JPH0552444B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は真空容器；入射輻射線を透過する基
体；前記入射輻射線を透過する基体上で容器の内
側に設けた中間層；および中間層に隣接する第１
側面および前記第１側面に対向する第２側面を有
する、基体に対向する中間層の側の容器の内側に
設けた感光層からなり、かつ中間層の屈折率が基
体の屈折率と感光層の屈折率との間の値を有す
る、与えられたスペクトル域における波長を有す
る輻射線を検出する光電検出装置に関する。この
種の装置としては、例えば光電池；像増強管；撮
像システムまたは光電子増倍管に設けられた表示
管を挙げることができる。 光電検出装置が基体上に直接に設けられた感光
層を含む場合には、一般に基体に対する感光層の
光学的適応性が乏しく、このために基体上に入射
する光の大部分が光子を電子に転換するために満
足に利用されていない。それ故、装置の光電検出
効率は著しく減少する。基体と感光層との間に入
射輻射線を透過する１または２層以上の中間層を
設けることにより、感光層を有する基体の界面上
に形成する反射を減衰することによつて効率を改
良することは知られている。 ただ一層だけの中間層を相するこの種の装置に
ついては、例えば米国特許第3254253号明細書に
記載されている。この場合、導入された中間層を
その弱い吸収に対して選択している。更に、これ
らの光学的定数およびその厚さは、基体および感
光層の光学的定数を考慮して、基体と中間層との
間の界面における反射光線、および中間層と感光
層間の界面における反射光線が同じ振幅および反
対相を有するようにして、反射光線を干渉によつ
て互いに消失するようにしている。 この種の装置は反射によつて損失を著しい程度
に減少することができるが、しかし最適効率を有
する装置を形成するには必ずしも必要なことでは
ない。 本発明の目的は、真空容器内に透過性基体、基
体上の透過性中間層、および上記基体に対向する
中間層側における容器の内側に設けた感光層を含
み、中間層の屈折率が基体の屈折率と感光層の屈
折率との間の値を有し、光電放出効果を構成材料
の、基体の、および感光層および中間層の性質を
考慮して最適にした光電検出装置を提供すること
である。 本発明は、前文に記載する光電検出装置におい
て、中間層および感光層がそれぞれ、与えられた
スペクトル域における波長を有する輻射線の吸収
を感光層の第２側面に隣接する感光層の部分にお
いて実質的に生ずるように選定した厚さを有し、
かつ上記部分が感光層における光電子の逃散深さ
の大きさの程度の厚さを有するようにしたことを
特徴とする。 本発明において、中間層および感光層はそれぞ
れ、与えられたスペクトル域の輻射線の吸収が感
光層の第２側面に隣接する感光層の部分において
実質的に生ずるように選定された厚さを有してい
る。この感光層の部分は感光層における光電子の
逃散深さ（escaping depth）Ｌの大きさの程度
の厚さを有している。 本発明は、光の吸収を感光層に生ずるようにす
る基体と感光層との間に中間層を設け、または設
けない光電検出装置における光電子放出の効率の
理論式によつて明らかにすることができる。 中間層を存在させない場合には、効率は感光層
の厚さｅおよびその光学的定数ｎ、ｋ（ｎは屈折
率を示しおよびｋは材料の吸光係数を示す）に影
響する。効率についての式を次に示す： (1)ρλ＝Ｐ（Ｗ、Ｏ）∫^e _pAλ ＝（ｎ、ｋ、ｘ）ｆ（ｘ、Ｌ）dx 式中の符号は次の意味を有する： ｘは感光層の界面と管の真空（ｘ＝０）および
界面に対して直角に測定する層における光子の吸
収位置との距離を示し； ｗは光電子のエネルギーを示し； Ａ（ｎ、ｋ、ｘ）は感光層と真空との界面から
の距離ｘでの感光層における波長λの輻射線の吸
収関数を示し； Ｐ（Ｗ、Ｏ）は界面における光電子の逃散確率
（escaping probability）を示し（次の用途にお
ける単位に等しい）； Ｌは感光層からの光電子の逃散深さを示し； ｆ（ｃ、Ｌ）は層における電子の輸送を示す式
