JPH03116626A - 電子増倍管用薄膜連続的ダイノードの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子増倍管用の薄膜連続的ダイノードの製法に
関する。

〔従来の技術〕

チャネル電子増倍管１０　（ＣＥＭｓ）（第１図）とマ
イクロチャネルプレート２０（ＭＣＰｓ）（第２図）は
代表的ゲイン（Ｇ）＝Ｉｏ／Ｉｉが１０３−１０”の範
囲の有効な、低ノイズの真空電子増倍管であり、ここで
Ｉ　ｏ　／　Ｉ　ｉは出力電流対入力電流の比率である
。ＣＥＭｓｌＯは単一のチャネル１２を有し、電荷粒子
（例えば電子及びイオン）及び軟Ｘ線から超紫外線まで
の波長（即ち１−１−１ｏｏｎの光子の直接検出に用い
られる。

それらは主として、質量分析法、表面分析用の電子分光
法、電子顕微鏡、真空紫外分光学、Ｘ線分光学用の種々
にわたる科学的計装に用いられる。

ＭＣＰｓ２０は同時に且つ平行に作動する本質的に独立
した何百万のチャネル電子増倍管２２のエリアルアレー
として製造される。一つのＭＣＰを用いて、電荷粒子と
十分に高いエネルギーを有する電磁放射線の直接検出が
広い面積（数百−まで）にわたり二次元で達成され、速
い応答時間（出力パルス幅＜３００ｐｓ）で良好な分解
能（チャネル間隔又はピッチ＜１０ｍ）が得られ、広範
囲の入力イベントレベル（１０−”−１０″″８Ａ）に
わたって線形応答を備える。ＭＣＰを適当な光電陰極と
光イメージ管中の螢光スクリーンの間に置くことにより
、紫外線から殆ど赤外線スペクトル領域までの二次元信
号が強化され、可視像として表示されるｅ　Ｍ　ＣＰ　
ｓが軍事用夜間視覚システム用イメージ管に主な応用を
見出し続けている一方で、ＭＣＰｓに高い成果が得られ
る商業的応用に対する関心が高まっている。これらは現
在高速及び高分解能カメラ、高輝度デイスプレィ及び科
学的計装用技術状態検出器を含む。

ＣＥ　Ｍ　ｓとＭＣＰｓは中空で通常筒状のチャネルか
らなる。圧力１．３Ｘ１０−’Ｐａ　（１０−’ｔｏｒ
ｒ）で作動し、外的動力供給によりバイアスされる時、
このようなチャネルは適当な入力信号に応答して大きな
電子なだれの発生を支持する。

第１図の破断図は作動中のＯＥＭＩＯを示す。直線チャ
ネル中の電子増倍の方法は、チャネルの絶対直径（Ｄ）
または長さ（Ｌ）のいずれにも厳密に依存せず、むしろ
Ｌ／Ｄの比（α）に依存する。

曲状のチャネルには、チャネルの曲率半径（ｓ）に対す
るチャネルの長さの比（β）　、Ｌ／Ｓが重要なパラメ
ータである。これらの幾何学的比率は電子なだれに貢献
する増倍エベント（ｎ）の数を大きく決定する。１ｍｍ
及び１０ｍのスケールでチャネルの直径りの従来のＣＥ
　Ｍ　ｓとＭＣＰｓにとって、通常の価は３０から８０
の範囲である。

従って、ＯＥＭＩＯは顕微鏡次元の単一チャネル電子倍
増管であるのに対し、ＭＣＰ２Ｏはチャネル密度が１０
″″’−１０−’／ａＪのマイクロスコピック電子増倍
管のウェーハ／薄膜アレーである。

ＯＥＭＩＯのチャネル壁１４又はＭＣＰ２Ｏの壁２４は
電子増倍管用の連続するダイノードとして作用し、断続
するダイノードを使用する光電子放出検出器（例えば通
常の光電子増倍管）の作動と対比される。作動において
、連続するダイノード１４と２４はバイアス電界（ε）
＝１０”−１０’　Ｖ　／　ａｍを過度の電流を引出す
ことなしに支持するのに十分抵抗性でなければならない
。またそれらは電子なだれの間ダイノード１４．２４か
ら放出された電子を補充するのに放出電流が得られるよ
うに電導性でなければならない。例えば、電荷粒子（第
１図）（例えば電子又はＮｅ＋イオン）、あるいは十分
高いエネルギーを有する放射線（例えば、Ｘ線光子）が
負にバイアスされた入力端３２近くのチャネル壁１４に
ぶつかる時、電子３４が表面１４から放出される可能性
が高い。これら−次電子３４は電源３８により表わされ
るバイアス電位（Ｖａ）により生じた印加電界（矢印３
６参照）によりチャネル１２の下に加速される。

ε＝Ｖａ／Ｌである。ここにおいてＶａは従来の直線チ
ャネル増倍管用のボルト〜２０−２５である。

放出された電子２４とチャネル壁１４との衝突により第
２電子４０が放出される。これら第２電子はまた続くチ
ャネル壁１４との衝突で、１次電子として作用し、それ
により他の二次電子の発生を生ずる。２以上の二次電子
が各付随する一次電子に放出されると、二次電子産出高
（δ）〉１で、この出力端方向における一次衝突一二次
放出のシーケンスをｎ回くり返すと、マグニチュードδ
０の出力電子なだれ４２に急速に導かれる。

ダイノード１４の表面近辺域は単位以上の十分に大きい
平均的δの価を有し、殆ど多くが２Ｏ−１００ｅＶのエ
ネルギー（Ｅｐ）でチャネル壁にぶつかる一次電子の効
果的倍増を支持するようにしなければならない。良好な
二次電子放出性質を有する材料のため、価δは先ずＥｐ
でδ〈１から第１交差エネルギーＥｐＩでδＩ、次にδ
〉１へと増大する。電子増倍管用の最も興味ある放出性
材料は約１０　ｅ　Ｖ＜ＥｐＩ＜５０　ｅ　Ｖの幅のＥ
ｐ”の価をとる傾向であるが、小さければ小さいほどよ
い。

このような材料のため、δ　（Ｅｐ）の直線近似はＥｐ
＜１００ｅＶなのでＥＰ／ＥＰ１である。例トシて、従
来のＣＥ　Ｍ　ｓ及びＭＣＰｓの連続ダイノードにＥｐ
’＝３０ｅＶならば、Ｅｐ＝２０　１００ｅＶで、−次
電子のためδの範囲の評価は０．７くδに３．３である
。今、直線チャネル型増倍管４０（７）ため、Ｖａ＝１
０００Ｖ、ＥｐＩ＝３０ｅＶダイノード表面から表われ
る時の二次電子のための最も予熱される最初のエネルギ
ー（Ｅｓ）が３ｅＶとすると、単一の入力電子からの電
子ゲインＧはほぼ次のように計算される。

＝４ｘｌＯ’ １次エレクトロンの最も起り得る衝突エネルギーは 平均生産高又は各増倍イベント毎のゲインは＝（ｑ　Ｖ
Ｂ）　２／４　ＥａＥｐ２〜１．７５　；増倍イベント
の数は ｎ　＝４　Ｅａ２／　ｑ　Ｖａ〜ｌ　９　；でｑは電子
チャージのマグニチュードである。

電子なだれがチャネル部から出力信号として出現する時
、それは−船釣にもとの入力信号の非常に大きな増倍を
表わす。電子増倍はチャネルの長さの下方へ幾何学的に
増大するので、特定のダイノード材料、チャネルの形状
、検出装置の形態及び適用に従って、１０３から１０’
までの単一のゲインＧが得られる。

直線状チャネル式増倍管は正イオンのフィードバックと
して知られる現象のため約１０４の電子ゲインに限定さ
れる。

チャネル増倍管の出力端近くで且つ成る閾値ゲインの上
で、チャネル内の残りのガス分子又はチャネル型に吸収
されたガスが電子なだれとの相互作用によりイオン化さ
れる。負の電荷を有する電子の流れの方向と反対に、正
イオンがチャネルの負にバイアスされた入力端へ推進す
る。チャネル壁にぶつかると、これらのイオンは電子の
出現を生じさせて、その電子が上記の方法で幾何学的に
増倍される。スプリアス放射及びイオンのフィードバッ
クに関連して時々発生する出力パルスにより検出器の信
号対雑音の特性を大きく低下させることがある。

