JPH05118914A

JPH05118914A - アレー状電磁波センサ

Info

Publication number: JPH05118914A
Application number: JP3282804A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Hori; 直行堀
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1991-10-29
Filing date: 1991-10-29
Publication date: 1993-05-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】半導体を用いず、電磁波の２次元情報を高精
度に得ることが可能で、個々のセンサの特性のばらつき
が少なく、長期の使用等によっても劣化しにくいアレー
状電磁波センサを提供する。【構成】絶縁体層２に２次元状に複数の孔３を形成
し、この各孔内には陽極を臨ませ、絶縁体層２の上また
は下には光電陰極４を配置し、または陽極〜陰極間にダ
イノードを配置して、陽極から各孔位置における電磁波
の入射量に応じた光電流を取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線や光等の電磁波を
２次元的に検出することのできるアレー状電磁波センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線や光の空間分布を検出するセンサ
としては、従来、化合物半導体センサやフォトダイオー
ド等の半導体センサを１次元または２次元状に並べたア
レー状センサがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体セ
ンサでは、一般に、Ｓ_i以外の物質では結晶の特性や均
一性において未だ不十分なものが多く、これをアレー状
センサとして用いた場合には、個々のセンサに特性のば
らつきが生じたり、あるいは製造歩留りが悪くなるとい
う問題がある。

【０００４】また、半導体センサにおいては、入射光の
レートが高くなると検出感度が低下し、エネルギ分別が
不可能になったり、あるいは紫外線等により次第に劣化
してしまうという問題もある。

【０００５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、半導体を用いず、微弱な光やＸ線等の電磁波の空
間分布を高精度に２次元的に検出することができ、個々
のセンサに特性のばらつきが少なく、高い歩留りのもと
に製造することができ、更には長期の使用によっても劣
化しにくいアレー状電磁波センサの提供を目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する
ため、第１発明のアレー状電磁波センサでは、実施例図
面である図１に示すように、基板１上に形成された絶縁
体層２に、２次元状に複数個の孔３・・３を形成し、この
絶縁体層２と基板１の間、もしくは絶縁体層２の上方
に、各孔３・・３の一端部を覆うよう光電陰極４を配設
し、また、各孔３・・３の内部側面には、それぞれ個別の
陽極５と、その陽極５と光電陰極４との間に共通のグリ
ッド７とを臨ませて、その各陽極５・・５およびグリッド
７を絶縁体層２の上面に形成したパッド５ａ・・５ａない
し７ａに連通させた構造としている。

【０００７】また、第２発明のアレー状電磁波センサで
は、同じく実施例図面である図３に示すように、基板３
１上に形成された絶縁体層３２に、２次元状に複数個の
孔３３・・３３を形成するとともに、この絶縁体層３２の
上方には、各孔３３・・３３の上面を覆うよう光電陰極３
４を配設し、また、各孔３３・・３３の下面にはそれぞれ
個別の陽極３５を形成し、この各陽極３５・・３５を絶縁
体層３２の上面に形成されたパッド３５ａ・・３５ａに連
通させ、更に、各孔３３・・３３内には、光電陰極３４か
ら放出された光電子を増幅するダイノード３６（および
３７）を配設した構造としている。

【０００８】

【作用】第１発明の構成において、図１の例では電磁
波が孔３を通ってその底の光電陰極４にぶつかると、そ
こから光電子が放出される。この光電子は、光電陰極４
と陽極５間に設けられたグリッド７によりエネルギ調整
がなされて陽極５に入る。各孔３・・３のそれぞれに配設
された陽極５・・５からパッド５ａ・・５ａを介して取り出
された信号は、各孔３・・３の位置に対応した電磁波検出
データとなり、半導体センサを用いずに電磁波の２次元
情報が得られる。

【０００９】この第１発明において、光電陰極４は図１
のように各孔３・・３の底部に位置させるほか、各孔３・・
３の上面を覆うような位置とする態様（図２参照）があ
るが、この場合でも同様な作用が得られる。