を示し、および ｅは感光層の厚さを示す。 基体と感光層との間にe₁の厚さおよび光学的定
数n₁、k₁（n₁は屈折率およびk₁は吸光係数を示す）
を有する中間層を設ける場合には、感光層におけ
る光子の吸収関数Aλはｎ、ｋ、ｘのみならずe₁、
n₁、k₁に影響し、この場合に構造の光電子放出の
効率ρ′λは次のように示される： (2)ρ′λ＝Ｐ（Ｗ、Ｏ）∫^e _p Aλ（e_e、n_e、k_eｎ、ｋ、ｘ）ｆ（ｘ、Ｌ）dx 上記式(1)および(2)、および実施例により成功し
た二三の理論的な電子の輸送についての式 ｆ（ｘ、Ｌ）＝ｅ−ｘ／Ｌ（式中ｅはネペリアン数 （Neperian number）を示す）は本発明の説明に
役だつ。基体に用いる材料は1.5〜２の大きさの
程度の屈折率を有し、透過材料を有する中間層に
用いる材料（k₁＃Ｏ）は基体より大きく、かつ感
光層より小さい屈折率を有する。 次に、本発明を添付図面および例について説明
する。 第１図に示す１例構造において、装置は輻射線
を透過する基体（デイスク）１１から構成し、こ
の基体に厚さｅの感光層１２および基体と感光層
との間に厚さe₁の輻射線を透過する中間層１３を
設ける。この積層構造体は光電管の入力になつて
おり、この場合、検出すべき光を矢１４の方向に
積層構造体の左側から入射させ、管１５の真空を
右側に存在させる。 本発明の１例においては、効率は例えばタイプ
S20、化学式（SbNa₂K、Cs）によるトリアルカ
リ（triallealine）の感光層の光電子放出を向上
し、かかる層をλ＝4360Å、λ＝5460Å、λ＝
8000Åのそれぞれの波長に集中する可視スペクト
ルの青、緑、赤の各区域において1.5の程度の屈
折率を有するガラス基体に直接に設ける。上記層
の光電子放出の効率ρλは層の与えられた厚さｅ
における区域において最大になる。この値の大き
さは表の第２行目に示すが、この大きさはスペ
クトル区域により影響される。光電子放出の相当
する効率は入射光子当りの電子の数×100（％）で
示され、これを表の第３行目に示す。この第１
例においては、感光層と基体との間に設けた中間
層を例えば2.6の屈折率を有するTiO₂からなる層
にした。第２、３、４図はパラメータとして中間
層の厚さe₁を用いる感光層の厚さｅに対する光電
検出装置の効率を示しており、この関係を、第２
図では青色光について、第３図では緑色光につい
ておよび第４図では赤色光について示しており、
これらの各スペクトル域はそれぞれλ＝4360Å、
λ＝5460Åおよびλ＝8000Åの付近に集中させて
いる。構造の光電子放出の効率ρ′λはｅおよびe₁
の値が表の第４および第５行目に示す値に相当
する場合には、各スペクトル域において最適にな
り、光電子放出の効率それ自体は表の６行目に
示している。表の第７行目には青、緑および赤
の各スペクトル域において1.3；1.25；1.1に等し
い比ρ′λ／ρλを示している。最も重要な光電利得は
基 体に直接に設けた同じ組成物のタイプS20の感光
層に匹敵する光電陰極の厚さで青色光において得
られる。 本発明による光電検出構造は表に示す厚さｅ
およびe₁に相当する構造に制限されるものではな
い。

【表】

【表】 更に、第２、３および４図に示すように、他の
ｅおよびe₁の対をなす値が存在し、光電子放出の
効率が極めて最適であることを示している。各対
をなす値は本発明の変形例に相当する。これらの
ｅおよびe₁の対をなす値を表に各スペクトル域
について示す。

【表】 スペクトル域の赤および緑について、対をなす
値を極めて一定である厚さｅおよびe₁の和に相当
する２つの組合せにし、すなわち、青範囲におい
てｅ＋e₁＝1450Åおよびｅ＋e₁＝700Åおよび緑
範囲においてｅ＋e₁＝1900Å、ｅ＋e₁＝900Åに
することができる。赤範囲において対をなす値は
ｅ＋e₁＝1450Åの組合せを形成する。測定の正確
さを考慮して、また本発明はｅ＋e₁和が±15％の
許容範囲内の上記値にほぼ等しい構造を包含す