チャネル増倍管中のイオンフィードバックを減らす効果
的な方法はチャネルをカーブさせることである。チャネ
ルの曲がりにより正イオンがチャネルの入力端へ移動す
る距離が制限され、このことからスプリアス出力パルス
の振幅が大きく減る。

直線状チャネルを有する単一のＭＣＰｓは一般に１０”
−１０’の電子ゲインを備える０曲線状チャネルのＭＣ
Ｐｓは１０’−１０”のゲインを生成できるが、製造が
困難であり、且つ高価である０曲線状チャネルのＯＥＭ
は１０”を越えるゲインで作動できる。

ＭＣＰｓ２０は通常装置の平坦な平行面２６から直角な
突起に対して１０’度の角度で傾斜したチャネル２２で
形成される。これは入力イベントの最初の打撃効果を改
善するためになされる。ＭＣＰｓを積み重ね、チャネル
の向きの回転相を１８０”を変えることによりＭＣＰ検
出器中のイオンのフィードバックを克服する他の手段が
備えられる。二段（山形）及び三段（Ｚ梨型ね）のＭＣ
Ｐｓの組立体が各それによって１０’−１０’と１０’
−１０°のゲインを得る。

ＯＥＭ又はＭＣＰのチャネル壁は電子増倍用の連続的ダ
イノードとして作用し、断続的ダイノードを使用する検
出器（例えば、通常の増倍型光電管）の作動とどこでも
対比される。連続的ダイオードは電子なだれの間、その
表面から放射される電子を補充するように十分導電性で
なければならない。所定のゲインＧでＣＥ　Ｍ　ｓとＭ
ＣＰｓのアナログ作動において、チャネルからの出力電
流ＩＯは出力がチャネル壁にＶｓで与えられたバイアス
電流（ｉｎ）の約１０％を越えないことを条件に、入力
電流工、と一次元的に関係している。閾値入力レベル、
Ｉ＋＝Ｏ，ｌｔａ／Ｇ以上で、ゲインの飽和が生じ、電
流移送特性はもはや一次元的でなくなる。一方、連続的
ダイノードはジュール熱に関連する熱不安定により顕在
する過剰電流ｉＢを引出すことなしにバイアス電界Ｅ＝
１０”−１０’Ｖ／ａｍを支持するのに十分抵抗性がな
くてはならない。

更に、ダイノードの表面近くは上記の如く、チャネル壁
にぶつかる電子の効果的増倍を支持するため単一体より
十分大きい平均値を持たねばならない。

ＣＥ　Ｍ　ｓとＭＣＰｓの電流発生において連続的ダイ
ノードの電気的及び電子の放射特性はその製造の詳細に
依存する。ＭＣＰｓは現在ガラスマルチファイバー引抜
き加工（ＧＭＤ）により製造される。この加工法はケイ
酸鉛ガラスを合わせたバリウムホウケイ酸コアガラスの
管中ロッド状のグラスファイバーを引抜き、合成ファイ
バーを六角のアレーに積み重ねて、グラスマルチファイ
バー束に延伸させ、マルチファイバー束を積み重ねて、
合成ガラスマトリックスに埋めこまれた固体のコアガラ
スのチャネルのアレイからなるビレットにまとめ、ビレ
ットを包み、表面加工し、ウェット化学処理して、合成
ガラスのウェーハを通して延長する中空チャネルのアレ
イの後を残して、コアガラスを除去し、更にウェット化
学処理をほどこして、チャネル表面から二次放出を増大
するようにし、水素雰囲気中でケイ酸鉛ガラスを還元し
て。

ダイノード表面にシート抵抗（Ｒｓ）＝−１０１１１０
１４Ω／ｓｑを有する電子伝導性を与え、ＭＣＰウェー
ハの平坦面を電極化することを含む。

ＣＥ　Ｍ　ｓの製造はより簡単である。それはケイ酸鉛
ガラス管を適当な形にする熱加工、ガラスを水素中に還
元してＲｓ＝１０’−１０’Ω／　ｓ　ｑを有する連続
的ダイノード表面の作成及び電極化を伴うｅ　Ｍ　ＣＰ
　ｓ対ＣＥ　Ｍ　ｓにおける連続的ダイノードに要求さ
れるＲｓの価が広く異なった価をとるので、組成的に異
なったケイ酸鉛ガラスが各適用毎に考案されなければな
らなかった。

水素還元工程は従来の電子増倍管の作動に対して不可欠
である。連続的ガラスダイノードの表面近くの鉛工イオ
ンは約３５０°−５００℃の温度の水素雰囲気で化学的
に還元されて、Ｐｂ２＋状態から反応生成としてのＨ２
Ｃの進化と共に低い酸化状態となる。還元されたケイ酸
鉛ガラス（ＲＬＳＧ）の表面の下約１ｍ以下の領域での
電子伝導性の大きな発展は二つの若干異なる方式で説明
されてきた。一つの理論は反応地帯内の鉛原子の小さな
断片（即ち〜１０”−’）が低原子価状態に原子的に分
散したままである（即ち、ｐｂｒ＋及びＰｂ０）という
ことを考えている。低原子価状態における鉛原子に関連
したバンドジャツブ中の極部的電子状態を経る電子ポツ
プ機構が電子伝導性を生ずるといわれる。他の理論は反
応域内の鉛原子の殆どが金属状態に還元され、不連続形
態で滴状粒子に塊同化されることに留意して、電子伝導
性がこのような粒子のトンネル機構から引出されること
を示唆するものである。究極的に正しいことが証明され
るこの機構と別に、ＲＬＳＧダイノードの電気的特性が
製造の詳細で決定されるようなガラス面の科学的及び熱
的過程の複雑な関数であることが期待される。

水素還元中、ケイ酸鉛ガラス中の流動性化学的物質（例
えばアルカリ、アルカリ土類、鉛原子）の拡散、及び蒸
発を含む他の高音処理もＲＩＳＧダイノードの化学性と
構造を変更するように作用する。ＭＣＰｓの製造に用い
られるガラスの表面近くの領域を通る構成プロフィルは
ＲＬ　Ｓ　Ｇダイノードが二層構造を有することが指摘
されている。

第３図に例示されたＲＬＳＧ５０は表面のケイ酸及びア
ルカリ分の多い且つ鉛分の少ない誘電放射層５２を含み
、その厚さ（ｄ）は十分な二次放射（即ち、ＥｐＩ〜３
０ｅＶ）を生じて、有用な電子増倍を達成するように約
２２−２０ｎである。

この誘電放射層５２の下に（又はダイノード表面）、半
導体の鉛分の多い、厚さ（１）が約１１００−１００ｎ
の層５４が放射層５２を放電させる電子伝導通路として
作用する。上記のＲＬＳＧダイノードのＲｓの幅を考慮
し、半導体層５４の厚さｔ＝１００ｎｍと仮定すると、
半導体層５４を含む材料のかさ電気抵抗（ｒ）はＯＥＭ
ダイノードでｒ＝Ｒｓ　ｔ＝１０１−１０３Ω・ａｍ、
ＭＣＰダイノードでｒ＝１０’−１０’Ω・Ｇであるこ
とが容易に示される。基底ガラス５６がＣＥＭｓ用マク
ロ的チャネルの幾何学的形に、ＭＣＰｓ用のマイクロ的
チャネルのアレイに、連続的ＲＬＳＧダイノード５０の
幾何学的支持を備える。実際のＲＬＳＧダイノードにお
ける半導体層５４と放射層５２の間の第３図に図式的に
示される界面５８は第３図に示されるよりもはっきりし
ていない。然しながら、この図式構成は有用なモデルを
与える。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＲＬＳＧのＭ　ＣＰ　ｓとＧ　Ｅ　Ｍ　ｓの製造技術は
成熟したものであり、費用も高くなく且つ確かに効果的
であるが、現在の装置技術と今後の開発に重要な制限を
与えている。これらの制限は次のように要約される。Ｒ
ＬＳＧの電気的及び電子的放射性質はダイノードを含む
ガラスの表面の科学的及び熱的過程に極めて敏感である
。従って、ＲＬＳＧのＭＣＰｓとＧ　Ｅ　Ｍ　ｓの再生
可能の実行特性は複雑で、時間のかかる且つ労力を要す
る製造動作全体にわたる厳格な制御に依存する。更に、
ＲＬＳＧのＭ　ＣＰ　ｓ及びＣＥ　Ｍ　ｓの特質を増強
し、仕上げる能力は現在の製造技術に適合する選択材料
が限られることにより制限される。ゲインの安定、最大
作動温度、バックグラウンドノイズ及び高電流装置の熱
拡散等が幾つかのキー領域であり、そこで従来のＭＣＰ
ｓ及びＣＥ　Ｍ　ｓの製造に用いられるケイ酸鉛ガラス
の材料の制限によって、性質が逆に影響する。