【００１０】第２の発明の構成において、基板３１の上
方に置かれた光電陰極３４に電磁波が衝突すると同様に
して光電子が放出されるが、この光電子のうち、孔３３
の上方のものはダイノード３６（および３７）に導か
れ、ここで２次電子を放出することにより増幅された
後、その下部の陽極３５に入り、各陽極３５からパッド
３５ａを介して取り出された信号は、各孔３３・・３３の
配設位置に対応する電磁波検出データとなる。

【００１１】

【実施例】図１は第１の発明の実施例の構造を示す部
分拡大縦断面図である。絶縁性の基板１の表面に光電陰
極４が形成されており、更にその上には絶縁体層２が形
成されている。この絶縁体層２には２次元状に多数個の
井戸状の孔３・・３が穿たれている。

【００１２】各孔３・・３の内面には、上から第１の陽極
５、第２の陽極６、およびグリッド７が、それぞれ所定
の距離を開けて露出しており、このうち、第１と第２の
電極５と６については、それぞれの孔３・・３に対応して
絶縁体層２の表面に設けられたパッド５ａ・・５ａまたは
６ａ・・６ａにそれぞれ独立的に接続されている。また、
グリッド７については、各孔３・・３内に対して共通接続
されており、絶縁体層２の表面に１個だけ設けられたパ
ッド７ａに連通している。

【００１３】パッド５ａ・・５ａ，６ａ・・６ａおよび７ａ
が形成された絶縁体層２の表面から所定の間隙を開けて
その上方には、各孔３・・３内で露出している光電陰極４
の表面に垂直な電磁波だけを検出することを目的とし
て、各孔３・・３の直上部分にのみ開口部８ａ・・８ａを持
つ遮光板８が配設されている。

【００１４】基板１の材質は絶縁性のものであればなん
でもよく、また、第１と第２の陽極５と６、およびグリ
ッド７については金属がよい。また、光電陰極４として
は光電子を放出しやすい公知の材料、例えばアルカリ−
アンチモン金属間化合物等が用いられる。

【００１５】以上のような構造は、フォトリソグラフィ
ーやエッチング、および製膜等のＩＣ製造プロセス技術
を用いることによって比較的容易に得ることができる。
すなわち、絶縁体層２は実際には複数層の絶縁体膜の積
層体であり、各層間にグリッド７や各陽極５，６等の金
属膜を形成してこれを適宜にパターニングし、その上層
に絶縁体膜を形成する手法により製造できる。

【００１６】以上の構造において、各パッド５ａ・・５
ａ，６ａ・・６ａおよび７ａを介して、第１と第２の陽極
５と６にはそれぞれ正のバイアスが、グリッド７には負
のバイアスが印加される。そして、このアレー状電磁波
センサは、通常は真空中に置いて使用する。

【００１７】このような使用状態で遮光板８の上方から
Ｘ線等の電磁波が到来すると、開口部８ａ・・８ａを通過
した電磁波が各孔３・・３内に入り、その底部で露出して
いる光電陰極４にぶつかり、光電子ｅを放出する。この
光電子ｅは、グリッド７によりそのエネルギが調整さ
れ、ここのバイアス電圧で規定されたエネルギを持つ光
電子がその上方に向かって進行する。エネルギが高い光
電子ほど曲がりが少なく、光電陰極４からより遠い位置
にある第１の陽極５にまで至ってここで捕らえられる。
また、より低いエネルギを持つ光電子はそれよりも手前
側の第２の陽極６によって捕らえられる。このような光
電子の捕捉により、各陽極５・・５，６・・６には電流が流
れるので、この電流を各パッド５ａ・・５ａ，６ａ・・６ａ
を介して取り出せば、各孔３・・３の位置に対応する２次
元の電磁波情報を、エネルギ分別した状態で得ることが
できる。すなわち、光電子のエネルギの分布は、Ｘ線等
の電磁波のエネルギに依存するので、結局、光電子のエ
ネルギを分別することにより、被測定電磁波のエネルギ
分別が可能となるわけである。