る。異なる波長を有する範囲の場合には、本発明
においては装置を同様の手段によりそのｅ＋e₁和
を上述する特定範囲にすることができる。 本発明における第２の例においては、上記例に
おけるように出来るだけ良くわかるスペクトルに
おける感度を均一に維持しながら可視スペクトル
および近赤外線において光電検出装置として使用
できる装置に構成することができる。例えば、感
光層および中間層の材料をそれぞれe₁＝500Åお
よびｅ＝900Åの大きさの程度の厚さｅおよびe₁
において（SbNa₂K、Cs）およびTiO₂に選択す
ることができる。第５図は対をなす３つの曲線
Ｂ、Ｖ、Ｒを示しており、感光層の厚さによりス
ペクトルの青、緑および赤範囲における光電検出
装置のエネルギー感度（ミリアンペア／ワツト）
を示している。破線で示す曲線は基体に直接に設
けた感光層を有する装置に関し、実線で示す曲線
は基体と感光層との間に厚さe₁＝500Åを有する
中間層を設けた装置に関し、これらいずれの場合
においても感光層からの電子の逃散（escape）
の確率Ｐ（Ｗ、Ｏ）を0.5に仮定している。これら
の曲線から、本発明による光電装置の感度を、ガ
ラス基体に直接設けた感光層S25の感度と比較す
ることができる。層S25に関する本発明による光
電増幅は赤に対して1.1、緑に対して1.5および青
に対して2.5の大きさの程度である。これらの結
果を第６図の曲線６１および６２で示すことがで
きる。この第６図は本発明の構造の光の波長λ、
mA／ワツトで表わされるエネルギー感度および
層S25に影響するバリエーシヨンを示している。
層S25に関して、青および緑に対する感度は大き
くなり、このためにある均一性を示すことができ
る。 勿論、また本発明は感光層および透過中間
（K₁＃０）を基体に設け、材料の屈折率を基体の
屈折率と感光材料の屈折率との間にした多くの装
置を包含することができる。 この場合、本発明における変形例として、感度
を青および緑範囲において高めようとする場合に
は、感光層を化学式SbAxBy（式中ＡおよびＢは
アルカリ元素、およびｘおよびｙは係数を示す）
で表わされるビアルカリ（bialkaline）にするこ
とができ、また感度を青範囲だけにおいて高める
ようにする場合には感光層をタイプSb、Axにす
ることができ、また全可視スペクトルおよび光の
近赤外線において感度を高めようとする場合には
タイプAgOScにすることができる。更に、中間
層の材料TiO₂を、例えばTa₂O₅またはIn₂O₃また
はSnO₂（ナトリウムの存在するのを除いて）、ま
たはSiO、MnO、Al₂O₃、Si₃N₄、MgOまたは薄
い層にしたランタン ガラスに置き替えることが
できる。上述する感光層および中間層の材料を用
いる場合には、感光層および中間層の厚さｅおよ
びe₁を表およびに示す値と殆んど同じ値にす
ることができ、この場合15％の偏差は装置の光電
子放出の効率の最適値から著しくかたよらないか
ぎり許容することができる。 また、本発明の装置の他の利点としては、従来
の装置の感光層の厚さに比較して極めて薄くする
ことができ、また極めて低い電気抵抗のために装
置を光電陰極として用いる場合には、例えば
SnO₂およびIn₂O₃のある中間層は感光層の表面の
電位を安定にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における光電子放出装置の断面
を示す説明用線図、第２図は感光材料を
（SbNa₂K、Cs）および中間層をTiO₂から構成し
た場合、装置の光電子放出の効率を波長λ＝4360
Åにおける中間層の種々の厚さe₁に対する感光層
の厚さｅの関数として示す曲線図、第３図は第２
図と同様に示した波長λ＝5460Åにおける装置の
光電子放出の効率を示す曲線図、第４図は第２図
と同様に示した波長λ＝800Åにおける装置の光
電子放出の効率を示す曲線図、第５図はエネルギ
ー感度を厚さe₁＝500Åを有するTiO₂中間層を設
けたまたは設けない光電子放出装置の感光層の厚