ＧＭＤ工程はまた次のように、ＲＬＳＧのＭＳＰｓの幾
何学的形状及び性能且つ応用に重要な製造上の制限を与
える。現行の慣用におけるチャネルの直径）４ｍ及びチ
ャネルのピッチ〉６ｍにより時間的及び空間的決定が制
限される。マルチファイバー領域内での準周期的チャネ
ルのアレー及び隣接するマルチファイバー境界での多大
な不連続により個々のチャネルやその小さな群をアドレ
スし又は読出しする仕事が非常に複雑である。アレーに
おけるエリアからエリアへのチャネルの直径が変動して
ゲインの異なるパターンとして明らかである。マイクロ
チャネルアレーの最大寸法が現在約１０■の直線寸法に
限られている。ホートン（Ｈｏｒｔｏｎ）外の関連出願
でこれらの問題を扱っている。

最後に、ＭＣＰｓは軍事用夜間視覚装置を主要マーケッ
トにしているが、これら注目すべき検出器用の他の実質
的適用はそれらが固体エレクトロニクスとインターフェ
ースするのが困難なため、ゆっくりで部分的に展開して
いるにすぎない。半導体エレクトロニクスとの適用性を
大きくすれば（例えば、構成材料、相互連続、又は作動
の動力要求に関して）、商業用夜間視覚装置、光計算装
置及び高性能表示装置、写真及び画像処理技術を含む重
要な新しい適用に実施化を容易にする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は薄膜処理技術により形成された連続的ダイノー
ドに係わる０本発明の一実施例によれば、少くとも一つ
の層を蒸気と基体との間の界面処理により支配された化
学的蒸着運動力をもたらすのに十分な温度と圧力で、基
体存在下で蒸気を反応させて形成した連続的ダイノード
が記載されている。他の実施例によれば、基体の表面又
は基体上にあらかじめ付着した薄膜の表面をその表面を
変える反応をもたらすのに十分な温度と圧力で反応雰囲
気にさらす。更に他の実施例においては、連続的ダイノ
ードは過飽和溶液から基体へダイノード材料を液相デポ
ジションで付着することにより部分的に形成される。

〔作用〕

出来上がった装置はＣＥＭ、ＭＣＰ及びＭＥＭに適用す
る電子増倍に適当な伝導性及び放射性の性質を示した。

〔実施例〕

本発明の一実施例に従って、帯電性（例えば半導体性）
及び誘電性薄膜が適当な基体内に毛細管チャネルの壁に
沿って蒸着され、還元されたケイ酸鉛ガラス（ＲＬＳＧ
）ダイノードの機能を復元する連続的ダイノードを生ず
る。このような装置はＣＥ　Ｍ　ｓ及びＭＣＰｓの形態
において、誘電性又は半導体の基体により支持された薄
膜ダイノードを含む。電気的に絶縁性の基体には、帯電
又は半導体相及び電子放射層の両方の付着が通常必要で
ある。然しながら、適切な半導体の基体ならば、放射層
の付着のみを必要とする。

本発明の一実施例に従って、連続的薄膜ダイノード６０
の一例が第４図に示されている。ダイノード６０は放射
層又は膜６２．半導体層又は膜６４及び誘電基体６６を
含む、ダイノード６０はシリコンのような半導体膜を１
１０−１Ｏ００ｎの幅の厚さｔに石英ガラスのような基
体６６の表面７０に付着させて形成される。適当なドー
パント（例えばリン）の濃度と膜の形態を制御すること
により１例えばｔｌｌ　ＯＯｎ　ｍのシリコン半導体層
が得られ、ＯＥＭダイノードについては、抵抗ｒ＝１０
−１−１０−３Ω・■で、Ｒｓ　＝　ｒ　／　ｔ　１０
−１０１Ω／　ｓ　ｑを生産し、ＭＣＰダイノードにつ
いてはｒ＝１０’−１０’Ω”ａｉでＲｓ＝ｌＯ”−１
０”Ω／ｓｑを与える。ＭＣＰダイノードについて、ｒ
＝１０’−１０’Ω・ｌの範囲の高抵抗性で、Ｒｓ＝１
０１２−１０１４Ω／　ｓ　ｑを産出する他のシリコン
半導体膜が他のドーパントを含入することにより調整さ
れ、半絶縁膜（例えば５ＩＰＯ８）を形成する。

好ましい実施例では、付着は化学的蒸着（ＣＶＤ）技術
で達成される。一般に用いられるように且つここで理解
されるように、ＣＶＤという用語は化学物質を基体表面
近くにガス相を通して運ぶというより、ガス状反応物又
は反応生成物と基体の間の界面処理により一般的に制御
される状態での薄膜形成法である。

第４図に示した実施例では、放射組６２はシリコン半導
体層６４の上に位置し、厚さｄが約２２−５ｎの自然酸
化物ＳｉＯ２の薄い膜を含み、半導体表面６８を大気に
さらして形成される。或いは、放射層６２は反応ガス（
例えば０２又はＮＨ，）の存在下で上昇温度で半導体表
面６８の酸化又は窒化により２　２０ｎｍの厚さに形成
又は成長される。更に他の変形では、利得の電子エネル
ギーＥｐのためＳｉＯ２よりも二次電子産出が高いＭｇ
Ｏのような放射膜をＣＶＤ工程で半導体層６４の表面６
８に厚さｄ＝２−２０ｎｍに付着し、薄膜ダイノード６
０の基体２層構造を形成する。ＳｉＯ２ニツイテ、ＥＰ
１〜４０ｅｖ及びδ〜ＥＰ／ＥＰｒならば、２０＜Ｅｐ
＜１００ｅＶとして２Ｏ．５＜８＜２．５であり、一方
、Ｅｐｒ〜２５ｅＶならば、Ｅｐの範囲が同じで２Ｏ．
８（δく４である。

誘電放射層の変形例として、負の電子親和力を呈し、高
度に効果的な二次電子放出を備える半導体口臭をＣＶＤ
方法により形成する（例えば、ＧａＰ：Ｃｓ−０，Ｇａ
Ｐ：Ｂａ−０，（ＥａＡｓ　：Ｃｓ　−０、ＩＮＰ：Ｃ
ｓ−０及びＳｉ：Ｃｓ−０）。

一般に、半導体Ｍ６４の厚さし及び抵抗ｒ（及びシート
抵抗Ｒｓ　＝　ｒ　／　ｔ　）は薄膜ダイノード６０の
長さに沿って均等であり、一定の電界を備え、その中で
電子の増倍を促進する。また、放射層６２の電子産出高
δは十分高いものであり且つ空間的に均一で、良好な増
倍統計量と共に十分な信号ゲインを生ずるものでなけれ
ばならない。然しながら、所望ならば、層６２．６４は
その厚さ全体に等級化性質、その長さに沿って漸増段階
化性質をそれぞれ有する連続的ダイノードを製造するた
めに、半径方向に等級化され、長手方向に段階化された
ＣＶＤの適用で形成される。また、必ずしも詳細に記さ
れていないが、バルク半導体基体又は付着した薄膜の表
面を適当な電子放射性を達成するように変形するのは次
の酸化又は窒化によって行われる。

ＣＥ　Ｍ　ｓ及びＭＣＰｓ用の基体は電気的絶縁性でも
半導体性でもよい。絶縁性の基体６６（即ち、ｒ）１０
１２Ω・ａｍ）は秀れた薄膜ダイノードを形成するのに
、−船釣に電子的に半導体性の層６４と電子放射層６２
の両方の付着を必要とする（第４図）。

これに対し、第５図に示した本発明の他の実施例によれ
ば、連続ダイノード７２はＣＥＭにはｒ＝１０’−１０
’Ω・■及びＭ　ＣＰ　ニはｒ＝１０’−１０１１Ω・
ｌの適当な半導体基体７６の表面７８に付着したＭｇＯ
のような放射層６２を含む。

