JP6889062B2 - Manufacturing method of cathode electrode of UV sensor and UV sensor - Google Patents

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Description

本発明は、アノード電極とカソード電極との間の放電によって生じる電流に基づいて紫外線を検出する紫外線センサのカソード電極の製造方法および紫外線センサに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a cathode electrode of an ultraviolet sensor that detects ultraviolet rays based on a current generated by a discharge between an anode electrode and a cathode electrode, and an ultraviolet sensor.

従来より、自動車のボディーや部品の塗装ラインの乾燥炉、アルミや亜鉛ダイキャストの溶解炉、および金属部品の焼き入れ用の熱処理炉などの各種工業炉において、燃焼安全装置の火炎検出センサとして紫外線センサが用いられている。 Conventionally, in various industrial furnaces such as drying furnaces for painting lines of automobile bodies and parts, melting furnaces for aluminum and zinc die casting, and heat treatment furnaces for quenching metal parts, ultraviolet rays have been used as flame detection sensors for combustion safety devices. A sensor is used.

図15を参照して、火炎検出センサとして用いられている紫外線センサの構成について説明する(例えば、特許文献1,2参照)。 The configuration of the ultraviolet sensor used as the flame detection sensor will be described with reference to FIG. 15 (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

図15において、11はホウ珪酸ガラスで構成されたガラスパッケージである。ガラスパッケージ11は、内部空間に特殊な混合ガス(NeとH2の混合ガス)が一定圧で封入されている。また、ガラスパッケージ11の上面には天板12が設けられており、この天板12には紫外線を透過できるガラスが使用されている。また、ガラスパッケージ11の内部に、所定の間隙を隔てて互いの面(電極面)を対向させた円板状のカソード電極13およびアノード電極14が設けられている。 In FIG. 15, reference numeral 11 denotes a glass package made of borosilicate glass. In the glass package 11, a special mixed gas (mixed gas of Ne and H2) is sealed in the internal space at a constant pressure. Further, a top plate 12 is provided on the upper surface of the glass package 11, and glass capable of transmitting ultraviolet rays is used for the top plate 12. Further, inside the glass package 11, a disc-shaped cathode electrode 13 and an anode electrode 14 are provided so that their surfaces (electrode surfaces) face each other with a predetermined gap between them.

アノード電極14には、このアノード電極14をカソード電極13が設けられている方向から支える複数の導電性の支柱15(15−1〜15−3)の一端部がレーザ溶接されており、この導電性の支柱15(15−1〜15−3)の他端部はガラスパッケージ11の外部に引き出されている。また、アノード電極14には、複数の貫通孔14aが網目状に形成されている。 One end of a plurality of conductive columns 15 (15-1 to 15-3) that support the anode electrode 14 from the direction in which the cathode electrode 13 is provided is laser-welded to the anode electrode 14. The other end of the sex column 15 (15-1 to 15-3) is pulled out to the outside of the glass package 11. Further, a plurality of through holes 14a are formed in a mesh shape in the anode electrode 14.

カソード電極13にも、アノード電極14と同様、カソード電極13を支える複数の導電性の支柱16(16−1〜16−3)の一端部がレーザ溶接されており、この導電性の支柱16(16−1〜16−3)の他端部はガラスパッケージ11の外部に引き出されている。 Similar to the anode electrode 14, the cathode electrode 13 is also laser-welded at one end of a plurality of conductive columns 16 (16-1 to 16-3) that support the cathode electrode 13, and the conductive columns 16 (16-1 to 16-3) are laser-welded. The other end of 16-1 to 16-3) is pulled out to the outside of the glass package 11.

このように構成された紫外線センサ1では、天板12を通過した紫外線がアノード電極14の貫通孔14aを通ってカソード電極13に到達すると、光電効果により電子が放出され、その後、封入ガス・電圧により電子なだれが発生して放電が開始される。すなわち、アノード電極14とカソード電極13との間に電流が流れ、このアノード電極14とカソード電極13との間に流れる電流に基づいて、天板12を通過した特定波長の紫外線のみが紫外線センサ1によって検出される。 In the ultraviolet sensor 1 configured in this way, when the ultraviolet rays that have passed through the top plate 12 reach the cathode electrode 13 through the through holes 14a of the anode electrode 14, electrons are emitted by the photoelectric effect, and then the enclosed gas / voltage is generated. Causes an electron avalanche to start discharging. That is, a current flows between the anode electrode 14 and the cathode electrode 13, and based on the current flowing between the anode electrode 14 and the cathode electrode 13, only the ultraviolet rays having a specific wavelength that have passed through the top plate 12 are the ultraviolet sensor 1. Detected by.

