JP5956292B2 - 電子管 - Google Patents

Description

本発明は、電子管に関する。

従来、例えば電極を保持する絶縁性基板を筐体内に収容した電子管がある。このような電子管では、電極を保持する絶縁性基板に電子が入射することで帯電すると、電極間の耐電圧特性が低下することがある。そこで、耐電圧特性を改善するため、例えば特許文献１に記載の光電子増倍管では、セラミック基板の表面に酸化クロムを塗布後、焼成することによって酸化クロム膜を形成している。

米国特許第４６０４５４５号明細書

酸化クロムの材料特性としては、耐電圧特性の改善に十分な値を有しているものの、上述した従来の技術では、塗布によって材料を付着させた後に焼成して酸化クロム膜を形成しているため、製造工程上、酸化クロム膜に不必要な物質（例えば結合剤）が膜中に不均一に存在し、所望の抵抗値が得られない場合があった。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、耐電圧特性を安定的に確保できる電子管を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る電子管は、複数の電極と、電極同士を電気的に絶縁した状態で保持する絶縁性保持部と、電極及び絶縁性保持部を収容する筐体と、を備え、絶縁性保持部は、絶縁性材料からなる基体と、基体における電極の保持面に形成された電気抵抗膜と、を有し、電気抵抗膜は、原子層堆積法によって形成された電気絶縁層及び導電層の積層構造を有していることを特徴としている。

この電子管では、絶縁性保持部の基体における電極の保持面に対し、電気絶縁層及び導電層の積層構造を有する電気抵抗膜を形成している。この電気抵抗膜は、原子層堆積法を用いることにより、所望の抵抗値を持った強固且つ緻密な膜となり、絶縁性材料からなる基体の保持面での帯電を抑制できる。これにより、耐電圧特性を安定的に確保できる。さらに、基体からのガス放出や帯電が抑えられることで、耐圧不良の発生も抑えられる。

また、本発明に係る電子管は、複数の電極と、電極同士を電気的に絶縁した状態で保持する絶縁性保持部と、電極及び絶縁性保持部を収容する筐体と、を備え、絶縁性保持部は、絶縁性材料からなる基体と、基体における前記電極の保持面に形成された電気抵抗膜と、を有し、電気抵抗膜は、原子層堆積法によって形成された電気絶縁材料及び導電性材料の混合構造を有していることを特徴としている。

この電子管では、絶縁性保持部の基体における電極の保持面に対し、電気絶縁材料及び導電性材料の混合構造を有する電気抵抗膜を形成している。この電気抵抗膜は、原子層堆積法を用いることにより、所望の抵抗値を持った強固且つ緻密な膜となり、絶縁性材料からなる基体の保持面での帯電を抑制できる。これにより、耐電圧特性を安定的に確保できる。さらに、基体からのガス放出や帯電が抑えられることで、耐圧不良の発生も抑えられる。

また、電気抵抗膜は、基体の全面にわたって形成されていることが好ましい。これにより、基体の全面における電気的な特性が均一化され、耐電圧特性を一層安定的に確保できる。

また、電気抵抗膜の形成に用いられる電気絶縁材料が金属酸化物であることが好ましい。金属酸化物は化学的な安定性に優れるので、電気絶縁材料として金属酸化物を用いることにより、電気抵抗膜の抵抗値の経時変化を抑えられる。

また、電気抵抗膜の形成に用いられる導電性材料が金属酸化物であることが好ましい。金属酸化物は化学的な安定性に優れるので、導電性材料として金属酸化物を用いることにより、電気抵抗膜の抵抗値の経時変化を抑えられる。

また、入射光を光電子に変換する光電陰極を備え、電極は、光電陰極で発生した光電子を増倍する増倍部の電極であることが好ましい。例えば光電子増倍管といった光電陰極及び増倍部を有する電子管では、増倍された二次電子によって電極を保持する絶縁性保持部が帯電しやすく、複数の電極間における耐電圧特性の低下が検出特性に及ぼす影響が大きい。したがって、上述した電気抵抗膜を保持面に形成することが特に有用となる。

