JP4116294B2 - Photocathode and photoelectric conversion tube - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電面およびこの光電面が設けられた光電変換管に関する。
【0002】
【従来の技術】
紫外線に有感な透過型光電面として、テルル;Teとアルカリ金属(セシウム;Cs、カリウム;K、ルビジウム;Rbなど)を含むものが知られている。このような光電面は、石英などの窓材上にクロム;Crなどからなる下地膜を堆積し、その上にTeとアルカリ金属の光電子放出膜を堆積して構成される。
【0003】
この種の透過型光電面では、従来、より短い波長域、たとえば200nm以下の波長域での感度が高く、可視域での感度が低いことが要求されていた。このような要求に対応すべく、従来における光電面の下地膜としては、主に、Cr、ニッケル;Ni、アルミニウム;Alなどが用いられていた。
【0004】
他方、この種の光電面を有する光電変換管、たとえばイメージインテンシファイアなどでは、ゲート動作が必要とされることは少なかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、近年においては、この種の透過型光電面に対して多様な要求がなされるようになり、たとえば250nm〜320nmの波長域において高感度であり、かつゲート動作が可能な透過型光電面が要求されるようになった。しかし、上記の従来のCr、Ni、Alなどは、短い波長域での感度が良好であり、250nm〜320nmの波長域では、感度が低下する傾向にある。
【0006】
また、ゲート動作を良好に行うことができるようにするためには、下地膜の面抵抗を低くすることが必要であるが、上記従来のCr,Ni,Alなどの下地膜を用いた場合に面抵抗を低くすると、透過率が下がってしまう。このため、これらの金属からなる下地膜上に光電面を作製しても、実効的な量子効率が低くなってしまうという問題があった。
【0007】
そこで、本発明の課題は、250nm〜320nmの波長域の光に対して良好な感度を示し、またゲート動作を良好に行うことができる光電面、およびこの光電面を用いた光電変換管を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明者らの試行錯誤の結果完成された本発明は、紫外線透過性の窓材と、窓材に形成されたチタンを含む下地膜と、下地膜上に形成されたテルルとアルカリ金属を含む光電子放出膜とを備えることを特徴とする、250nm〜320nmの波長域の光の検出に適した光電面である。
【0009】
ここで、アルカリ金属は、セシウム、カリウム、またはルビジウムであるのが好適である。
【0010】
また、上記の光電面が設けられた真空容器を備える光電変換管とすることができ、光電面が設けられた真空容器と、真空容器に収容され光電子放出膜から放出された電子を増倍する電子増倍手段と、電子増倍手段で増倍された電子が入射され、増倍された電子を光に変換する蛍光面とを備えるイメージインテンシファイアとすることもできる。このとき、イメージインテンシファイアは、ゲート動作が可能なものとするのが好適である。
【0011】
さらには、光電面が設けられた真空容器と、真空容器の内部に収容され光電子放出膜から放出された電子を増倍する電子増倍手段と、真空容器の内部に収容され電子増倍手段で増倍された電子が入射されるアノードを備える光電子増倍管とすることもできる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、光電変換管として、イメージインテンシファイアを例に挙げて説明する。
【0013】
図1は本発明に係る光電面を備えるイメージインテンシファイアの断面図である。図1に示すように、近接型のイメージインテンシファイア1は、真空容器2を備えており、真空容器2の内部には光電面3が設けられている。光電面3は入射光を透過する入射窓材4を有している。入射窓材4は、紫外線透過性のものであればよく、たとえば石英板とフッ化マグネシウム;MgF2を用いることができる。
【0014】
窓材4の内面には下地膜5としてチタン;Tiの薄膜が、EB蒸着(エレクトロンビーム蒸着)による真空蒸着によって形成されている。下地膜5の上にはTeとアルカリ金属であるK、Cs、およびRbを含む光電子放出膜6が形成されている。Teとアルカリ金属の組み合わせについては、K−Te,Cs−Te、K−Cs−Teのほか、各種のものが考えられる。
【0015】
また、真空容器2における光電面3の後方には、電子を増倍する増倍部となるマイクロチャンネルプレート7が設けられており、マイクロチャンネルプレート7のさらに後方には、蛍光面8が設けられている。マイクロチャンネルプレート7で増倍された電子は蛍光面8に入射される。蛍光面8では、入射した電子を光に変換して外部に出射する。さらに、蛍光面8の後方には出射窓材9が設けられている。蛍光面8から出射した光は、出射窓材9を介して外部に出射される。
【0016】