なお、光電効果とは、物質が光を吸収した際に内部の電子が励起され、それに伴って電子が飛び出す現象を言う。この光電効果において、物質表面から電子を1つ取り出すのに必要なエネルギーは仕事関数と呼ばれ、入射される光のエネルギーをhν、仕事関数をw、物質から飛び出す電子の運動エネルギーをEとした場合(図16参照)、E=hν−wと表される。 The photoelectric effect is a phenomenon in which internal electrons are excited when a substance absorbs light, and the electrons are ejected accordingly. In this photoelectric effect, the energy required to extract one electron from the surface of the substance is called the work function. The energy of the incident light is hν, the work function is w, and the kinetic energy of the electrons ejected from the substance is E. In the case (see FIG. 16), it is expressed as E = hν-w.

特開2012−255730号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-255730 特開2015−115228号公報JP-A-2015-115228

従来の紫外線センサでは、カソード電極の電極材料として、タングステン(W)が用いられている。このW電極タイプの紫外線センサでは、火炎を検出することができないフィールド(化学プラントの反応炉、製油所の硫黄回収炉、廃液処理プラント等)がある。このようなフィールドでは、カソード電極の電極材料を変更して、例えば260nm〜300nmというように、限界感度波長(カットオフ波長)を拡大することが望まれる。 In the conventional ultraviolet sensor, tungsten (W) is used as the electrode material of the cathode electrode. With this W electrode type ultraviolet sensor, there are fields (reaction furnaces in chemical plants, sulfur recovery furnaces in refineries, waste liquid treatment plants, etc.) where flames cannot be detected. In such a field, it is desired to change the electrode material of the cathode electrode to expand the critical sensitivity wavelength (cutoff wavelength), for example, 260 nm to 300 nm.

紫外線センサの限界感度波長は、カソード電極の仕事関数によって決まり、仕事関数は電極の材質や面方位によって定まる。図17に、金属の種類毎に定められている仕事関数および限界感度波長を示す。同じ金属であっても、仕事関数や限界感度波長は1つの値ではなく、ばらつき幅を持っている。 The critical sensitivity wavelength of the ultraviolet sensor is determined by the work function of the cathode electrode, and the work function is determined by the material and plane orientation of the electrode. FIG. 17 shows the work function and the critical sensitivity wavelength defined for each type of metal. Even for the same metal, the work function and the critical sensitivity wavelength do not have a single value, but have a variation range.

これは金属の面方位が(200)、(220)、(111)というように複数あり、面方位毎に仕事関数や限界感度波長が異なる所定の値をとるが(図18参照)、通常、金属の中で(200)面、(220)面、(111)面などがランダムに混ざって存在するため、同種の金属でもその面方位の混ざり具合(分布)が違うので結果的に異なった値となるからである。なお、面方位(200),(220)は、原子密度が面方位(100),(110)と同じであり、仕事関数や限界感度波長も面方位(100),(110)と同じ値となる。 This has a plurality of metal plane orientations such as (200), (220), and (111), and takes a predetermined value in which the work function and the critical sensitivity wavelength differ for each plane orientation (see FIG. 18). Since the (200) plane, the (220) plane, the (111) plane, etc. are randomly mixed in the metal, the mixing condition (distribution) of the plane orientations of the same type of metal is different, resulting in different values. Because it becomes. In the plane orientations (200) and (220), the atomic densities are the same as the plane orientations (100) and (110), and the work function and the critical sensitivity wavelength are also the same values as the plane orientations (100) and (110). Become.

