層８が
塗布されている。そして、この光電子放出面は図１の実
施例と同様の製造方法によって製造される。
【００４１】そして、オーミック電極４とショットキ電
極５の間に所定のバイアス電圧ＶBS、ショットキ電極５
と引出し電極７間に所定のバイアス電圧ＶBOを同時に印
加した状態で光ｈνが入射すると、その入射光ｈνが半
導体基板１で吸収されて光電子ｅが励起され、更に、光
電子ｅはバイアス電圧ＶBSに起因する内部電界によって
加速されて高いエネルギー帯ＣＢ2 へ遷移し、更に、光
放出表面に到達した光電子ｅは、バイアス電圧ＶBOに起
因する外部電界によって、真空中へ放出される。
極５の間に所定のバイアス電圧ＶBS、ショットキ電極５
と引出し電極７間に所定のバイアス電圧ＶBOを同時に印
加した状態で光ｈνが入射すると、その入射光ｈνが半
導体基板１で吸収されて光電子ｅが励起され、更に、光
電子ｅはバイアス電圧ＶBSに起因する内部電界によって
加速されて高いエネルギー帯ＣＢ2 へ遷移し、更に、光
放出表面に到達した光電子ｅは、バイアス電圧ＶBOに起
因する外部電界によって、真空中へ放出される。
【００４２】したがって、半絶縁性の高抵抗ＧａＡｓを
半導体基板１に適用したこの実施例においても、広い波
長域にわたって高い光電子変換量子効率が発揮される。
半導体基板１に適用したこの実施例においても、広い波
長域にわたって高い光電子変換量子効率が発揮される。
【００４３】尚、この実施例では半絶縁性ＧａＡｓを半
導体基板１に適用したが、これに限定されるものではな
く、半絶縁性の半導体であればよい。
導体基板１に適用したが、これに限定されるものではな
く、半絶縁性の半導体であればよい。
【００４４】次に、更に他の実施例の光電子放出面を図
６に基づいて説明する。尚、図６において図１と同一又
は相当する部分を同一符号で示す。
６に基づいて説明する。尚、図６において図１と同一又
は相当する部分を同一符号で示す。
【００４５】図１に示す光電子放出面は、光の入射側と
光電子の放出側が同じとなる反射型光電子放出面である
のに対し、図６に示すこの実施例は、半導体基板１の裏
面側から入射する光ｈνに対して金属層８側から光電子
ｅを放出する透過型光電子放出面である。即ち、半導体
基板１の裏面側には、所定のパターン形状のオーミック
電極４が形成され、このオーミック電極４の形成されて
いない裏面部分から光ｈνが入射する。
光電子の放出側が同じとなる反射型光電子放出面である
のに対し、図６に示すこの実施例は、半導体基板１の裏
面側から入射する光ｈνに対して金属層８側から光電子
ｅを放出する透過型光電子放出面である。即ち、半導体
基板１の裏面側には、所定のパターン形状のオーミック
電極４が形成され、このオーミック電極４の形成されて
いない裏面部分から光ｈνが入射する。
【００４６】そして、オーミック電極４とショットキ電
極５の間に所定のバイアス電圧ＶBS、ショットキ電極５
と引出し電極７間に所定のバイアス電圧ＶBOを同時に印
加した状態で光ｈνが入射すると、その入射光ｈνが光
吸収層３で吸収されて光電子ｅが励起され、更に、光電
子ｅはバイアス電圧ＶBSに起因する内部電界によって加
速されて高いエネルギー帯ＣＢ2 へ遷移し、更に、光放
出表面に到達した光電子ｅは、バイアス電圧ＶBOに起因
する外部電界によって、真空中へ放出される。
極５の間に所定のバイアス電圧ＶBS、ショットキ電極５
と引出し電極７間に所定のバイアス電圧ＶBOを同時に印
加した状態で光ｈνが入射すると、その入射光ｈνが光
吸収層３で吸収されて光電子ｅが励起され、更に、光電
子ｅはバイアス電圧ＶBSに起因する内部電界によって加
速されて高いエネルギー帯ＣＢ2 へ遷移し、更に、光放
出表面に到達した光電子ｅは、バイアス電圧ＶBOに起因
する外部電界によって、真空中へ放出される。
【００４７】このように、この実施例においても、広い
波長域にわたって高い光電子変換量子効率が発揮され
る。
波長域にわたって高い光電子変換量子効率が発揮され
る。
【００４８】次に、更に他の実施例の光電子放出面を図
７と共に説明する。この実施例と図１に示した実施例と
の相違点は、光吸収層２が、半導体の多層膜で形成され
た所謂量子井戸構造を有し、この量子井戸内でのサブバ
ンド間の光吸収を利用するものである。このように、量
子井戸構造のサブバンド間の光吸収を利用する光電子放
出面は、本願発明者等により既に特開平４−３７８２３
号に開示されているが、図７のこの実施例では、更に光
電子放出面上に絶縁層６を介して引き出し電極７を形成
し、バイアス電圧ＶBOに起因する外部電界によって、光
電子ｅの放出確率を高めているので、広い波長域にわた
って高い光電子変換量子効率が発揮される。
７と共に説明する。この実施例と図１に示した実施例と
の相違点は、光吸収層２が、半導体の多層膜で形成され
た所謂量子井戸構造を有し、この量子井戸内でのサブバ
ンド間の光吸収を利用するものである。このように、量
子井戸構造のサブバンド間の光吸収を利用する光電子放
出面は、本願発明者等により既に特開平４−３７８２３
号に開示されているが、図７のこの実施例では、更に光
電子放出面上に絶縁層６を介して引き出し電極７を形成
し、バイアス電圧ＶBOに起因する外部電界によって、光