ダイノード７２のバイアス電流は基体７６のバルク全体
に帯電できる。第６図の実施例に示すように、若干より
伝導性の基体８２を有するダイノード８０が半導体層６
４と電子放射Ｍ６２の形成に先立って、基体８２に厚さ
（Ｚ）＝２−５μｍを有する誘導性絶縁層８４（例えば
、飽和溶液から液相デポジションにより形成されたＳ　
ｉ　Ｏ２の膜）を最初に付着することにより使用できる
。

導体層及び放射層の付着による薄膜電子増倍管の製造に
第４図及び第６図に示したような絶縁基体６６または電
気的に隔踵した層８２を使用するのは本発明の好ましい
実施例である。所定の装置のため電気的性質の選択に多
くの融通性があり、製造中にこのような性質をうまく制
御しやすいのがこの方法の利点である。然しなから、適
用によっては（例えば、正イオンのフィードバックの還
元）、第５図のバルク導体装置７２が特定の利点を発揮
する。

現行の製造手段において、多成分ケイ酸鉛ガラスの表面
を化学的及び熱的に処理し、適当な電気的及び二次放射
特質を備えた連続的ＲＬＳＧダイノードを製造する（第
３図）。然しながら、第７図に示した本発明の他の実施
例では、ＲＬＳＧダイノード９０は誘電放射層６２と下
方に位置する半導体層５４を含む。この二層構成はＣＥ
ＭまたはＭＣＰＳの特質であるチャネル形状のケイ素鉛
ガラス５６により機械的に支持されている。前述のＲＬ
ＳＧダイノード（第３図）と違って、放射Ｍ６２は好ま
しくはＳｉ３Ｎ４．ＭｇＯ等の適当な材料のＣＶＤによ
り形成される。半導体層５４は半導体層の形成を促進す
るとともに従来のＲＬ’ＳＧダイノード（第３図）のよ
うに放射Ｍ５２の形成を縮減するのに十分な条件下でＨ
２還元により形成される。

更に、第４図から第７図までの実施例のいずれかにおい
て、放射８６２として用いられる時、Ｓｉ３Ｎ４は密閉
作用をなし、下方に位置する表面の環境的退化を防ぎ、
それによって製品の耐用年数を増大させる。Ｓｉ３Ｎ４
とＡｌ２Ｏ，はまたＳｉＯ２主成分ガラスよりも電子衝
撃に対する抵抗性が高く、それによってダイノードの作
動耐用期間を延長する。

第４図の実施例による薄膜ダイノードを使用する装置の
例が第８図から第１０図に示されている。

然しながら、前記の第５図から第７図までに示した薄膜
フィルムの変更例はまた第８図から第１０図までの実施
例と共に使用しうると理解すべきである。第８図におい
て、ＯＥＭｌｏｏが示されており、それはフレア状の入
力端１０４の直線状の出力端１０６を有する屈曲ガラス
管１０２で形成されている。所望ならば、管１０２はセ
ラミックまたはガラスの成形及び焼結された誘電ブロッ
クである。図示の如く、電極１０８が管１０２の外部に
形成され、薄膜ダイノード１１０が管の内側に形成され
る０本発明によれば、管１０２は最初に二段階ＣＶＤ工
程を行って、外面１１４と内面１１２をそれぞれ反応器
（図示せず）中に半導体層６４と放射層６２へ連続的に
被覆する。これは拡大して示しである。管１０２の外側
はマスクされ且つストリップされて（例えば、サンドブ
ラストまたはエツチングによる）外側壁１１４上に非伝
導帯１１８を形成する。その後に、金属電極１０８を適
当な蒸着方法により取付ける。内面１１２の半導体層６
４と放射層６２は連続的薄膜ダイノード１１０として機
能する。

第９図に、ＭＣＰ　１２０が図示され、それはマイクロ
チャネル１２４と基体１２２の相対する面１２８に付着
した電極１２６と共に形成された誘電性セラミックまた
はガラスの基体１２２を含む。

前述のように放射層６２と半導体層６４で形成された薄
膜ダイノード１３０がチャネル１２４の壁１３２に付着
される。（基体１２２を被覆する膜層６２，６４の部分
の他はダイノードとして作用しない）、電極１２６は基
体１２２の平坦平行面１２８上の膜層（６２，６４）の
上に設置される。

本発明によれば１ＭＣＰ１２０は上記したＧＭＤ工程に
より、あるいは本出願人によるホートン外発明の出願中
の明細書に記載されているように異方性エツチング技術
により形成される。

第１０図に、磁気電子増倍管（ＭＥＭ）１４０が示され
ており、それは一部、両端１４６に電極１４４を有する
一対のガラスプレート１４２又は他の適当な誘電基体及
び対抗面１５０上の薄膜ダイノード１４８により形成さ
れる。ダイノード１４８は前記したように放射層６２と
半導体層６４で形成されている。電極１４４は外側面１
５１をストリップし、膜層（６２，６４）を取除いた後
に、設置される。

本発明によりＣＥＭＳ及びＭＣＰＳのために顕微鏡的寸
法まで、極微の毛細管チャネルに薄膜連続的ダイノード
を形成する方法を次に説明する。

本発明の一実施例による化学的蒸着法（ＣＶＤ）は適当
な材料（例えば半導体又はセラミック）の固体膜をガス
状前駆物質の反応により基体の表面に蒸着させるもので
ある。温度、圧力及び気体反応物は製造されたダイノー
ドの物理的構成と電気的及び電子放射性質が所望の性能
を達成するのに適するように選択され、平衡される。熱
活性ＣｖＤ工程において、基体は温度（Ｔ）＝３００−
１２００℃に加熱され、それは付着反応を促進するのに
十分であるが、然しなから、このような反応はまたより
低い温度でもプラズマ助勢又は光学的に活勢できる。基
本的な付着反応は熱分解、加水分解、不均化反応、酸化
、還元、合成反応及びこれらの組合せを含む。本発明に
よれば、１０ｔ。

ｒｒ以下、好ましくは１からＯ，１ｔｏｒｒの間の圧力
で生ずる低圧ＣＶＤ　（ＬＰＧＶＤ）が満足しうる連続
的薄膜ダイノードの形成を生む、一般にＬＰＧＶＤは通
常はぼ均一な幾何学的、電気的及び電子放射性室を有す
る共形の薄膜を生ずる。

付着反応は好ましくは、気体層で均質というより基体面
で均質に生ずる。水素化及びハロゲン化金属は金属有機
物と共に通常の蒸気先駆物質である。

ＣＶＤ薄膜の物理的性質は付着物の組織と構成の間者の
関数である。ＣＶＤ法により製造されている材料の範囲
は極めて広く次のものを含む。ありふれた耐火貴金属（
例えばＡ　Ｉ　、　Ａ　ｕ及びＷ）、単体及び合成半導
体（例えばＳｉ及びＧａＡｓ）、及びセラミックスと誘
電体（例えばダイヤモンド、硼化物、窒化物及び酸化物
）を含む、このような薄膜材料の性質は適当なドーパン
トを組み込むことによりあるいは形態の制御により大き
く変化する。ＣＶＤ材料の形態は単一結晶状、多結晶状
又は処理条件及び基体表面の物理化学的性質に依存する
アモルファスでもよい。また例外的純度の材料がＣＶＤ
技術により調達される。

本発明のダイノードの放射層は、一般にＳｉＯ２゜Ａｌ
２Ｏ３，ＭＧＯ，ＳｎＯ２，Ｂａｄ、Ｃｓ、Ｏ。

Ｓ　ｘ３Ｎ４ｙ　Ｓ　ｉｘ　Ｏｙ　Ｎ２ｔ　Ｃ（ダイヤ
モンド）。

ＢＮ及びＡＩＮ、それに負の電子の親和エミッタＧａＰ
：Ｃｓ−○＋　ＧａＰ：Ｂａ−０，ＧａＡｓ　：Ｃｓ−
Ｏ、ＧａＰ：Ｃｓ−Ｏ、ＧａＡｓ：Ｃｓ−○で形成され
る。これらの材料はＳｉＨ４，ＳｉＣ１ｘ　Ｈｙ　＋　
Ｓ　ｉ（○Ｃ２Ｈ，）、のような前晩物質、ＡＩのジケ
トン化合物（例えば、Ａｌ（Ｃ。