金属は、結晶構造によって、体心立方構造(W:タングステンなど)と面心立方構造(Cu,Ni:銅,ニッケルなど)に分類される。体心立方構造の金属と、面心立方構造の金属とでは、(200)面、(220)面、(111)面の各面での仕事関数の大小関係は異なり、体心立方構造の金属の仕事関数の大小関係は、(111)面<(200)面<(220)面であるが、面心立方構造の金属の仕事関数の大小関係は、(220)面<(200)面<(111)面である。 Metals are classified into a body-centered cubic structure (W: tungsten, etc.) and a face-centered cubic structure (Cu, Ni: copper, nickel, etc.) according to the crystal structure. The metal of the body-centered cubic structure and the metal of the face-centered cubic structure differ in the magnitude relationship of the work function on each of the (200) plane, (220) plane, and (111) plane, and the metal of the body-centered cubic structure. The magnitude relation of the work function of is (111) plane <(200) plane <(220) plane, but the magnitude relation of the work function of the metal having a face-centered cubic structure is (220) plane <(200) plane < (111) plane.

また、圧延のような強い加工を行うと、その金属の面方位は特定の面方位に配向する(図19(a),(b)参照)。この組織を圧延集合組織という。CuやNiの圧延集合組織の面方位は(220)を示す。加熱を行うと再結晶が起こり、別の面方位に面方位が配向する(図19(b),(c)参照)。この組織を再結晶集合組織という。CuやNiの再結晶集合組織の面方位は(200)を示す。 Further, when a strong process such as rolling is performed, the plane orientation of the metal is oriented to a specific plane orientation (see FIGS. 19A and 19B). This structure is called a rolled texture. The plane orientation of the rolled texture of Cu or Ni is (220). When heating is performed, recrystallization occurs and the plane orientation is oriented to another plane orientation (see FIGS. 19 (b) and 19 (c)). This structure is called a recrystallized texture. The plane orientation of the recrystallized texture of Cu and Ni shows (200).

図18に示した関係から、カソード電極の電極材料としてCuを用い、Cuを圧延集合組織((220)面)とすれば、限界感度波長を277nmとすることができる。しかしながら、化学プラントの反応炉、製油所の硫黄回収炉、廃液処理プラント等では、さらに限界感度波長を拡大したいという要望がある。 From the relationship shown in FIG. 18, if Cu is used as the electrode material of the cathode electrode and Cu is used as the rolled texture ((220) plane), the critical sensitivity wavelength can be set to 277 nm. However, in reaction furnaces of chemical plants, sulfur recovery furnaces of refineries, waste liquid treatment plants, etc., there is a demand for further expansion of the critical sensitivity wavelength.

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、限界感度波長を拡大し、280nm以上とすることが可能な紫外線センサを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an ultraviolet sensor capable of expanding the critical sensitivity wavelength to 280 nm or more.

このような目的を達成するために本発明は、アノード電極(14)とカソード電極(13)との間の放電によって生じる電流に基づいて紫外線を検出する紫外線センサ(1)のカソード電極の製造方法であって、第1の金属を圧延処理する圧延工程(S101)と、圧延工程によって圧延処理された第1の金属の表面にこの第1の金属よりも仕事関数が小さい第2の金属を成膜する成膜工程(S102)と、成膜工程によって成膜された第2の金属へ第1の金属を粒界拡散させる粒界拡散工程(S103)とを備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention presents a method for manufacturing a cathode electrode of an ultraviolet sensor (1) that detects ultraviolet rays based on a current generated by a discharge between an anode electrode (14) and a cathode electrode (13). In addition, a rolling step (S101) of rolling the first metal and a second metal having a work function smaller than that of the first metal are formed on the surface of the first metal rolled by the rolling step. It is characterized by including a film forming step (S102) for forming a film and a grain boundary diffusion step (S103) for diffusing the first metal to the second metal formed by the film forming step.

