JPH07320681A - High sensitivity hybrid photomultiplier tube - Google Patents

High sensitivity hybrid photomultiplier tube

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Publication number
JPH07320681A
JPH07320681A JP34446093A JP34446093A JPH07320681A JP H07320681 A JPH07320681 A JP H07320681A JP 34446093 A JP34446093 A JP 34446093A JP 34446093 A JP34446093 A JP 34446093A JP H07320681 A JPH07320681 A JP H07320681A
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JP
Japan
Prior art keywords
photomultiplier tube
photocathode
vacuum envelope
conductor
electrons
Prior art date
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Pending
Application number
JP34446093A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ross A Larue
ロス・エー・ラルー
Kenneth A Costello
ケネス・エー・コステロ
Verle W Aebi
バール・ダブリュー・アエビ
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Intevac Inc
Original Assignee
Intevac Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To provide a high-sensitivity hybrid photomultiplier tube which improves an electron focusing property of a focused electron-bombarded(FEB) ion detector and brings its stable operation. CONSTITUTION: A focused electron-bombarded(FEB) ion detector comprises a MCP, a focusing means, and a collection anode in a detector body and the collector anode includes a diode for receiving a focused output electron beam from the MCP. The gain between the input ion current to the MCP and the detector output signal from the diode is of the order of 10<6> -10<8> , depending on the device configuration and applied voltages. The hybrid photomultiplier tube comprises a photocathode 130, a photodiode 132 which collects electrons emitted from the photocathode 130 and multiplies these to provide an output signal, and focusing electrodes 134 and 136. Conductors 152 and 154 which are arranged on a side wall 116 or in a vicinity of a vacuum envelope lessen the effect of charged particles on an inside wall upon electron path.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フォトマルチプライア
・チューブに関し、さらに狭義には真空外囲器壁上の電
荷の、チューブ内部の電子軌道に与える影響を減少させ
るために、真空外囲器上又はその付近に導体を有するハ
イブリッド・フォトマルチプライア・チューブに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photomultiplier tube and, more narrowly, in order to reduce the influence of charges on the wall of the vacuum envelope on electron trajectories inside the tube, a vacuum envelope. It relates to a hybrid photomultiplier tube having a conductor on or near it.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のフォトマルチプライア・チューブ
は、フォトカソード、いくつかのダイノード及び電子コ
レクタを含む真空外囲器を有する。光が窓からチューブ
内に入りフォトカソードに入射すると、そこから電子が
放出される。電子は、連続ダイノードに衝突し、二次電
子が倍増する。最後のダイノードに衝突した後、電子は
集められ、入射光を表す出力信号を与えるようチューブ
の出力導線上に送られる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Conventional photomultiplier tubes have a vacuum envelope containing a photocathode, several dynodes and an electron collector. When light enters the tube through the window and enters the photocathode, electrons are emitted from it. The electrons strike the continuous dynodes, doubling the secondary electrons. After striking the last dynode, the electrons are collected and sent on the output lead of the tube to give an output signal representative of the incident light.

【0003】ハイブリッド・フォトマルチプライア・チ
ューブは、フォトカソード、電子集束電極及び電子衝撃
フォトダイオード・アノードを有する。フォトカソード
により放出された電子は、フォトダイオード上に集束さ
れる。電子は、フォトダイオード材料内部に侵入し、電
極ホールの対を生成し、同時に倍増効果を起こす。利得
は、従来のフォトマルチプライア・チューブと同様、ダ
イノードよりもフォトダイオードによって生成される。
A hybrid photomultiplier tube has a photocathode, an electron focusing electrode and an electron bombarded photodiode anode. The electrons emitted by the photocathode are focused on the photodiode. The electrons penetrate inside the photodiode material and create pairs of electrode holes, which at the same time have a doubling effect. Gain is produced by the photodiode rather than the dynode, as in conventional photomultiplier tubes.

【0004】ハイブリッド・フォトマルチプライアは、
L. K. van Geestらによって、“Hybrid Phototube With
Si Target", SPIE, Vol. 1449, Electron Image Tubes
andImage Intensifiers, II, 1991, pp.121■134に開
示されている。電子倍増のためにダイノード及び衝撃イ
オン化ダイオードの両方を使用するフォトマルチプライ
ア・チューブが、米国特許第3,885,178号に開
示されている。
The hybrid photomultiplier is
LK van Geest et al., “Hybrid Phototube With
Si Target ", SPIE, Vol. 1449, Electron Image Tubes
andImage Intensifiers , II, 1991, pp.121 ■ 134. A photomultiplier tube that uses both a dynode and an impact ionization diode for electron multiplication is disclosed in US Pat. No. 3,885,178.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】典型的に、10kVの
オーダーのバイアス電圧が、ハイブリッド・フォトマル
チプライア・チューブのアノードとカソードの間に印加
される。電子はその電場で加速され、フォトダイオード
・アノードを打ち、その結果、倍増利得が得られる。し
かし、フォトダイオード材料に依存して、電子の20〜
30%は、さまざまな角度でダイオード表面から後方散
乱を起こす。いくつかの電子は、チューブの内壁表面を
打ち、チューブ壁をイオン化する。それらの電荷は、チ
ューブ内部のポテンシャルを変形し、その結果、電子ビ
ームの集束性及び安定動作を妨げる。さらに、十分大き
な加速電圧に対し、X線がダイオード表面で電子制動に
より生成される。X線はチューブ壁表面を打ち、表面の
イオン化又は正電荷を生じさせる。その結果、再び電子
非集束及び不安定動作が生じる。さまざまなパラメータ
への容量による効果を決定するために、外部表面の一部
が銀フィルムで覆われたところの彎曲チャネルの電子マ
ルチプライアが、K. C. Schmidtらによって、“Continu
ous Channel Electron Multiplier Operated in the Pu
lse SaturatedMode", IEEE Trans. Nucl. Sci., June 1
966, p. 100■111に開示されている。
A bias voltage on the order of 10 kV is typically applied between the anode and cathode of the hybrid photomultiplier tube. The electrons are accelerated by the electric field and strike the photodiode anode, resulting in a doubling gain. However, depending on the photodiode material,
30% backscatter from the diode surface at various angles. Some electrons strike the inner wall surface of the tube and ionize the tube wall. These charges distort the potential inside the tube, thus impeding the focusing and stable operation of the electron beam. Furthermore, for sufficiently large accelerating voltages, X-rays are generated by electronic braking on the diode surface. X-rays strike the tube wall surface and cause surface ionization or positive charge. As a result, electron defocusing and unstable operation occur again. To determine the effect of capacitance on various parameters, a curved channel electronic multiplier where a portion of the outer surface was covered with a silver film was described by KC Schmidt et al. In “Continu
ous Channel Electron Multiplier Operated in the Pu
lse SaturatedMode ", IEEE Trans. Nucl. Sci. , June 1
966, p. 100 ■ 111.

【0006】フォトマルチプライア・チューブ内の壁の
イオン化の問題への従来技術の一つのアプローチは、チ
ューブ壁の内側表面に、緑又は黒の酸化クロムのような
導体を部分的にコーティングするものである。しかし、
塗料は、高抵抗を有するためチューブ電極の短絡を妨げ
る。したがって、塗料は、壁イオン化効果の減少には、
特に有効ではない。さらに、チューブの寿命は、それら
の塗料から真空外囲器にガス抜きすることにより、短く
なる。
One prior art approach to the problem of wall ionization in photomultiplier tubes is to partially coat the inner surface of the tube wall with a conductor such as green or black chromium oxide. is there. But,
Since the paint has high resistance, it prevents a short circuit of the tube electrode. Therefore, the paint is to reduce the wall ionization effect,
Not particularly effective. In addition, the life of the tubes is shortened by venting the paint to a vacuum envelope.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明によるフォトマル
チプライア・チューブは、入射光子に応答し電子を放出
するためのフォトカソードと、フォトカソードから放出
された電子を集め且つ倍増させるための及び入射光子を
表す出力信号を与えるための検出器と、フォトカソード
と検出器の間の電子の軌道を制御するための電子光学手
段と、フォトカソードと検出器の間で電子を加速させる
ための手段と、フォトカソードと検出器の間の真空領域
を包囲するための真空外囲器と、真空外囲器上の電荷が
電子の軌道に与える影響を減らすために真空外囲器の少
なくとも一部上に又は付近に配置された導線と、から成
る。典型的に電子光学手段は、第1及び第2集束電極か
ら成る。
A photomultiplier tube according to the present invention includes a photocathode for emitting electrons in response to incident photons, and a collection and doubling of the electrons emitted from the photocathode. A detector for providing an output signal representative of photons, an electro-optical means for controlling the trajectory of the electrons between the photocathode and the detector, and a means for accelerating the electrons between the photocathode and the detector. A vacuum envelope for enclosing the vacuum region between the photocathode and the detector, and at least a portion of the vacuum envelope to reduce the effect of the charge on the vacuum envelope on the electron trajectories. Or a conductive wire arranged in the vicinity thereof. The electro-optical means typically comprises first and second focusing electrodes.

