JPH04359855A - 二次電子増倍装置 - Google Patents
二次電子増倍装置Info
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- JPH04359855A JPH04359855A JP13490391A JP13490391A JPH04359855A JP H04359855 A JPH04359855 A JP H04359855A JP 13490391 A JP13490391 A JP 13490391A JP 13490391 A JP13490391 A JP 13490391A JP H04359855 A JPH04359855 A JP H04359855A
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Links
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は二次電子増倍装置に係り
、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）などとして用いること
ができる。
、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）などとして用いること
ができる。
【０００２】
【従来の技術】高感度の光検出装置として、光電子増倍
管が広く用いられている。この光電子増倍管は、二次電
子の増倍用に高電圧を印加することが必要になり、また
装置の小型化も比較的困難である。ところで、米国特許
第３，３４９，２７３号では、２枚のセラミックブロッ
クを一体化した光電変換ヘッドが提案されており、これ
を用いると光電子増倍管の小型化などが可能になる。
管が広く用いられている。この光電子増倍管は、二次電
子の増倍用に高電圧を印加することが必要になり、また
装置の小型化も比較的困難である。ところで、米国特許
第３，３４９，２７３号では、２枚のセラミックブロッ
クを一体化した光電変換ヘッドが提案されており、これ
を用いると光電子増倍管の小型化などが可能になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
装置においては、セラミックスの微細加工が必要になる
だけでなく、抵抗層もカーボンコーティング技術などを
用いて作製することが必要になる。このためコスト高と
なるだけでなく、十分な小型化も難しく、供給電圧を低
くすることも難しい。ところで、近年の半導体微細加工
技術の進歩は著しく、また拡散抵抗としても高抵抗のも
のが実現し得る。
装置においては、セラミックスの微細加工が必要になる
だけでなく、抵抗層もカーボンコーティング技術などを
用いて作製することが必要になる。このためコスト高と
なるだけでなく、十分な小型化も難しく、供給電圧を低
くすることも難しい。ところで、近年の半導体微細加工
技術の進歩は著しく、また拡散抵抗としても高抵抗のも
のが実現し得る。
【０００４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、小型化かつ低電圧動作が可能であって、しかも高
感度な二次電子増倍装置を提供することを目的とする。
ので、小型化かつ低電圧動作が可能であって、しかも高
感度な二次電子増倍装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るに二次電子
増倍装置は、一方の端部側から荷電粒子（例えば光電子
）が入射され得るように一定の間隔をあけて対向配置さ
れた２枚の半導体基板を真空容器内部に備えて構成され
、上記２枚の半導体基板は、それぞれの対向面が上記一
方の端部側から他方の端部側に向って所定のピッチで繰
り返す階段形状とされて、当該階段の各面には個別のダ
イノードが形成されており、これら個別のダイノードは
半導体基板に形成された抵抗分割用の不純物層にそれぞ
れ接続されており、更に、他方の端部側にはアノードが
設けられていることを特徴とする。ここで、光電子増倍
管とされる場合は、一方の端部側には入射光に応答して
光電子を放出する光電子源が設けられる。
増倍装置は、一方の端部側から荷電粒子（例えば光電子
）が入射され得るように一定の間隔をあけて対向配置さ