本発明では、例えば、第1の金属をニッケルとし、第2の金属を銅とする。すなわち、ニッケルに銅を成膜する。この場合、粒界拡散工程によって、成膜された銅へニッケルが粒界拡散する。仕事関数の異なる2つの物質を接触させると、仕事関数の小さい物質から大きい物質に電子が移動する。銅とニッケルの場合、銅の方が仕事関数が小さいため、銅からニッケルに電子が移動する。その結果、ニッケルと接している部分の銅の電子染み出し量が少なくなり、銅からの電子放出の障壁が小さくなって、仕事関数が小さくなる。これにより、限界感度波長を拡大し、280nm以上とすることが可能となる。なお、第1の金属を、ニッケルと銅の合金(キュプロニッケル)とし、粒界拡散工程によって、キュプロニッケル中のニッケルを成膜された銅へ粒界拡散させるようにしてもよい。ニッケルよりもキュプロニッケルの方が入手し易い。 In the present invention, for example, the first metal is nickel and the second metal is copper. That is, copper is formed on nickel. In this case, nickel is diffused at the grain boundaries to the formed copper by the grain boundary diffusion step. When two substances with different work functions are brought into contact with each other, electrons move from a substance having a small work function to a substance having a large work function. In the case of copper and nickel, copper has a smaller work function, so electrons move from copper to nickel. As a result, the amount of electron exudation of copper in the portion in contact with nickel is reduced, the barrier of electron emission from copper is reduced, and the work function is reduced. This makes it possible to expand the critical sensitivity wavelength to 280 nm or more. The first metal may be an alloy of nickel and copper (cupronickel), and the nickel in the cupronickel may be diffused to the formed copper by the grain boundary diffusion step. Cupronickel is easier to obtain than nickel.

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。 In the above description, as an example, the components on the drawing corresponding to the components of the invention are indicated by reference numerals in parentheses.

以上説明したことにより、本発明によれば、第1の金属を圧延処理し、圧延処理された第1の金属の表面にこの第1の金属よりも仕事関数が小さい第2の金属を成膜し、成膜された第2の金属へ第1の金属を粒界拡散させるようにしたので、例えば、第1の金属をニッケルとし、第2の金属を銅とした場合、銅にニッケルを粒界拡散させるようにして、銅からの電子放出の障壁を小さくし、限界感度波長を拡大し、280nm以上とすることが可能となる。 As described above, according to the present invention, the first metal is rolled, and a second metal having a work function smaller than that of the first metal is formed on the surface of the rolled first metal. Then, the first metal is diffused at the grain boundary to the formed second metal. Therefore, for example, when the first metal is nickel and the second metal is copper, the nickel is granulated on the copper. By making it field diffuse, it is possible to reduce the barrier of electron emission from copper and expand the critical sensitivity wavelength to 280 nm or more.

