JP2796046B2

JP2796046B2 - 光電変換管

Info

Publication number: JP2796046B2
Application number: JP26365993A
Authority: JP
Inventors: 得明二橋; 俊光永井
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JPH07122228A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光電子増倍管やイメージ
管などの光電面を有する光電変換管に関し、特に、光電
面へ陰極電圧を与える構造に特徴を有する光電変換管に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光入射に応じて光電子を放出する光電面
には透過形光電面と反射形光電面とがあり、透過形光電
面においては光電面の基板として光学ガラスなどが用い
られている。

【０００３】図７および図８はこの透過形光電面を示し
ており、これら各光電面は、光学ガラスと光電面サイズ
の大小によって端部形状が異なっている。図７（ａ）は
光電面１の端部が光学ガラス基板２の周縁部からはみだ
している光電面の側断面図を示している。この光電面１
は単結晶半導体光電面、例えばＧａＡｓ透過形光電面か
ら形成され、同図（ｂ）の平面図に示すように、結晶破
断面が現れる光電面１の端部には非常に鋭い突起１ａが
必ず存在している。

【０００４】また、図８（ａ）はＧａＡｓ透過形光電面
３の端部が光学ガラス基板４の周端部からはみださず、
光学ガラス基板４の径よりも小さい径を有する光電面の
側断面図を示している。同図（ｂ）は同図（ａ）におけ
るＡ部を拡大した断面図を示している。この光電面構造
にあっては、光電面３の周端部に存在する鋭い突起３ａ
が、光学ガラス基板４の周縁部４ａに形成された盛り上
がり部分によって覆われている。

【０００５】これら各光電面１，３に陰極電圧を与える
ため、従来、「Ｔ」字状に形成された各ガラス基板２，
４の肩部２ｂ，４ｂに、光電面１，３に電気的に接触し
てアルミニウム金属等が蒸着され、図示しない接触電極
が形成されていた。この接触電極は光電面１，３を真空
雰囲気におく気密容器の外部に導かれており、この接触
電極を通じて気密容器外部から光電面１，３に陰極電圧
が与えられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構造をした透過形半導体光電面にあっては、光電変
換管の最近の小型化の傾向から、光電面部分やその周辺
に高電界が形成される場合が多く、電界放出現象が発生
しやすい状態にある。このため、光学ガラス基板２，４
は、電界が集中しやすい突起や傷が皆無になるよう、真
空雰囲気に保たれる内側全面に渡って光学的研磨が施さ
れていた。特に、いわゆる段付き面板と称される光学ガ
ラス基板における端部はより入念に研磨されるうえ、製
造過程での取扱いや処理に細心の注意が払われながら工
程が進められていた。

【０００７】また、光電面の形成にも苦心が払われてい
た。つまり、上記従来の図７に示す光電面１にあって
は、光学ガラス基板２に光電面用単結晶薄膜ウエハが形
成された後、その周端部に存在する鋭い突起が研磨によ
って除去される。その後、光電面に陰極電圧を与えるた
めの接触電極の形成工程に移行する。この電極形成にお
いても、ほこりの付着や傷、突起が発生しないよう、注
意しながらが工程が進められる。また、上記従来の図８
に示す光電面３にあっては、光電面用単結晶薄膜ウエハ
の周端部を覆うよう、光学ガラス基板４の周縁部４ａを
盛り上げなければならない。従って、従来の光電変換管
の構造においては、光学ガラス基板の端面や光電面の周
端部を研磨したり、光学ガラス基板の周縁部を盛り上げ
る難しい工程が必要とされ、管の製造に熟練技術や時間
を要した。

【０００８】また、研磨工程における光電面への研磨剤
の付着、接触電極形成工程における光電面への汚染物の
付着が発生し、光電面表面の清浄度を確保する観点から
好ましくない状態が発生した。従って、従来、光電面表
面に付着したこのような汚染物を除去する工程が必要と
なり、製造時間が増加して製造コストは上昇した。ま
た、光電面表面の汚染物は完全に除去しきれず、汚染物
の付着は光電面の光検出特性を低下させる方向に働い
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解消するためになされたもので、内部が真空状態に保
たれた気密容器と、この気密容器の一部を形成する透光
性の受光面板と、入射光を光電変換して電子を放出する
受光面板の内面に配置された透過形の半導体光電面と、
電子を捕らえる気密容器内に形成された陽極電極とを備
えて構成された光電変換管において、丸みを帯びた一端
部が光電面に電気的に接触しつつ半導体光電面の周端部
を覆い、他端部が気密容器の外部に露出し、気密容器の
側管と受光面板とによって挟持された接触電極を備えた
ものである。

【００１０】また、上記接触電極は、光電面の周端部に
電気的に接した金属板からなる第１の接触電極と、この
第１の接触電極に当接しつつ光電面の周端部および第１
の接触電極を覆い、端部が気密容器の外部に露出した金
属板からなる丸みを帯びた第２の接触電極とから構成さ
れ、第１の接触電極または第２の接触電極に光電面およ
び第１の接触電極間を緩衝するスプリング部が形成され
ているものである。

【００１１】

【作用】鋭い突起部が存在する半導体光電面の周端部は
丸みを帯びた接触電極によって覆われ、光電面および陽
極電極間に形成される電界に集中は生じない。

【００１２】また、気密容器外部に露出する接触電極の
端部に陰極電圧が与えられ、光電面に機械的に接する接
触電極を介して陰極電圧が伝えられる。

【００１３】また、第１の接触電極または第２の接触電
極にスプリング部が形成され、光電面および第１の接触
電極間が緩衝されることにより、光電面および第１の接
触電極間の電気接触抵抗は安定した低抵抗状態に保たれ
る。

【００１４】

【実施例】次に、ＧａＡｓ透過形光電面を持つ近接形光
電管に本発明を適用した第１の実施例について説明す
る。本実施例による近接形光電管は以下のようにして製
造される。

【００１５】まず、III −Ｖ族化合物半導体であるＧａ
Ａｓ半導体基板上に、ＧａＡｌＡｓエッチングストップ
層、ＧａＡｓ単結晶層、およびＧａＡｌＡｓバッファ層
が順次結晶成長される。次に、この結晶積層構造の最上
層にあるＧａＡｌＡｓバッファ層の表面にシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）が熱ＣＶＤ法によってコートされ、酸化シリコン
（ＳｉＯ₂）層が形成される。次に、この酸化シリコン
層に光学ガラス基板１１が熱接着される。この際、酸化
シリコン層は、光学ガラス基板１１との熱接着によって
結晶積層構造に不純物が侵入することを防止すると共
に、光学ガラス基板１１との接着を強固にする機能を果
たす。次に、ＧａＡｓ半導体基板がエッチング除去さ
れ、引き続いてＧａＡｌＡｓエッチングストップ層が除
去されてＧａＡｓ単結晶層が露出される。この結果、図
２（ａ）に示すように、光学ガラス基板１１の表面にＧ
ａＡｓ単結晶薄膜からなる透過形光電面（光電陰極）１
２が形成される。なお、図２は中心線の左半分が側断面
図、右半分が側面図を表わしている。この光電面構造は
従来の図７（ａ）または図８（ａ）に示す構造に相当し
ており、光学ガラス基板１１および光電面１２の周端部
には鋭い突起が存在している。

【００１６】光電面１２の露出したこの受光面板１３は
図５に示す近接形光電管生産用の真空装置にセットされ
る。この真空装置はトランスファー装置と称される。こ
の際、従来のように、光学ガラス基板１１や光電面１２
の端部を研磨することなく、また、アルミ金属を蒸着し
て接触電極を形成することなく、受光面板１３はトラン
スファー装置にセットされる。また、同時に、この受光
面板１３と一体になって真空気密容器を形成する側管ア
センブリ１４が、受光面板１３とは別の位置にセットさ
れる。この側管アセンブリ１４は図２（ｂ），（ｃ）に
示される。電気的絶縁材料からなる側管１５の一方の開
口面には、溶接によって一体に形成された、金属板から
なる陰極接触電極１６ａ，１６ｂが設けられている。さ
らに陰極接触電極１６ｂに接して図示しない後述する陰
極接触電極１７が設けられており、この陰極接触電極１
７は第１の陰極接触電極、上記の陰極接触電極１６ａ，
ｂは第２の陰極接触電極を形成している。また、側管１
５の他方の開口面には、金属の円筒板からなる第１の陽
極接触電極１８が設けられている。さらに、この第１の
陽極接触電極１８に接触して金属板からなる第２の陽極
接触電極１９が図２（ｃ）に示すように設けられてお
り、この第２の陽極接触電極１９に接触してファイバプ
レート２０が配されている。このファイバプレート２０
の表面には図示しない蛍光膜および陽極電極薄膜が形成
されており、この陽極電極薄膜が第２の陽極接触電極１
９と電気的に接触している。