れた２枚の半導体基板を真空容器内部に備えて構成され
、上記２枚の半導体基板は、それぞれの対向面が上記一
方の端部側から他方の端部側に向って所定のピッチで繰
り返す階段形状とされて、当該階段の各面には個別のダ
イノードが形成されており、これら個別のダイノードは
半導体基板に形成された抵抗分割用の不純物層にそれぞ
れ接続されており、更に、他方の端部側にはアノードが
設けられていることを特徴とする。ここで、光電子増倍
管とされる場合は、一方の端部側には入射光に応答して
光電子を放出する光電子源が設けられる。
【０００６】
【作用】本発明の構成によれば、半導体基板の階段面は
半導体のエッチングにより作成され、ここにダイノード
が配設される。そして、これは抵抗分割用の不純物層に
接続されるので、この不純物層の両端間に電圧を印加す
ることにより、一方の端部側から入射した荷電粒子（例
えば光電子）は、各段のダイノードで増倍されて他方の
端部側に走行し、アノードに到達する。
半導体のエッチングにより作成され、ここにダイノード
が配設される。そして、これは抵抗分割用の不純物層に
接続されるので、この不純物層の両端間に電圧を印加す
ることにより、一方の端部側から入射した荷電粒子（例
えば光電子）は、各段のダイノードで増倍されて他方の
端部側に走行し、アノードに到達する。
【０００７】
【実施例】以下、添付図面により本発明の一実施例を説
明する。なお、同一要素には同一符号を付して、重複し
た説明を省略する。
明する。なお、同一要素には同一符号を付して、重複し
た説明を省略する。
【０００８】図１は実施例に係る光電子増倍管の要部の
断面図である。対向して配置された２枚の半導体基板１
０Ａ、１０Ｂの対向面は、異方性エッチング等によって
一定のピッチで繰り返す階段形状とされ、各々の階段面
には個々のダイノード２Ａ１ 〜２Ａ６ 、２Ｂ１ 〜
２Ｂ５ が設けられている。そして、半導体基板１０Ａ
、１０Ｂの内部には、不純物をドーピングして構成され
た分割抵抗層１１Ａ、１１Ｂが配設され、これは同じく
不純物をドーピングした導電層１２Ａ、１２Ｂによりダ
イノード２Ａ、２Ｂと接続されている。半導体基板１０
Ａ、１０Ｂの表面に残された絶縁膜３１Ａ、３１Ｂは、
半導体基板１０Ａ、１０Ｂのエッチングにおけるマスク
として作用し、かつダイノード２Ａ、２Ｂ形成時のマス
クとしても作用するが、これについては後述する。
断面図である。対向して配置された２枚の半導体基板１
０Ａ、１０Ｂの対向面は、異方性エッチング等によって
一定のピッチで繰り返す階段形状とされ、各々の階段面
には個々のダイノード２Ａ１ 〜２Ａ６ 、２Ｂ１ 〜
２Ｂ５ が設けられている。そして、半導体基板１０Ａ
、１０Ｂの内部には、不純物をドーピングして構成され
た分割抵抗層１１Ａ、１１Ｂが配設され、これは同じく
不純物をドーピングした導電層１２Ａ、１２Ｂによりダ
イノード２Ａ、２Ｂと接続されている。半導体基板１０
Ａ、１０Ｂの表面に残された絶縁膜３１Ａ、３１Ｂは、
半導体基板１０Ａ、１０Ｂのエッチングにおけるマスク
として作用し、かつダイノード２Ａ、２Ｂ形成時のマス
クとしても作用するが、これについては後述する。
【０００９】２枚の半導体基板１０Ａ、１０Ｂは、スペ
ーサ膜３２Ａ、３２Ｂを介することによって一定の間隔
をあけて固定され、他方の端部側はキャップ膜３３によ
って封止される。これに対し、一方の端部側には光電子
源としての光電面４が形成される。なお、ダイノード２
Ａ、２Ｂは半ピッチ分ずつ偏位するようになっており、
半導体基板１０Ｂの他方の端部側には不純物ドープによ
るコンタクト層１３Ｂが形成され、この表面にアノード
５が形成されている。コンタクト層１３Ａ、１３Ｂには
電極６Ａ、６Ｂが接続して設けられ、図示しない他の電
極と共に、電圧印加と出力の取り出しが可能になってい
る。
ーサ膜３２Ａ、３２Ｂを介することによって一定の間隔
をあけて固定され、他方の端部側はキャップ膜３３によ
って封止される。これに対し、一方の端部側には光電子
源としての光電面４が形成される。なお、ダイノード２
Ａ、２Ｂは半ピッチ分ずつ偏位するようになっており、
半導体基板１０Ｂの他方の端部側には不純物ドープによ
るコンタクト層１３Ｂが形成され、この表面にアノード