図1は、本発明に係る紫外線センサのカソード電極の製造方法の一実施の形態を説明するための工程図である。FIG. 1 is a process diagram for explaining an embodiment of a method for manufacturing a cathode electrode of an ultraviolet sensor according to the present invention. 図2は、圧延処理されたキュプロニッケルのX線回折測定結果を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the results of X-ray diffraction measurement of rolled cupronickel. 図3は、圧延処理されたキュプロニッケルの断面イメージを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional image of the rolled cupronickel. 図4は、銅メッキされたキュプロニッケルの表面のX線回折測定結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the results of X-ray diffraction measurement of the surface of copper-plated cupronickel. 図5は、銅メッキされたキュプロニッケルの断面イメージを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional image of copper-plated cupronickel. 図6は、銅の面方位(111)の仕事関数および限界感度波長を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a work function of copper plane orientation (111) and a critical sensitivity wavelength. 図7は、熱処理後の銅メッキされたキュプロニッケルの表面のX線回折測定結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the results of X-ray diffraction measurement of the surface of copper-plated cupronickel after heat treatment. 図8は、熱処理後の銅メッキされたキュプロニッケルの断面イメージを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional image of copper-plated cupronickel after heat treatment. 図9は、銅の面方位(200)の仕事関数および限界感度波長を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the work function of the plane orientation (200) of copper and the critical sensitivity wavelength. 図10は、銅メッキへキュプロニッケル中のニッケルが粒界拡散した状態を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a state in which nickel in cupronickel is diffused at grain boundaries to copper plating. 図11は、銅メッキからニッケルへの電子の移動を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the transfer of electrons from copper plating to nickel. 図12は、金属の表面から電子が染み出している様子を説明する図である。FIG. 12 is a diagram illustrating how electrons are seeping out from the surface of the metal. 図13は、銅(Cu)にニッケル(Ni)が粒界拡散した状態における電子染み出し量変化のイメージ図である。FIG. 13 is an image diagram of a change in the amount of electron exudation in a state where nickel (Ni) is diffused at grain boundaries in copper (Cu). 図14は、本願と(220)面としたCu電極の分光測定結果を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing the results of spectroscopic measurement of the Cu electrode as the surface (220) of the present application. 図15は、紫外線センサの要部を示す斜視図である。FIG. 15 is a perspective view showing a main part of the ultraviolet sensor. 図16は、光電効果によって飛び出す電子の運動エネルギーと入射される光のエネルギーと仕事関数との関係を説明する図である。FIG. 16 is a diagram for explaining the relationship between the kinetic energy of electrons ejected by the photoelectric effect, the energy of incident light, and the work function. 図17は、金属の種類毎に定められている仕事関数および限界感度波長を例示する図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a work function and a critical sensitivity wavelength defined for each type of metal. 図18は、金属材料毎の各面方位がとる仕事関数および限界感度波長を例示する図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a work function and a critical sensitivity wavelength taken by each plane orientation for each metal material. 図19は、未処理状態からの圧延集合組織および再結晶集合組織への結晶構造の変化を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a change in crystal structure from an untreated state to a rolled texture and a recrystallized texture.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本実施の形態では、図1に示すように、第1の金属としてキュプロニッケル(ニッケルと銅の合金(この例では、ニッケル(30%)、銅(70%))を圧延処理し(ステップS101)、次に、この圧延処理されたキュプロニッケルの表面に、キュプロニッケルよりも仕事関数が小さい第2の金属として銅を成膜する(ステップS102)。そして、この成膜された銅(銅メッキ)へ、キュプロニッケル中のニッケルを粒界拡散させる(ステップS103)。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, cupronickel (an alloy of nickel and copper (in this example, nickel (30%) and copper (70%)) is rolled as the first metal (step S101). ), Next, copper is formed on the surface of the rolled cupronickel as a second metal having a work function smaller than that of cupronickel (step S102), and the formed copper (copper plating) is formed. ), The nickel in the cupronickel is diffused at the grain boundary (step S103).

なお、本実施の形態では、第1の金属をキュプロニッケルとしているが、ニッケルとしてもよい。本実施の形態では、ニッケルよりも入手し易いので、第1の金属としてキュプロニッケルを用いている。 In the present embodiment, the first metal is cupronickel, but nickel may be used. In this embodiment, cupronickel is used as the first metal because it is more easily available than nickel.

ステップS101において、キュプロニッケルを圧延処理すると、キュプロニッケルの面方位が(220)に配向させられる。図2に、圧延処理されたキュプロニッケルのX線回折測定結果を示す。このX線回折測定結果から分かるように、圧延処理されたキュプロニッケルの面方位は、(220)が最大となっている。 When the cupronickel is rolled in step S101, the plane orientation of the cupronickel is oriented to (220). FIG. 2 shows the X-ray diffraction measurement results of the rolled cupronickel. As can be seen from the X-ray diffraction measurement result, (220) is the maximum plane orientation of the rolled cupronickel.

図3に、圧延処理されたキュプロニッケルの断面イメージを示す。この図では、圧延処理されたキュプロニッケルを符号21で示している。なお、このキュプロニッケルの圧延処理は、キュプロニッケルの納入前に行われていてもよい。すなわち、キュプロニッケルを供給するメーカ側で行われていてもよい。 FIG. 3 shows a cross-sectional image of the rolled cupronickel. In this figure, the rolled cupronickel is indicated by reference numeral 21. The rolling process of cupronickel may be performed before delivery of cupronickel. That is, it may be performed by the manufacturer that supplies cupronickel.

ステップS102では、圧延処理されたキュプロニッケル21の表面に銅メッキ(10μm)を施す。図4に、銅メッキされたキュプロニッケルの表面のX線回折測定結果を示す。このX線回折測定結果から分かるように、銅メッキされたキュプロニッケルの表面の面方位は、(111)が最大となっている。図5に、銅メッキされたキュプロニッケルの断面イメージを示す。この図では、キュプロニッケル21の表面に施された銅メッキを符号22で示している。 In step S102, the surface of the rolled cupronickel 21 is plated with copper (10 μm). FIG. 4 shows the results of X-ray diffraction measurement on the surface of copper-plated cupronickel. As can be seen from the X-ray diffraction measurement result, (111) is the maximum plane orientation of the surface of the copper-plated cupronickel. FIG. 5 shows a cross-sectional image of copper-plated cupronickel. In this figure, the copper plating applied to the surface of cupronickel 21 is indicated by reference numeral 22.