【0008】好適には、導体は真空外囲器の外表面上に
導体塗料又は導体塗料として配置される。好適実施例に
おいて、該導体は、真空外囲器上に形成され且つフォト
カソードに電気的に結合した第1導体塗料、及び該真空
外囲器上に形成され且つ第1集束電極に電気的に結合し
た第2導体塗料とから成る。第1及び第2導体塗料は、
ギャップによって空間的に分離されている。
Preferably, the conductor is arranged as a conductor paint or conductor paint on the outer surface of the vacuum envelope. In a preferred embodiment, the conductor is a first conductive coating formed on the vacuum envelope and electrically coupled to the photocathode, and an electrical conductor formed on the vacuum envelope and electrically connected to the first focusing electrode. And a second conductive paint bonded together. The first and second conductive paints are
They are spatially separated by a gap.

【0009】典型的に、フォトカソードは真空外囲器内
の窓の内部表面上に配置される。好適に、フォトカソー
ドは、ガリウムヒ素化合物、ガリウムヒ素リン化合物、
インジウムリン化合物又はインジウムリン/インジウム
ガリウムヒ素化合物のような3族と5族の半導体原子の
化合物から成る。
Typically, the photocathode is located on the interior surface of the window within the vacuum envelope. Suitably, the photocathode is a gallium arsenide compound, a gallium arsenide phosphorus compound,
It comprises a compound of Group 3 and Group 5 semiconductor atoms such as an indium phosphide compound or an indium phosphide / indium gallium arsenide compound.

【0010】好適には、真空外囲器は、出力信号を外部
と連結させるための同軸フィードスルーを含む。好適
に、フォトダイオードは、同軸フィードスルーの中央導
体上に載置されたアバランシェ・フォトダイオードから
成る。
Preferably, the vacuum envelope includes a coaxial feedthrough for coupling the output signal to the outside. Preferably, the photodiode comprises an avalanche photodiode mounted on the central conductor of the coaxial feedthrough.

【0011】発明の他の態様により、真空外囲器と、荷
電粒子を放出するための真空外囲器内部の荷電粒子ソー
ス、及び真空外囲器内部の荷電粒子の軌道を制御するた
めの光学手段を含むタイプの改良型真空チューブが与え
られる。改良手段は、真空外囲器上の荷電粒子による電
子軌道への影響を抑えるための、真空外囲器の少なくと
も一部上に又は付近に配置された導体から成る。
According to another aspect of the invention, a vacuum envelope, a charged particle source within the vacuum envelope for emitting charged particles, and an optical for controlling the trajectory of the charged particles within the vacuum envelope. An improved vacuum tube of the type including the means is provided. The modifying means comprises a conductor disposed on or near at least a portion of the vacuum envelope to reduce the effect of charged particles on the vacuum envelope on electron trajectories.

【0012】[0012]

【実施例】FEBイオン検出器が図1及び図2に示され
ている。標準マイクロチャネル・プレート(MCP)2
が、円筒形検出器ボデー4の一端に載置されている。図
1に示された実施例において、検出器ボデー4は、適当
な大きさを与えるようスタック(stacked)された直列の
セラミックリングから成る。その他、検出器ボデーは、
特に設計された円筒形又はその他の適用による形状に形
成され得る。MCP2は、保持器6により適所に保持さ
れる。導線8及び10は、イオン検出器を適当な電源
(図示せず)に接続するために、MCP入力電極7及び
MCP出力電極9からそれぞれ伸長している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A FEB ion detector is shown in FIGS. Standard Micro Channel Plate (MCP) 2
Is mounted on one end of the cylindrical detector body 4. In the embodiment shown in FIG. 1, the detector body 4 consists of serial ceramic rings stacked to give the proper size. In addition, the detector body is
It can be formed into a specially designed cylinder or other application shaped shape. The MCP 2 is held in place by the retainer 6. Leads 8 and 10 extend from the MCP input electrode 7 and MCP output electrode 9, respectively, for connecting the ion detector to a suitable power supply (not shown).

【0013】2つの電子集束リング12及び14は、検
出器ボデー4内に配置される。図1に示された実施例に
おいて、リング12及び14は、検出器ボデー4を構成
するセラミック・リングの対の間に載置されている。集
束リングを取り付けるためのその他の手段は、本発明の
範囲内で使用され得る。リング12及び14は、適当な
導線16及び18を通じてそれぞれ外部電源(図示せ
ず)と接続する。集束リング12及び14の目的は、図
3に略示するように、MCPの出力を集中させ且つ集合
アノード上へ方向づけることである。
Two electron focusing rings 12 and 14 are arranged in the detector body 4. In the embodiment shown in FIG. 1, rings 12 and 14 are mounted between a pair of ceramic rings that make up detector body 4. Other means for attaching the focusing ring can be used within the scope of the invention. Rings 12 and 14 connect to an external power source (not shown), respectively, through suitable conductors 16 and 18. The purpose of the focusing rings 12 and 14 is to concentrate and direct the output of the MCP onto the collecting anode, as shown schematically in FIG.

【0014】集合アノード20は検出器ボデー4の末端
に配置されている。アノード20は、広帯域マイクロ波
コネクタ30と、段状漏斗形同軸伝送ライン部32、及
び伝送ラインを終端する固体ダイオード34から成る。
好適実施例において、ダイオード34は、電子衝撃電流
利得に対し最適化されたAlGaAs/GaAsピン・
ダイオードである。図2により詳細に示すように、ダイ
オード34の好適実施例は、n+GaAs基板46上に
形成された3つの独立のレイヤー40、42及び44か
ら成る。トップ・レイヤー40は、厚さ約250ÅのP
型Al30Ga70Asレイヤーとなるようにドープされ
る。レイヤー40は、生成された電子の少数キャリアが
表面で再結合しないようにダイオード表面付近にポテン
シャル障壁を与える。レイヤー40の成分もまた、剛性
及び空気中加工による酸化に対抗するために選択され
る。レイヤー42は、厚さ約0.25μmのP型GaA
sになるようにドープされる。
The collecting anode 20 is arranged at the end of the detector body 4. The anode 20 comprises a broadband microwave connector 30, a stepped funnel-shaped coaxial transmission line section 32, and a solid-state diode 34 that terminates the transmission line.
In the preferred embodiment, diode 34 is an AlGaAs / GaAs pin diode optimized for electron impact current gain.
It is a diode. As shown in more detail in FIG. 2, the preferred embodiment of diode 34 comprises three independent layers 40, 42 and 44 formed on an n + GaAs substrate 46. The top layer 40 is a P with a thickness of about 250Å
Doped to be a type Al 30 Ga 70 As layer. Layer 40 provides a potential barrier near the diode surface so that the minority carriers of the generated electrons do not recombine at the surface. The components of layer 40 are also selected to resist stiffness and oxidation by in-air processing. The layer 42 is a P-type GaA layer having a thickness of about 0.25 μm.
Doped to be s.

【0015】レイヤー44はドープなしのGaAsで厚
さ約6μmである。レイヤー44の厚さは、以下の原理
に基づいてダイオードの応答時間を最適化するように選
択される。
Layer 44 is undoped GaAs and is about 6 μm thick. The thickness of layer 44 is selected to optimize the diode response time based on the following principles.