電子ｅの放出確率を高めているので、広い波長域にわた
って高い光電子変換量子効率が発揮される。
【００４９】次に、更に他の実施例の光電子放出面を図
８と共に説明する。尚、図８において図１と同一又は相
当する部分を同一符号で示す。図１に示した前記実施例
との相違点は、引出し電極７上に、更に所定パターン形
状でＳｉＯ2 の絶縁層９とＡｌの収束電極１０が順次に
積層された構造を有している。そして、引出し電極７と
収束電極１０の間に、更に収束電極１０を高電位とする
所定のバイアス電圧ＶBRが印加される。
８と共に説明する。尚、図８において図１と同一又は相
当する部分を同一符号で示す。図１に示した前記実施例
との相違点は、引出し電極７上に、更に所定パターン形
状でＳｉＯ2 の絶縁層９とＡｌの収束電極１０が順次に
積層された構造を有している。そして、引出し電極７と
収束電極１０の間に、更に収束電極１０を高電位とする
所定のバイアス電圧ＶBRが印加される。
【００５０】かかる構造によれば、光電子放出面から真
空中へ放出された光電子ｅの広がりを、収束電極１０に
印加されるバイアス電圧ＶBRにより抑制することが可能
となることから、光電子ｅの軌道を制御することができ
る。そして、かかる機能が付与されたことにより、例え
ば、イメージ管等へ応用した場合に、解像度を大幅に向
上させることが可能となる。
空中へ放出された光電子ｅの広がりを、収束電極１０に
印加されるバイアス電圧ＶBRにより抑制することが可能
となることから、光電子ｅの軌道を制御することができ
る。そして、かかる機能が付与されたことにより、例え
ば、イメージ管等へ応用した場合に、解像度を大幅に向
上させることが可能となる。
【００５１】次に、更に他の実施例の光電子放出面を図
９と共に説明する。尚、図９において図１と同一又は相
当する部分を同一符号で示す。図１に示した前記実施例
との相違点は、光電子ｅの放出表面が凹凸状の構造とな
っている。尚、かかる凹凸状の構造は周知のエッチング
技術によって実現される。
９と共に説明する。尚、図９において図１と同一又は相
当する部分を同一符号で示す。図１に示した前記実施例
との相違点は、光電子ｅの放出表面が凹凸状の構造とな
っている。尚、かかる凹凸状の構造は周知のエッチング
技術によって実現される。
【００５２】そして、このように光電子ｅの放出表面を
凹凸状の構造にすると、放出表面に到達した光電子ｅを
真空中へ放出させ易くすることができるので、更に広い
波長域にわたって高い光電子変換量子効率を発揮させる
ことができる。
凹凸状の構造にすると、放出表面に到達した光電子ｅを
真空中へ放出させ易くすることができるので、更に広い
波長域にわたって高い光電子変換量子効率を発揮させる
ことができる。
【００５３】尚、以上に説明した複数の実施例は、夫々
の構造的特徴に基づいて示されているが、各特徴部分を
組み合わせることによって実現される光電子放出面は、
本願発明に含まれるものである。又、これらの実施例で
はオーミック電極４をｐ+ 半導体基板１の裏側に形成し
たものを示したが、もちろんこの構造に限定されるもの
ではなく、ｐ+ 半導体基板１の側面あるいは上面に選択
的に形成する構造としてもよい。
の構造的特徴に基づいて示されているが、各特徴部分を
組み合わせることによって実現される光電子放出面は、
本願発明に含まれるものである。又、これらの実施例で
はオーミック電極４をｐ+ 半導体基板１の裏側に形成し
たものを示したが、もちろんこの構造に限定されるもの
ではなく、ｐ+ 半導体基板１の側面あるいは上面に選択
的に形成する構造としてもよい。
【００５４】次に、本発明による光電子放出面を適用し
た光電子増倍管の一実施例を図１０に基づいて説明す
る。尚、この実施例は、図１、図７、図８又は図９に示
した反射型光電子放出面のいづれかを適用したサイドオ
ン型の反射型光電子増倍管であり、図１０はその光電子
増倍管の要部断面図である。
た光電子増倍管の一実施例を図１０に基づいて説明す
る。尚、この実施例は、図１、図７、図８又は図９に示
した反射型光電子放出面のいづれかを適用したサイドオ
ン型の反射型光電子増倍管であり、図１０はその光電子
増倍管の要部断面図である。
【００５５】まず、構造を説明すると、真空容器内に、
反射型光電子放出面Ｘとダイノード群Ｙが密封された状
態で配設され、反射型光電子放出面Ｘの前記引出し電極
と第１段目のダイノードＹ1 との間に、ダイノードＹ1
を高電圧側にして約１００ボルト程度の加速電圧が印加
されて使用される。又、最終段（第ｎ段）のダイードＹ
n に内向してアノード１１が設けられている。
反射型光電子放出面Ｘとダイノード群Ｙが密封された状
態で配設され、反射型光電子放出面Ｘの前記引出し電極
と第１段目のダイノードＹ1 との間に、ダイノードＹ1
を高電圧側にして約１００ボルト程度の加速電圧が印加
されて使用される。又、最終段（第ｎ段）のダイードＹ
n に内向してアノード１１が設けられている。
【００５６】次に、かかる構造を有する光電子増倍管の
動作を説明する。光入射窓１２から反射型光電子放出面
Ｘに光ｈνが入射すると、その光ｈνが光電子放出面Ｘ
に吸収されるのに伴い励起された光電子ｅが真空中へ放
出され、更に約１００ボルトの加速電圧により第１段目
のダイノードＹ1 へ加速されて入射する。尚、光電子放