本発明によれば、耐電圧特性を安定的に確保できる。

本発明の一実施形態に係る電子管の内部構成を示す断面図である。 絶縁性基板及び増倍部の斜視図である。 実施例及び比較例に係る電子管のヒステリシス特性の測定結果を示す図である。 実施例及び比較例に係る電子管のダークカウント減衰特性の測定結果を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電子管の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子管の内部構成を示す断面図である。同図に示すように、電子管１は、例えばコバール金属やガラスからなる筐体２の内部に、入射光を光電子に変換する光電面（光電陰極）３と、光電面３から放出された光電子を増倍部４に導く集束電極５と、光電子を二次電子増倍させる増倍部４と、増倍部４で増倍された二次電子を収集する陽極６とが近接して配置された光電子増倍管として構成されている。

電子管１の内部は、両端が開口された略円筒形状の筐体２の両開口端部をガラス製の入射窓７、及び金属製またはガラス製のステム８によって気密に封止することにより、高真空状態に保持されている。すなわち、筐体２、入射窓７、及びステム８によって真空容器が形成されている。入射窓７の真空側表面には、光電面３が形成されている。これらの入射窓７と光電面３とによって、光電陰極９が構成されている。また、ステム８には、複数のステムピン１０が貫通して設けられている。各ステムピン１０は、光電面３、集束電極５、増倍部４、及び陽極６にそれぞれ電気的に接続されている。

集束電極５は、例えばカップ状をなしており、中央部分に断面円形状の開口部５ａが形成されている。集束電極５は、開口部５ａが光電面３と対向するように配置されている。また、陽極６は、線状或いは平板状をなしており、増倍部４の後段側に配置されている。なお、集束電極５の開口部５ａ、或いは陽極６と増倍部４との間には、メッシュ電極を取り付けてもよい。

集束電極５と陽極６との間に配置される増倍部４は、いわゆるラインフォーカス型の複数段のダイノード（電極）１１によって構成されている。各ダイノード１１は、光電子を二次電子増倍する二次電子面１１ａを有している。二次電子面１１ａは、それぞれ断面円弧状をなしており、隣接するダイノード１１，１１間の二次電子面１１ａ，１１同士は、互いに対向するように配置されている。一段目のダイノード１１には、例えば集束電極５と同圧の負の電位が印加され、ｎ段目のダイノード１１には、（ｎ−１）段目のダイノード１１よりも絶対値の小さい負の電位が印加される。また、陽極６の電位は０Ｖとされる。

また、各ダイノード１１の長手方向の両端部には、筐体２内でダイノード１１を保持するための保持片１１ｂが設けられている。筐体２内でのダイノード１１の保持にあたっては、図２に示すように、一対の絶縁性基板（絶縁性保持部）１２，１２が用いられている。この絶縁性基板１２には、ダイノード１１の保持片１１ｂを差し込み可能な差込孔１３が形成されており、対応するダイノードの保持片１１ｂを差込孔１３に挿入してダイノード１１を絶縁性基板１２，１２で挟み込むことにより、筐体２内でダイノード１１が保持される。なお、陽極６についても同様の構造にて保持されている。

絶縁性基板１２は、絶縁性材料からなる基体１４と、基体１４におけるダイノード１１の保持面１２ａに形成された電気抵抗膜１５とを有している。基体１４は、例えばセラミックなどによって略長方形状に形成されている。電気抵抗膜１５は、基体１４の全面、すなわち、保持面１２ａ、反対面１２ｂ、及び側面１２ｃを覆うように形成されている。また、電気抵抗膜１５は、差込孔１３の内壁面の全面及び陽極６の差込孔の内壁面の全面にも形成されている。このように、絶縁性基板１２では、二次電子増倍が行われる空間に面する領域と、ダイノード１１及び陽極６との接触部分とに電気抵抗膜１５が形成されている。

この電気抵抗膜１５は、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成されている。原子層堆積法は、化合物の分子の吸着工程、反応による成膜工程、及び余剰分子を除去するパージ工程を繰り返し行うことで、原子層を一層ずつ積層して薄膜を得る手法である。