【００１７】トランスファー装置にこのように受光面板
１３および側管アセンブリ１４がセットされた状態で、
真空ポンプによってトランスファー装置内部が真空排気
される。引き続いて光電面１２に所定の表面処理が施さ
れ、光電面１２が真空中に浮いた状態で清浄化される。
この清浄化工程により、光電面１２の光電子に対する表
面障壁は非常に低くなり、良効率の光電面が得られる。
この後、受光面板１３はマニュピュレータ３１によって
トランスファー装置内を移動し、側管アセンブリ１４の
上部空間で、光電面１２がファイバプレート２０に対向
する位置まで搬送させられる。この状態で受光面板１３
の上方に位置するプレス機械３２が作動し、図３（ａ）
に示す受光面板１３は図３（ｂ）に示す側管アセンブリ
１４にプレスされ、図３（ｃ）および図２（ｃ）に示す
近接形光電管４１が形成される。なお、図３において図
２と同一部分には同一符号を付してその説明は省略す
る。このプレス工程により、第１の陰極接触電極１６
ａ，ｂは光学ガラス基板１１および側管１５間でシール
合体される。このシールは例えばインジウム（Ｉｎ）シ
ールやコールドウエルド等の手段によって行われる。こ
の結果、第１の陰極接触電極１７および第２の陰極接触
電極１６ａ，ｂからなる陰極接触電極は、光学ガラス基
板１１および側管１５の間に挟持される構造になる。

【００１８】また、受光面板１３と陰極接触電極とは図
２（ｃ）の断面図に示すように接触しており、より詳細
には同図のＢ部を拡大した図１（ａ）に示される。図１
（ａ）に示すように、光学ガラス基板１１の表面に形成
された半導体光電面１２に、第１の陰極接触電極１７が
機械的および電気的に接している。この第１の陰極接触
電極１７は図４（ａ）の斜視図に示される。この第１の
陰極接触電極１７は円環状の金属板からなり、板バネ状
のスプリング部１７ａが形成されており、第２の陰極接
触電極１６ｂ上に図４（ｂ）に示すように載置される。
なお、図４（ｂ）において図２および図３と同一部分に
は同一符号を付してその説明は省略する。このため、第
１の陰極接触電極１７はこのスプリング部１７ａを介
し、図１（ａ）に示すように第２の陰極接触電極１６ｂ
と当接している。

【００１９】また、この第２の陰極接触電極１６ｂは、
第１の陰極接触電極１７に当接しつつ、光電面１２の周
端部１２ａおよび第１の陰極接触電極１７を覆ってい
る。また、この第２の陰極接触電極１６ｂと一体になっ
た第２の陰極接触電極１６ａの他端部は、図２（ｂ），
（ｃ）に示すように、気密容器の外部に露出している。
さらに、光電面１２の周端部を覆う第２の陰極接触電極
１６ｂは、図１（ｂ）の断面図に示すように丸みを帯び
て形成され、その端部は鏡面仕上げが施されて突起や傷
が消滅させられている。