出面Ｘから真空中へ光電子ｅが放出するときの光電変換
量子効率が高いことは前述した通りである。
動作を説明する。光入射窓１２から反射型光電子放出面
Ｘに光ｈνが入射すると、その光ｈνが光電子放出面Ｘ
に吸収されるのに伴い励起された光電子ｅが真空中へ放
出され、更に約１００ボルトの加速電圧により第１段目
のダイノードＹ1 へ加速されて入射する。尚、光電子放
出面Ｘから真空中へ光電子ｅが放出するときの光電変換
量子効率が高いことは前述した通りである。
【００５７】第１段目のダイノードＹ1 では、加速され
た光電子ｅの入射により約２〜３倍程度の２次電子が放
出され、更に第２段目のダイノードへ入射する。そし
て、第ｎ段目のダイノードＹn までの複数のダイノード
群により２次電子放出が繰り返されるので、アノード１
１からは、光電子ｅの約１０6 倍に増幅された光電流が
検出される。
た光電子ｅの入射により約２〜３倍程度の２次電子が放
出され、更に第２段目のダイノードへ入射する。そし
て、第ｎ段目のダイノードＹn までの複数のダイノード
群により２次電子放出が繰り返されるので、アノード１
１からは、光電子ｅの約１０6 倍に増幅された光電流が
検出される。
【００５８】このように、かかる実施例の光電子増倍管
は、高光電変換量子効率の光電子放出面Ｘによって最初
から多量の光電子ｅを放出させ、これをダイノード群で
電子増倍するので、高Ｓ／Ｎ及び高ゲインを可能にす
る。
は、高光電変換量子効率の光電子放出面Ｘによって最初
から多量の光電子ｅを放出させ、これをダイノード群で
電子増倍するので、高Ｓ／Ｎ及び高ゲインを可能にす
る。
【００５９】次に、本発明による光電子放出面を適用し
た透過型光電子増倍管の一実施例を図１１に基づいて説
明する。尚、この実施例は、図６に示した透過型光電子
放出面を適用したヘッドオン型の透過型光電子増倍管で
ある。図１１はその光電子増倍管の要部断面図であり、
図１０と同一又は相当する部分を同一符号で示す。
た透過型光電子増倍管の一実施例を図１１に基づいて説
明する。尚、この実施例は、図６に示した透過型光電子
放出面を適用したヘッドオン型の透過型光電子増倍管で
ある。図１１はその光電子増倍管の要部断面図であり、
図１０と同一又は相当する部分を同一符号で示す。
【００６０】真空容器１３の一端に設けられた光入射窓
１２の内面に、図２の透過型光電子放出面Ｚが固着さ
れ、透過型光電子放出面Ｚの後方に複数のダイノードＹ
1 〜Ｙn とアノード１１が配設されている。そして、光
電子放出表面に対して数１００Ｖの電圧が印加されて使
用される。
１２の内面に、図２の透過型光電子放出面Ｚが固着さ
れ、透過型光電子放出面Ｚの後方に複数のダイノードＹ
1 〜Ｙn とアノード１１が配設されている。そして、光
電子放出表面に対して数１００Ｖの電圧が印加されて使
用される。
【００６１】光入射窓１２から光電子放出面Ｅに光ｈν
が入射すると、その光ｈνが光電子放出面Ｚに吸収され
るのに伴い励起された光電子ｅが真空中へ放出され、更
に上記数１００Ｖの印加電圧による加速電圧により第１
段目のダイノードＹ1 へ加速されて入射する。尚、光電
子放出面Ｚから真空中へ光電子ｅが放出するときの光電
変換量子効率が高いことは前述した通りである。第１段
目のダイノードＹ1 では、加速された光電子ｅの入射に
より約２〜３倍程度の２次電子が放出され、更に第２段
目のダイノードへ入射する。そして、第ｎ段目のダイノ
ードＹn までの複数のダイノード群により２次電子放出
が繰り返すされるので、アノード１１からは、光電子ｅ
の約１０6 倍に増幅された光電流が検出される。
が入射すると、その光ｈνが光電子放出面Ｚに吸収され
るのに伴い励起された光電子ｅが真空中へ放出され、更
に上記数１００Ｖの印加電圧による加速電圧により第１
段目のダイノードＹ1 へ加速されて入射する。尚、光電
子放出面Ｚから真空中へ光電子ｅが放出するときの光電
変換量子効率が高いことは前述した通りである。第１段
目のダイノードＹ1 では、加速された光電子ｅの入射に
より約２〜３倍程度の２次電子が放出され、更に第２段
目のダイノードへ入射する。そして、第ｎ段目のダイノ
ードＹn までの複数のダイノード群により２次電子放出
が繰り返すされるので、アノード１１からは、光電子ｅ
の約１０6 倍に増幅された光電流が検出される。
【００６２】このように、かかる実施例の透過型光電子
増倍管は、高光電変換量子効率の光電子放出面Ｚによっ
て最初から多量の光電子ｅを放出させ、これをダイノー
ド群で電子増倍するので、高Ｓ／Ｎ及び高ゲインを可能
にする。
増倍管は、高光電変換量子効率の光電子放出面Ｚによっ
て最初から多量の光電子ｅを放出させ、これをダイノー
ド群で電子増倍するので、高Ｓ／Ｎ及び高ゲインを可能
にする。
【００６３】次に、図６に示した透過型光電子放出面を
適用した映像増強管（イメージインテンシファイア）の
一実施例を図１２に基づいて説明する。尚、図１２はそ
の映像増強管の要部断面図である。
適用した映像増強管（イメージインテンシファイア）の
一実施例を図１２に基づいて説明する。尚、図１２はそ
の映像増強管の要部断面図である。
【００６４】まず、構造を説明すると、真空容器１４の
一端に透明の光入射窓１５が設けられており、真空容器
