JPH0653256A - 電荷転送型増倍装置 - Google Patents
電荷転送型増倍装置Info
- Publication number
- JPH0653256A JPH0653256A JP4201323A JP20132392A JPH0653256A JP H0653256 A JPH0653256 A JP H0653256A JP 4201323 A JP4201323 A JP 4201323A JP 20132392 A JP20132392 A JP 20132392A JP H0653256 A JPH0653256 A JP H0653256A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrodes
- electrode
- semi
- semiconductor
- insulating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 新しい原理にもとづく電荷転送型増倍装置を
提供する。 【構成】 電子を空間的に移動させながら増倍を行なう
装置に関するもので、半導体デバイスとして電子増倍管
と同じ作用をもつデバイスを提供する。すなわち、半絶
縁性半導体に電極を設け、０．５ｋＶ／ｃｍ以上の電界
を印加すると、電子の散乱緩和時間は大幅に増加し、そ
れに伴って平均自由行程も増加する。又、電界は陽極部
に集中する。この二つの作用により、陽極部では低電界
でも雪崩増倍が実現できる。本発明はこの電子増倍機構
をカスケードに接続する事により、キャリアを空間的に
移動させながら転送ないし増倍させる。
提供する。 【構成】 電子を空間的に移動させながら増倍を行なう
装置に関するもので、半導体デバイスとして電子増倍管
と同じ作用をもつデバイスを提供する。すなわち、半絶
縁性半導体に電極を設け、０．５ｋＶ／ｃｍ以上の電界
を印加すると、電子の散乱緩和時間は大幅に増加し、そ
れに伴って平均自由行程も増加する。又、電界は陽極部
に集中する。この二つの作用により、陽極部では低電界
でも雪崩増倍が実現できる。本発明はこの電子増倍機構
をカスケードに接続する事により、キャリアを空間的に
移動させながら転送ないし増倍させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体を用いた電荷転送
型の増倍装置に関する。
型の増倍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電荷を次々に転送してゆく素子として
は、ＣＣＤやＰＣＤが知られている。しかし、これらは
増倍機構を有するものではない。又、電子増倍に着目し
て先行例を挙げると、電子増倍管が動作としては一番近
いものである。電子増倍管は、雑音の発生を抑えながら
電子増倍を行なえるため高Ｓ／Ｎの電子増倍ができる
が、真空管であるために形状は大きく、扱いにくいもの
である。本発明はこれらの問題点を解決するためのもの
で、全く新しい原理の電荷転送型増倍装置を提供するこ
とを課題とする。
は、ＣＣＤやＰＣＤが知られている。しかし、これらは
増倍機構を有するものではない。又、電子増倍に着目し
て先行例を挙げると、電子増倍管が動作としては一番近
いものである。電子増倍管は、雑音の発生を抑えながら
電子増倍を行なえるため高Ｓ／Ｎの電子増倍ができる
が、真空管であるために形状は大きく、扱いにくいもの
である。本発明はこれらの問題点を解決するためのもの
で、全く新しい原理の電荷転送型増倍装置を提供するこ
とを課題とする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電荷転送型
増倍装置は、キャリア濃度が１０12ｃｍ-3以下の半絶縁
性半導体に設けた複数個の電極と、該隣接電極間に順次
０．５ｋＶ／ｃｍ以上の電界を印加する手段とを具えた
ことを特徴とする。
増倍装置は、キャリア濃度が１０12ｃｍ-3以下の半絶縁
性半導体に設けた複数個の電極と、該隣接電極間に順次
０．５ｋＶ／ｃｍ以上の電界を印加する手段とを具えた
ことを特徴とする。
【０００４】
【作用】本発明は、電子を空間的に移動させながら増倍
を行なう装置に関するもので、半導体デバイスとして電
子増倍管と同じ作用をもつデバイスを提供するものであ
る。すなわち、半絶縁性半導体に複数の電極を設け、こ
れらの間の半絶縁性半導体中に０．５ｋＶ／ｃｍ以上の
電界を印加すると、電子の散乱緩和時間τs は７０ピコ
秒程度にまで大幅に増加し、それに伴って平均自由行程
も増加する。又、電界は陽極部に集中する。この二つの
作用により、陽極部では低電界でも雪崩増倍が実現でき
る。これは本発明者の研究により明らかにされたもので
あり、本発明はこの電子増倍機構をカスケードに接続す
る事により、キャリアを空間的に移動させながら転送な
