JPH06176734A - 電子増倍素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 電子増倍素子の製造に大量生産性に優れた半
導体微細加工技術を適用した構造及び製法を用いること
により、低価格の電子増倍素子の供給を可能にする。 【構成】 光露光法または電子ビーム露光法により、一
またはそれ以上の微細図形を転写現像した後、エッチン
グによりこの図形に対応した開口部を有する基板１の片
面又は両面上にマスクを形成し、これを用いて液体化学
薬品またはプラズマガスを用いたエッチング、あるいは
イオンビームエッチング法のいずれか、あるいはこれら
の組み合わせにより、該基板の表裏を貫通する微細孔２
を該基板に形成し、その内壁に化学的気相成長法により
二次電子増倍膜３を成長させて製作される電子増倍素
子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体微細加工技術を用
いて作られる電子増倍素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】二次元状に分布した電子を増幅するため
の電子増倍素子として、従来マイクロチャネルプレート
と呼ばれる微細な電子増倍管を多数平面状に並べ結合し
たものが用いられている。その構造は内径１０〜１００
μm の高鉛ガラス毛細管を約１００万本以上を束ね融着
したものであり、各毛細管内を通過する電子がその内壁
面と衝突する時二次電子が放出され電子増倍が行なわれ
る。

【０００３】この製作には元管と呼ばれる芯ガラスを充
填した高鉛ガラスパイプを加熱して細く引き伸ばし、六
角形の形枠にこれを多数整列充填し、融着した後再度細
く引き伸ばす。更に所定の太さになるように、再びリム
ガラス内にこれらを多数整列充填し融着したものを板状
に切断した後、研磨し芯抜き処理を行なう。最後にガラ
スに導電性を生じさせるために水素で還元して完成す
る。

【０００４】このように従来の製法は多数のガラス管の
整列と融着及び引き伸ばしの工程を繰り返すガラス工業
的手法であるため、製品の再現性が悪く且つ製造コスト
が極めて高いものとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の電子増倍素子
の構造は従来のようにガラス毛細管を多数束ねることを
せずに、一枚の平らな基板に微細な孔を空け、その内壁
に二次電子増倍膜を形成したものである。これらの加工
を超微細加工能力と大量生産性に優れた半導体集積回路
技術の一部であるフォトエッチング技術及び化学的気相
成長技術を用いて行なうことにより、得られる電子増倍
素子の性能は再現性、均一性に優れているだけでなく、
その製造コストを著しくしく低下させることができる。
更に本発明により製作される電子増倍素子は、フォトエ
ッチング技術により大面積且つ任意形状のものが製作可
能であるだけでなく、微細孔の大きさや形状は、素子全
体の大きさや形状とは独立に自由に選択できる。また従
来法の毛細管に要求されるガラス特性の制限から、使用
できる二次電子増倍膜の組成は限定されていたが、本発
明で用いる化学的気相成長技術では、その材質の選択は
極めて広く従って様々な組成を有するものの製作が可能
である。

【０００６】

【問題を解決するための手段】 従来の半導体集積回路
技術が平らな基板上にのみ電子素子を製作することを目
的とした技術であるが、本発明はこれを更に三次元的な
構造を有する電子増倍素子の製造に適用することで、新
しい構造及び製法の電子増倍素子を実現するものであ
る。

【０００７】本発明の電子増倍素子の構造の例を図１、
図２、図３に示す。図１は微細孔がパイプ型、図２、図
３は各々微細孔がスリット型及スリット交差型の例であ
る。図４は図１、図２の型の拡大断面図である。これら
を用いて製造法を説明すると、光露光法又は電子ビーム
露光法により一又はそれ以上の微細図形を転写現像した
後、エッチングにより該図形に対応した開口部を有する
マスクを基板（１）の片面又は両面上に形成し、これを
用いて液体化学薬品又はプラズマガスによるエッチング
法、あるいはイオンビームエッチング法のいずれかまた
はこれらの組み合わせにより、基板の表裏を貫通する微
細孔（２）を基板に形成し、その内壁に化学的気相成長
法を用いて二次電子増倍膜（３）を成長させ、さらに蒸
着法により金属電極（４）を基板の両面に形成すること
により電子増倍素子が製作される。基板上に作られるマ
スクの材料には使われるエッチング方法により選択され
るが、エッチング速度が基板に比べ十分に遅いものであ
ればよく、例として二酸化シリコン膜やアルミ蒸着膜が
使用できる。