１４内には、図６に示した透過型光電子放出面Ｗが光入
射窓１５に対向して配設されている。更に、透過型光電
子放出面Ｗの電子放出表面に内向してマイクロチャンネ
ルプレート（電子増倍部）１６が配設され、更に、マイ
クロチャンネルプレート１６の反対側には蛍光面１７が
形成されている。
一端に透明の光入射窓１５が設けられており、真空容器
１４内には、図６に示した透過型光電子放出面Ｗが光入
射窓１５に対向して配設されている。更に、透過型光電
子放出面Ｗの電子放出表面に内向してマイクロチャンネ
ルプレート（電子増倍部）１６が配設され、更に、マイ
クロチャンネルプレート１６の反対側には蛍光面１７が
形成されている。
【００６５】尚、マイクロチャンネルプレート１６は、
例えば、直径約２５ｍｍ、厚さ約０．４８ｍｍの薄いガ
ラス板で成型され、更に夫々の内径が約１０μｍの百数
十万個程度の多数の細孔（チャンネル）が、反射型光電
子放出面の方向に沿って貫通して形成され、夫々の細孔
の両端に電圧が印加されることによって電位勾配が設定
されている。そして、反射型光電子放出面側から細孔へ
電子が入射すると、電位勾配に引かれて電子が細孔内壁
に多数回衝突しながら反対側へ移動し、この衝突の際に
電子増倍が繰り返されるので、例えば１０6 倍に増幅さ
れ、蛍光面１７を発光させる。
例えば、直径約２５ｍｍ、厚さ約０．４８ｍｍの薄いガ
ラス板で成型され、更に夫々の内径が約１０μｍの百数
十万個程度の多数の細孔（チャンネル）が、反射型光電
子放出面の方向に沿って貫通して形成され、夫々の細孔
の両端に電圧が印加されることによって電位勾配が設定
されている。そして、反射型光電子放出面側から細孔へ
電子が入射すると、電位勾配に引かれて電子が細孔内壁
に多数回衝突しながら反対側へ移動し、この衝突の際に
電子増倍が繰り返されるので、例えば１０6 倍に増幅さ
れ、蛍光面１７を発光させる。
【００６６】次に、かかる構造を有する映像増強管の動
作を説明する。
作を説明する。
【００６７】光入射窓１５を介して、被写体からの光Ａ
が光電子放出面Ｗに入射すると、その光Ａが光電子放出
面Ｗに吸収されるのに伴い励起された光電子ｅが真空中
へ放出され、更にマイクロチャンネルプレート１６へ入
射する。尚、光電子放出面Ｗから真空中へ光電子ｅが放
出するときの光電変換量子効率が高いことは前述した通
りである。そして、入射光電子ｅは夫々の細孔（チャン
ネル）で電子増倍され且つ電位勾配により加速されて蛍
光面１７へ衝突するので、蛍光面１７に被写体の像Ｂが
鮮明に再生される。
が光電子放出面Ｗに入射すると、その光Ａが光電子放出
面Ｗに吸収されるのに伴い励起された光電子ｅが真空中
へ放出され、更にマイクロチャンネルプレート１６へ入
射する。尚、光電子放出面Ｗから真空中へ光電子ｅが放
出するときの光電変換量子効率が高いことは前述した通
りである。そして、入射光電子ｅは夫々の細孔（チャン
ネル）で電子増倍され且つ電位勾配により加速されて蛍
光面１７へ衝突するので、蛍光面１７に被写体の像Ｂが
鮮明に再生される。
【００６８】このように、かかる実施例の映像増強管
は、高光電変換量子効率の光電子放出面Ｚによって最初
から多量の光電子ｅを放出させ、電子増倍するので、高
Ｓ／Ｎ及び高ゲインを可能にし、従来よりも更に低照度
下での高感度・鮮明撮像を実現する。
は、高光電変換量子効率の光電子放出面Ｚによって最初
から多量の光電子ｅを放出させ、電子増倍するので、高
Ｓ／Ｎ及び高ゲインを可能にし、従来よりも更に低照度
下での高感度・鮮明撮像を実現する。
【００６９】次に、映像増強管の他の実施例を図１３に
基づいて説明する。この実施例は、図１２に示した実施
例とは異なり、マイクロチャンネルプレートを設けな
い、所謂近接型イメージ管である。
基づいて説明する。この実施例は、図１２に示した実施
例とは異なり、マイクロチャンネルプレートを設けな
い、所謂近接型イメージ管である。
【００７０】まず、構造を説明すると、真空容器１８の
一端に透明の光入射窓１９が設けられており、この光入
射窓１９の内面に図６に示した透過型光電子放出面Ｗが
固着されている。但し、この透過型光電子放出面Ｗの引
出し電極７（図６参照）上には、図８に示した絶縁層９
と収束電極１０が積層され、これらが積層されていない
多数の微細領域が画素群となっている。そして、透過型
光電子放出面Ｗの反対側には蛍光面２０が形成されてい
る。尚、詳細は図８の実施例で説明したが、収束電極１
０は所定電位に保持され、更に、収束電極１０と蛍光面
２０との間に加速電圧が印加されて使用される。
一端に透明の光入射窓１９が設けられており、この光入
射窓１９の内面に図６に示した透過型光電子放出面Ｗが
固着されている。但し、この透過型光電子放出面Ｗの引
出し電極７（図６参照）上には、図８に示した絶縁層９
と収束電極１０が積層され、これらが積層されていない
多数の微細領域が画素群となっている。そして、透過型
光電子放出面Ｗの反対側には蛍光面２０が形成されてい
る。尚、詳細は図８の実施例で説明したが、収束電極１
０は所定電位に保持され、更に、収束電極１０と蛍光面
２０との間に加速電圧が印加されて使用される。
【００７１】そして、光入射窓１９を介して透過型光電
子放出面Ｗに光Ａが入射すると、その裏側から光電子ｅ