ＨＯｚＦｓ）　３）　？　Ａ　ｌ　（ＣＨａ）　ｓｒ　
Ｍ　ｇのジケトン化合物（例えば、Ｍｇ　（ＣｓＨＯｚ
Ｆｓ）りｌ５ｎｃ１４．Ｂａのジケトン化合物（例えば
、Ｂａ（Ｃ，、Ｈｌ、Ｑ、）　２）　、　ＣＨ４，Ｃｓ
　、　Ｂ２ＨＧ。

ｇａ　（Ｃ２Ｈ，）　ａｔ　Ｇａ　（ＣＨ３）　３．　
ＰＨ３，ＡｓＨ，、Ｉ　ｎ　（ｃＨａ）　ａｔ○２．Ｎ
２０．Ｎｏ３Ｎ２及びＮＨ３で形成される。本発明によ
るダイノードの電流担持部分はＡｓ　　、　Ｂ　　、ま
たはＰドープＳｉ、Ｇｅ　　（ドープなし）、Ｓｉ（ド
ープなし）。

ＳｉＯｘ　（ＳＩＰＯ３）、ＳｉｘＮｙ、Ａｌｘｇａ、
ｘＡｓ、及びＳｎＯｘで形成しうる。このような材料の
前駆物質はＳｉＨ，、ＰＨ，、ＧｅＨ，。

Ｂ２’Ｈ６，ＡｓＨ，、Ｓ　ｎ　ｃ　１４．　Ｇａ　（
Ｃ２Ｈ，）　、。

Ｇ　ａ　（ＣＨ３）　３ｙ　Ａ　ｌ　（ＣＨ３）　３９
　ＮｚＯ＋　Ｎｚ及びＮＨ，でよい。

ＣＶＤ方法による薄膜ダイノードの製造に特に有用な半
導体及び誘電材料及びその前駆物質の選択された代表例
が表Ｉ及びＨにそれぞれ示されている。

表面■はＣＥＭまたはＭＣＰのいずれの連続的ダイノー
ドの半導層６４のための、膜の厚さｔ＝１００ｎｍ、シ
ート抵抗Ｒ３の産出適性範囲に仮定して、２５℃におい
て電気抵抗ｒの範囲である代表的材料をあげている。

表 Ｓｉ　（Ｐドープ） Ｇｅ（ドープなし） Ｓｉ（ドープなし） ＳｉＯｘ（ＳＩＰＯ５） １ｘＮｙ ＳｉＨ４ａｎｄ Ｈ３ ＧｅＨ４ Ｓｉ）ｌ。

５ｉｔ（４ａｎｄ Ｎ２Ｏ ３ｉＨ４ａｎｄ １０１−１０３ １０’−１０” １０”−１０’ １０’−１０’ １０”−１０’ １０”−１０” ＣＥＭ １０”−１０’ １０”−１０” １０”−１０” １０”−１０”　　　ＭＣＰ ルギーの範囲で、十分な或いは高い価の二次電子産出δ
を生じるように十分に低い価のＥｐ′を備えた放射／［
６２として用いる代表的材料をあげて放射層用材料　（
２０ｅＶ≦Ｅｐ≦１００　ｅ　Ｖ）社−Ｍ　　　直Ｊし
１１１已（ｅＶ）５＝Ｅ　／Ｅ　”ＳｉＯ２ガラス　Ｓ
＆ｏｒ　Ｓｉ（ＯＣｚＨｇ）４〜４０　　　　〜０．５
−２．５ａｎｄ　Ｏ。

Ａｌ、Ｏ，Ａｌ（Ｃ）ｌ、）３０ｒＡ１　〜２５　　　
−０．８−４（ＣｓＨＱｚＦｓ）ｉ　ａｎｄ　ｏ。

ＭｇＯＭｇ（Ｃ，ＨＯ，Ｆ、）、　　〜２５　　　−０
．８−４ａｎｄ　Ｏ。

ＧａＰ：Ｃｓ（］　　Ｇａ（ＣＨ３）３．ＰＨ３，−〜
２０　　　〜１−５Ｃｓ、　ａｎｄ　Ｏ。

熱活性化ＣＶＤは大気圧力でリアクタ（図示せず）中で
実行される（ＡＰＣＶＤ）一方、重要な利点が反応器の
圧力を約１３　Ｐ　ａ　（０，１ｔｏｒｒ）（１，３Ｘ
　１０３Ｐ　ａ　（ｔｏｒｒ）の範囲に減らすことによ
り得られる。Ｐが約１．０Ｘ１０’Ｐａ　（７６Ｑｔｏ
ｒｒ）から１．３　Ｘ　１０２Ｐ　ａ　（ｌｔｏｒｒ）
に減少すると、Ｔ＝６００℃でのガス分子の中間自由通
路が約０．２ｍから２００Ｍｍへと何千倍に増加する。

低圧力下の熱活性化ＣＶＤ　（ＬＰＧＶＤ）において、
反応物及び産出物の拡散性が高いものとなることから膜
の成長速度は界面に隣接する不活性境界層を通すガスの
大量運搬よりもガス−基体の界面での運動処理（例えば
反応物の吸着作用、吸着原子の移動、化学反応、反応生
成物の脱着）により制御されるべきである。基体の表面
を一定温度Ｔ＝３００−１２００℃に保つことにより、
同形の膜が実際はぼ外形全体にＬＰＧＶＤにより異種的
に付着できる。基体の全ての位置で等しい反応流を供給
するのは表面反応速度が制限されている条件では厳密で
ないからである。複雑な形状にわたって、順応する膜の
曲率（例えばみぞ又はチャネルに沿って）は反応前の吸
着原子の急速な移動に依存する。然しながら、ＡＰＣＶ
Ｄの場合ではガスの拡散性が低いことにより、大量運搬
の制限状態が増進する。そこでは基体の全面積に対して
等して反応物の流れが膜の均一性のために不可欠である
。

コノ理由のため、ＬＰＧＶＤはＡＰＣＶＤよりも毛細基
体形状内に均一の厚さと性質を備えた同形の伝導性及び
放射性の７１６４，６２を付着する目的物を得て、ＣＥ
　Ｍ　ｓ及びＭ　ＣＰ　ｓ用の薄膜ダイノードを形成す
るのに大きな可能性を有すると考えられてきた。また、
ＬＰＧＶＤが基体６６を蒸気源の視界ラインに置かない
で、同形薄膜を備えることができるので、物理的蒸着法
（例えば、蒸発及びスパッタリング）よりもこの適用に
は秀れているのが明らかである。ＬＰＧＶＤの他の注意
すべき利点には組成及び構造的制御がよくできること、
付着温度がより低いこと、同質反応により粒子が少ない
こと、処理コストが低いことがあげられる。

熱活性化ＬＰＧＶＤの変形例として、低圧でのプラズマ
助勢ＣＶＤ　（ＰＡＣＶＤ）が好ましい。

それはＬＰＧＶＤよりも更に低い処理温度＠（Ｔ＝２５
−５００℃）を与え、不平衡条件下で異例の薄膜材料を
合成する注目すべき能力を与えるからである。光化学的
活性化ＣＶＤ　（ＰＣＣＶＤ）は他の好適な低温処理変
形例である。

チャネルの長さに沿ってフィルムの厚さの傾斜が必要な
らば、圧力を上げてガス運搬を減じチャネルの軸に沿っ
て非均−な付着を促進するのも本発明を逸脱するもので
ない。同様に、それぞれほぼ長さ全体にわたって均一な
、一つ又はそれ以上の連続し、相互連結した薄膜ダイノ
ード素子を作り出すことにより段階的付着が達成される
。また、付着パラメータは一定に保っても、漸次変化さ
せてもよく、それぞれ単一の組成的に均一な膜を付着さ
せて、伝導性及び放電性の両方の性質を呈するのが好ま
しく、或いは膜の組成と性質を厚さと共に変えて何らか
の所望の目的を達成するようにしてもよい。