【0016】厚さwの非ドープレイヤーを横切る電子の
過渡時間Ttransitは、 Ttransit = w/Vsat で表され、ここで、Vsatは、1×107cm/secである。
負荷ダイオードのRC時定数TRCは、 TRC = Eπr2L/w で表され、ここで、rはダイオードの半径、RLはダイ
オード負荷(例えば、50Ω)である。負荷ダイオード
の応答時間は、Ttransit = TRCまたは、 w/Vsat = Eπr2L/w の時、最小化される。
The transit time T transit of an electron across a non-dope layer of thickness w is represented by T transit = w / V sat , where V sat is 1 × 10 7 cm / sec.
The RC time constant T RC of the load diode is expressed as T RC = Eπr 2 RL / w, where r is the radius of the diode and R L is the diode load (eg, 50Ω). The load diode response time is minimized when T transit = T RC or w / V sat = Eπr 2 RL / w.

【0017】したがって、最適値w又は非ドープ厚さ
は、 w = √(Eπr2satL) で表される。ゆえに、最適時間応答は、 Topt = √(Eπr2L/Vsat) で表される。Toptは、ダイオード半径に比例すること
より、そのダイオードを使用するFEB検出器の時間応
答は、非集束検出器より非常に改良されている。
Therefore, the optimum value w or the undoped thickness is represented by w = √ (Eπr 2 V sat RL ). Therefore, the optimum time response is expressed as T opt = √ (Eπr 2 RL / V sat ). Since T opt is proportional to the diode radius, the time response of FEB detectors using that diode is much improved over unfocused detectors.

【0018】以下は、好適実施例によるFEBイオン検
出器の設計及び動作パラメータの例である。この例のM
CPは、19mmのプレート直径及び10μmのチャネ
ル直径を有する。外部電源は、約1000Vのポテンシ
ャルをMCPの入力及び出力電極7及び9にまたがって
印加する。さらに、電源はMCP出力電極9と第1集束
リング12の間に約30Vのポテンシャルを印加し、M
CP出力電極9と第2集束リング14との間に約400
Vのポテンシャルを印加する。コレクタアノード20は
接地され、ダイオード34とMCP出力との間に約1
0,000Vの電位差が生じる。
The following is an example of the design and operating parameters of a FEB ion detector according to the preferred embodiment. M in this example
The CP has a plate diameter of 19 mm and a channel diameter of 10 μm. The external power supply applies a potential of about 1000 V across the input and output electrodes 7 and 9 of the MCP. Further, the power source applies a potential of about 30 V between the MCP output electrode 9 and the first focusing ring 12,
About 400 between the CP output electrode 9 and the second focusing ring 14.
A potential of V is applied. The collector anode 20 is grounded, and there is about 1 between the diode 34 and the MCP output.
A potential difference of 10,000 V occurs.

【0019】動作中、荷電粒子(正イオンのような)
は、MCPチャネル壁を打ち、電子を作り出す。電子は
電圧によりMCPを横切って加速され、チャネル壁を打
つことで付加的電子を生成する。電子のこの増倍によ
り、入射荷電粒子当たりの電子の正味利得とともに、M
CP出力端で電子のフラックスが得られる。その後、生
成された電子は加速され、集束リング12及び14によ
り集束される。図3に略示したように、FEBイオン検
出器の集束リングは、MCP出力の直径を、出力電極で
の18mmからコレクタアノード20でのビーム直径
0.25mmへと減少させ、MCPに印加されるバイア
ス及び集束リングは、ダイオード34を打つ電子の平均
エネルギーを10,000eVまで上げる。FEBイオ
ン検出器の利得は、MCPのバイアス電圧を変えること
で(すなわち、MCP入力及び出力電極間の電圧を変え
ることによって)、またMCPの集束リングとコレクタ
アノード間の全電圧を変えることによって、調整され得
る。1000VのMCPバイアス電圧に対し、またここ
で例示される10,000Vの全バイアス電圧に対し、
FEBイオン検出器の利得は9×107のオーダーであ
る。
In operation, charged particles (like positive ions)
Hit the MCP channel wall, producing electrons. The electrons are accelerated across the MCP by the voltage, striking the channel walls to produce additional electrons. This multiplication of the electrons, together with the net gain of electrons per incident charged particle, leads to M
Electron flux is obtained at the CP output end. Thereafter, the generated electrons are accelerated and focused by the focusing rings 12 and 14. As schematically shown in FIG. 3, the focusing ring of the FEB ion detector reduces the diameter of the MCP output from 18 mm at the output electrode to a beam diameter of 0.25 mm at the collector anode 20 and applied to the MCP. The bias and focusing ring raises the average energy of the electrons striking the diode 34 to 10,000 eV. The gain of the FEB ion detector is by changing the bias voltage of the MCP (ie by changing the voltage between the MCP input and output electrodes) and by changing the total voltage between the focusing ring of the MCP and the collector anode. Can be adjusted. For an MCP bias voltage of 1000V, and for the total bias voltage of 10,000V exemplified herein,
The gain of the FEB ion detector is on the order of 9 × 10 7 .

【0020】図4のAは、実測増幅特性曲線(ダイオー
ド出力電流対入力電流)を、図4のBは原型FEBイオ
ン検出器の微分利得を示したものである。ここで、検出
器は入力電子流を検出するのに使用される。利得は、1
nAの入力電流で106に近づく。
FIG. 4A shows a measured amplification characteristic curve (diode output current vs. input current), and FIG. 4B shows a differential gain of the prototype FEB ion detector. Here, the detector is used to detect the input electron current. The gain is 1
An input current of nA approaches 10 6 .

【0021】FEB検出器は、線形応答を伝達するまで
の間、比較的高い瞬間電流を扱うピン・ダイオードの能
力に関し、デバイスのバンド幅及びダイナミックレンジ
を改良することによって、チャネルトロン及びMCPス
タックのような現イオン検出器を改良する。FEB検出
器はまた、低容量を有し、したがって、従来の検出器よ
り回復時間が速い。
The FEB detector relates to the pin diode's ability to handle relatively high instantaneous currents while delivering a linear response, improving the bandwidth and dynamic range of the device to improve the performance of the channeltron and MCP stack. Such current ion detector is improved. FEB detectors also have low capacitance and therefore faster recovery times than conventional detectors.

【0022】FEB検出器は、現チャネルトロン又はM
CPスタック・イオン検出器より寿命が長い。チャネル
トロン及びMCPスタックの動作の要求されるところで
の高利得は、デバイスの出力で電子衝撃比を増加させ
る。高い衝撃比はチャネルの内部表面を悪化させ、放射
しにくくする。しかし、MCPは低利得で動作するた
め、このような悪化は、本発明のFEBイオン検出器で
は避けられる。
The FEB detector is a current channeltron or M
Longer life than CP stack ion detector. The high gain where required for operation of the channeltron and MCP stack increases the electron impact ratio at the output of the device. A high impact ratio deteriorates the internal surface of the channel, making it difficult to radiate. However, since the MCP operates at a low gain, such deterioration is avoided in the FEB ion detector of the present invention.

【0023】FEB検出器には、MCPスタック及びチ
ャネルトロンがもつのと同じ厳しい真空の要求は課せら
れない。現MCPスタック及びチャネルトロンの高利得
は、チャネル内に高電子密度を作り出す。電子とチャネ
ル内に存在する気体分子との衝突は正イオンを作り出
す。バイアス電圧の影響の下、正イオンがチャネルの入
力端方向へ移動するとき、それらはチャネル壁を打ち
“ノイズ”電子を作り出す。より高バイアス電圧はより
多くのイオンを作り出し、ノイズ効果を増大させる。本
発明のFEBイオン検出器は、電流チャネルトロン及び
MCPスタックより低いバイアス電圧で動作するので、
与えられた気体分子濃度でチャネル内に作り出されるイ
オンはごく少数である。したがって、FEB検出器は、
現検出器より低い真空状態の下で最小のイオンノイズ効
果とともに使用される。
FEB detectors are not subject to the same stringent vacuum requirements that MCP stacks and channeltrons have. The high gain of current MCP stacks and channeltrons creates high electron density in the channel. Collision of electrons with gas molecules present in the channel creates positive ions. Under the influence of the bias voltage, when positive ions move towards the input end of the channel, they strike the channel wall, creating "noise" electrons. Higher bias voltage creates more ions, increasing the noise effect. Since the FEB ion detector of the present invention operates at a lower bias voltage than current channeltrons and MCP stacks,
Very few ions are created in the channel at a given gas molecule concentration. Therefore, the FEB detector is
Used with minimal ion noise effects under vacuum conditions lower than current detectors.