なお、銅の面方位(111)は、図6に示されるように、仕事関数が4.94であり、限界感度波長が252nmであるので、キュプロニッケルに銅メッキを施したままでは、限界感度波長の拡大は期待できない。 As shown in FIG. 6, the plane orientation (111) of copper has a work function of 4.94 and a limit sensitivity wavelength of 252 nm. Therefore, if cupronickel is plated with copper, the limit sensitivity is limited. No expansion of wavelength can be expected.

ステップS103では、銅メッキ22へキュプロニッケル21中のニッケルを粒界拡散させるが、この粒界拡散の前に熱処理を行って、キュプロニッケル21を再結晶集合組織とする。この熱処理は、1000℃、0分の条件で行う。すなわち、1000℃、0分の条件で、急加熱後に常温まで急冷却する。 In step S103, the nickel in the cupronickel 21 is diffused to the copper plating 22 at the grain boundary, and heat treatment is performed before the grain boundary diffusion to make the cupronickel 21 a recrystallized texture. This heat treatment is performed at 1000 ° C. for 0 minutes. That is, under the conditions of 1000 ° C. and 0 minutes, the mixture is rapidly heated and then rapidly cooled to room temperature.

この熱処理によって、キュプロニッケル21の面方位は(200)に配向し、銅メッキ22はその影響で面方位(200)ができる。図7に、熱処理後の銅メッキされたキュプロニッケルの表面のX線回折測定結果を示す。図8に、熱処理後の銅メッキされたキュプロニッケルの断面イメージを示す。 By this heat treatment, the plane orientation of the cupronickel 21 is oriented to (200), and the surface orientation of the copper plating 22 is (200) due to the influence. FIG. 7 shows the X-ray diffraction measurement results of the surface of the copper-plated cupronickel after the heat treatment. FIG. 8 shows a cross-sectional image of copper-plated cupronickel after heat treatment.

次に、ステップS103では、熱処理されたキュプロニッケル21および銅メッキ22に対して放電処理もしくは熱処理により再加熱を行って、銅メッキ22へキュプロニッケル21中のニッケルを粒界拡散させる。 Next, in step S103, the heat-treated cupronickel 21 and the copper plating 22 are reheated by electric discharge treatment or heat treatment to diffuse the nickel in the cupronickel 21 to the copper plating 22.

この再加熱を放電処理により行う場合、放電で付着するスパッタ粒は(111)であるが、粒界に付着する傾向があり、熱処理によってできた(200)が残るため、銅メッキ22の表面の仕事関数は(200)が支配的となる。銅メッキ22の表面の仕事関数が(200)となると、図9に示すように、仕事関数は4.59、限界感度波長は271nmとなる。 When this reheating is performed by an electric discharge treatment, the spatter particles adhering by the electric discharge are (111), but tend to adhere to the grain boundaries, and (200) formed by the heat treatment remains. The work function is dominated by (200). When the work function of the surface of the copper plating 22 is (200), as shown in FIG. 9, the work function is 4.59 and the critical sensitivity wavelength is 271 nm.

また、この放電によるプラズマの温度(約500℃)で、銅メッキ22へのニッケルの拡散が促進される。図10に、銅メッキ22へキュプロニッケル21中のニッケルが粒界拡散した状態を模式的に示す。図10では、銅メッキ22へ粒界拡散したニッケルを符号23で示している。 Further, the diffusion of nickel into the copper plating 22 is promoted at the temperature of the plasma (about 500 ° C.) due to this discharge. FIG. 10 schematically shows a state in which the nickel in the cupronickel 21 is intergranularly diffused to the copper plating 22. In FIG. 10, nickel whose grain boundaries are diffused to the copper plating 22 is indicated by reference numeral 23.