が放出され、更に上記加速電圧によって加速されて蛍光
面２０に衝突する。したがって、この光電子ｅの衝突に
より、蛍光面２０が発光して、像Ｂが再生される。
子放出面Ｗに光Ａが入射すると、その裏側から光電子ｅ
が放出され、更に上記加速電圧によって加速されて蛍光
面２０に衝突する。したがって、この光電子ｅの衝突に
より、蛍光面２０が発光して、像Ｂが再生される。
【００７２】ところで、この実施例で注目すべき点は、
収束電極１０は所定の電位に保持されているので、透過
型光電子放出面Ｗから放出する光電子ｅは空間的に拡散
しないように制御される。従って、この実施例の映像増
強管は、極めて高い空間分解能を発揮し、鮮明な再生画
像Ｂを提供することができる。
収束電極１０は所定の電位に保持されているので、透過
型光電子放出面Ｗから放出する光電子ｅは空間的に拡散
しないように制御される。従って、この実施例の映像増
強管は、極めて高い空間分解能を発揮し、鮮明な再生画
像Ｂを提供することができる。
【００７３】次に、図１１の実施例などで示した本発明
の光電子増倍管を適用した高感度光検出装置の一実施例
を、図１４に基づいて説明する。尚、この実施例は、透
過型の光電子放出面を備える透過型光電子増倍管ＰＭＴ
を適用している。図１４において、被測定光ｈνを集光
レンズ２０と分光器２１及びカップリングレンズ２２に
通すことによって分光し、その分光された光を光電子増
倍管ＰＭＴの光電子放出面に入射させる光学系が備えら
れている。光電子放出面は入射光を光電子に変換してダ
イノード群へ放出し、ダイノード群で電子増倍された光
電流が光電子増倍管ＰＭＴのアノードから出力される。
尚、光電子増倍管ＰＭＴの光電子放出面と引出し電極、
及び各種のアノードには、高圧電源２３と抵抗分割回路
（図示せず）により所定のバイアス電圧が印加されてい
る。
の光電子増倍管を適用した高感度光検出装置の一実施例
を、図１４に基づいて説明する。尚、この実施例は、透
過型の光電子放出面を備える透過型光電子増倍管ＰＭＴ
を適用している。図１４において、被測定光ｈνを集光
レンズ２０と分光器２１及びカップリングレンズ２２に
通すことによって分光し、その分光された光を光電子増
倍管ＰＭＴの光電子放出面に入射させる光学系が備えら
れている。光電子放出面は入射光を光電子に変換してダ
イノード群へ放出し、ダイノード群で電子増倍された光
電流が光電子増倍管ＰＭＴのアノードから出力される。
尚、光電子増倍管ＰＭＴの光電子放出面と引出し電極、
及び各種のアノードには、高圧電源２３と抵抗分割回路
（図示せず）により所定のバイアス電圧が印加されてい
る。
【００７４】光電子増倍管ＰＭＴの上記アノードから出
力される光電流は、プリアンプ２４とロックインアンプ
２５で増幅及び計測され、レコーダ（記録装置）２６に
記録される。更に、分光器２１から出力される分光信号
と、レコーダ２６から出力されるレベル信号がコンピュ
ータ処理システム２７に入力され、コンピュータ処理シ
ステム２７は、かかる分光信号の波長情報とレベル信号
の強度情報に基づいて、被測定光ｈνのスペクトラム分
布等をモニター表示したりする。
力される光電流は、プリアンプ２４とロックインアンプ
２５で増幅及び計測され、レコーダ（記録装置）２６に
記録される。更に、分光器２１から出力される分光信号
と、レコーダ２６から出力されるレベル信号がコンピュ
ータ処理システム２７に入力され、コンピュータ処理シ
ステム２７は、かかる分光信号の波長情報とレベル信号
の強度情報に基づいて、被測定光ｈνのスペクトラム分
布等をモニター表示したりする。
【００７５】尚、この実施例では、極めて基本的な構成
の光検出装置を示したが、本発明の光電子増倍管を適用
して、他の測定方法、例えば、パルス測定方法や光子計
数法等を適用した高感度の光検出装置を実現することが
できる。又、本発明の映像増強管を適用すれば、マルチ
チャンネル測光の高感度光検出装置を実現することがで
きる。
の光検出装置を示したが、本発明の光電子増倍管を適用
して、他の測定方法、例えば、パルス測定方法や光子計
数法等を適用した高感度の光検出装置を実現することが
できる。又、本発明の映像増強管を適用すれば、マルチ
チャンネル測光の高感度光検出装置を実現することがで
きる。
【００７６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による光電
子放出面によれば、光吸収層内に励起される光電子は、
光吸収層とショットキ電極間に印加されるバイアス電圧
に起因する内部電界によって放出表面まで容易に到達す
ることができ、更に、ショットキ電極と引出し電極との
間に印加されるバイアス電圧に起因する外部電界によ
り、光電子の放出表面と真空中との間のエネルギー障壁
が極めて薄くなる。したがって、光電子はトンネル効果
によりこの薄いエネルギー障壁を通過して、真空中へ容
易に脱出する。更に、絶縁層は半導体製造技術により極
めて薄く且つ一様に形成されるので、ショットキ電極と
引出し電極との間の上記外部電界は均一となる。この結
果、バイアス電圧を、従来のような高電圧に設定する必
要がなくなり、放電現象による光電子放出面の破壊等の
問題を解消することができる。
子放出面によれば、光吸収層内に励起される光電子は、