原子堆積法を利用した電気抵抗膜１５の成膜サイクルには、電気絶縁材料の成膜サイクルと、導電性材料の成膜サイクルとが含まれる。例えば電気絶縁材料をＡｌ_２Ｏ_３とし、導電性材料をＺｎＯとした場合、Ａｌ_２Ｏ_３の成膜サイクルでは、例えばＨ_２Ｏの吸着工程、Ｈ_２Ｏのパージ工程、トリメチルアルミの吸着工程、及びトリメチルアルミのパージ工程がこの順で実施される。また、ＺｎＯの成膜サイクルでは、例えばＨ_２Ｏの吸着工程、Ｈ_２Ｏのパージ工程、ジエチルジンクの吸着工程、及びジエチルジンクのパージ工程がこの順で実施される。そして、Ａｌ_２Ｏ_３の成膜サイクルとＺｎＯの成膜サイクルとを、例えば４：１の実施比（Ａｌ_２Ｏ_３の成膜サイクルを４回実施した後ＺｎＯの成膜サイクルを１回実施する）で６０回程度繰り返し、厚さ３００Å程度の電気抵抗膜１５を得る。

なお、原子層堆積法によって形成した電気抵抗膜１５は、通常はＡｌ_２Ｏ_３層（電気絶縁層）及びＺｎＯ層（導電層）の積層構造となるが、電子管１の全体の製造工程の中で行われる加熱等の影響で必ずしも積層構造とはならず、Ａｌ_２Ｏ_３（電気絶縁材料）及びＺｎＯ（導電性材料）の混合構造となる場合もある。

以上説明したように、電子管１では、絶縁性基板１２の基体１４の保持面１２ａに対し、電気絶縁層及び導電層の積層構造を有する電気抵抗膜１５を形成している。この電気抵抗膜１５は、原子層堆積法を用いることにより、所望の抵抗値を持った強固且つ緻密な膜となり、絶縁性材料からなる基体１４の帯電を抑制できる。これにより、耐電圧特性を安定的に確保できる。また、筐体２内での電界の乱れが抑制され、増倍部４を通る電子軌道の変化が抑えられるので、ヒステリシス特性を向上できる。また、電気抵抗膜を塗布等で形成する場合とは異なり、アルカリの吸収の問題が発生し難いので、多量のアルカリを用いることなく光電面３等を作成することができ、ノイズ特性が低下することを抑制することができる。

さらに、電気抵抗膜１５を強固且つ緻密に基体１４の保持面１２ａに形成できるので、電気抵抗膜を塗布等で形成する場合と比べて膜剥がれの発生を抑制できる。膜剥がれが発生すると、筐体２内の異物となるので耐圧不良の原因となる。また、電気抵抗膜を塗布等で形成する場合には、工数の増加や、膜に吸着したガスの排気に時間を要するといった問題もあるが、電子管１では、このような問題も回避できる。

さらに、電子管１では、電気抵抗膜１５が基体１４の全面に形成されると共に、保持面１２ａに設けられる差込孔１３の内壁面の全面にも形成されている。したがって、セラミックからなる基体１４からのガス放出が抑えられ、筐体２の内部の真空度が良好に維持される。また、基体１４の帯電もより効果的に抑えられ、電子管１の耐圧不良の発生も抑えられる。

また、電子管１では、電気抵抗膜１５の形成に用いる電気絶縁材料及び導電性材料として金属酸化物を用いている。金属酸化物は化学的な安定性に優れ、耐熱性が十分に確保できるので、電気絶縁材料及び導電性材料として上述したＡｌ_２Ｏ_３やＺｎＯといった金属酸化物を用いることにより、電気抵抗膜１５の抵抗値の経時変化を抑えられる。

図３は、実施例及び比較例に係る電子管のヒステリシス特性の測定結果を示す図である。同図に示す測定は、セラミックの基体の全面を覆うように電気抵抗膜を形成した絶縁性基板を用いた電子管（実施例）と、セラミックの基体に電気抵抗膜を形成しない絶縁性基板を用いた電子管（比較例）とにおいて、ヒステリシス特性を評価したものである。

ヒステリシス特性は、定常出力に対する立ち上がり時の出力の変化割合を測定することによって評価した。この変化割合が正である場合は、定常出力よりも立ち上がり時の出力が高いことを示し、負である場合は、定常出力よりも立ち上がり時の出力が低いことを示している。そして、この変化割合の絶対値が小さいほどヒステリシス特性が良好であることを示している。