仕事関数の異なる2つの物質を接触させると、仕事関数の小さい物質から大きい物質に電子が移動する。図10に示された状態において、銅メッキ22の方がニッケル23よりも仕事関数が小さいため、銅メッキ22からニッケル23に電子が移動する(図11参照)。その結果、ニッケル23と接している部分の銅メッキ22の電子染み出し量が少なくなり、銅メッキ22からの電子放出の障壁が小さくなる。 When two substances with different work functions are brought into contact with each other, electrons move from a substance having a small work function to a substance having a large work function. In the state shown in FIG. 10, since the copper plating 22 has a smaller work function than the nickel 23, electrons move from the copper plating 22 to the nickel 23 (see FIG. 11). As a result, the amount of electron exudation of the copper plating 22 in the portion in contact with the nickel 23 is reduced, and the barrier of electron emission from the copper plating 22 is reduced.

図12に、金属の表面から電子が染み出している様子を示す。図12中、左の図は固体内部から表面を横切って真空への断面における電子分布、右の図はその断面における原子核の正電荷と電子の電荷密度のグラフである。表面付近の電子はバルクとは異なり、プラス電荷を持つ原子核に引き付けられる力が弱く、真空中に染み出している。電子が表面から真空中に染み出しているために、固体側にプラス、真空側にマイナスの電気双極子が発生する。この電気双極子が物質から出てくる電子と相互作用を起こすため、仕事関数は表面の電子状態の影響を受ける。染み出している電子は、内部電子取り出しの際の障壁となるため、染み出し量が多い場合、仕事関数は大きくなり、少ない場合、小さくなる。 FIG. 12 shows how electrons are seeping out from the surface of the metal. In FIG. 12, the figure on the left is a graph of electron distribution in a cross section from the inside of a solid across the surface to a vacuum, and the figure on the right is a graph of the positive charge and electron charge density of nuclei in that cross section. Unlike bulk, electrons near the surface have a weak force to be attracted to positively charged nuclei and exude into a vacuum. Since the electrons seep out from the surface into the vacuum, positive electric dipoles are generated on the solid side and negative on the vacuum side. The work function is affected by the electronic state of the surface because this electric dipole interacts with the electrons coming out of matter. Since the exuding electrons serve as a barrier when extracting internal electrons, the work function becomes large when the amount of exuding is large, and small when the amount of exuding is small.

図13に、銅(Cu)にニッケル(Ni)が粒界拡散した状態における電子染み出し量変化のイメージ図を示す。染み出している電子がNiに引っ張られるため、Niと接している部分のCuの電子染み出し量が少なくなり、Cuからの電子放出の障壁が小さくなる。 FIG. 13 shows an image diagram of a change in the amount of electron exudation in a state where nickel (Ni) is diffused at grain boundaries in copper (Cu). Since the exuding electrons are pulled by Ni, the amount of Cu electrons exuding from the portion in contact with Ni is reduced, and the barrier for electron emission from Cu is reduced.

このようにして、本実施の形態では、銅メッキ22へキュプロニッケル21中のニッケル23を粒界拡散させることによって、ニッケル23と接している部分の銅メッキ22の電子染み出し量が少なくなり、銅メッキ22からの電子放出の障壁が小さくなり、仕事関数が小さくなる。この銅メッキ22へキュプロニッケル21中のニッケル23を粒界拡散させた電極を、図15に示した紫外線センサ1のカソード電極(Cu電極)13として用いることにより、紫外線センサ1の限界感度波長を拡大させ、280nm以上とすることができるようになる。 In this way, in the present embodiment, by diffusing the nickel 23 in the cupronickel 21 into the copper plating 22, the amount of electron exudation of the copper plating 22 in the portion in contact with the nickel 23 is reduced. The barrier to electron emission from the copper plating 22 becomes smaller, and the work function becomes smaller. By using the electrode obtained by diffusing nickel 23 in cupronickel 21 into the copper plating 22 as the cathode electrode (Cu electrode) 13 of the ultraviolet sensor 1 shown in FIG. 15, the critical sensitivity wavelength of the ultraviolet sensor 1 can be set. It can be enlarged to 280 nm or more.