本実施形態においては、下地膜5としてTiの薄膜を用いている。Tiの薄膜からなる下地膜5は、後の実施例で示すように、面抵抗が小さいので、ゲート動作を容易に行うことができる。また、Tiは、250nm〜320nmの波長域で良好な感度を示している。したがって250nm〜320nmの波長域で良好な感度を要求される光電面3の下地膜5として、好適に用いることができる。また、Tiは、たとえばCrと比較すると面抵抗値が低いので、下地膜5としてTiを用いると、Crを用いる場合よりも膜厚を薄くすることができる。この結果、分光透過率を高めることができる。なお、光電子放出膜6を形成するにあたり、Rbは280nm近辺における感度が高くないので、光電子放出膜6としてはKおよびCsを用いるのが望ましいが、Rbを用いることもできる。
【0017】
【実施例】
本発明者らは、面抵抗が小さく、かつ250nm〜320nmの波長域で、良好な感度を示す下地膜として好適な材料を求めて、以下の実験を行った。
【0018】
《実験1》
まず、250nm〜320nmの波長域で良好な感度を示す下地膜を求めて、種々の材料を下地膜とし、その量子効率を計測した。この実験においては、下地膜としてNi、タングステン;W、一酸化ニッケル;NiO、白金;Pt、Al、Cr、およびTiを用いた。また、光電子放出膜としてはいずれもK−Cs−Teを用いた。さらに、各材料を用いた下地膜は、下地膜を蒸着した際の面抵抗が一定(11kΩ)となるようにして形成した。その結果を図2に示す。
【0019】
図2から判るように、CrおよびTiを除く他の材料では、おおむね波長が200nmの領域で高い量子効率を示し、波長が長くなるにつれて量子効率が低下する傾向が見られた。また、Crは、200nm〜250nmの波長域の光に対しては、波長が長くなるにつれて量子効率がわずかに上昇し、250nmより長い波長域の光に対しては、波長が長くなるにつれて量子効率が低下する傾向が見られた。これに対して、Tiは、200nm〜270nmの波長域の光に対しては、波長が長くなるにつれて量子効率が上昇し、270nmより長い波長域の光に対しては、波長が長くなるにつれて量子効率が低下する傾向が見られた。また、250nm〜320nmの波長域の光に対しては、Tiは、実験に用いた他の材料と比較して高い量子効率を示すものであった。
【0020】
以上の実験1の結果から、250nm〜320nmの波長域の光に対しては、Tiを用いた下地膜が良好な量子効率を示すと言えることが判った。
【0021】
《実験2》
続いて、Tiからなる下地膜と、Crからなる下地膜のそれぞれの面抵抗の熱による変化を計測した。この実験では、下地膜がTiである光電面を備えるイメージインテンシファイアの使用時における下地膜の面抵抗と、下地膜がCrであるイメージインテンシファイアの使用時における下地膜の面抵抗をそれぞれ計測した。この実験では、セット時(下地膜にCrまたはTiを蒸着した時)、ガス抜き終了時、H・C終了時、冷却後、およびリーク後にそれぞれ面抵抗を計測した。その結果を図3に示す。
【0022】
図3から判るように、セット時においては、わずかにCrを用いた下地膜の面抵抗が小さかったが、その他の時には、Tiを用いた下地膜の面抵抗の方が小さいという結果となった。この結果から、Tiを用いた下地膜では、面抵抗を小さくすることができるということが判った。
【0023】
《実験3》
さらに、光電面の下地膜としてTiを用いた場合において、面抵抗が異なるときの分光感度特性について調べる実験を行った。この実験では、下地膜の抵抗が3.2kΩ、6.5kΩ、9.0kΩ、11kΩ、15kΩ、29kΩのときの量子効率を計測した。その結果を図4に示す。
【0024】
図4から判るように、下地膜の面抵抗が異なる場合でも、下地膜としてTiを用いていることにより、200nm〜270nmの波長域の光に対しては、波長が長くなるほど量子効率が高くなり、270nmより長い波長域の光に対しては、波長が長くなるにつれて量子効率が低くなる傾向が見られた。また、面抵抗と量子効率との関係に着目すると、両者の間における相関関係を見出すことはできなかった。この結果から、下地膜としてTiを用いることにより、面抵抗が異なる場合であっても、250nm〜320nmの波長域の光に対して高い量子効率を得ることができることが判った。
【0025】
以上の実験の結果より、Tiを用いた下地膜を有する光電面とすることにより、下地膜の面抵抗を小さくすることができるので、良好なゲート動作を行うことができるとともに、250nm〜320nmの波長域の光に対して良好な感度を示すことができることが判った。
【0026】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は種々の変形が可能である。たとえば、上記実施形態では光電面をイメージインテンシファイアに設けたが、イメージインテンシファイア以外の光電変換管、たとえば光電子増倍管に設けることもできる。このときの光電子増倍管は、たとえば次のようにして構成することができる。真空容器の内部に上記実施形態で示した光電面3(図1)を設け、光電面3の後方に電子を増倍する増倍部となるダイノードあるいはマイクロチャンネルプレートを設ける。その後方には陽極(アノード)を真空容器の内部に収容した状態で設けられる。陽極には、リードピンを介して上記の光電面、電子増倍部および陽極に所定のバイアスが印加される。そして、陽極からの出力信号はリードピンを介して外部に出力される。