５が形成されている。コンタクト層１３Ａ、１３Ｂには
電極６Ａ、６Ｂが接続して設けられ、図示しない他の電
極と共に、電圧印加と出力の取り出しが可能になってい
る。
【００１０】次に、上記実施例に係る光電子増倍管の作
用を、図２を参照して説明する。
用を、図２を参照して説明する。
【００１１】光電子増倍管として作用させるためには、
図１のデバイスを真空管の内部に収容し、図２のように
、分割抵抗層１１Ａ、１１Ｂに対して電圧ＥＡ 、ＥＢ
を印加する。そして、望ましくは分割抵抗層１１Ａ、
１１Ｂに対して並列に、個別にキャパシタＣＡ 、ＣＢ
を接続しておく。このようにしておくと、ダイノード
２Ａ、２Ｂへの電子入射によって二次電子が放出される
際に、キャパシタＣＡ 、ＣＢ のチャージが放電され
ることになるので、分割抵抗層１１Ａ、１１Ｂの負荷を
軽減することができる。
図１のデバイスを真空管の内部に収容し、図２のように
、分割抵抗層１１Ａ、１１Ｂに対して電圧ＥＡ 、ＥＢ
を印加する。そして、望ましくは分割抵抗層１１Ａ、
１１Ｂに対して並列に、個別にキャパシタＣＡ 、ＣＢ
を接続しておく。このようにしておくと、ダイノード
２Ａ、２Ｂへの電子入射によって二次電子が放出される
際に、キャパシタＣＡ 、ＣＢ のチャージが放電され
ることになるので、分割抵抗層１１Ａ、１１Ｂの負荷を
軽減することができる。
【００１２】上記の構成において、光電面４に光入射が
あると光電子が放出され、第１段目のダイノード２Ｂ１
に衝突する。これにより、ダイノード２Ｂ１ から二
次電子が放出され、これはダイノード２Ｂ１ とダイノ
ード２Ａ１ の間の電界で加速され、ダイノード２Ａ１
に衛突する。そして、新たな二次電子が放出され、以
下これを同様に繰り返すことにより、最終的には増倍さ
れた大量の電子がアノード５に入射し、結果は電極６Ｂ
から出力ＶＯＵＴ として取り出される。
あると光電子が放出され、第１段目のダイノード２Ｂ１
に衝突する。これにより、ダイノード２Ｂ１ から二
次電子が放出され、これはダイノード２Ｂ１ とダイノ
ード２Ａ１ の間の電界で加速され、ダイノード２Ａ１
に衛突する。そして、新たな二次電子が放出され、以
下これを同様に繰り返すことにより、最終的には増倍さ
れた大量の電子がアノード５に入射し、結果は電極６Ｂ
から出力ＶＯＵＴ として取り出される。
【００１３】次に、上記実施例に係る光電子増倍管の製
造工程を、図３ないし図６により説明する。
造工程を、図３ないし図６により説明する。
【００１４】まず、ｉ型またはｐ型のシリコンウエハを
用意し、イオン注入法、熱拡散法あるいは選択エピタキ
シャル成長法を用いて、ｎ型の分割抵抗層１１Ａを所望
のパターンで形成する。次いで、厚いｉ型シリコン結晶
層をエピタキシャル成長させ、イオン注入法などで表面
から分割抵抗層１１Ａに至るｎ型導電層１２Ａを、一定
のピッチで形成し、これを半導体基板１０Ａとする（図
３（ａ）参照）。
用意し、イオン注入法、熱拡散法あるいは選択エピタキ
シャル成長法を用いて、ｎ型の分割抵抗層１１Ａを所望
のパターンで形成する。次いで、厚いｉ型シリコン結晶
層をエピタキシャル成長させ、イオン注入法などで表面
から分割抵抗層１１Ａに至るｎ型導電層１２Ａを、一定
のピッチで形成し、これを半導体基板１０Ａとする（図
３（ａ）参照）。
【００１５】次にＳｉ３ Ｎ４ などからなる絶縁膜３
１ＡをＣＶＤ法などで形成し、フォトリソグラフィ技術
などでパターンニングする。そして、絶縁膜３１Ａをマ
スクとして半導体基板１０Ａを異方性エッチングするこ
とで、導電層１２Ａと同一ピッチのＶ溝を形成する（図
３（ｂ）参照）。
１ＡをＣＶＤ法などで形成し、フォトリソグラフィ技術
などでパターンニングする。そして、絶縁膜３１Ａをマ
スクとして半導体基板１０Ａを異方性エッチングするこ
とで、導電層１２Ａと同一ピッチのＶ溝を形成する（図
３（ｂ）参照）。
【００１６】次に、Ｖ溝の各面に、ダイノード２Ａ１
〜２Ａ６ を形成する（図３（ｃ）参照）。このダイノ
ード２Ａの形成は、図４のようにして行う。すなわち、
スパッタ源７からのスパッタ粒子の飛来方向に対して、
半導体基板１０Ａを傾けて配置すると、Ｖ溝の頂部に残
された絶縁膜３１Ａがマスクとなり、個々に分離された
ダイノード２Ａが各面に形成される。このようにして、