光吸収層とショットキ電極間に印加されるバイアス電圧
に起因する内部電界によって放出表面まで容易に到達す
ることができ、更に、ショットキ電極と引出し電極との
間に印加されるバイアス電圧に起因する外部電界によ
り、光電子の放出表面と真空中との間のエネルギー障壁
が極めて薄くなる。したがって、光電子はトンネル効果
によりこの薄いエネルギー障壁を通過して、真空中へ容
易に脱出する。更に、絶縁層は半導体製造技術により極
めて薄く且つ一様に形成されるので、ショットキ電極と
引出し電極との間の上記外部電界は均一となる。この結
果、バイアス電圧を、従来のような高電圧に設定する必
要がなくなり、放電現象による光電子放出面の破壊等の
問題を解消することができる。
【００７７】このように、上記エネルギー障壁が薄くな
るので、光電変換効量子効率が大幅に向上し、高感度の
光電子放出面が実現される。そして、かかる光電子放出
面を適用した電子管は、電子増倍する前に光電子放出面
から高効率で光電子が放出されるので、高Ｓ／Ｎが実現
される。更に、これらの光電子増倍管や映像増強管等を
適用した光検出装置を構築すると、従来に較べて極めて
高い検出限界を達成することができる。
るので、光電変換効量子効率が大幅に向上し、高感度の
光電子放出面が実現される。そして、かかる光電子放出
面を適用した電子管は、電子増倍する前に光電子放出面
から高効率で光電子が放出されるので、高Ｓ／Ｎが実現
される。更に、これらの光電子増倍管や映像増強管等を
適用した光検出装置を構築すると、従来に較べて極めて
高い検出限界を達成することができる。
【図１】本発明による反射型光電子放出面の一実施例の
構造を示す縦断面図である。
構造を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す光電子放出面の機能を説明するため
のエネルギーバンド図である。
のエネルギーバンド図である。
【図３】図１に示す光電子放出面の機能を更に説明する
ためのエネルギーバンド図である。
ためのエネルギーバンド図である。
【図４】図１に示す光電子放出面の機能を更に説明する
ためのエネルギーバンド図である。
ためのエネルギーバンド図である。
【図５】本発明による反射型光電子放出面の他の実施例
の構造を示す縦断面図である。
の構造を示す縦断面図である。
【図６】本発明による透過型光電子放出面の実施例の構
造を示す縦断面図である。
造を示す縦断面図である。
【図７】本発明による反射型光電子放出面の更に他の実
施例の構造を示す縦断面図である。
施例の構造を示す縦断面図である。
【図８】本発明による反射型光電子放出面の更に他の実
施例の構造を示す縦断面図である。
施例の構造を示す縦断面図である。
【図９】本発明による反射型光電子放出面の更に他の実
施例の構造を示す縦断面図である。
施例の構造を示す縦断面図である。
【図１０】本発明による光電子増倍管の一実施例の要部
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図１１】本発明による光電子増倍管の他の実施例の要
部構造を示す断面図である。
部構造を示す断面図である。
【図１２】本発明による映像増強管の一実施例の要部構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
【図１３】本発明による映像増強管の他の実施例の要部
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図１４】本発明による光検出装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
１…半導体基板、２…光吸収層、３…コンタクト層、４
…オーミックコンタクト、５…ショットキ電極、６，９
…絶縁層、７…引出し電極、８…金属層、１０…収束電
極、１１…アノード、１２，１５，１９…光入射窓、１
３，１４，１８…真空容器、１６…マイクロチャンネル
プレート、１７，２０…蛍光面、２０…集光レンズ、２
１…分光器、２２…カップリングレンズ、２３…高圧電
源、２４…プリアンプ、２５…ロックインアンプ、２６
…レコーダ、２７…コンピュータ処理システム、Ｗ，
Ｘ，Ｚ…光電子放出面、Ｙ…ダイノード群、ＰＭＴ…光
電子増倍管。
…オーミックコンタクト、５…ショットキ電極、６，９
…絶縁層、７…引出し電極、８…金属層、１０…収束電
極、１１…アノード、１２，１５，１９…光入射窓、１
３，１４，１８…真空容器、１６…マイクロチャンネル
プレート、１７，２０…蛍光面、２０…集光レンズ、２
１…分光器、２２…カップリングレンズ、２３…高圧電
源、２４…プリアンプ、２５…ロックインアンプ、２６
…レコーダ、２７…コンピュータ処理システム、Ｗ，
Ｘ，Ｚ…光電子放出面、Ｙ…ダイノード群、ＰＭＴ…光