さｅの関数として示した曲線図、および第６図は
本発明における光電子放出装置のスペクトルエネ
ルギー感度を厚さe₁＝500Åを有する中間層およ
び（SbNa₂K、Cs）からなる厚さｅ＝900Åを有
する光電子放出層による光の波長に依存する本発
明における光電子放出装置の特定のエネルギー感
度およびガラス基体に直接に設けた1300Åの厚さ
を有する同じ光電子放出層（層をS25と称する）
のエネルギー感度を示す曲線である。 １１……基体（デイスク）、１２……感光層、
１３……中間層、１５……管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空容器；入射輻射線を透過する基体；前記
   入射輻射線を透過する基体上で容器の内側に設け
   た中間層；および中間層に隣接する第１側面およ
   び前記第１側面に対向する第２側面を有する、基
   体に対向する中間層の側の容器の内側に設けた感
   光層からなり、かつ中間層の屈折率が基体の屈折
   率と感光層の屈折率との間の値を有する、与えら
   れたスペクトル域における波長を有する輻射線を
   検出する光電検出装置において、中間層および感
   光層がそれぞれ、与えられたスペクトル域におけ
   る波長を有する輻射線の吸収を感光層の第２側面
   に隣接する感光層の部分において実質的に生ずる
   ように選定した厚さを有し、かつ前記部分が感光
   層における光電子の逃散深さの大きさの程度の厚
   さを有するようにしたことを特徴とする光電検出
   装置。 ２ ガラスを含む基体が1.5〜２の範囲の程度の
   屈折率を有し；感光層が実質的にSbAxByCs、
   SbAxBy、SbAxおよびAgOCs（ここにＡおよび
   Ｂはアルカリ金属、およびｘおよびｙは０〜３を
   示す）からなる群から選択した材料からなり、お
   よび中間層が1.9〜2.6の範囲の屈折率を有する特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 中間層の厚さが1105〜1495Åであり、および
   感光層の厚さが170〜230Åまたは510〜690Åであ
   る特許請求の範囲第１または２項記載の装置。 ４ 中間層の厚さが1035〜1265Åであり、および
   感光層の厚さが297.5〜402.5Åまたは340〜460Å
   である特許請求の範囲第１または２項記載の装
   置。 ５ 中間層の厚さが425〜575Åであり、および感
   光層の厚さが170〜230Å、340〜460Åまたは
   807.5〜1092.5Åである特許請求の範囲第１また
   は２項記載の装置。 ６ 中間層の厚さが255〜345Åであり、および感
   光層の厚さが255〜345Åまたは510〜690Åである
   特許請求の範囲第１または２項記載の装置。 ７ 中間層の厚さが1275〜1725Åであり、および
   感光層の厚さ387.5〜512.5Åである特許請求の範
   囲第９項記載の装置。 ８ 中間層の厚さが595〜805Åであり、および感
   光層の厚さが212.5〜287.5Åまたは637.5〜762.5
   Åである特許請求の範囲第１または２項記載の装
   置。 ９ 中間層の厚さが665〜1035Åであり、および
   感光層の厚さが425〜575Åである特許請求の範囲
   第１または２項記載の装置。 １０ 中間層の厚さが425〜575Åであり、および
   感光層の厚さが765〜1035Åである特許請求の範
   囲第１または２項記載の装置。 １１ 感光層が、実質的にSbK₂Cs、SbNa₂KCs、
   SbK₂Rb、SbRb₂Cs、SbCs₃およびAgOCsからな
   る群から選択する材料からなり；および中間層が
   実質的にTiO₂、Ta₂O₅、SiO、MnO、AL₂O₃、
   MgO、Si₃N₄およびランタン ガラスからなる群
   から選択する材料からなる特許請求の範囲第９項
   記載の装置。