【００２０】このような本実施例による近接形光電管に
おいては、鋭い突起部が存在する半導体光電面１２の周
端部１２ａは、丸みを帯びた第２の陰極接触電極１６ｂ
によって覆われ、光電面１２と、ファイバプレート２０
の表面に形成された陽極電極との間に形成される電界に
集中は生じない。つまり、光電陰極と陽極との間には電
界集中を生じやすい突起部や傷といった鋭利な部分が従
来のように存在しないため、電界集中は生じない。従っ
て、光電面１２とその周辺部はより高い電界に対しても
耐えられるようになり、不必要な電界放出現象は従来の
ように発生しなくなる。また、半導体光電面１２の周端
部１２ａは丸みを帯びた第２の陰極接触電極１６ｂによ
って覆われるため、周端部１２ａに存在する鋭い突起を
研磨する工程を設ける必要もない。従って、従来のよう
に、研磨工程において光電面に研磨剤が付着し、光電面
を汚染することもない。また、光学ガラス基板１１の端
面の研磨は荒くてもよく、研磨に熟練技術がいらなくな
り、しかも、半導体光電面１２の周端部１２ａの研磨が
不要になることと相俟って工数が減少する。このため、
光電管の製造コストは低減する。

【００２１】また、気密容器の外部に露出する第２の陰
極接触電極１６ａの端部に陰極電圧が与えられ、この陰
極接触電極１６ａと一体になった陰極接触電極１６ｂに
陰極電圧が伝えられ、さらに第１の陰極接触電極１７を
介し、光電面１２に陰極電圧が伝えられる。すなわち、
本実施例による光電変換管においては、気密容器外部か
ら光電面１２に陰極電圧を伝える構造が、第１の陰極接
触電極１７および第２の陰極接触電極１６ａ，ｂによっ
て機械的に構成されている。従って、光学ガラス基板の
表面に金属材料を蒸着して接触電極を形成する従来構造
と異なり、光電面の清浄工程時に蒸着金属電極からガス
が放出したり、蒸着金属電極が合金化するといった現象
は起きなくなる。また、上述したように研磨工程が不要
となり、しかも、電極蒸着工程もいらなくなるため、こ
れら各工程時に光電面の活性面が汚染されることが回避
される。このため、光電面の光検出特性は劣化せず、良
好な光電面が得られる。

【００２２】また、第１の陰極接触電極１７にスプリン
グ部１７ａが形成されているため、光電面１２と、この
光電面１２に電気的・機械的に接触する第１の陰極接触
電極１７との間がスプリング部１７ａによって緩衝され
る。このため、光電管を使用する環境に温度変化があっ
たり、また、光電管に振動が加わったりしても、光電面
１２および第１の陰極接触電極１７間の電気接触抵抗は
常に安定した低抵抗状態に保たれる。つまり、本実施例
のように、陰極接触電極を単一電極でなく、複数の電極
部品によって構成し、しかも、その内の１部品にスプリ
ング機能を持たせる構造を採用することにより、光電面
１２との接触抵抗は長期間安定して低い状態に保たれ
る。すなわち、本実施例の電極構造においては、装置の
使用環境から電気接触部位に必要とされる種々の機械的
要件が満足されている。

【００２３】なお、本実施例においては第１の陰極接触
電極１７にスプリング機能を持たせた場合について説明
したが、第２の陰極接触電極１６ｂ側にスプリング機能
を持たせても良く、この場合においても本実施例と同様
な効果が奏される。

【００２４】また、上記本実施例における光電面はＧａ
Ａｓ単結晶半導体光電面として説明したが、これに限定
される必要はなく、例えばＩｎＰ系半導体光電面であっ
ても本実施例と同様な効果が奏される。

【００２５】また、上記本実施例では本発明を光電管に
適用した場合について説明したが、光電子増倍管に適用
してもよい。図６は本発明の第２の実施例による光電子
増倍管を示している。なお、同図において、図２および
図３と同一または相当する部分には同一符号を付し、そ
の説明は省略する。光電子増倍管は光電管に電子増倍機
能を持たせたものであり、気密容器内には光電面１２か
ら放出された光電子を電子増倍する複数のマイクロチャ
ンネルプレート（ＭＣＰ）５１が設けられている。これ
らＭＣＰ５１から２次電子放出された電子群は陽極プレ
ート５２に収束される。この陽極プレート５２はワイヤ
５３を介してリードピン５４に電気的に接続されてお
り、リードピン５４は絶縁材料からなるベースプレート
５５に固定されている。このリードピン５４のベースプ
レート５５への固定はテーパー状ハーメチックガラス５
６によって行われている。