いし増倍させるものである。
を行なう装置に関するもので、半導体デバイスとして電
子増倍管と同じ作用をもつデバイスを提供するものであ
る。すなわち、半絶縁性半導体に複数の電極を設け、こ
れらの間の半絶縁性半導体中に０．５ｋＶ／ｃｍ以上の
電界を印加すると、電子の散乱緩和時間τs は７０ピコ
秒程度にまで大幅に増加し、それに伴って平均自由行程
も増加する。又、電界は陽極部に集中する。この二つの
作用により、陽極部では低電界でも雪崩増倍が実現でき
る。これは本発明者の研究により明らかにされたもので
あり、本発明はこの電子増倍機構をカスケードに接続す
る事により、キャリアを空間的に移動させながら転送な
いし増倍させるものである。
【０００５】
【実施例】具体的な例を挙げて、本発明の説明を行な
う。
う。
【０００６】図１は実施例装置の構成を示す斜視図であ
る。半絶縁性ＧａＡｓ基板１1 上に電極２i （i ＝１〜
５）を設け、直列抵抗３i を介して電圧分配用抵抗４i
により分割された一定の電圧が印加されるように成され
ている。図１では簡単化の為に半導体薄板の表裏を利用
して、ジグザグ状に電荷を転送する構造を示したが、勿
論、片面のみに電極を配して順次転送させることもでき
る。又、電極２i の中間部に刻み目を入れる等して等価
的電流通路を制限したり、表面に添った無効な電流を減
らす事ができる。即ち、半導体１1 及び電極２1 配置
は、順次同種の電極があってその間に順次電位が配分さ
れていればよく、構造の詳細は任意である。特にこの場
合には、電極２i の相互の間隔を平均自由行程と同程度
ないしそれ以下に選ぶ事によって、キャリアを加速して
次段の電極に転送させることができる。
る。半絶縁性ＧａＡｓ基板１1 上に電極２i （i ＝１〜
５）を設け、直列抵抗３i を介して電圧分配用抵抗４i
により分割された一定の電圧が印加されるように成され
ている。図１では簡単化の為に半導体薄板の表裏を利用
して、ジグザグ状に電荷を転送する構造を示したが、勿
論、片面のみに電極を配して順次転送させることもでき
る。又、電極２i の中間部に刻み目を入れる等して等価
的電流通路を制限したり、表面に添った無効な電流を減
らす事ができる。即ち、半導体１1 及び電極２1 配置
は、順次同種の電極があってその間に順次電位が配分さ
れていればよく、構造の詳細は任意である。特にこの場
合には、電極２i の相互の間隔を平均自由行程と同程度
ないしそれ以下に選ぶ事によって、キャリアを加速して
次段の電極に転送させることができる。
【０００７】なお、半絶縁性基板１1 の表面には、入力
端子の電極２0 と、電子（増倍電子）出力用の電極２6
が形成されている。そして、電極２0 には電源５0 が接
続され、電極２6 は出力端子ＯＵＴに接続されている。
なお、これら電極２0 ，２6は半絶縁性基板１1 にオー
ム性接合している。
端子の電極２0 と、電子（増倍電子）出力用の電極２6
が形成されている。そして、電極２0 には電源５0 が接
続され、電極２6 は出力端子ＯＵＴに接続されている。
なお、これら電極２0 ，２6は半絶縁性基板１1 にオー
ム性接合している。
【０００８】このような配置にすると、各電極２i 間で
雪崩増倍が生じようとするが、どこか一カ所で雪崩が生
じるようになると事情は異なる。増倍電流による電位降
下は、共通インピーダンスによって隣接電極の電位を降
下させるため、放電電極（雪崩電極）は通常一つに限ら
れる、この時、端子６i にシフトパルスを加えることに
よって隣接電極を放電させると、その他の電極では抑圧
され、このようにしてシフトパルスによりオン電極（放
電電極）を変えていくことができる。しかし、各電極２
i に於ける動作バイアス点が過度に飽和領域に入り込ん
でいる時には、順次増倍する機能を有せず、むしろシフ
トレジスタを構成していると言えるので、遅延線（一時
記憶）素子として利用できる。
雪崩増倍が生じようとするが、どこか一カ所で雪崩が生
じるようになると事情は異なる。増倍電流による電位降
下は、共通インピーダンスによって隣接電極の電位を降
下させるため、放電電極（雪崩電極）は通常一つに限ら
れる、この時、端子６i にシフトパルスを加えることに
よって隣接電極を放電させると、その他の電極では抑圧
され、このようにしてシフトパルスによりオン電極（放
電電極）を変えていくことができる。しかし、各電極２
i に於ける動作バイアス点が過度に飽和領域に入り込ん
でいる時には、順次増倍する機能を有せず、むしろシフ
トレジスタを構成していると言えるので、遅延線（一時
記憶）素子として利用できる。
【０００９】各段への印加電界を、各段に注入される電
流でようやく雪崩増倍が生じる程度で、ターンオーバー
電界よりも低く設定することにより、電流を飽和させる
こと無く取りだすことができる。この閾値電界は、半導