【００１８】以上の実施例において注目すべき点は、半
導体センサを用いていないので応答速度が速く、また、
グリッドと複数の陽極により明瞭にエネルギ分別を行う
ことができる点であり、これにより、電磁波の入射レー
トが高くても充分に使用可能で、しかも、高い入射レー
トでもエネルギ分別が容易となる。

【００１９】図２は第１発明の他の実施例の構造を示す
部分拡大縦断面図で、図１と同一の機能を持つものは同
一の符号を付してその詳細説明を省略する。この例で
は、光電陰極４を絶縁体層２の上方に配置し、それに伴
って第１と第２の陽極５と６、およびグリッド７の位置
を逆転させている。この場合、光電陰極４と絶縁体層２
の間に、各孔３・・３の直上部分にのみ開口部９ａ・・９ａ
を持つ集束電極９を設け、この集束電極９には正のバイ
アスを印加して、光電陰極４への電磁波の入射による光
電子ｅが孔３・・３内にのみ入り、孔３・・３以外のパッド
５ａ・・５ａ等に捕らえられないようにするとともに、光
電子ｅを正しく孔３・・３内に導くように構成することが
望ましい。この構造によっても、図１の実施例と同等の
作用が得られる。

【００２０】なお、以上の第１発明の各実施例におい
て、被測定電磁波が弱く、光電流が充分にとれない場合
には、センサを真空中ではなくガスの中に入れることに
より、その電離によって電流を増幅することができる。

【００２１】また、各孔３・・３に配設される陽極の数
は、以上の実施例のように２つに限られることなく、エ
ネルギ分別が必要な任意数の陽極を設けることができ
る。図３は第２の発明の実施例の構成を示す部分拡大縦
断面図である。この第２の発明は、電磁波の中でも、特
に微弱光を測定するのに適している。

【００２２】絶縁性の基板３１の上には絶縁体層３２が
形成されており、この絶縁体層３２には、第１の発明と
同様に、２次元状に多数個の井戸状の孔３３・・３３が穿
たれている。そして、この各孔３３・・３３の底部には、
それぞれ陽極３５が配設されており、この各陽極３５・・
３５は、絶縁体層３２の表面に形成されたパッド３５ａ
・・３５ａにそれぞれ個別に接続されている。

【００２３】絶縁体層３２の上方には、その表面と所定
の間隙を開けて一様に光電陰極３４が配置されていると
ともに、この光電陰極３４と絶縁体層３２の間には集束
電極３９が設けられている。この集束電極３９には、各
孔３３・・３３の直上部分にのみ開口部３９ａ・・３９ａが
形成されている。

【００２４】そして、各孔３３・・３３の内部には、光電
陰極３４と各陽極３５の間を遮るように２つの透過型ダ
イノード３６および３７が配設されている。この実施例
において、基板３１、光電陰極３４、陽極３５の材質は
第１の発明と同等でよく、また、透過型ダイノード３
６，３７については、２次電子の放出しやすい金属等で
あればよい。

【００２５】このようなアレー状センサは、第１の発明
のセンサと同様に真空雰囲気中で使用され、また、パッ
ド３５ａ・・３５ａを介して陽極３５には正のバイアス
が、また集束電極３９にも正のバイアスが印加される。
更に、各透過型ダイノード３６および３７には、電子を
加速するためにそれぞれ適当なバイアスをかける。

【００２６】このような使用状態において、光電陰極３
４の上方から光等の電磁波が到来すると、そこから光電
子ｅが放出されるが、この光電子ｅは次段の集束電極３
９により、各孔３３・・３３の上方で放出されたものだけ
が加速されて孔３３・・３３に入り、他のものはここでカ
ットされる。

【００２７】孔３３内に入った光電子ｅは、まず上側の
透過型ダイノード３６に衝突して、ここで増幅された後
に下側の透過型ダイノード３７に衝突し、更に増幅され
て陽極３５に集められる。これにより、各陽極３５・・３
５にはそれぞれの孔３３・・３３内に入った光電子の量、
従って各位置における被測定電磁波の量に応じた電流が
流れることになり、各パッド３５ａ・・３５ａから各孔３
３・・３３の位置に対応する２次元の電磁波情報を得るこ
とができる。