【００２６】本実施例においても、気密容器外部から光
電面１２への陰極電圧供給は、第２の陰極接触電極１６
ａ，ｂおよび前述の第１の陰極接触電極１７を介して行
われる。また、陽極プレート５２への陽極電圧供給は、
リードピン５４およびワイヤ５３を介して行われる。従
って、本実施例においても、蒸着金属電極を用いること
なく機械的な接触電極によって光電面に陰極電圧が与え
られ、上記第１の実施例と同様な効果が奏される。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鋭
い突起部が存在する半導体光電面の周端部は丸みを帯び
た接触電極によって覆われ、光電面および陽極電極間に
形成される電界に集中は生じない。このため、従来のよ
うに電界放出現象は発生しなくなる。また、鋭い突起部
等を研磨する熟練を要する工程がいらなくなり、また、
研磨剤によって光電面が汚染することもない。このた
め、工数が減少し、光電変換管の製造コストは低減す
る。

【００２８】また、気密容器外部に露出する接触電極の
端部に陰極電圧が与えられ、光電面に機械的に接する接
触電極を介して陰極電圧が伝えられる。従って、電極蒸
着工程がいらなくなり、しかも、上記のように研磨工程
が不要となるため、これら各工程時に光電面が汚染され
ることがない。このため、光電面の光検出特性は劣化せ
ず、良好な光電面が得られる。

【００２９】また、第１の接触電極または第２の接触電
極にスプリング部が形成され、光電面および第１の接触
電極間が緩衝されることにより、光電面および第１の接
触電極間の電気接触抵抗は安定した低抵抗状態に保たれ
る。このため、光電管の使用環境にかかわらず、常に安
定した電気接触を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による近接形光電管にお
ける光電面と陰極接触電極との接触部を一部拡大した断
面図である。

【図２】第１の実施例による近接形光電管を構成する各
部品の側断面および側面を示す図である。

【図３】第１の実施例による近接形光電管を構成する各
部品を一部破断して示した斜視図である。

【図４】第１の実施例による近接形光電管に用いられる
第１の陰極接触電極の構造を示す一部破断斜視図であ
る。

【図５】第１の実施例による近接形光電管の製造に用い
られるトランスファー装置の構成を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施例による光電子増倍管の一
部を破断して示した斜視図である。

【図７】従来の第１の光電変換管に用いられる光電面構
造を示す図である。

【図８】従来の第２の光電変換管に用いられる光電面構
造を示す図である。

【符号の説明】

１１…光学ガラス基板、１２…光電面（光電陰極）、１
５…側管、１６ａ，ｂ…第２の陰極接触電極、１７…第
１の陰極接触電極、１８…第１の陽極接触電極、１９…
第２の陽極接触電極、２０…ファイバプレート。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 40/02 - 40/06 H01J 9/20 H01J 29/38 H01J 31/50 H01J 43/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部が真空状態に保たれた気密容器と、
この気密容器の一部を形成する透光性の受光面板と、入
射光を光電変換して電子を放出する前記受光面板の内面
に配置された透過形の半導体光電面と、電子を捕らえる
陽極電極とを備えて構成された光電変換管において、丸みを帯びた一端部が前記光電面に電気的に接触しつつ
前記半導体光電面の周端部を覆い、他端部が前記気密容
器の外部に露出し、前記気密容器の側管と前記受光面板
とによって挟持された接触電極を備えていることを特徴
とする光電変換管。
【請求項２】前記接触電極は、前記光電面の周端部に
電気的に接した金属板からなる第１の接触電極と、この
第１の接触電極に当接しつつ前記光電面の周端部および
前記第１の接触電極を覆い端部が前記気密容器の外部に
露出した金属板からなる丸みを帯びた第２の接触電極と
から構成され、前記第１の接触電極または前記第２の接
触電極に前記光電面および前記第１の接触電極間を緩衝
するスプリング部が形成されていることを特徴とする請
求項１記載の光電変換管。