【0024】上述の例は、多くの可能な形態の一つであ
って、FEB検出器の他の形態は本発明の態様の中にあ
る。例えば、他の一つの実施例において、シリコン又は
GaAsアバランシェ・フォトダイオードは、付加的利
得を与えるよう上述の固体ダイオードと取り替えられ
る。さらに、検出器は、利得を改良するためにMCPを
一つ以上直列に(スタックして)配置することも可能で
ある。
The above example is one of many possible forms, and other forms of FEB detectors are within the scope of the invention. For example, in another embodiment, a silicon or GaAs avalanche photodiode is replaced with the solid state diode described above to provide additional gain. Further, the detector may have one or more MCPs in series (stacked) for improved gain.

【0025】他の実施例において、集束リングは修正さ
れ、適用のため集束を最適化するようさらに集束リング
が加えられる。また、単一のダイオード34は、位置情
報を与えるようダイオードのアレイと取り替えられる。
In another embodiment, the focusing ring is modified and additional focusing rings are added to optimize focusing for the application. Also, the single diode 34 is replaced with an array of diodes to provide position information.

【0026】FEB検出器の大きさ及び特性は、適用に
一致するように選択されるべきである。例えば、MCP
は検出器入力領域を増加させるために、より大きな直径
を有するように設計されている。ダイオードとデバイス
・モニターとの間の連結は、周知の方法でダイオードと
同軸伝送ラインとのインピーダンスをマッチングさせる
ことにより最適化される。インピーダンスのマッチング
は、検出器の応答をダイナミックレンジ全体にわたって
フラット(flat)に維持するのを助ける。
The size and characteristics of the FEB detector should be chosen to match the application. For example, MCP
Is designed with a larger diameter to increase the detector input area. The connection between the diode and the device monitor is optimized by matching the impedance of the diode and the coaxial transmission line in a known manner. Impedance matching helps keep the detector response flat over the entire dynamic range.

【0027】FEBイオン検出器は、イオンの検出につ
いて説明されてきたが、MCPのチャネル壁を打つこと
で電子を生成させる、X線、光子またはエネルギーを有
する中性粒子のようなさまざまな粒子の検出にも使用さ
れる。さらに、FEB検出器は、通常のMCPについて
説明されてきたが、その壁は、周知の方法によって電子
生成効果を強化するために、本発明の使用に際し、ドー
プされ又はコートされ得る。 ハイブリッド・フォトマ
ルチプライア・チューブの好適実施例が、図5に示され
ている。ハイブリッド・フォトマルチプライア・チュー
ブの等電位線及び電子軌道が図6に略示されている。真
空外囲器110またはハウジングは、典型的に10-10t
orrのオーダーの圧力を有する真空領域112を包囲す
る。該真空外囲器110は、窓114、側壁116、電
極118及びコネクタ組立体120を含む。該側壁11
6は、典型的にいくつかのセラミックリングから成る。
典型的に、真空外囲器110は、側壁116が円筒形に
なるように、中心軸線122に関し円対称である。しか
し、真空外囲器110は、他の物理的形状を有すること
も可能である。
The FEB ion detector, which has been described for the detection of ions, of various particles, such as neutral particles with x-rays, photons or energies, which produce electrons by striking the channel walls of the MCP. Also used for detection. Furthermore, although FEB detectors have been described for conventional MCPs, the walls can be doped or coated during use of the present invention to enhance the electron production effect by known methods. A preferred embodiment of the hybrid photomultiplier tube is shown in FIG. The equipotential lines and electron trajectories of the hybrid photomultiplier tube are shown schematically in FIG. The vacuum envelope 110 or housing is typically 10 -10 t
It encloses a vacuum region 112 having a pressure on the order of orr. The vacuum envelope 110 includes a window 114, sidewalls 116, electrodes 118 and a connector assembly 120. The side wall 11
6 typically consists of several ceramic rings.
Typically, vacuum envelope 110 is circularly symmetric with respect to central axis 122 such that sidewall 116 is cylindrical. However, the vacuum envelope 110 can have other physical shapes.

【0028】フォトカソード130は、窓114の内側
表面上に配置される。好適に、フォトカソード130
は、ガリウムヒ素化合物、ガリウムヒ素リン化合物、イ
ンジウムリン化合物又はインジウムリン/インジウムガ
リウムヒ素化合物のような3族と5族の半導体原子の化
合物から成る。適当なガリウムヒ素リン化合物のフォト
カソードは、J. P. Edgecumbe等による“A GaAsP Photo
cathode With 40% QE at515 nm", SPIE Vol. 1655, Ele
ctron Tubes and Image Intensifiers, February 1992
に開示されている。適当なガリウムヒ素化合物のフォト
カソードが、K. A. Costell等による“Imaging GaAs Va
cuum Photodiode with 40% Quantum Efficiency at 530
nm", SPIE Vol. 1243, Electron Image Tubes and Ima
ge Intensifiers, 1990に開示されている。他の適当な
フォトカソードは、K. Costello等による“Transferred
Electron Photocathode with Greater Than 5% Quantu
m Efficiency Beyond One Micron", SPIE Vol. 1449, E
lectron Tubes and Image Intensifiers II, 1991に開
示されている。典型的に、エピタキシャル成長層を有す
るウェーハとして、適当なフォトカソードの成分元素
が、窓114に付着され、GaAs又はGaAsPのフ
ォトカソードの時は、該ウェーハ基板がエッチングされ
る。移送電子フォトカソードの場合には、該基板はその
まま残されるか又は取り外される。該フォトカソード1
30は、窓114を通じて受信する入射光に応答して電
子を放出する。
The photocathode 130 is disposed on the inner surface of the window 114. Preferably, the photocathode 130
Is a compound of Group 3 and Group 5 semiconductor atoms such as a gallium arsenide compound, a gallium arsenide phosphide compound, an indium phosphide compound or an indium phosphide / indium gallium arsenide compound. A suitable photocathode of gallium arsenide phosphorus compound is "A GaAsP Photo
cathode With 40% QE at515 nm ", SPIE Vol. 1655, Ele
ctron Tubes and Image Intensifiers , February 1992
Is disclosed in. A suitable gallium arsenide compound photocathode is used in "Imaging GaAs Va
cuum Photodiode with 40% Quantum Efficiency at 530
nm ", SPIE Vol. 1243, Electron Image Tubes and Ima
ge Intensifiers , 1990. Other suitable photocathodes are described in "Transferred by K. Costello et al.
Electron Photocathode with Greater Than 5% Quantu
m Efficiency Beyond One Micron ", SPIE Vol. 1449, E
lectron Tubes and Image Intensifiers II , 1991. Typically, as a wafer with an epitaxially grown layer, the appropriate photocathode constituent elements are deposited in the window 114 and, in the case of a GaAs or GaAsP photocathode, the wafer substrate is etched. In the case of a transfer electron photocathode, the substrate is either left in place or removed. The photocathode 1
30 emits electrons in response to incident light received through window 114.

【0029】フォトカソード130によって放出された
電子は、真空外囲器110内部に密閉された電極134
及び136によってフォトダイード132上に集束され
る。電極134及び136は中央アパーチャ138及び
140を有し、それぞれフォトダイード132への電子
の通過路を成す。電極134及び136の位置と大きさ
は、フォトカソードによって放出された電子をフォトダ
イード132に集束させるために選択される。必要に応
じ、集束電極をさらに使用することもできる。
Electrons emitted by the photocathode 130 are sealed inside the vacuum envelope 110 by an electrode 134.
And 136 to focus on the photodiode 132. Electrodes 134 and 136 have central apertures 138 and 140, respectively, which provide a path for electrons to photodiode 132. The location and size of electrodes 134 and 136 are selected to focus the electrons emitted by the photocathode onto photodiode 132. Further focusing electrodes can be used if desired.