図３に示すように、比較例に係る４つのサンプルのヒステリシスは、それぞれ−３．５７、−５．３３、−３．３４．−５．６１であり、その絶対値の平均値は、−４．４６であった。これに対し、実施例に係る２つのサンプルのヒステリシスは、それぞれ０．６３、−０．７であり、その絶対値の平均値は、０．６７であった。したがって、実施例では、ヒステリシスの絶対値が１／７程度に小さくなっており、ヒステリシス特性が向上していることが確認できた。

また、図４は、実施例及び比較例に係る電子管のダークカウント減衰特性の測定結果を示す図である。同図に示す測定は、セラミックの基体に電気抵抗膜を形成しない絶縁性基板を用いた電子管（比較例：図４（ａ）参照）と、セラミックの基体の全面を覆うように電気抵抗膜を形成した絶縁性基板を用いた電子管（実施例：図４（ｂ）参照）とにおいて、ダークカウント減衰特性を評価したものである。

ダークカウント減衰は、入射光を遮断した場合の出力の立ち下がり時間を測定することによって評価した。この出力の立ち下がり時間が短いほど、ダークカウント減衰特性が良好であることを示している。図４（ａ）に示すように、比較例に係るサンプルのダークカウントは、入射光の遮断から１秒経過後も１０カウント／秒程度であった。これに対し、図４（ｂ）に示すように、実施例に係るサンプルのダークカウントは、入射光の遮断から０．１５秒経過後には殆ど０カウント／秒程度であった。したがって、実施例では、出力の立ち下がりが急峻となっており、ダークカウント減衰特性が向上していることが確認できた。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、ラインフォーカス型のダイノード１１を備えた光電子増倍管を電子管１として例示しているが、ボックスライン型のダイノードやサーキュラケージ型のダイノードを備えた電子管のように絶縁性保持部として絶縁性基板を用いるものや、メタルチャンネルダイノードやメッシュダイノード等の積層型ダイノードを備えた電子管のように平板状の電極間に略球状の絶縁性保持部を配置したものについても電気抵抗膜１５を適用可能である。また、上述した実施形態では、絶縁性基板１２における基体１４の全面に電気抵抗膜１５を形成しているが、電気抵抗膜１５は、ヒステリシス特性の向上の観点からは、少なくとも基体１４の保持面１２ａ側に形成されていればよい。さらに、上述した実施形態では、電気抵抗膜１５の形成に用いる導電性材料としてＺｎＯを例示したが、この他の導電性材料としては、例えばＳｎＯ_２、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＴｉＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３などを用いることができる。一方、絶縁性材料としては、上述したＡｌ_２Ｏ_３以外にも、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＨｆＯ_２などを用いることができる。

１…電子管、２…筐体、４…増倍部、９…光電陰極、１１…ダイノード（電極）、１２…絶縁性基板（絶縁性保持部）、１２ａ…保持面、１４…基体、１５…電気抵抗膜。

Claims (6)

1. 複数の電極と、
   前記電極同士を電気的に絶縁した状態で保持する絶縁性保持部と、
   前記電極及び前記絶縁性保持部を収容する筐体と、を備え、
   前記絶縁性保持部は、
   絶縁性材料からなる基体と、
   前記基体における前記電極の保持面に形成された電気抵抗膜と、を有し、
   前記電気抵抗膜は、原子層堆積法によって形成された電気絶縁層及び導電層の積層構造を有していることを特徴とする電子管。
2. 複数の電極と、
   前記電極同士を電気的に絶縁した状態で保持する絶縁性保持部と、
   前記電極及び前記絶縁性保持部を収容する筐体と、を備え、
   前記絶縁性保持部は、
   絶縁性材料からなる基体と、
   前記基体における前記電極の保持面に形成された電気抵抗膜と、を有し、
   前記電気抵抗膜は、原子層堆積法によって形成された電気絶縁材料及び導電性材料の混合構造を有していることを特徴とする電子管。
3. 前記電気抵抗膜は、前記基体の全面にわたって形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電子管。
4. 前記電気抵抗膜の形成に用いられる電気絶縁材料が金属酸化物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電子管。
5. 前記電気抵抗膜の形成に用いられる導電性材料が金属酸化物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の電子管。
6. 入射光を光電子に変換する光電陰極を備え、
   前記電極は、前記光電陰極で発生した光電子を増倍する増倍部の電極であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の電子管。

Images