【0027】
また、上記の実施形態では、下地膜をTiとして説明しているが、ここでいうTiは、純粋なTiからなるもののみならず、多少の不純物が含まれるものであってもよい。また、Tiの蒸着時に自然酸化膜が形成された下地膜であってもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明によれば、250nm〜320nmの波長域の光に対して良好な感度を示し、またゲート動作を可能とする光電面およびこの光電面を用いた光電変換管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るイメージインテンシファイアの側断面図である。
【図2】光電面の下地膜として種々の材料を用いた際における透過する光の波長と量子効率の関係を示すグラフである。
【図3】Tiを用いた下地膜とCrを用いた下地膜の面抵抗の変化を示すグラフである。
【図4】面抵抗の異なるTiを用いた下地膜を透過する光の波長と量子効率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1…イメージインテンシファイア、2…真空容器、3…光電面、4…入射窓材、5…下地膜、6…光電子放出膜、7…マイクロチャンネルプレート(増倍部)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photocathode and a photoelectric conversion tube provided with the photocathode.
[0002]
[Prior art]
As a transmissive photocathode sensitive to ultraviolet rays, one containing tellurium; Te and an alkali metal (cesium; Cs, potassium; K, rubidium; Rb, etc.) is known. Such a photocathode is constituted by depositing a base film made of chromium or Cr on a window material such as quartz and depositing a photoelectron emission film of Te and an alkali metal thereon.
[0003]
Conventionally, this type of transmission type photocathode has been required to have high sensitivity in a shorter wavelength region, for example, a wavelength region of 200 nm or less, and low sensitivity in the visible region. In order to meet such demands, Cr, nickel; Ni, aluminum; Al, etc. have been mainly used as the base film of the conventional photocathode.
[0004]
On the other hand, in a photoelectric conversion tube having this type of photocathode, such as an image intensifier, gate operation is rarely required.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, in recent years, various demands have been made for this type of transmissive photocathode. For example, a transmissive photocathode that has high sensitivity in a wavelength range of 250 nm to 320 nm and can perform a gate operation. Faces are now required. However, the above-mentioned conventional Cr, Ni, Al and the like have good sensitivity in a short wavelength region, and the sensitivity tends to decrease in a wavelength region of 250 nm to 320 nm.