本実施例の光電子増倍管を構成する一方の半導体基板１
０Ａが加工されるが、他方の半導体基板１０Ｂについて
も同様の加工を行ない、図５に示すような半導体基板１
０Ａ、Ｂのペアを構成する。そして、ＳｉＯ２ からな
るスペーサ膜３２Ａ、３２Ｂを形成し、対向するように
貼り合せる。なお、半導体基板１０Ｂについてはコンタ
クト層１３Ｂに接続されたアノード５も形成しておく。
〜２Ａ６ を形成する（図３（ｃ）参照）。このダイノ
ード２Ａの形成は、図４のようにして行う。すなわち、
スパッタ源７からのスパッタ粒子の飛来方向に対して、
半導体基板１０Ａを傾けて配置すると、Ｖ溝の頂部に残
された絶縁膜３１Ａがマスクとなり、個々に分離された
ダイノード２Ａが各面に形成される。このようにして、
本実施例の光電子増倍管を構成する一方の半導体基板１
０Ａが加工されるが、他方の半導体基板１０Ｂについて
も同様の加工を行ない、図５に示すような半導体基板１
０Ａ、Ｂのペアを構成する。そして、ＳｉＯ２ からな
るスペーサ膜３２Ａ、３２Ｂを形成し、対向するように
貼り合せる。なお、半導体基板１０Ｂについてはコンタ
クト層１３Ｂに接続されたアノード５も形成しておく。
【００１７】次に、図６に示すように、両方の端部をＳ
ｉＯ２ などからなるキャップ膜３３とサポート膜３４
で固定し、サポート膜３４の表面には光電面４を形成す
る（図６参照）。しかる後、半導体基板１０Ａと半導体
基板１０Ｂの間にエッチャント注入することにより、サ
ポート膜３４を選択的に除去する。そして、絶縁膜３１
Ａ、３１Ｂおよびスペーサ膜３２にスルーホールを形成
し、電極６Ａ、６Ｂを形成する。なお、光電面４として
はＧａＡｓなどの化合物半導体を用いることができ、表
面活性化処理（ＮＥＡ）を行なうことにより、負の電子
親和力を持たせることができる。また、上記の装置は、
真空管などに封入して光電子増倍管として用いられる。
ｉＯ２ などからなるキャップ膜３３とサポート膜３４
で固定し、サポート膜３４の表面には光電面４を形成す
る（図６参照）。しかる後、半導体基板１０Ａと半導体
基板１０Ｂの間にエッチャント注入することにより、サ
ポート膜３４を選択的に除去する。そして、絶縁膜３１
Ａ、３１Ｂおよびスペーサ膜３２にスルーホールを形成
し、電極６Ａ、６Ｂを形成する。なお、光電面４として
はＧａＡｓなどの化合物半導体を用いることができ、表
面活性化処理（ＮＥＡ）を行なうことにより、負の電子
親和力を持たせることができる。また、上記の装置は、
真空管などに封入して光電子増倍管として用いられる。
【００１８】上記のようにして得られた光電子増倍管は
、大きさが１ｃｍ立方程度であり、従来にはない小型化
が可能になる。また、低電圧による動作と高感度化を可
能にすることができる。
、大きさが１ｃｍ立方程度であり、従来にはない小型化
が可能になる。また、低電圧による動作と高感度化を可
能にすることができる。
【００１９】
【発明の効果】以上の通り、半導体基板の階段面は半導
体のエッチングにより作成され、ここにダイノードが配
設される。そして、これは抵抗分割用の不純物層に接続
されるので、この不純物層の両端間に電圧を印加するこ
とにより、一方の端部側から入射した荷電粒子（例えば
光電子）は、各段のダイノードで増倍されて他方の端部
側に走行し、アノードに到着する。このため、小型であ
って低電圧動作が可能であり、しかも高感度な二次電子
増倍装置が実現できる。
体のエッチングにより作成され、ここにダイノードが配
設される。そして、これは抵抗分割用の不純物層に接続
されるので、この不純物層の両端間に電圧を印加するこ
とにより、一方の端部側から入射した荷電粒子（例えば
光電子）は、各段のダイノードで増倍されて他方の端部
側に走行し、アノードに到着する。このため、小型であ
って低電圧動作が可能であり、しかも高感度な二次電子
増倍装置が実現できる。
【図１】実施例に係る光電子増倍管の要部断面図である
。
。
【図２】図１の光電子増倍管の使用法および作用を示す
図である。
図である。
【図３】図１の光電子増倍管の製造方法を示す図である
。
。
【図４】図１の光電子増倍管の製造方法を示す図である
。
。
【図５】図１の光電子増倍管の製造方法を示す図である
。
。
【図６】図１の光電子増倍管の製造方法を示す図である
。
。