電気的要求とは別に、ＣＥ　Ｍ　ｓ及びＭＣＰｓの基体
はこの装置の形状に容易に形成できて、しかもＣＶＤ処
理方法に適合する材料からならなくてはならない。ＬＰ
ＧＶＤでは３００−１２００℃の付着温度が予熱され、
基体が十分耐火性で処理中に溶融したり、変形しないも
のでなければならない。更に基体は上方に位置する薄膜
に化学的及び機械的に適したもので、有害な界面の反応
とストレスを避けるものでなくてはならない、更に、基
体は十分な化学的純度を有し、薄膜ダイノードの付着工
程と本質的性質が汚染効果に影響されない材料で作らね
ばならない。最後に高いバイアス電流で作動する電子増
倍管には高い熱伝導性（Ｋ）を有する基体がジュール熱
の拡散を助勢する。

本発明によれば、基体はＳ　ｉ３Ｎ、、　Ａ　Ｉ　Ｎ。

Ａｌ２Ｏ，ＳｉＯ，ガラス、　Ｒ２Ｏ−Ａ　１，０゜５
ｉｏ２（Ｒ＝Ｌｉ３Ｎａ、Ｋ）ガラス、Ｒ，０−Ｂａ０
−Ｂｉ、Ｏ，−ＰｂＯ−３ｉｎ、（Ｒ＝Ｎａ。

Ｋ、Ｒｈ、Ｃｓ）ガラス、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ。

ＩｎＰ、ＧａＰ、Ｓｉ、ＳｉＯ２単離層を備えたＳｉ、
及びＧ　ａ　Ａ　ｓ又はＳｉ３Ｎ、単離層を備えたＩｎ
Ｐからなるグループから選択された材料である。

基体６６．７６．８２に適当な耐火性、高純度の材料の
選択された代表的な例がバルク電流抵抗ｒと２５℃にお
ける熱伝導性にの名目値と共に表■に示されている。

表■ ｌＮ Ａｌ、Ｏ。

Ｓｉへガラス Ｓｉへ単離層 を有するＳｉ ドープなし Ｗドープなし ＧａＡｓドープなし Ｓｉドープなし ＞１０”　　　　＞１５０ ＞ｉｏ” ＞１０１４ 〉１０２ 〜１０１１１ 〜１０” 〜１０５ ０ ６ ５０ ＯＥＭ　（６６）　ａｎｄ ＭＣＰ　（６６） ＯＥＭ　（６６）　ａｎｄ ＭＣＰ　（６６） ＣＥＭ　（６６）　ａｎｄ ＭＣＰ　（６６） ＭＣＰ　（８２） ＭＣＰ　（７６） ＭＣＰ　（７６） ＣＥＭ　（７６） ＣＥＭ用の誘電基体は例えば、溶融石英ガラスの熱加工
により、或いはＡ１□０３又はＡＩＮのセラミック粉の
射出成形及び焼結により製造される。

ＭＣＰ、のためにＳｉＯ２，Ｓｉ又はＧａＡｓのような
材料のウェーハ状基体に異方性エツチングした中空チャ
ネルのアレーを創り出すのにリトグラフ法及び反応粒子
のフラックスでエツチングを使用することも上記したホ
ートン外の出頭明細書に記載するように可能である。

本発明によれば、ＣＶＤに基づく蒸着法を使用して従来
のＲＬＳＧダイノードで得られるものに匹敵する電気的
及び電子放射性を備えた連続的薄膜ダイノードが製造で
きる。このためＲＬＳＧ形態の改善を含めて、ＣＥ　Ｍ
　ｓ及びＭＣＰｓのより効果的な製造方法が得られる。

更に、本発明に教示に従ってなられたＣ　Ｅ　Ｍ　ｓと
Ｍ　ＣＰ　ｓの性能の著るしい改良が薄膜ダイノードの
材料と構成を調整する能力を利用することにより達成で
きることが期待される。

達成しうる利点には従来のＲＬＳＧダイノード（例えば
、ＭｇＯまたはＧ　ａ　Ｐ　：　Ｃｓ−○のような負の
電子親和カニミッタ）よりも高い二次電子産出を備えた
放射層６２の付着によって、より低い外側バイアス電位
で、より良い増倍統計数と動作が得られることを含んで
いる。ゲインの安定化と作動平均寿命の長期化（抽出電
子の＞１００Ｃ／ｃｆｆ１２）がガス放出や電子照射に
よる品質低下のしにくいＳｉ３Ｎ、又はＡ１□０３のよ
うな放射層を使用することにより達成しうる。主なバッ
クグラウンドノイズ源である放射性能不純物のないダイ
ノード及び基体の高純度材料の選択から、ノイズ特性が
改善され、ダイナミック範囲の拡がりが生ずる。５００
℃に近づく最大作動温度がダイノード及び基体に適当な
耐火材料を使用することにより達成される。ＲＬＳＧの
ような環境感応性ダイノード材料の密閉体としても作用
できる放射層６２（例えばＳ　ｉ３Ｎ、）を適用するこ
とにより、環境の安定が増強される。重要なことは、特
定の適用に対して電流移送特質はＷＪ６２，６４の物理
的寸法、組成及び形態、それから電気的及び電子放射性
質全体の制御を行なうことにより適格化されることであ
る。

本発明による薄膜処理は所望の電子放射性を達成するの
に付着された又はバルク半導体材料の表面処理を含む。

第４及び第６図の実施例において、シリコンのような半
導体層６４の表面６８は０２（又はＮＨ，）において３
００−１２００℃で酸化又は窒化されて厚さｄ＝２−２
０ｎｍを有するＳｉＯ２（又はＳｉ、Ｈ４）の放射層６
２を生成するようにしてもよい。第５図において、シリ
コンのようなバルク半導体７６を同様に処理して放射面
を生成するようにしてもよい。またＳ　ｉ　Ｏ２のよう
な誘導膜を液相デポジット（ＬＰＤ）により形成して第
４図から第７図の実施例の放射Ｎ６２または単離層８４
を形成してもよい。ＬＰＤを使用して例えば、ＳｉＯ２
膜を２５−５０℃で小量のＨ，Ｂ○を加えたＨ、５ｉＦ
ＧとＳｉＯ２の可飽和水溶液からＣＥ　Ｍ　ｓ又はＭＣ
Ｐｓの可視的大きさの、または顕微的サイズの毛細管チ
ャネルの内面に付着できる。上記の方法はここに記載し
た他の方法と組合わせて、種々の連続的薄膜ダイノード
構成を生成できる。

本発明により調整されたＣＥＭ及びＭＣＰの製法と性能
例を以下に示す。

肛 第８図に示した管１０２と同様の、一端を入口円錐体に
対してフレア状になした溶融石英毛細管（１ｎ＋ｍ内径
Ｘ３ｍｍ外径）を基体として使用し、ａ　＝　Ｌ　／　
Ｄ　＝　２０　、３０及び４０の直線形チャネルＣＥ　
Ｍ　ｓ及びβ＝Ｌ／Ｓ−４，２の曲線状ＣＥＭｓを組合
わせる。

基体は先ず通常の処理により洗滌され、次に熱壁の、水
平管であるシリコン薄膜デポジット用のＬＰＧＶＤ反応
器の内側に置かれる。アモルファスのドープしないシリ
コン膜をＰ　＝２６−５２Ｐａ（０，２−０，４ｔｏｒ
ｒ）及びＴ−５４０−５６０”ＣでＳ　ｉ　Ｈ４の反応
によって、基体の一セット上に形成する。別の実験にお
いて、アモルファスのＰドープしたシリコン膜を同様の
条件化で、ＰＨ３／ＳｉＨ，＝５ｘｌＯ″″４の反応比
率でＰＨ，とＳｉＨ４の反応により基体の他のセット上
に形成する。

かくして厚さｔ〜３００ｎｍの半導体膜６４が１１−１
Ｏｎ／ｍｉｎの速度で毛細管基体１０２（第８図）の表
面１１２，１１４に付着する。

シリコン膜の付着の後１毛細管基体は反応管中で冷却可
能となり、次に以下の如（ＣＥＭｓｌＯＯに組立てられ
る。毛細管の外面１１４に沿う電導通状態はこの外面周
囲の狭帯１１８内に付着したシリコンを取り除くことに
より破られる（第８図）。次にニクロム電極１０８をそ
の間の非導通帯を被覆することなく、各管の両端に真空
蒸着する。各ＯＥＭは電気的リード線を画電極に取付け
て完了する。

直線状チャネルの穴を下方に電気抵抗を測定すると、ド
ープしないシリコン膜とＰドープしたシリコン膜はそれ
ぞれＲｓ二１０”＜／ｓｑ及び二１０８Ω／ｓｑを示し
た６両方共、Ｒｓは２０くα（４０のチャネル形状と無
関係であった。これらの結果はＬＰＣＶＤ法により準備
された各膜の厚さと抵抗の両方がたてよこ比が有用な電
子増倍を支持するのに十分なたてよこ比の毛細管チャネ
ルの長さに沿ってほぼ均一である。電子増倍管のゲイン
Ｇをアナログ式に且つパルス計数モードに特徴づける方
法が知られる。アナログゲインＧ＝Ｉｏ　／　Ｉ　ｉの
プロット対入力電流ｌ１＝ＩＰＡにＲ８二１０８で２０
．３０及び４０／Ｓ（Ｉを有する直線形チャネルＣＥＭ
ｓｌＯＯに付与された電界強度が第１１図に示されてい
る。不飽和ゲインＧ１０４が各ＣＥＭに得られるが、Ｇ
は十分に大きい度で増大することがわかる。

ｌ１＝ＩＰＡのためα＝４０で、Ｒ８−１０１１Ω／ｓ
ｑ及び１０”Ω／ｓｑを有する直線形チャネルＣＥＭｓ
ｌＯＯのアナログゲインＧ＝Ｉｏ／Ｉｉ対バイアス電圧
ＶＢを示すグラフが第１２図に示されている。Ｒｓが高
いＯＥＭは飽和ゲインＧ＝１０３−１０’を示し、半導
体層に帯びた比較的に低いバイアス電流ｉｎにより制限
される。一方、Ｒｓの低いＯＥＭは不飽和ゲインＧ＞１
０’を呈している。

第１３図はｒｉ＝１．１０及び１００　ＰＡ（７）幾つ
かの価でβ＝１，２及びＲｓ二１０’Ω／ｓｑの曲線状
チャネルＣＥＭのためのアナログゲインＧ＝Ｉｏ／Ｉｉ
のプロット対電圧を示している。全ての入力レベルＩｉ
で飽和ゲインが観測される。

特にＩｉの増加に対応して飽和ゲインの大まかなオーダ
ーが減ることは電流制限増倍管の応答を示している。ｌ
１＝ＩｐＡで、このＯＥＭは最大ゲインＧ＞１０’を示
している。

孤ｌ 第１０図に示されているプレート１４２と同様の溶融石
英プレート（２５Ｘ６０Ｘ１ａｍ）を基体として使用し
、ＭＥＭ１４０用の薄膜ダイノードを形成した。ＣＥ　
Ｍ　ｓのための例■に記載されたものと同泊の方法と条
件を用いて、ｔ＝３００ｎｍ及びＲｓ〜１０’Ω／ｓｑ
のアモルファスＰドープシリコン膜を平担な基体１４２
上に形成した。

ＭＥＭは次のように組立てられる。シリコン付着物を一
平担面１５１から除去する。次にニクロム電極のパター
ンをマスク（図示せず）を通してシリコンデポジット１
４８で各プレート１４２の他側に付着する６きちんど整
合したＲｓを有する一組の二つのプレート１４２を電界
とダイノードストリップとして使用し、ＭＥＭ１４０を
構成した。

ＭＥＭ１４０上のパルス計数測定により第１４図に与え
られたパルス高分布が得られた。図示の分布はＧ＝１０
７の較正ラインに対してゲインの関数としての出力パル
スの数を表わしている。バイアス電圧ＶＢ＝２５００Ｖ
で作動した時、ＭＥＭ１４０は１０”−１０’の範囲の
最大ゲインの負の指数型パルス高分布を呈する。

例１及びＩＩ（７）上記ＣＥＭ及びＭＥＭ１４０におけ
る薄膜ダイノードの構成は第４図に示した実施例に近い
、厚さｄ＝２−５ｎｍの天然のＳｉＯ□の酸化物が放射
層６２として作用し、シリコン半導体層６４の上に位置
し、両者共溶融石英基体６４により支持されている。こ
のような薄膜ダイノードが電子増倍の実際的レベルを支
える能力があることは前記の例によって明らかに立証さ
れている。

更に、薄膜ダイノードの帯電性質を調節して電子増倍管
の電流搬送特性を仕立てる能力が立証される。また、単
一チャネル装置（例えば、Ｒｓ〜１０’Ω／ｓｑのＰド
ープシリコン）及び多数チャネル装置（例えばＲｓ〜１
０１１Ω／ｓｑのＰドープなしのシリコン）に適した電
気的性質を備えた半導体膜６４の形成と制御が示される
。最後に、例■及び■の薄膜装置の信号ゲインは比較さ
れるＲＬＳＧ装置のものと近いものであるが、一方前者
の性能は熱的酸化又は窒化反応により、またはＳｉＯ２
よりも二次電子放射特質が秀れているＭｇＯのような放
射層を付着することにより若干厚い放射層を形成するこ
とで改善されることに留意すべきである。