【0030】典型的に、フォトカソード130は約−1
0kVにバイアスされる。このフォトカソードにおい
て、典型的に、電極134は−9878Vに、電極13
6は−9700Vのバイアスされる。電極118は、電
気的にフォトダイード132に接続され且つ接地されて
いる。バイアス電圧は、適当な外部電源(図示せず)に
よって印加される。
Typically, the photocathode 130 is about -1.
Biased to 0 kV. In this photocathode, electrode 134 is typically at -9878V and electrode 13 is at
6 is biased at -9700V. The electrode 118 is electrically connected to the photodiode 132 and grounded. The bias voltage is applied by a suitable external power supply (not shown).

【0031】好適に、フォトダイード132は、アバラ
ンシェ・フォトダイードであって、軸線122上に載置
されている。フォトカソード130からのエネルギー電
子により衝撃を受けたとき、フォトダイード132は電
子倍増を生成するよう選択される。好適実施例におい
て、フォトダイード132はGaAs/AlGaAsの
アバランシェ・フォトダイードである。その他の適当な
フォトダイードは、図2に示され、FEBイオン検出器
に関連して説明されたようなピン・フォトダイードを含
む。
Preferably, the photo diode 132 is an avalanche photo diode and is mounted on the axis 122. When bombarded by energetic electrons from the photocathode 130, the photodiode 132 is selected to produce electron doubling. In the preferred embodiment, photodiode 132 is a GaAs / AlGaAs avalanche photodiode. Other suitable photodiodes include pinned photodiodes as shown in FIG. 2 and described in connection with the FEB ion detector.

【0032】上で指摘したように、電荷は、側壁116
の内側表面142上に蓄積する。例えば、側壁116は
約0.065インチのオーダーの厚さを有するセラミッ
ク材料である。図6に示されるように、フォトカソード
130から放出される電子は、電極134及び136に
よって、軌道144、146、などに沿って集束され、
フォトダイード132に入射される。等電位線148、
150等は、電極の形状により確立される。電荷が内側
面142上に蓄積されると、電場形状及び電子軌道14
4、146は影響を受け、もはや電子はフォトダイード
132上に集束されなくなる。
As pointed out above, the charge is transferred to the sidewall 116.
Accumulate on the inner surface 142 of the. For example, the sidewalls 116 are a ceramic material having a thickness on the order of about 0.065 inches. As shown in FIG. 6, the electrons emitted from the photocathode 130 are focused by the electrodes 134 and 136 along trajectories 144, 146, etc.,
It is incident on the photo diode 132. Equipotential line 148,
150 etc. is established by the shape of the electrodes. When the charge is accumulated on the inner surface 142, the electric field shape and the electron orbit 14
4, 146 are affected and electrons are no longer focused on the photodiode 132.

【0033】この問題を克服するために、導体が真空外
囲器110の側壁116上又は付近に配置される。図5
の実施例において、該導体は、側壁116の外表面上の
導体152及び154を含む。導体152はフォトカソ
ード130へ、電気的に接続され、導体154は、電極
130へ電気的に接続されている。上記の例において、
電極134とフォトカソード130の間の電位差は、1
00Vのオーダーなので、ギャップ156は比較的小さ
い。
To overcome this problem, conductors are placed on or near the sidewalls 116 of the vacuum envelope 110. Figure 5
In one embodiment, the conductors include conductors 152 and 154 on the outer surface of sidewall 116. The conductor 152 is electrically connected to the photocathode 130, and the conductor 154 is electrically connected to the electrode 130. In the example above,
The potential difference between the electrode 134 and the photocathode 130 is 1
Since it is on the order of 00V, the gap 156 is relatively small.

【0034】導体152及び154の効果は、以下の通
りである。正に帯電した側壁116内表面142の電荷
は、導体152及び154上の大きさが同じで極性が逆
の電荷により、不動態化される。これにより、内表面1
42上の電荷によって発生した電場が、側壁116の内
表面と外表面の間に閉じ込められる。側壁116の内及
び外表面上の電荷は、効果的にコンデンサを形成し、最
小の縁電場のみがこれらの電荷からフォトカソード13
0とフォトダイード132の間の真空領域へ伸長する。
結果として、内表面142上の電荷は、フォトカソード
130とフォトダイード132の間の電子が従う電子軌
道144、146他には、目立った影響を与えない。
The effects of the conductors 152 and 154 are as follows. The charge on the inner surface 142 of the positively charged sidewall 116 is passivated by the charge of the same magnitude and opposite polarity on the conductors 152 and 154. Thereby, the inner surface 1
The electric field generated by the charge on 42 is trapped between the inner and outer surfaces of sidewall 116. The charges on the inner and outer surfaces of the sidewalls 116 effectively form a capacitor, and only the minimum edge field is from these charges to the photocathode 13.
Extends to the vacuum region between 0 and photodiode 132.
As a result, the charge on the inner surface 142 has no noticeable effect on the electron trajectories 144, 146, etc., followed by the electrons between the photocathode 130 and the photodiode 132.

【0035】導体152及び154は、側壁116の外
表面上への金属ホイル又は金属塗料のような従来の方法
で実現される。フォトマルチプライア・チューブの外表
面上の金属ホイル及び導体塗料は、チューブの安定動作
をもたらすことが分かった。外表面上への塗料の長所
は、側壁116及び導体の間の空気領域が除去されるこ
とである。そのような領域は、フォトマルチプライア・
チューブ内の電子光学に異方性を生じさせる。好適実施
例において使用されるのは、銀塗料のような金属塗料で
あって、側壁116の外表面を覆う。導体152と15
4の間のギャップ156は、それぞれの電極に印加され
る電圧と離隔絶縁するのに十分広い。図6に最もよく示
されるように、導体152と154の間のギャップ15
6は、電極134によって、フォトダイード132への
直線視軸から遮蔽され又は陰にされ、それによって、ギ
ャップ156の領域で側壁156で蓄積された電荷の可
能性を最小にする。
The conductors 152 and 154 are realized by conventional methods such as metal foil or metal paint on the outer surface of the sidewall 116. It has been found that the metal foil and conductor paint on the outer surface of the photomultiplier tube results in stable operation of the tube. The advantage of paint on the outer surface is that the air regions between the sidewalls 116 and the conductors are removed. Such areas include photomultipliers
It causes anisotropy in electron optics in the tube. Used in the preferred embodiment is a metallic paint, such as silver paint, which covers the outer surface of sidewall 116. Conductors 152 and 15
The gap 156 between 4 is wide enough to be isolated from the voltage applied to each electrode. As best shown in FIG. 6, the gap 15 between conductors 152 and 154
6 is shielded or shaded from the line-of-sight axis to the photodiode 132 by the electrode 134, thereby minimizing the potential for charge stored on the sidewall 156 in the region of the gap 156.

【0036】導体は、電極136及び電極118の間の
領域158の側壁116の外部表面には適用されないこ
とが分かる。好適に、側壁116のこの部分は、ある理
由で金属塗料が施されない。フォトマルチプライア・チ
ューブに印加されたほぼ10kVの電圧が電極136及
び118の間に現れる。したがって、比較的大きな絶縁
ギャップが要求される。さらに、フォトダイオード13
2から散らばった電子は、チューブの反対端へ向かうフ
ォトカソード130の付近への軌道に従うことが分かっ
た。最後に、フォトダイオード132近くの領域内で、
電子は比較的大きな速度に加速され、側壁116上の荷
電粒子は電子軌道に影響を与えにくくなる。
It can be seen that the conductor is not applied to the outer surface of the sidewall 116 of the region 158 between the electrodes 136 and 118. Preferably, this portion of sidewall 116 is unpainted for some reason. A voltage of approximately 10 kV applied to the photomultiplier tube appears between electrodes 136 and 118. Therefore, a relatively large insulation gap is required. Furthermore, the photodiode 13
It was found that the electrons scattered from 2 follow a trajectory towards the photocathode 130 towards the opposite end of the tube. Finally, in the area near the photodiode 132,
The electrons are accelerated to a relatively large velocity, and the charged particles on the side wall 116 are less likely to affect the electron trajectories.