１０Ａ、Ｂ…半導体基板
１１Ａ、Ｂ…分割抵抗層
１２Ａ、Ｂ…導電層
１３Ａ、Ｂコンタクト層
２Ａ、Ｂ…ダイノード
３１Ａ、Ｂ絶縁膜
３２Ａ、Ｂ…スペーサ膜
３３…キャップ膜
３４…サポート膜
４…光電面
５…アノード
Claims (4)
- 【請求項１】 一方の端部側から荷電粒子が入射され
得るように、一定の間隔をあけて対向配置された２枚の
半導体基板を真空容器内部に備えて構成され、前記２枚
の半導体基板は、それぞれの対向面が前記一方の端部側
から他方の端部側に向って所定のピッチで繰り返す階段
形状とされて、当該階段の各面には個別のダイノードが
形成されており、前記個別のダイノードは前記半導体基
板に形成された抵抗分割用の不純物層にそれぞれ接続さ
れており、更に、前記他方の端部側にはアノードが設け
られていることを特徴とする二次電子増倍装置。 - 【請求項２】 前記一方の端部側には入射光に応答し
て光電子を放出する光電子源が設けられている請求項１
記載の二次電子増倍装置。 - 【請求項３】 前記アノードは、前記２枚の半導体基
板の一方に形成されている請求項１記載の二次電子増倍
装置。 - 【請求項４】 前記抵抗分割用の不純物層の各分割抵
抗部分には、キャパシタが並列に接続されている請求項
１記載の二次電子増倍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13490391A JPH04359855A (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | 二次電子増倍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13490391A JPH04359855A (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | 二次電子増倍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04359855A true JPH04359855A (ja) | 1992-12-14 |
Family
ID=15139224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13490391A Pending JPH04359855A (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | 二次電子増倍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04359855A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002520798A (ja) * | 1998-07-16 | 2002-07-09 | パーキンエルマー オプトエレクトロニクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 光検出器およびその製造方法 |
| WO2005078760A1 (ja) | 2004-02-17 | 2005-08-25 | Hamamatsu Photonics K. K. | 光電子増倍管及びその製造方法 |
| WO2007017984A1 (ja) | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Hamamatsu Photonics K.K. | 光電子増倍管 |
| JP2007048712A (ja) * | 2005-08-12 | 2007-02-22 | Hamamatsu Photonics Kk | 光電子増倍管 |
| JP2007048631A (ja) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | Hamamatsu Photonics Kk | 光電子増倍管 |
| JP2009152121A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 電子増倍管 |
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