図14に、本願と(220)面としたCu電極の分光測定結果を示す。なお、図14において、横軸は波長(nm)、縦軸は放電回数を示し、Iは本願のCu電極の分光測定結果、IIは(220)面としたCu電極の分光測定結果を示す。(220)面としたCu電極では、限界感度波長が277nmとなるが、本願のCu電極では限界感度波長が280nm以上となる。 FIG. 14 shows the results of spectroscopic measurement of the Cu electrode as the surface (220) of the present application. In FIG. 14, the horizontal axis represents the wavelength (nm), the vertical axis represents the number of discharges, I indicates the spectroscopic measurement result of the Cu electrode of the present application, and II indicates the spectroscopic measurement result of the Cu electrode having the (220) plane. In the Cu electrode having the (220) plane, the limit sensitivity wavelength is 277 nm, but in the Cu electrode of the present application, the limit sensitivity wavelength is 280 nm or more.

なお、ステップS103での粒界拡散処理(熱処理+再加熱)は、銅メッキ22が施されたキュプロニッケル21を紫外線センサ1のカソード電極として組み込んだ状態で行うようにしてもよく、カソード電極として組み込む前の状態で行うものとしてもよい。 The grain boundary diffusion treatment (heat treatment + reheating) in step S103 may be performed in a state where the copper-plated 22-coated cupronickel 21 is incorporated as the cathode electrode of the ultraviolet sensor 1, and may be used as the cathode electrode. It may be performed in the state before incorporating.

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
[Extension of Embodiment]
Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the structure and details of the present invention within the scope of the technical idea of the present invention.

1…紫外線センサ、11…ガラスパッケージ、13…カソード電極(Cu電極)、14…アノード電極、21…圧延処理されたキュプロニッケル、22…銅メッキ、23…ニッケル。 1 ... UV sensor, 11 ... Glass package, 13 ... Cathode electrode (Cu electrode), 14 ... Anode electrode, 21 ... Rolled cupronickel, 22 ... Copper plating, 23 ... Nickel.

Claims (3)

アノード電極とカソード電極との間の放電によって生じる電流に基づいて紫外線を検出する紫外線センサのカソード電極の製造方法であって、
第1の金属を圧延処理する圧延工程と、
前記圧延工程によって圧延処理された前記第1の金属の表面にこの第1の金属よりも仕事関数が小さい第2の金属を成膜する成膜工程と、
前記成膜工程によって成膜された前記第2の金属へ前記第1の金属を粒界拡散させる粒界拡散工程と
を備えることを特徴とする紫外線センサのカソード電極の製造方法。
A method for manufacturing a cathode electrode of an ultraviolet sensor that detects ultraviolet rays based on a current generated by a discharge between an anode electrode and a cathode electrode.
The rolling process of rolling the first metal and
A film forming step of forming a second metal having a work function smaller than that of the first metal on the surface of the first metal rolled by the rolling step.
A method for manufacturing a cathode electrode of an ultraviolet sensor, which comprises a grain boundary diffusion step of diffusing the first metal to the second metal formed by the film forming step.
請求項1に記載された紫外線センサのカソード電極の製造方法において、
前記粒界拡散工程は、
前記第2の金属へ前記第1の金属を粒界拡散させる前に熱処理を行って前記第1の金属を再結晶集合組織とする
ことを特徴とする紫外線センサのカソード電極の製造方法。
In the method for manufacturing a cathode electrode of an ultraviolet sensor according to claim 1.
The grain boundary diffusion step is
A method for manufacturing a cathode electrode of an ultraviolet sensor, which comprises heat-treating the first metal before diffusing the first metal into the second metal to form a recrystallized texture of the first metal.
請求項2に記載された紫外線センサのカソード電極の製造方法において、
前記粒界拡散工程は、
前記熱処理された前記第1の金属および前記第2の金属に対して再加熱を行って前記第2の金属へ前記第1の金属を粒界拡散させる
ことを特徴とする紫外線センサのカソード電極の製造方法。
In the method for manufacturing a cathode electrode of an ultraviolet sensor according to claim 2.
The grain boundary diffusion step is
The cathode electrode of an ultraviolet sensor, which comprises reheating the heat-treated first metal and the second metal to diffuse the first metal to the second metal. Production method.
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