[0006]
Further, in order to perform the gate operation satisfactorily, it is necessary to reduce the surface resistance of the base film. However, when the conventional base film such as Cr, Ni, Al or the like is used, If the sheet resistance is lowered, the transmittance is lowered. For this reason, even if the photocathode is formed on the base film made of these metals, there is a problem that the effective quantum efficiency is lowered.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a photocathode that exhibits good sensitivity to light in the wavelength range of 250 nm to 320 nm and that can perform a gate operation well, and a photoelectric conversion tube using this photocathode. There is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention completed as a result of trial and error by the present inventors is an ultraviolet transmissive window material, a base film containing titanium formed on the window material, and a base film formed on the base film. It is a photocathode suitable for detecting light in the wavelength range of 250 nm to 320 nm, comprising a tellurium and a photoelectron emission film containing an alkali metal.
[0009]
Here, the alkali metal is preferably cesium, potassium, or rubidium.
[0010]
Moreover, it can be set as a photoelectric conversion tube provided with the vacuum vessel provided with said photoelectric surface, and it multiplyes the electron which was accommodated in the vacuum vessel provided with the photoelectric surface, and was discharge | released from the photoelectron emission film | membrane. An image intensifier including an electron multiplying unit and a fluorescent screen that receives electrons multiplied by the electron multiplying unit and converts the multiplied electrons into light may be provided. At this time, it is preferable that the image intensifier can perform a gate operation.
[0011]
Further, a vacuum vessel provided with a photocathode, an electron multiplying means for multiplying electrons emitted from the photoelectron emission film contained in the vacuum vessel, and an electron multiplying means contained in the vacuum vessel. It can also be a photomultiplier tube comprising an anode through which the multiplied electrons are incident.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, an image intensifier will be described as an example of the photoelectric conversion tube.
[0013]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an image intensifier having a photocathode according to the present invention. As shown in FIG. 1, the proximity
[0014]
On the inner surface of the
[0015]
Further, a
[0016]
In the present embodiment, a Ti thin film is used as the
[0017]
【Example】
The inventors of the present invention conducted the following experiment in search of a material having a low surface resistance and suitable as a base film exhibiting good sensitivity in a wavelength range of 250 nm to 320 nm.
[0018]
<
First, a base film showing good sensitivity in a wavelength range of 250 nm to 320 nm was obtained, and various materials were used as base films, and the quantum efficiency was measured. In this experiment, Ni, tungsten; W, nickel monoxide; NiO, platinum; Pt, Al, Cr, and Ti were used as the base film. Further, K-Cs-Te was used as the photoelectron emission film. Further, the base film using each material was formed so that the sheet resistance when depositing the base film was constant (11 kΩ). The result is shown in FIG.
[0019]
As can be seen from FIG. 2, the other materials except Cr and Ti showed high quantum efficiency in the region where the wavelength was approximately 200 nm, and the tendency was found that the quantum efficiency decreased as the wavelength increased. In addition, Cr has a quantum efficiency that slightly increases as the wavelength increases for light in the wavelength range of 200 nm to 250 nm, and quantum efficiency increases as the wavelength increases for light in the wavelength range longer than 250 nm. Tended to decrease. In contrast, Ti has a quantum efficiency that increases as the wavelength increases for light in the wavelength range of 200 nm to 270 nm, and Ti increases as the wavelength increases for light in the wavelength range longer than 270 nm. There was a tendency for efficiency to decrease. Moreover, Ti showed high quantum efficiency compared with the other material used for experiment with respect to the light of a wavelength range of 250 nm to 320 nm.
[0020]
From the results of
[0021]
<
Subsequently, changes due to heat in the surface resistance of each of the base film made of Ti and the base film made of Cr were measured. In this experiment, the surface resistance of the base film when using an image intensifier with a photocathode whose base film is Ti, and the surface resistance of the base film when using an image intensifier whose base film is Cr, respectively. Measured. In this experiment, the sheet resistance was measured at the time of setting (when Cr or Ti was deposited on the base film), at the end of degassing, at the end of HC, after cooling, and after leakage. The result is shown in FIG.