【０００８】電子が増倍しながら通過する微細孔の形状
は、その差し渡し寸法に比べ数十倍の長さのものが必要
であり、これをエッチングにより形成するには、深さ方
向のエッチング速度に比べ横方向のエッチング速度が著
しく遅いことが要求される。このため本発明では微細孔
の形成に、エッチング速度が基板の結晶軸方位に依存す
ることを利用する異方性ケミカルエッチング、またはプ
ラズマや加速イオンの入射方向によりエッチング速度が
異なることを利用した異方性プラズマエッチングおよび
イオンエッチング技術が適用される。

【０００９】形成した微細孔壁に二次電子増倍膜を均一
に形成するには、膜の成長速度が反応律速である化学的
気相成長法が不可欠である。この方法はトリメチル鉛、
デバピロイメタナト鉛などの鉛の有機化合物と、シリコ
ンのアルコキシド又はハロゲン化物或いはモノシラン、
ジシラン、ジクロロシランのいずれかとの組合せを主成
分とした原料ガスを酸化性ガスと伴に反応炉へ導入し、
４００〜７００℃に加熱された基板上においてこれらの
酸化反応により成膜させるものである。

【００１０】

【実施例】 電子増倍素子に使われる基板の一例とし
て、シリコン単結晶を用いた方法を説明すると、使用す
るシリコン基板は厚さ２００〜５００μm、結晶面（１
１０）である。熱酸化により約７００nmの二酸化シリコ
ンを成長し、これにフォトレジストを塗布し微細図形を
片面もしくは両面に焼き付け現像した後、これを利用し
てフッ酸溶液により貫通すべき部分の二酸化シリコンを
除去する。次にこの二酸化シリコンをマスクとして８０
℃、５０％の水酸化カリウム水溶液により微細孔が両面
を貫通するまでシリコン基板のエッチングを行なう。エ
ッチングにより露出したシリコン側壁に電気的な絶縁を
行なうために、再び基板を熱酸化した後、テトラエチル
鉛、テトラエトキシシラに窒素ガスを吹き込んで気化さ
せたものと酸素を混合して基板を設置した反応炉内に導
入し、５００〜６００℃で化学的気相成長を行ない、高
鉛ガラスからなる二次電子増倍膜をエッチングにより形
成された微細孔内壁上に成長させる。更にこの基板を水
素ガス中で４００〜５００℃で２〜１０時間の熱処理に
よりこの膜中に含まれる鉛の還元を行ない、膜に導電性
を生じさせた後、基板両面にアルミニュウムを真空蒸着
して電極を形成する。

【００１１】

【発明の効果】 本発明による電子増倍素子は、その製
法がもたらす必然的効果として、二次電子増倍を行なう
微細孔の形状、寸法や二次電子増倍膜の組成および膜厚
などの制御性、再現性が優れており、また多数の基板が
一括して処理されるだけでなく、一枚の基板上に複数の
素子が同時に形成できることから、その生産性において
も従来の製法に比べ大きく勝っており、著しい製造コス
トの低下が可能となる。従来製法による電子増倍素子は
その生産制の悪さのために極めて高価となり、この素子
が優れた性能を有しているにもかかわらずその用途が特
殊な分野にのみ限定されていたが、本発明により低価格
の電子増倍素子が容易に得られ、様々な分野での応用が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パイプ型の微細孔を有する本発明の電子増倍素
子の断面部分を含む斜視図である。

【図２】スリット型の微細孔を有する本発明の電子増倍
素子の断面部分を含む斜視図である。

【図３】スリット交差型の微細孔を有する本発明の電子
増倍素子の断面部分を含む斜視図である。

【図４】本発明の電子増倍素子の微細孔の拡大断面であ
る。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 微細孔 ３ 二次電子増倍膜 ４ 電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光露光法又は電子ビーム露光法により一
   つ又はそれ以上の微細図形を転写現像した後、エッチン
   グにより該図形に対応した開口部を有するマスクを基板
   の片面又は両面上に形成し、これを用いて液体状化学薬
   品又はプラズマガスによるエッチング法、あるいはイオ
   ンビームエッチング法のいずれか或いはこれらの組み合
   わせにより、該基板の表裏を貫通する微細孔を該基板に
   形成し、前記微細孔内壁に化学的気相成長法を用いて二
   次電子増倍膜を成長させて製作される電子増倍素子。