電子増倍管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 正美 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 平４−269419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−299088（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−12989（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−73801（ＪＰ，Ａ) 米国特許3958143（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 1/34,40/06 G01J 1/02
Claims (18)
- 【請求項１】 入射光を吸収して光電子を励起するｐ型
又は半絶縁性若しくはヘテロ積層構造を有する光吸収層
と、 前記光吸収層の一側面に積層されたショットキ電極と、 前記ショットキ電極上に積層された絶縁層と、 前記絶縁層上に積層された引出し電極と、 前記光吸収層と前記ショットキ電極との間に所定極性の
電圧を印加するために備えられたコンタクトとを具備
し、 前記光吸収層と前記ショットキ電極との間、及び前記シ
ョットキ電極と前記引出し電極との間に夫々所定バイア
ス電圧が印加され、前記光吸収層に光が入射するのに応
じて、光電子を放出することを特徴とする光電子放出
面。 - 【請求項２】 前記引出し電極上に、所定電圧が印加さ
れる収束電極が他の絶縁層を介して積層されることを特
徴とする請求項１に記載の光電子放出面。 - 【請求項３】 前記ショットキ電極は、前記光吸収層に
所定のパターン状に積層され、前記絶縁層の形成されな
い領域に、アルカリ金属又はその化合物、もしくはアル
カリ金属の酸化物あるいはアルカリ金属のフッ化物から
成る金属層が積層されることを特徴とする請求項１又は
請求項２に記載の光電子放出面。 - 【請求項４】 前記光吸収層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体又はその混晶、若しくはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
のヘテロ積層構造を有することを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載の光電子放出面。 - 【請求項５】 前記光吸収層は、ＧａＡｓから成ること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光電子放出
面。 - 【請求項６】 前記光吸収層は、ＧａＡｓy Ｐ
(1-y) （但し、０≦ｙ≦１）から成ることを特徴とする
請求項１又は請求項２に記載の光電子放出面。 - 【請求項７】 前記光吸収層は、Ｉｎx Ｇａ(1-x) Ａｓ
y Ｐ(1-y) （但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）から成る
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光電子
放出面。 - 【請求項８】 前記光吸収層は、ＧａＡｓとＡｌx Ｇａ
(1-x) Ａｓ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）のヘテロ
積層構造を有することを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載の光電子放出面。 - 【請求項９】 前記光吸収層は、ＧａＡｓとＩｎx Ｇａ
(1-x) Ａｓ（但し、０≦ｘ≦１）のヘテロ積層構造を有
することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光
電子放出面。 - 【請求項１０】 前記光吸収層は、ＩｎＰとＩｎx Ｇａ
(1-x) Ａｓy Ｐ(1-y) （但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）のヘテロ積層構造を有することを特徴とする請求項
１又は請求項２に記載の光電子放出面。 - 【請求項１１】 前記光吸収層は、ＩｎＰとＩｎx Ａｌ
y Ｇａ[1-(x+y)] Ａｓ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）のヘテロ積層構造を有することを特徴とする請求項
１又は請求項２に記載の光電子放出面。 - 【請求項１２】 前記光吸収層は、ｐ型のＳｉ又はｐ型
のＧｅ、若しくはそれらの混晶、あるいはこれらのヘテ
ロ積層構造を有することを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の光電子放出面。 - 【請求項１３】 前記絶縁層は、ＳｉＯ2 又はＳｉ3 Ｎ
4 、若しくはＡｌ2Ｏ3 、あるいはこれらの積層構造を
有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
光電子放出面。 - 【請求項１４】 前記アルカリ金属は、Ｃｓ、Ｋ、Ｎａ
又はＲｂであることを特徴とする請求項３に記載の光電
子放出面。 - 【請求項１５】 請求項１又は請求項２に記載の前記電
子放出面と、 該電子放出面から放出される光電子を電子増倍する電子
増倍部と、を具備することを特徴とする電子管。 - 【請求項１６】 前記電子増倍部は、ダイノードから成
ることを特徴とする請求項１５に記載の電子管。 - 【請求項１７】 前記電子増倍部は、マイクロチャンネ