【0037】その他の実施例として、導体152及び1
54に対応する導体が、側壁116の内部表面142上
に配置される。これは、フォトダイオード132への電
子軌道144、146等の良い集束は、可能であり且つ
導体152及び154を使用することでわずかに改善さ
れることが判明したためである。この場合には、絶縁表
面42上に蓄積した荷電粒子は、その上の導体によって
伝導される。この方法は、真空外囲器110内部の導体
がガス抜きし、フォトマルチプライア・チューブの寿命
を縮めるので、蓄積を防止するには有効であるが、導体
152及び154を側壁116の外部表面に設置するよ
りも効果は薄い。
As another example, conductors 152 and 1
A conductor corresponding to 54 is disposed on the interior surface 142 of the sidewall 116. This is because good focusing of electron trajectories 144, 146, etc. to the photodiode 132 has been found to be possible and slightly improved by using conductors 152 and 154. In this case, the charged particles that have accumulated on the insulating surface 42 will be conducted by the conductor above it. This method is effective in preventing accumulation because the conductor inside the vacuum envelope 110 outgases and shortens the life of the photomultiplier tube, but conductors 152 and 154 are provided on the outer surface of the sidewall 116. It is less effective than installing it.

【0038】コネクタ組立体120は、セラミック・イ
ンシュレータ162内に載置された中央導体160を含
む。セラミック・インシュレータ162は外部導体16
4によって支持される。セラミック・インシュレータ1
62は、中央導体160及び外部導体164と鑞接され
る。外部導体164は、しっかりした真空組立体を形成
するために、電極118へ溶接される。フォトダイオー
ド132は、中央導体160を実質的に覆うように真空
領域112内に伸長する中央導体160の一端に載置さ
れる。図6に示されるように、セラミック・インシュレ
ータ162は、電極118と電気的に結合し、中央導体
160と接触せずに囲む、金属被膜166を含む。細い
導線168が、金属被膜166とフォトダイオード13
2の接触パッドの頂上との間に接続されている。さら
に、コネクタ組立体120は、ロックナット172によ
り、中央導体160及び外部導体164へ固定された、
従来のSMA−タイプの同軸コネクタ170を含む。
The connector assembly 120 includes a central conductor 160 mounted within a ceramic insulator 162. The ceramic insulator 162 is the outer conductor 16
Supported by 4. Ceramic insulator 1
62 is brazed to the central conductor 160 and the outer conductor 164. The outer conductor 164 is welded to the electrode 118 to form a solid vacuum assembly. The photodiode 132 is mounted on one end of the central conductor 160 extending into the vacuum region 112 so as to substantially cover the central conductor 160. As shown in FIG. 6, the ceramic insulator 162 includes a metal coating 166 that is electrically coupled to the electrode 118 and surrounds the center conductor 160 without contact. The thin conductive wire 168 is used for the metal coating 166 and the photodiode 13.
It is connected between the tops of the two contact pads. Further, the connector assembly 120 is fixed to the central conductor 160 and the outer conductor 164 by the lock nut 172,
It includes a conventional SMA-type coaxial connector 170.

【0039】コネクタ組立体120は、ハイブリッド・
フォトマルチプライア・チューブの動作において、いく
つかの利点を有する。該コネクタは、真空外囲器110
の一部として機能し、したがって、チューブ内の電場形
状に影響を及ぼす。コネクタの内部表面は、チューブの
体積空間に晒されているため、チューブ工程の間電子に
よってこすられ、チューブがきれいになる。コネクタ
は、フォトダイオード132により完全に覆われる中央
導体上に、フォトダイオード132を支持する。したが
って、フォトダイオード132に印加されたバイアス電
圧は、電子をフォトダイオード上に集束する電場に影響
を与えない。好適フォトダイオード132は、比較的低
い動作電圧を有し、標準規格のSMA出力コネクタを使
用することもできる。該コネクタは、1GHzを超える
フラットな周波数応答を許容するよう、50Ωにインピ
ーダンスを一致させている。
The connector assembly 120 is a hybrid
It has several advantages in the operation of photomultiplier tubes. The connector is a vacuum envelope 110.
Functioning as a part of, thus affecting the shape of the electric field in the tube. Since the inner surface of the connector is exposed to the volume of the tube, it is rubbed by electrons during the tube process to clean the tube. The connector supports the photodiode 132 on a central conductor that is completely covered by the photodiode 132. Therefore, the bias voltage applied to the photodiode 132 does not affect the electric field that focuses the electrons on the photodiode. The preferred photodiode 132 has a relatively low operating voltage and can also use standard SMA output connectors. The connector is impedance matched to 50Ω to allow a flat frequency response above 1 GHz.

【0040】好適実施例において、フォトカソード13
0は、24.5mmの直径を有し、窓114はコーニン
グ・タイプ(Corning type)7056グラスからできて
いる。真空外囲器110は、直径1.6インチで長さ
2.0インチを有する。上述のJ. P. Edgecumbe等の論
文で説明された、ガリウムヒ素リン化合物フォトカソー
ドの量子効果及び応答感度が、波長の関数として図7に
グラフ化されている。上述のK. A. Costello等の論文で
説明された、ガリウムヒ素化合物フォトカソードの量子
効果及び応答感度が、波長の関数として図8にグラフ化
されている。両者において、20,000以上の利得及
び0.5ns以下の立ち上がり時間が期待される。電子
衝撃利得は、図9にアノードに対するフォトカソードの
バイアスの関数としてグラフ化されている。
In the preferred embodiment, the photocathode 13
The 0 has a diameter of 24.5 mm and the window 114 is made of Corning type 7056 glass. The vacuum envelope 110 has a diameter of 1.6 inches and a length of 2.0 inches. The quantum effects and response sensitivities of gallium arsenide phosphide photocathodes described in JP Edgecumbe et al., Supra, are plotted in FIG. 7 as a function of wavelength. The quantum effects and response sensitivities of gallium arsenide photocathodes described in the above-mentioned KA Costello et al. Article are graphed in FIG. 8 as a function of wavelength. In both cases, a gain of 20,000 or more and a rise time of 0.5 ns or less are expected. Electron impact gain is graphed in FIG. 9 as a function of photocathode bias relative to the anode.

【0041】外囲器壁上の荷電粒子が電子軌道に与える
影響を制限するための真空外囲器上又は付近での導体の
使用は、ハイブリッド・フォトマルチプライア・チュー
ブに関連して説明されてきた。真空外囲器の外部表面上
の導体によって電荷蓄積を不動態化するこの方法は、他
のフォトマルチプライア・チューブに利用でき、さらに
一般的には、真空外囲器、荷電粒子ソース及び真空外囲
器内部で荷電粒子の軌道を制御するための光学を含むよ
うな真空チューブなら利用できる。さらに、該導体は、
上述のFEBイオン検出器に使用されうる。真空外囲器
の壁内の領域へ、電荷により生じた電場を制限すること
により、電荷による荷電粒子軌道への影響は最小化され
る。上述したように、導体は、真空外囲器内部表面への
電荷の影響を制限することが所望されるあらゆる領域
で、真空外囲器上又は付近に設置される。
The use of conductors on or near the vacuum envelope to limit the effect of charged particles on the envelope walls on electron trajectories has been described in connection with hybrid photomultiplier tubes. It was This method of passivating charge storage by conductors on the outer surface of the vacuum envelope can be used for other photomultiplier tubes, and more generally, vacuum envelopes, charged particle sources and vacuum envelopes. Any vacuum tube containing optics to control the trajectories of charged particles inside the enclosure can be used. Furthermore, the conductor is
It can be used in the FEB ion detector described above. By limiting the electric field generated by the charge to the region within the wall of the vacuum envelope, the effect of charge on the trajectory of charged particles is minimized. As mentioned above, the conductors are placed on or near the vacuum envelope in any area where it is desired to limit the effect of charges on the interior surface of the vacuum envelope.

【0042】発明の現に考慮されること及び実施例につ
いて説明されてきたが、請求の範囲に記載された発明の
思想及び態様から離れることなく、さまざまな変形及び
修正が可能であることは、当業者の認めるところであ
る。
While the present contemplation and embodiments of the invention have been described, it should be understood that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and aspects of the claimed invention. That's what the vendors admit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】FEBイオン検出器の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an FEB ion detector.

【図2】FEBイオン検出器のダイオード・エレメント
の詳細図である。
FIG. 2 is a detailed view of the diode element of the FEB ion detector.

【図3】FEBイオン検出器の動作を略示したものであ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the FEB ion detector.

【図4】Aは、FEBイオン検出器の出力電流対入力電
流の実測増幅特性曲線を示し、Bは、Aから計算した微
分利得対入力電流曲線を示したものである。
FIG. 4A shows a measured amplification characteristic curve of output current vs. input current of the FEB ion detector, and FIG. 4B shows differential gain vs. input current curve calculated from A.

【図5】本発明のハイブリッド・フォトマルチプライア
・チューブの断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the hybrid photomultiplier tube of the present invention.

【図6】図5のフォトマルチプライア・チューブの略示
図であって、チューブの導体部分並びに生成された電場
による等電位線及び電子軌道を示したものである。
6 is a schematic diagram of the photomultiplier tube of FIG. 5, showing the conductor portion of the tube and the equipotential lines and electron trajectories due to the electric field generated.

【図7】量子効率、及びガリウムヒ素リン化合物のフォ
トカソードに対する波長の関数としての感度のグラフで
ある。
FIG. 7 is a graph of quantum efficiency and sensitivity of gallium arsenide phosphide compounds to photocathodes as a function of wavelength.

【図8】量子効率、及びガリウムヒ素化合物のフォトカ
ソードに対する波長の関数としての感度のグラフであ
る。
FIG. 8 is a graph of quantum efficiency and sensitivity of a gallium arsenide compound to a photocathode as a function of wavelength.

【図9】アノードに対するフォトカソードのバイアスの
関数としての電子衝撃利得のグラフである。
FIG. 9 is a graph of electron impact gain as a function of photocathode bias for anode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

110 真空外囲器 112 真空領域 114 窓 116 側壁 118 電極 120 コネクタ組立体 122 軸線 130 フォトカソード 132 フォトダイオード 134 電極 136 電極 142 内側表面 152 導体 154 導体 156 ギャップ 160 中央導体 162 セラミック・インシュレータ 164 外部導体 168 細線 170 同軸コネクタ 172 ロックナット 110 Vacuum Envelope 112 Vacuum Region 114 Window 116 Sidewall 118 Electrode 120 Connector Assembly 122 Axis 130 Photocathode 132 Photodiode 134 Electrode 136 Electrode 142 Inner Surface 152 Conductor 154 Conductor 156 Gap 160 Central Conductor 162 Ceramic Insulator 164 Outer Conductor 168 Fine wire 170 Coaxial connector 172 Lock nut

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バール・ダブリュー・アエビ アメリカ合衆国カリフォルニア州メンロパ ーク、ローレル・セイント220 ─────────────────────────────────────────────────── ───Continued from the front page (72) Inventor Bur W. Ahrabi Laurel Saint 220, Menlo Park, CA, USA

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光子に応答して電子を放出するため
のフォトカソードと、 前記フォトカソードによって放出された前記電子を集合
させ且つ倍増させるための、及び前記入力光子を表す出
力信号を与えるための検出器と、 前記電子を前記検出器上に集束させるための一つまたは
それ以上の電極と、 前記電子を前記検出器へ向けて加速するための手段と、 前記フォトカソードと前記検出器との間に真空領域を画
成し、前記フォトカソードと前記検出器との間に前記電
子の経路に近接する側壁を含む真空外囲器と、 前記側壁上の荷電粒子が前記電子の軌道に及ぼす影響を
減少させるための前記側壁上または付近に配置された導
体と、から成るフォトマルチプライア・チューブ。
1. A photocathode for emitting electrons in response to incident photons, for assembling and multiplying the electrons emitted by the photocathode, and for providing an output signal representative of the input photons. Detector, one or more electrodes for focusing the electrons on the detector, means for accelerating the electrons towards the detector, the photocathode and the detector. A vacuum envelope defining a vacuum region between the photocathode and the detector, the vacuum envelope including a sidewall proximate to the electron path, and charged particles on the sidewall affect the electron trajectory. A photomultiplier tube comprising a conductor disposed on or near the sidewall to reduce effects.
【請求項2】 請求項1に定義されたフォトマルチプラ
イア・チューブであって、前記導体は、前記側壁の外側
表面上に配置されるところのフォトマルチプライア・チ
ューブ。
2. The photomultiplier tube as defined in claim 1, wherein the conductor is disposed on an outer surface of the sidewall.
【請求項3】 請求項2に定義されたフォトマルチプラ
イア・チューブであって、前記導体は、前記外側表面上
の導体塗料から成るところのフォトマルチプライア・チ
ューブ。
3. A photomultiplier tube as defined in claim 2, wherein the conductor comprises a conductive coating on the outer surface.
【請求項4】 請求項3に定義されたフォトマルチプラ
イア・チューブであって、前記導体塗料が銀から成ると
ころのフォトマルチプライア・チューブ。
4. A photomultiplier tube as defined in claim 3, wherein the conductive paint comprises silver.
【請求項5】 請求項2に定義されたフォトマルチプラ
イア・チューブであって、前記導体は、前記フォトカソ
ードに電気的に結合した第1部分、及び前記電極の一つ
に電気的に結合した第2部分を含み、前記第1及び第2
部分がギャップによって離隔されているところのフォト
マルチプライア・チューブ。
5. A photomultiplier tube as defined in claim 2, wherein the conductor is electrically coupled to a first portion electrically coupled to the photocathode and one of the electrodes. A second portion, the first and second
A photomultiplier tube where the parts are separated by a gap.
【請求項6】 請求項1に定義されたフォトマルチプラ
イア・チューブであって、前記真空外囲器は窓を含み、
前記フォトカソードは前記窓の内側表面上に配置される
ところのフォトマルチプライア・チューブ。
6. A photomultiplier tube as defined in claim 1, wherein the vacuum envelope includes a window.
A photomultiplier tube, wherein the photocathode is disposed on the inner surface of the window.
【請求項7】 請求項6に定義されたフォトマルチプラ
イア・チューブであって、前記フォトカソードは3族及
び5族の半導体元素から成るところのフォトマルチプラ
イア・チューブ。
7. The photomultiplier tube as defined in claim 6, wherein the photocathode comprises a Group 3 and Group 5 semiconductor element.
【請求項8】 請求項6に定義されたフォトマルチプラ
イア・チューブであって、前記フォトカソードは、GaA
s、 GaAsP、 InP及びInP/InGaAsから成る群から選択さ
れるところのフォトマルチプライア・チューブ。
8. A photomultiplier tube as defined in claim 6, wherein the photocathode is GaA.
A photomultiplier tube selected from the group consisting of s, GaAsP, InP and InP / InGaAs.
【請求項9】 請求項1に定義されたフォトマルチプラ
イア・チューブであって、前記電極は、前記電子が通過
するためのアパーチャを有する離隔された第1及び第2
電極を含むところのフォトマルチプライア・チューブ。
9. A photomultiplier tube as defined in claim 1, wherein the electrodes are spaced apart first and second having apertures for passage of the electrons.
Photomultiplier tube where the electrodes are included.
【請求項10】 請求項1に定義されたフォトマルチプ
ライア・チューブであって、前記検出器は、アバランシ
ェ・フォトダイオードから成るところのフォトマルチプ
ライア・チューブ。
10. A photomultiplier tube as defined in claim 1, wherein the detector comprises an avalanche photodiode.
【請求項11】 請求項10に定義されたフォトマルチ
プライア・チューブであって、前記真空外囲器は前記フ
ォトダイオードに結合した同軸フィードスルーを含み、
前記同軸フィードスルーは前記出力信号を前記真空外囲
器の外部へ連結するところのフォトマルチプライア・チ
ューブ。
11. A photomultiplier tube as defined in claim 10, wherein the vacuum envelope includes a coaxial feedthrough coupled to the photodiode.
A photomultiplier tube in which the coaxial feedthrough connects the output signal to the outside of the vacuum envelope.
【請求項12】 請求項11に定義されたフォトマルチ
プライア・チューブであって、前記同軸フィードスルー
は中央導体を含み、前記フォトダイオードは前記中央導
体上に載置されるところのフォトマルチプライア・チュ
ーブ。
12. A photomultiplier tube as defined in claim 11, wherein the coaxial feedthrough includes a center conductor and the photodiode is mounted on the center conductor. tube.
【請求項13】 請求項12に定義されたフォトマルチ
プライア・チューブであって、前記フォトダイオード
は、前記中央導体の一端を覆うところのフォトマルチプ
ライア・チューブ。
13. The photomultiplier tube as defined in claim 12, wherein the photodiode covers one end of the central conductor.
【請求項14】 真空外囲器、荷電粒子を放出するため
の前記真空外囲器内の荷電粒子ソース、及び前記真空外
囲器内の前記荷電粒子の軌道を制御するための光学を含
むタイプの真空チューブにおいて、改良点は、 前記真空外囲器上の荷電粒子が前記荷電粒子の軌道に及
ぼす影響を減少させるための前記真空外囲器上または付
近に配置された導体から成る真空チューブ。
14. A type including a vacuum envelope, a charged particle source in the vacuum envelope for emitting charged particles, and optics for controlling the trajectory of the charged particles in the vacuum envelope. In the vacuum tube according to claim 1, the improvement is a vacuum tube comprising a conductor arranged on or near the vacuum envelope for reducing the influence of the charged particles on the vacuum envelope on the trajectory of the charged particles.
【請求項15】 請求項14に定義された改良型真空チ
ューブであって、前記荷電粒子ソースは電子ソースから
成るところの改良型真空チューブ。
15. An improved vacuum tube as defined in claim 14, wherein the charged particle source comprises an electron source.
【請求項16】 請求項15に定義された改良型真空チ
ューブであって、前記導体は、前記真空外囲器の外側表
面上に配置されるところの改良型真空チューブ。
16. An improved vacuum tube as defined in claim 15, wherein the conductor is disposed on an outer surface of the vacuum envelope.
【請求項17】 請求項16に定義された改良型真空チ
ューブであって、前記導体は、前記外側表面上の塗料か
ら成るところの改良型真空チューブ。
17. An improved vacuum tube as defined in claim 16, wherein the conductor comprises paint on the outer surface.
【請求項18】 請求項14に定義された改良型真空チ
ューブであって、前記真空チューブはフォトマルチプラ
イア・チューブから成るところの改良型真空チューブ。
18. An improved vacuum tube as defined in claim 14, wherein the vacuum tube comprises a photomultiplier tube.
【請求項19】 入射光子に応答し電子を放出するため
のフォトカソードと、 前記電子を集め且つ倍増するための、及び前記入射光子
を表す出力信号を与えるためのフォトダイオードと、 前記フォトカソードと前記フォトダイオードの間で前記
電子の軌道を制御するための電子光学的手段と、 前記電子を前記フォトカソードと前記フォトダイオード
の間で加速させるための電場を前記フォトカソードと前
記フォトダイオードとの間に印加するための手段と、 前記フォトカソードと前記フォトダイオードとの間に真
空領域を画成する真空外囲器と、 前記真空外囲器上の電荷が前記電子に与える影響を減少
させるための、前記真空外囲器の外側表面上の少なくと
も一部に配置された導体と、から成るフォトマルチプラ
イア・チューブ。
19. A photocathode for emitting electrons in response to incident photons; a photodiode for collecting and multiplying the electrons and for providing an output signal representative of the incident photons; and the photocathode. Electron-optical means for controlling the trajectories of the electrons between the photodiodes, and an electric field for accelerating the electrons between the photocathodes and the photodiodes between the photocathodes and the photodiodes. A vacuum envelope that defines a vacuum region between the photocathode and the photodiode, and a means for reducing the effect of charges on the vacuum envelope on the electrons. A conductor disposed on at least a portion of the outer surface of the vacuum envelope.
【請求項20】 請求項19に定義されたフォトマルチ
プライア・チューブであって、前記電子光学手段は、第
1及び第2集束電極から成るところのフォトマルチプラ
イア・チューブ。
20. A photomultiplier tube as defined in claim 19, wherein said electro-optic means comprises first and second focusing electrodes.
【請求項21】 請求項20に定義されたフォトマルチ
プライア・チューブであって、前記導体は、 前記真空外囲器上に形成され且つ前記フォトカソードに
電気的に接続された第1導体塗料と、 前記真空外囲器上に形成され且つ前記第1集束電極に電
気的に接続された第2導体塗料とから成り、 前記第1及び第2導体塗料は、ギャップにより離隔され
ている、ところのフォトマルチプライア・チューブ。
21. A photomultiplier tube as defined in claim 20, wherein the conductor comprises a first conductor coating formed on the vacuum envelope and electrically connected to the photocathode. A second conductor paint formed on the vacuum envelope and electrically connected to the first focusing electrode, wherein the first and second conductor paints are separated by a gap. Photomultiplier tube.
【請求項22】 請求項21に定義されたフォトマルチ
プライア・チューブであって、前記第1及び第2導体塗
料の間の前記ギャップは、前記真空外囲器上の一部に配
置され、且つ前記電子光学手段により前記フォトダイオ
ードへの直線視軸から妨げられるところのフォトマルチ
プライア・チューブ。
22. A photomultiplier tube as defined in claim 21, wherein the gap between the first and second conductive coatings is located on a portion of the vacuum envelope, and A photomultiplier tube, which is blocked by the electro-optic means from a straight line of sight to the photodiode.
【請求項23】 請求項19に定義されたフォトマルチ
プライア・チューブであって、前記真空外囲器は窓を含
み、前記フォトカソードは前記窓の内側表面上に配置さ
れるところのフォトマルチプライア・チューブ。
23. The photomultiplier tube as defined in claim 19, wherein the vacuum envelope includes a window and the photocathode is disposed on an inner surface of the window. ·tube.
【請求項24】 請求項23に定義されたフォトマルチ
プライア・チューブであって、前記フォトカソードは3
族と5族の半導体元素から成るところのフォトマルチプ
ライア・チューブ。
24. A photomultiplier tube as defined in claim 23, wherein the photocathode is 3
A photomultiplier tube that is made of semiconductor elements of Groups 5 and 5.
【請求項25】 請求項19に定義されたフォトマルチ
プライア・チューブであって、 前記真空外囲器は、前記出力信号を前記真空外囲器の外
部へ連結させるための同軸フィードスルーを含むところ
の、及び前記フォトダイオードは、前記同軸フィードス
ルーの中央導体上に載置されているところのフォトマル
チプライア・チューブ。
25. The photomultiplier tube as defined in claim 19, wherein the vacuum envelope includes a coaxial feedthrough for coupling the output signal to the outside of the vacuum envelope. , And the photodiode is mounted on the central conductor of the coaxial feedthrough.
【請求項26】 入射光子に応答して電子を放出するた
めのフォトカソードと、 前記フォトカソードによって放出された前記電子を集合
させ且つ倍増するための、及び前記入力光子を表す出力
信号を与えるための検出器と、 前記フォトカソードと前記検出器との間で前記電子の軌
道を制御するための電子光学手段と、 前記電子を前記検出器へ向けて加速するための手段と、 前記フォトカソードと前記検出器との間に真空領域を画
成する真空外囲器と、 前記真空外囲器上の荷電粒子が前記電子の軌道に及ぼす
影響を減少させるための前記真空外囲器の内側表面の少
なくとも一部分上に配置された導体と、から成るフォト
マルチプライア・チューブ。
26. A photocathode for emitting electrons in response to an incident photon, for assembling and multiplying the electrons emitted by the photocathode, and for providing an output signal representative of the input photon. Detector, electro-optical means for controlling the trajectory of the electrons between the photocathode and the detector, means for accelerating the electrons toward the detector, and the photocathode A vacuum envelope defining a vacuum region between the detector and an inner surface of the vacuum envelope for reducing the effect of charged particles on the vacuum envelope on the orbits of the electrons. A photomultiplier tube comprising a conductor disposed at least in part.
JP34446093A 1993-07-14 1993-12-17 High sensitivity hybrid photomultiplier tube Pending JPH07320681A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/091,764 US5374826A (en) 1992-12-17 1993-07-14 Hybrid photomultiplier tube with high sensitivity
US91764 1993-07-14

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1031971A (en) * 1996-07-16 1998-02-03 Hamamatsu Photonics Kk Electronic tube
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