〔効果〕

上記の本発明により形成された連続的ダイノードはチャ
ネル電子増倍管やマイクロチャネルプレート等の電子増
倍管装置に好適な伝導性と放射性を呈し、その性能を高
め、応用範囲を拡げるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術によるチャネル電子増倍管（ＣＥＭ）
の一部を図式的に示した略図、第２図は従来技術による
マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）の一部を図式的に
示した略図、第３図は従来技術による還元ケイ酸鉛ガラ
ス（ＲＬＳＧ）ダイノードの横断面略図、第４図は誘導
基体を使用する本発明の一実施例による薄膜連続的ダイ
ノードの横断面略図、第５図は半導体の基体を使用する
本発明の他の実施例による薄膜ダイノードの横断面略図
、第６図は良導体の基体を使用する本発明の他の実施例
による薄膜ダイノードの横断面略図、第７図はケイ酸鉛
ガラスの基体とＲＬＳＧの半導体層を使用する本発明の
他の実施例による薄膜フィルムの横断面略図、第８図は
本発明による薄膜ダイノードを使用する曲線状チャネル
電子増倍管の横断面の一部を拡大して示した略図、第９
図は本発明による薄膜ダイノードを使用するマイクロチ
ャネルプレートの横断面の一部を拡大して示した略図、
第１０図は本発明による薄膜ダイノードを使用する磁気
電子増倍管を拡大して示した略図、第１１図は本発明に
よる薄膜ダイノードを使用するたてよこ比の異なる代表
的直線状チャネル電子増倍管の信号ゲイン対電界強度の
プロットを示すグラフ、第１２図は本発明による薄膜ダ
イノードを使用する電気抵抗の異なる代表的直線状チャ
ネル電子増倍管の信号ゲイン対バイアス電圧のプロット
を示すグラフ、第１３図は本発明の薄膜ダイノードを使
用する代表的曲線状電子増倍管の信号ゲイン対電なる入
力電流レベルでのバイアス電圧のプロットを示すグラフ
、第１４図は本発明の薄膜ダイノードを使用する磁気電
子増倍管のパルス高分布のプロットを示すグラフである
。 ６０．７２，８０，９０・・・薄膜ダイノード、６２・
・・放射層、 ６４・・・半導体層、 ６６．７６．８２・・・基体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基体を形成し、前記基体上に少くとも一つの薄膜を
   付着して、帯電部分と電子放射部分を組合わせて生成す
   る工程を含み、前記薄膜は化学蒸着法（ＣＶＤ）により
   形成されるもので、こお蒸着法は上記と基体の間の界面
   処理により支配される化学蒸着法（ＣＶＤ）運動力をも
   たらすように選択された温度と圧力で基体の存在中に蒸
   気を反応させる工程を含む電子増倍管またはマイクロチ
   ャネルプレート用の連続的ダイノードの製法。 ２．ダイノードを基体に付着するためたてよこ比の高い
   基体に少くとも一つのチャネルを形成することを含む請
   求項１記載の方法。 ３．少くとも一つの選択された長さに沿って、チャネル
   壁に一致してダイノードを形成する工程を含む請求項２
   記載の方法。 ４．温度が約３００℃以上で１２００℃以下である請求
   項１記載の方法。 ５．圧力が約１０トル以下である請求項１記載の方法。 ６．圧力が約１トル以下である請求項１記載の方法。 ７．圧力が約１トルと０．１トルの間である請求項１記
   載の方法。 ８．基体がＳｉ＿３Ｎ＿４、ＡｌＮ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、
   ＳｉＯ＿２ガラス、Ｒ＿２Ｏ−Ａｌ＿２Ｏ＿３−ＳｉＯ
   ＿２（Ｒ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）ガラス、Ｒ＿２Ｏ−ＢａＯ
   −Ｂｉ＿２Ｏ＿３−ＰｂＯ−ＳｉＯ＿２（Ｒ＝Ｎａ、Ｋ
   、Ｒｂ、Ｃｓ）ガラス、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、
   ＧａＰ、Ｓｉ、ＳｉＯ＿２単離層を備えたＳｉ及びＳｉ
   ＿３Ｎ＿４単離層を備えたＧａＡｓ又はＩｎＰからなる
   グループから選択された材料を含む請求項１記載の方法
   。 ９．電子増倍管がマイクロチャネルプレートであり、基
   体材料が約１０＾８Ωｃｍかそれ以下の抵抗を有する請
   求項１記載の方法。 １０．電子増倍管がチャネル電子増倍管であり、基体が
   約１０＾５Ωｃｍ以上で、１０＾８Ωｃｍ以下の抵抗を
   有する請求項１記載の方法。 １１．電子増倍管がチャネル電子増倍管または磁気電子
   増倍管であり、基体の抵抗が約１０＾１＾２Ωｃｍ以下
   である請求項１記載の方法。 １２．放射部分がＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＭｇＯ
   、ＳｎＯ＿２、ＢａＯ、Ｃｓ＿２Ｏ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、
   ＳｉｘＯｙＮ＿２、Ｃ（ダイヤモンド）、ＢＮ及びＡｌ
   Ｎ、負電子親和エミッタのＧａＰ：Ｃｓ−Ｏ、ＧａＰ：
   Ｂａ−Ｏ、ＧａＡｓ：Ｃｓ−Ｏ、ＩｎＰ：Ｃｓ−Ｏ、及
   びＳｉ：Ｃｓ−Ｏからなるグループから選択された一つ
   又はそれ以上の材料の薄膜を含む請求項１記載の方法。 １３．放射部分が厚さ２ｎｍから２０ｎｍの薄膜を含む
   請求項１記載の方法。 １４．放射部分の前駆動物質がＳｉＨ＿４、ＳｉＣｌｘ
   Ｈｙ、Ｓｉ（ＯＣ＿２Ｈ＿５）＿４、Ａｌのβジケトン
   合成物（例えばＡｌ（Ｃ＿５ＨＯ＿２Ｆ＿６）＿３）、
   ＳｎＣｌ＿４、Ｂａのβジケトン化合物（例えば、Ｂａ
   （Ｃ＿１＿１Ｈ＿１＿９、Ｏ＿２）＿２）、ＣＨ＿４、
   Ｃｓ、Ｂ＿２Ｈｓ、Ｇａ（Ｃ＿２Ｈ＿５）＿３、Ｇａ（
   ＣＨ＿３）＿３、ＰＨ＿３、ＡｓＨ＿３、Ｉｎ（ＣＨ＿
   ３）＿３、Ｏ＿２、ＮＯ、Ｎ＿２Ｏ、Ｎ＿２及びＮＨ＿
   ３からなるグループから選択された材料を含む請求項１
   記載の方法。 １５．電子放射部分が電子エネルギーが約１０ｅＶ以上
   で５０ｅＶ以下の範囲の第１交差エネルギーを有する請
   求項１記載の方法。 １６．帯電部分がＡｓ−、Ｂ−、又はＰドープＳｉ、Ｇ
   ｅ（ドープなし）、Ｓｉ（ドープなし）、ＳｉＯ（半絶
   縁膜）、ＳｉｘＮｙ、ＡｌｘＧａ＿１ｘＡｓ、及びＳｎ
   Ｏｘからなるグループから選択された薄膜材料を含む請
   求項１記載の方法。 １７．帯電部分が約１０ｎｍから１０００ｎｍの厚さを
   有する薄膜を含む請求項１記載の方法。 １８．帯電部分を形成する材料の前駆物質がＳｉＨ＿４
   、ＰＨ＿３、ＧｅＨ＿４、Ｂ＿２Ｈ＿６、ＡｓＨ＿ａ、
   Ｓｎｃｌ＿４、Ｇａ（Ｃ＿２Ｈ＿５）＿３、Ｇａ（ＣＨ
   ＿３）＿３、Ａｌ（ＣＨ＿３）＿３、Ｎ＿２Ｏ、Ｎ＿２
   及びＮＨ＿３からなるグループから選択された材料を含
   む請求項１記載の方法。 １９．帯電部分がチャネル電子増倍管と磁気電子増倍管
   用にシート抵抗が約１０＾１＾１Ω／ｓｑより大きく１
   ０＾１＾４Ω／ｓｑよりも小さい薄膜を含む請求項１記
   載の方法。２０．帯電部分がマイクロチャネルプレート
   用にシート抵抗が約１０１０＾１＾１Ω／ｓｑよりも大
   きく、１０＾１＾４Ω／ｓｑよりも小さい薄膜を含む請
   求項１記載の方法。 ２１．帯電材料の第１薄膜と電子放射材料の薄膜が誘電
   基体に付着される請求項１記載の方法。 ２２．帯電薄膜及び電子放射薄膜の付着に続いて、第１
   誘導単１層を伝導基体上に形成する請求項１記載の方法
   。 ２３．前記単離層が化学蒸着または基体との表面反応ま
   たは液相付着により伝導体上に反応付着される請求項２
   ２項記載の方法。 ２４．電子放射材料の薄膜を帯電バルク半導体基板上に
   付着させる請求項１記載の方法。２５．電子放射材料の
   薄膜を非還元ケイ酸鉛ガラスの帯電層に付着する請求項
   １記載の方法。 ２６．帯電材料の第１薄膜を誘電基体に付着し、次に前
   記帯電薄膜の自由面を反応ガスにさらして、放射性質を
   呈するようにその自由面を変更する請求項１記載の方法
   。 ２７．前記反応ガスがＮＨ＿３とＯ＿２からなるグルー
   プから選択された材料である請求項２６記載の方法。 ２８．最初に帯電材料の薄膜を誘電基体上に付着し、次
   に電子放射材料の層をこのような層形成材料の過飽和溶
   液から液相デポジションにより付着する請求項１記載の
   方法。 ２９．放射材料がＳｉＯ＿２であり、過飽和溶液がＨ＿
   ２ＳｉＦ＿６、Ｈ＿２Ｏ中Ｈ＿２ＳｉＦ＿６及びＳｉＯ
   ＿２を含む請求項２８記載の方法。 ３０．付着工程が熱活性化低圧化学蒸着、プラズマ助勢
   低圧化学蒸着、及び光化学活性化低圧化学蒸着の少くと
   も一つを含む請求項１記載の方法。 ３１．少くとも一つの薄膜が基体からの距離と共に変化
   する電気性質を有する請求項１記載の方法。 ３２．自由面と前記自由面近くに位置し、放射電子に代
   って該放射電子の加速電界を設定するのに十分な電流を
   帯電できる帯電部分を有するバルク半導体基体を形成し
   、基体の自由面を反応ガスにさらしてその自由面を変更
   して放射性質を有する半導体の自由面に薄膜を形成し、
   前記放射性質により電子増倍となることができる二次電
   子収量を有する工程を含む電子増倍管またはマイクロチ
   ャネルプレート用の連続的ダイノードの形成法。 ３３．自由面と、該自由面近くに位置し、放射した電子
   に代って前記電子の加速電界を設定するのに十分な電流
   を帯電できる帯電部分を有する基体を形成し、自由面に
   液相デポジションにより放射性を有する少くとも一つの
   層を形成し、前記放射部分は電子増倍をもたらすことが
   できる二次電子収量を有する工程を含む電子増倍管また
   はマイクロチャネルプレート用の連続的ダイノードを形
   成する方法。 ３４．放射層が少量のＨ＿３ＢＯ＿３を加えたＨ＿２Ｓ
   ｉＦ＿６とＳｉＯ＿２の過飽和水溶液から形成されるＳ
   ｉＯ＿２の膜である請求項３３記載の方法。 ３５．低圧デポジションが約２５−５０℃で生ずる請求
   項３３記載の方法。