ルプレートから成ることを特徴とする請求項１５に記載
の電子管。 - 【請求項１８】 請求項１６又は請求項１７に記載の前
記電子管と、 該電子管の出力を信号処理する信号処理手段と、を具備
することを特徴とすることを特徴とする光検出装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22623793A JP2752312B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 光電子放出面およびそれを用いた電子管と光検出装置 |
| DE69419371T DE69419371T2 (de) | 1993-09-02 | 1994-09-01 | Photoemitter, Elektronenröhre, und Photodetektor |
| EP94306434A EP0642147B1 (en) | 1993-09-02 | 1994-09-01 | Photoemitter, electron tube, and photodetector |
| US08/299,664 US5591986A (en) | 1993-09-02 | 1994-09-02 | Photoemitter electron tube and photodetector |
| US08/671,195 US5747826A (en) | 1993-09-02 | 1996-06-27 | Photoemitter electron tube, and photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22623793A JP2752312B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 光電子放出面およびそれを用いた電子管と光検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0778554A JPH0778554A (ja) | 1995-03-20 |
| JP2752312B2 true JP2752312B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=16842045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22623793A Expired - Fee Related JP2752312B2 (ja) | 1993-09-02 | 1993-09-10 | 光電子放出面およびそれを用いた電子管と光検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2752312B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4647955B2 (ja) * | 2004-08-17 | 2011-03-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光電陰極板及び電子管 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3958143A (en) | 1973-01-15 | 1976-05-18 | Varian Associates | Long-wavelength photoemission cathode |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2597550B2 (ja) * | 1986-06-19 | 1997-04-09 | キヤノン株式会社 | 光電子ビーム変換素子 |
| JPH0750587B2 (ja) * | 1991-02-25 | 1995-05-31 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体光電子放出体 |
| JPH0512989A (ja) * | 1991-07-01 | 1993-01-22 | Nec Corp | 半導体光電面およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-09-10 JP JP22623793A patent/JP2752312B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3958143A (en) | 1973-01-15 | 1976-05-18 | Varian Associates | Long-wavelength photoemission cathode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0778554A (ja) | 1995-03-20 |
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Legal Events
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