体基板１1 が半絶縁性ＧａＡｓの場合、０．５ないし２
ｋＶ／ｃｍ程度である。この時、信号入力としては増倍
段の初段に電気的に注入したキャリアでもよく、光照
射、放射線照射等によってキャリアを発生させる手段な
ど、適当な入力を考えることができる。信号出力は最終
段の電極２6 から電気的出力としてとりだされる。
流でようやく雪崩増倍が生じる程度で、ターンオーバー
電界よりも低く設定することにより、電流を飽和させる
こと無く取りだすことができる。この閾値電界は、半導
体基板１1 が半絶縁性ＧａＡｓの場合、０．５ないし２
ｋＶ／ｃｍ程度である。この時、信号入力としては増倍
段の初段に電気的に注入したキャリアでもよく、光照
射、放射線照射等によってキャリアを発生させる手段な
ど、適当な入力を考えることができる。信号出力は最終
段の電極２6 から電気的出力としてとりだされる。
【００１０】特に優れた２次電子増倍型転送装置は、オ
ージェ効果を利用するようにした装置である。電極２i
の材料をオージェ効果の高い物質に選ぶことにより、２
次電子の放出により電子増倍をさせ、電荷を転送する装
置を実現することができる。先に述べたように、高抵抗
半導体中では、電界強度が数ｋＶ／ｃｍの領域に於て電
子の散乱が極めて少なく、電子は容易に高エネルギーに
なり得る。従って、電極間で加速された電子は高エネル
ギーの状態で陽極に達し、電極をたたく。電極がオージ
ェ効果の高い物質で構成されている場合には２次電子が
放出され、さらに次段へ伝達され又加速され、さらに２
次電子を放出する。このようなオージェ効果の高い電極
としては、ＧａＡｓ基板に対してはＧａＳｂ，ＩｎＰ基
板に対してはＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ等が挙げられる。
ージェ効果を利用するようにした装置である。電極２i
の材料をオージェ効果の高い物質に選ぶことにより、２
次電子の放出により電子増倍をさせ、電荷を転送する装
置を実現することができる。先に述べたように、高抵抗
半導体中では、電界強度が数ｋＶ／ｃｍの領域に於て電
子の散乱が極めて少なく、電子は容易に高エネルギーに
なり得る。従って、電極間で加速された電子は高エネル
ギーの状態で陽極に達し、電極をたたく。電極がオージ
ェ効果の高い物質で構成されている場合には２次電子が
放出され、さらに次段へ伝達され又加速され、さらに２
次電子を放出する。このようなオージェ効果の高い電極
としては、ＧａＡｓ基板に対してはＧａＳｂ，ＩｎＰ基
板に対してはＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ等が挙げられる。
【００１１】オージェ電子増倍機構の最大の特徴は、２
次電子放射に関与しているのは電子だけであるというこ
とである。つまり、電子のみが散乱を受けず加速される
ために、容易に２次電子放射を行なうことができる。こ
のように、電子のみが電子増倍されることは、Ｓ／Ｎと
いう観点からは理想的な状態であり、Ｓ／Ｎを極めて高
く保ちながら増倍することができる。
次電子放射に関与しているのは電子だけであるというこ
とである。つまり、電子のみが散乱を受けず加速される
ために、容易に２次電子放射を行なうことができる。こ
のように、電子のみが電子増倍されることは、Ｓ／Ｎと
いう観点からは理想的な状態であり、Ｓ／Ｎを極めて高
く保ちながら増倍することができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明により、従来は真空管でしか実現
されなかった電子増倍管と同じ作用を半導体中で行なう
ことができ、半導体の光電変換特性を利用することによ
り、光電子増倍管と同じ作用をさせることができる。つ
まり、真空管のため取り扱いが不便であり、又真空放射
の為限界波長が制限されていた光電子増倍管を、取扱の
容易な半導体中に実現し、また波長範囲を大幅に改善す
ることができる。
されなかった電子増倍管と同じ作用を半導体中で行なう
ことができ、半導体の光電変換特性を利用することによ
り、光電子増倍管と同じ作用をさせることができる。つ
まり、真空管のため取り扱いが不便であり、又真空放射
の為限界波長が制限されていた光電子増倍管を、取扱の
容易な半導体中に実現し、また波長範囲を大幅に改善す
ることができる。
【図１】本発明の実施例の構成を示す斜視図である。
１1 …高抵抗半導体、２1 …電局、３i …直列抵抗、４
i …電圧分割用抵抗、５i …電源、６i …シフトパルス
入力。
i …電圧分割用抵抗、５i …電源、６i …シフトパルス