[0022]
As can be seen from FIG. 3, at the time of setting, the surface resistance of the base film using slightly Cr was small, but at other times, the surface resistance of the base film using Ti was smaller. . From this result, it was found that the surface resistance can be reduced in the base film using Ti.
[0023]
<
Furthermore, in the case where Ti was used as the base film of the photocathode, an experiment was conducted to examine the spectral sensitivity characteristics when the sheet resistance is different. In this experiment, the quantum efficiency was measured when the resistance of the base film was 3.2 kΩ, 6.5 kΩ, 9.0 kΩ, 11 kΩ, 15 kΩ, and 29 kΩ. The result is shown in FIG.
[0024]
As can be seen from FIG. 4, even when the surface resistance of the underlayer is different, the use of Ti as the underlayer increases the quantum efficiency as the wavelength increases for light in the wavelength range of 200 nm to 270 nm. For light in the wavelength range longer than 270 nm, there was a tendency for the quantum efficiency to decrease as the wavelength increased. Moreover, when focusing on the relationship between the sheet resistance and the quantum efficiency, it was not possible to find a correlation between the two. From this result, it was found that by using Ti as the base film, high quantum efficiency can be obtained for light in the wavelength range of 250 nm to 320 nm even when the sheet resistance is different.
[0025]
As a result of the above experiment, by making the photocathode having a base film using Ti, the surface resistance of the base film can be reduced, so that a good gate operation can be performed, and 250 nm to 320 nm can be performed. It was found that good sensitivity can be exhibited with respect to light in the wavelength range.
[0026]
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention can be variously modified. For example, in the above embodiment, the photocathode is provided in the image intensifier, but it can also be provided in a photoelectric conversion tube other than the image intensifier, for example, a photomultiplier tube. The photomultiplier tube at this time can be configured as follows, for example. The photocathode 3 (FIG. 1) shown in the above embodiment is provided inside the vacuum vessel, and a dynode or microchannel plate serving as a multiplication unit for multiplying electrons is provided behind the
[0027]
In the above-described embodiment, the base film is described as Ti. However, Ti here is not limited to pure Ti but may contain some impurities. Further, it may be a base film on which a natural oxide film is formed during Ti deposition.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a photocathode that exhibits good sensitivity to light in the wavelength range of 250 nm to 320 nm and enables gate operation, and a photoelectric conversion tube using this photocathode. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of an image intensifier according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the wavelength of transmitted light and quantum efficiency when various materials are used as a base film of a photocathode.
FIG. 3 is a graph showing changes in sheet resistance of a base film using Ti and a base film using Cr.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the wavelength of light transmitted through a base film using Ti having different surface resistance and quantum efficiency.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記真空容器に収容され前記光電子放出膜から放出された電子を増倍する電子増倍手段と、
前記電子増倍手段で増倍された電子が入射され、前記増倍された電子を光に変換する蛍光面と、
を備えるイメージインテンシファイア。A vacuum vessel provided with the photocathode according to claim 1 or 2,
Electron multiplying means for multiplying electrons emitted from the photoelectron emitting film contained in the vacuum container;
A fluorescent screen on which electrons multiplied by the electron multiplying means are incident, and the multiplied electrons are converted into light;
An image intensifier with.
前記真空容器の内部に収容され前記光電子放出膜から放出された電子を増倍する電子増倍手段と、
前記真空容器の内部に収容され前記電子増倍手段で増倍された電子が入射されるアノードを備える光電子増倍管。A vacuum vessel provided with the photocathode according to claim 1 or 2,
An electron multiplying means for multiplying electrons emitted from the photoelectron emission film housed in the vacuum container;
A photomultiplier tube comprising an anode which is accommodated in the vacuum vessel and into which electrons multiplied by the electron multiplier are incident.
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