【００２８】この実施例においても、半導体センサを使
用しないから応答速度が速く、透過型ダイノード３６，
３７を設けていることにより光電陰極３４からの光電子
がねずみ算的に増幅されて陽極３５に集められ、微弱光
等でも高感度の測定が可能となる。

【００２９】なお、各貫通孔内における透過型ダイノー
ドの数は２に限られず、任意であることは言うまでもな
い。ここで、ダイノードとして透過型のもののほか、反
射型のダイノードを用いることができる。この場合、孔
３３の側壁部分に１個または複数個の反射型ダイノード
を臨ませ、光電陰極３４からの光電子ｅをここで反射さ
せつつ増幅して陽極３５に集めるよう構成すればよい。

【００３０】また、この第２の発明のアレー状センサの
上方にＮａＩ等の放射線により傾向をハッスル物質を配
置すれば、２次元シンチレーションカウンタとしても使
用することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれ
ば、絶縁体層に２次元状に穿った複数の孔内に陽極を臨
ませ、光電陰極への被測定電磁波の入射により放出され
る光電子を、各孔内に導いてそれぞれの陽極で集めるこ
とにより、各孔の配設位置における電磁波を個別に検出
して２次元的な電磁波の情報の採取を可能としているた
め、半導体センサを用いる場合に比して応答速度が速
く、高い入射レートでも感度が低下することがないとと
もに、結晶の特性や均一性を問題とする必要がなくな
り、高いスループットで製造することができる。また、
フォトダイオードのように紫外線等による劣化もない。

【００３２】また、第１の発明において各孔内に複数の
陽極を設けることにより、エネルギ分別を明瞭に行うこ
とが可能となり、応答速度が速いことと併せてＸ線のカ
ウント数が多くなってもエネルギ分別が可能である。

【００３３】第２の発明においては、ダイノードを複数
段に配設することにより、極めて微弱な光でも光感度の
もとに２次元的な情報を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の実施例の構成を示す部分拡大縦
断面図

【図２】第１の発明の他の実施例の構成を示す部分拡
大縦断面図

【図３】第２の発明の実施例の構成を示す部分拡大縦
断面図

【符号の説明】

１・・・・基板２・・・・絶縁体層３・・３・・・・孔４・・・・光電陰極５・・５・・・・第１の陽極５ａ・・５ａ・・・・パッド６・・６・・・・第２の陽極６ａ・・６ａ・・・・パッド７・・・・グリッド７ａ・・・・パッド８・・・・遮光板８ａ・・８ａ・・・・開口部９・・・・集束電極３１・・・・基板３２・・・・絶縁体層３３・・３３・・・・貫通孔３４・・・・光電陰極３５・・３５・・・・陽極３５ａ・・３５ａ・・・・パッド３６，３７・・・・透過型ダイノード３９・・・・集束電極３９ａ・・３９ａ・・・・開口部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された絶縁体層に、２次元
状に複数個の孔が形成されているとともに、この絶縁体
層と上記基板の間、もしくは上記絶縁体層の上方に、上
記各孔の一端部を覆うよう光電陰極が配設され、かつ、
上記各孔の内部側面にはそれぞれ個別の陽極と、共通の
グリッドが臨み、その各陽極およびグリッドは上記絶縁
体層の上面に形成されたパッドに連通してなるアレー状
電磁波センサ。
【請求項２】基板上に形成された絶縁体層に、２次元
状に複数個の孔が形成されているとともに、この絶縁体
層の上方には、上記各孔の上面を覆うよう光電陰極が配
設され、かつ、上記各孔の下面にはそれぞれ個別の陽極
が形成され、この各陽極は上記絶縁体層の上面に形成さ
れたパッドに連通し、また、上記各孔内には、上記光電
陰極から放出された光電子を増幅するダイノードが配設
されてなるアレー状電磁波センサ。