入力。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 孝 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 藁科 禎久 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 杉本 賢一 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 鈴木 智子 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 キャリア濃度が１０12ｃｍ-3以下の半絶
縁性半導体に設けた複数個の電極と、該複数個の電極の
隣接電極間に順次０．５ｋＶ／ｃｍ以上の電界を印加す
る手段とを具えかつ該電極は電荷増倍特性を有する材料
で構成されたことを特徴とする電荷転送型増倍装置。 - 【請求項２】 前記電極の間隔が、キャリアの平均自由
行程以下になるようになされたことを特徴とする請求項
１記載の電荷転送型増倍装置。 - 【請求項３】 前記半絶縁性半導体が、半絶縁性ＧａＡ
ｓ、もしくは半絶縁性ＩｎＰであることを特徴とする請
求項１記載の電荷転送型増倍装置。 - 【請求項４】 前記電極がオージェ電子を放出するよう
に成されていることを特徴とする請求項１記載の電荷転
送型増倍装置。 - 【請求項５】 前記電極が、ＧａＳｂもしくはＩｎＡ
ｓ，ＩｎＳｂ等の組成からなるＩＩＩ−Ｖ属半導体を主
たる材料とするものであることを特徴とする請求項４記
載の電荷転送型増倍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20132392A JP3222937B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 電荷転送型増倍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20132392A JP3222937B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 電荷転送型増倍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0653256A true JPH0653256A (ja) | 1994-02-25 |
| JP3222937B2 JP3222937B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=16439110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20132392A Expired - Fee Related JP3222937B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 電荷転送型増倍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3222937B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150016955A (ko) * | 2012-06-08 | 2015-02-13 | 쟈트코 가부시키가이샤 | 무단 변속기 및 그 유압 제어 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0837065A (ja) * | 1993-10-28 | 1996-02-06 | Sumitomo Wiring Syst Ltd | カードエッジコネクタ |
| JP2011086457A (ja) * | 2009-10-14 | 2011-04-28 | Yazaki Corp | 防水コネクタ |
-
1992
- 1992-07-28 JP JP20132392A patent/JP3222937B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0837065A (ja) * | 1993-10-28 | 1996-02-06 | Sumitomo Wiring Syst Ltd | カードエッジコネクタ |
| JP2011086457A (ja) * | 2009-10-14 | 2011-04-28 | Yazaki Corp | 防水コネクタ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150016955A (ko) * | 2012-06-08 | 2015-02-13 | 쟈트코 가부시키가이샤 | 무단 변속기 및 그 유압 제어 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3222937B2 (ja) | 2001-10-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |