JPH11120899A - Secondary electron discharge device and electron tube using the device - Google Patents
Secondary electron discharge device and electron tube using the deviceInfo
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- JPH11120899A JPH11120899A JP9283729A JP28372997A JPH11120899A JP H11120899 A JPH11120899 A JP H11120899A JP 9283729 A JP9283729 A JP 9283729A JP 28372997 A JP28372997 A JP 28372997A JP H11120899 A JPH11120899 A JP H11120899A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、再現性良く高い二
次電子放出効率が得られる二次電子放出装置及びそれを
用いた電子管を提供することを目的とする。The present invention has an object to provide a secondary electron emission device capable of obtaining high secondary electron emission efficiency with good reproducibility and an electron tube using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、二次電子増倍は、高速で低雑音の
信号増倍方法として、電子増倍管、光電子増倍管などに
広く用いられている。しかしながら、最も一般的に用い
られているアルカリアンチモナイトを材料とした二次電
子面は、大気中の酸素、水などとすぐに反応するので真
空中で形成する必要があり、大量生産には向かない。2. Description of the Related Art Conventionally, secondary electron multiplication has been widely used in electron multipliers, photomultipliers, and the like as a high-speed, low-noise signal multiplication method. However, the most commonly used secondary electron surface made of alkali antimonite reacts immediately with oxygen, water, etc. in the atmosphere, and must be formed in a vacuum. No
【０００３】また、ＣｕＢｅを材料として、酸素雰囲気
中で加熱することにより表面にＢｅＯ二次電子面を形成
させたものがあるが、二次電子放出効率が低くさらに高
効率のものが望まれていた。[0003] Further, there is a material in which a BeO secondary electron surface is formed on the surface by heating in an oxygen atmosphere using CuBe as a material, and a material having a low secondary electron emission efficiency and higher efficiency is desired. Was.
【０００４】一方、多結晶ダイヤモンドを用いて、表面
を水素終端化することにより比較的高い二次電子放出効
率が得られることが、Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍ
ｓ２５３（１９９４）１５１に示されている。この文献
中には、金属基板上、例えばＭｏ基板上に多結晶ダイヤ
モンド薄膜をＣＶＤにより形成し、多結晶ダイヤモンド
薄膜の表面を水素終端化することにより、比較的高い二
次電子放出効率の二次電子面が可能であることが示され
ている。しかしながら、一次電子の入射により多結晶ダ
イヤモンド薄膜表面の終端化されている水素が脱離し、
二次電子放出効率が急激に低下することが問題となって
いる。[0004] On the other hand, a relatively high secondary electron emission efficiency can be obtained by terminating the surface with hydrogen using polycrystalline diamond.
s253 (1994) 151. In this document, a polycrystalline diamond thin film is formed on a metal substrate, for example, a Mo substrate by CVD, and the surface of the polycrystalline diamond thin film is hydrogen-terminated to obtain a secondary electron emission efficiency with a relatively high secondary electron emission efficiency. It has been shown that electronic surfaces are possible. However, the terminating hydrogen on the surface of the polycrystalline diamond thin film is desorbed by the incidence of primary electrons,
There is a problem that the secondary electron emission efficiency sharply decreases.
【０００５】また、電子の入射により多結晶ダイヤモン
ド薄膜表面の水素が脱離することを抑制するため、真空
中に水素分子を導入する方法も示されているが、これも
根本的な解決方法ではなく、実際に二次電子放出装置を
作製した場合には、水素分子を導入しても大量の電子の
入射により表面の終端化された水素が脱離し、やはり同
様に二次電子放出効率が急激に低下することが報告され
ており、問題となっていた。Further, a method of introducing hydrogen molecules into a vacuum in order to suppress the desorption of hydrogen from the surface of the polycrystalline diamond thin film due to the incidence of electrons has been disclosed, but this is also a fundamental solution. However, when a secondary electron emission device is actually manufactured, even if hydrogen molecules are introduced, a large amount of electrons are incident, and the terminated hydrogen on the surface is desorbed. Similarly, the secondary electron emission efficiency also increases rapidly. Was reported to have declined.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】さらに、多結晶ダイヤ
モンド薄膜の表面に薄いＢａＦ2を塗布し、安定動作さ
せる方法も試みられたが、高い二次電子放出効率を得る
ことができなかった。また、米国特許第５，６１９，０
９１号には、多結晶ダイヤモンド薄膜の表面に薄いＣｓ
Ｉ，ＮａＣｌ，ＫＣｌなどのアルカリハライドを蒸着し
た二次電子面において、比較的安定に高い二次電子放出
効率が得られることが開示されている。なお、これらの
方法は、例えばＤｉａｍｏｎｄ Ｆｉｌｍｓ ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．６（１９９
５）３３９に詳細に示されている。しかしながらこの方
法も、１００ 程度といった非常に薄い蒸着膜厚を正確
に制御するのは困難で、再現性に乏しい方法であるとい
う問題点があった。Further, a method of applying thin BaF 2 to the surface of the polycrystalline diamond thin film to stably operate it has been attempted, but high secondary electron emission efficiency could not be obtained. U.S. Pat. No. 5,619,0.
No. 91 discloses that a thin Cs
It is disclosed that high secondary electron emission efficiency can be obtained relatively stably on a secondary electron surface on which an alkali halide such as I, NaCl, or KCl is deposited. These methods are described, for example, in Diamond Films and
Technology, Vol. 5, No. 6 (199
5) 339 is shown in detail. However, this method also has a problem that it is difficult to accurately control a very thin film thickness of about 100, and the method is poor in reproducibility.
【０００７】そこで本発明は、前述した問題点に鑑みな
されたもので、ダイヤモンド及びダイヤモンドを主成分
とする二次電子面の表面に、アルカリ金属又はその酸化
物を塗布することにより、前述した問題点を解決し、再
現性良く高い二次電子放出効率を発現できる二次電子放
出装置及びそれを用いた電子管を提供するものである。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the present invention has been made by applying an alkali metal or its oxide to the surface of diamond and the secondary electron surface containing diamond as a main component. An object of the present invention is to provide a secondary electron emission device capable of expressing high secondary electron emission efficiency with good reproducibility and an electron tube using the same.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、一次電子の入射により二次電子を真空中へ放
出する二次電子放出装置であって、支持基板と、支持基
板上に形成された多結晶ダイヤモンド又は多結晶ダイヤ
モンドを主成分とするダイヤモンド薄膜と、ダイヤモン
ド薄膜上に形成され、仕事関数を低下させるアルカリ金
属又はその酸化物からなる活性層とを備えたことを特徴
とする二次電子放出装置である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a secondary electron emission device for emitting secondary electrons into a vacuum upon incidence of primary electrons, comprising: a support substrate; Characterized by comprising a polycrystalline diamond formed thereon or a diamond thin film containing polycrystalline diamond as a main component, and an active layer formed on the diamond thin film and made of an alkali metal or an oxide thereof which lowers the work function. Is a secondary electron emission device.
【０００９】請求項２に記載の発明は、アルカリ金属が
Ｃｓ，Ｋ，Ｒｂ，Ｎａからなる群から選択されたもので
あることを特徴とする。The invention according to claim 2 is characterized in that the alkali metal is selected from the group consisting of Cs, K, Rb and Na.
【００１０】請求項３に記載の発明は、多結晶ダイヤモ
ンドがｐ型の導電型であることを特徴とする。A third aspect of the present invention is characterized in that the polycrystalline diamond is a p-type conductivity type.
【００１１】請求項４に記載の発明は、被検出光が入射
する入射窓を有し、内部が真空に保持された真空容器
と、入射窓に臨んで真空容器内に収容された請求項１〜
３のいずれか１項に記載された二次電子放出装置と、真
空容器内に収容され、二次電子放出装置に対して正の電
位に保持された陽極部とを備えたことを特徴とする電子
管である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a vacuum container having an entrance window through which light to be detected is incident, the interior of which is held in a vacuum, and a vacuum container facing the entrance window and housed in the vacuum container. ~
3. A secondary electron emission device according to any one of (3), and an anode unit housed in a vacuum vessel and held at a positive potential with respect to the secondary electron emission device. It is an electron tube.
【００１２】請求項５に記載の発明は、真空容器内に収
容され、二次電子放出装置からの光電子を二次電子増倍
する電子増倍部をさらに備えたことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is further provided an electron multiplying unit accommodated in a vacuum vessel and multiplying photoelectrons from the secondary electron emitting device by secondary electrons.
【００１３】本発明では、支持基板上に形成された多結
晶ダイヤモンド又は多結晶ダイヤモンドを主成分とする
ダイヤモンド薄膜と、ダイヤモンド薄膜上に形成され、
仕事関数を低下させるアルカリ金属又はその酸化物から
なる活性層とを備えたので、二次電子放出比の高い二次
電子放出装置が得られ、従来のＣｕＢｅを材料とした二
次電子放出装置に比較し、より高い電子増倍が実現され
る。また、ＳｂＣｓからなる二次電子放出装置と比較す
ると、製造方法が簡単で大量生産に適した電子管が実現
できる。In the present invention, a polycrystalline diamond formed on a supporting substrate or a diamond thin film mainly composed of polycrystalline diamond, and a diamond thin film formed on the diamond thin film,
Since an active layer made of an alkali metal or an oxide thereof that lowers the work function is provided, a secondary electron emitting device having a high secondary electron emission ratio can be obtained, and a conventional secondary electron emitting device using CuBe as a material is provided. In comparison, a higher electron multiplication is realized. Further, as compared with a secondary electron emission device made of SbCs, an electron tube suitable for mass production with a simple manufacturing method can be realized.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１５】図１は、本発明の第１の実施形態による二
次電子放出装置１００を模式的に示す概略断面図であ
る。図において、支持基板１は本実施形態ではＳｉから
なり、その上にマイクロ波プラズマＣＶＤにより多結晶
ダイヤモンド膜２が約５μｍの厚さで成膜されている。
ここで、多結晶ダイヤモンド膜２は、ｐ型の導電型にな
るように不純物がドーピングされている。FIG. 1 is a schematic sectional view schematically showing a secondary electron emitting device 100 according to a first embodiment of the present invention. In the figure, a support substrate 1 is made of Si in the present embodiment, and a polycrystalline diamond film 2 is formed thereon with a thickness of about 5 μm by microwave plasma CVD.
Here, the polycrystalline diamond film 2 is doped with impurities so as to have a p-type conductivity.
【００１６】また、支持基板１上にマイクロ波プラズマ
ＣＶＤにより多結晶ダイヤモンド膜２を成膜した後に、
これを数分間水素プラズマ中に放置することにより、多
結晶ダイヤモンド膜２の表面は、水素終端化され水素終
端層３となる。さらに、水素終端層３上には、仕事関数
を低下させるために、真空中でＣｓとＯ2との交互供給
により、ＣｓＯからなる活性層４が形成されている。After the polycrystalline diamond film 2 is formed on the support substrate 1 by microwave plasma CVD,
By leaving this in a hydrogen plasma for several minutes, the surface of the polycrystalline diamond film 2 is hydrogen-terminated and becomes a hydrogen-terminated layer 3. Further, on the hydrogen termination layer 3, an active layer 4 made of CsO is formed by alternately supplying Cs and O 2 in a vacuum in order to lower the work function.
【００１７】なお、本実施形態では支持基板１としてＳ
ｉを用いたが、支持基板１は必ずしもＳｉに限られるも
のではなく、導電性の金属であっても良く、融点、強
度、熱膨張係数差などが多結晶ダイヤモンド膜２の成膜
の際に問題がなければ種々の金属が使用できることは勿
論である。また、本実施形態では、マイクロ波プラズマ
ＣＶＤによりｐ型の導電型の多結晶ダイヤモンド膜２を
約５μｍの厚さとなるように成膜した場合を例に説明す
るが、ｐ型のドーピングは、特に高加速電圧時にチャー
ジアップを回避でき、二次電子放出比がノンドープのも
のに比較して約２倍程度高くなるので望ましい。しか
し、ｐ型のドーピングは、低加速電圧時には必ずしも必
要なものではなく、ノンドープのものでもある程度の効
果が得られることは勿論である。In this embodiment, S is used as the supporting substrate 1.
Although i is used, the support substrate 1 is not necessarily limited to Si, and may be a conductive metal. Of course, various metals can be used if there is no problem. Further, in the present embodiment, a case in which the p-type conductive polycrystalline diamond film 2 is formed to have a thickness of about 5 μm by microwave plasma CVD will be described as an example. It is desirable because charge-up can be avoided at a high acceleration voltage, and the secondary electron emission ratio is about twice as high as that of the non-doped one. However, p-type doping is not always necessary at a low accelerating voltage, and it goes without saying that a certain effect can be obtained even with non-doping.
【００１８】さらに、成腹方法も前述したものに限られ
るものではなく、例えば熱フィラメント法によるＣＶＤ
などの良質な多結晶ダイヤモンド膜が得られる方法であ
れば前述と同様に適用できる。膜厚も特に５μｍに限ら
れるものではなく、一次電子の侵入深さ及び二次電子の
脱出深さに対して十分な厚さがあれば構わないことは勿
論である。また、本実施形態では、多結晶ダイヤモンド
膜２の表面は水素終端層３とした後に、さらに真空中で
ＣｓとＯ2とによりＣｓＯからなる活性層４の塗布を行
ったものを例に説明した。Further, the method of forming an abdomen is not limited to the one described above, and for example, CVD by the hot filament method
As long as a method of obtaining a high-quality polycrystalline diamond film can be applied in the same manner as described above. The film thickness is not particularly limited to 5 μm, as long as the thickness is sufficient for the penetration depth of primary electrons and the escape depth of secondary electrons. Further, in the present embodiment, an example has been described in which the surface of the polycrystalline diamond film 2 is formed as the hydrogen termination layer 3 and then the active layer 4 made of CsO is further applied with Cs and O 2 in a vacuum. .
【００１９】しかし、本発明はこれに限られるものでは
なく、例えば水素終端層３の代わりに酸素終端層を形成
させた後にＣｓＯからなる活性層４を塗布したもの、あ
るいは特に意図的な終端層を形成させずにＣｓＯからな
る活性層４を塗布したものでも同様の効果が得られる。
また、ＲｂとＯ，ＫとＯ，ＮａとＯからなるなどの他の
アルカリ金属酸化物による活性層を塗布しても同様の効
果が得られることは勿論である。However, the present invention is not limited to this. For example, an oxygen-terminated layer is formed instead of the hydrogen-terminated layer 3 and then an active layer 4 made of CsO is applied. The same effect can be obtained even when the active layer 4 made of CsO is applied without forming the active layer.
It is needless to say that the same effect can be obtained by coating an active layer of another alkali metal oxide such as Rb and O, K and O, and Na and O.
【００２０】以下に、第１の実施形態による二次電子放
出装置の作製方法について詳細に説明する。Hereinafter, a method for fabricating the secondary electron emitting device according to the first embodiment will be described in detail.
【００２１】まず、厚さ０．４ｍｍのＳｉからなる支持
基板１を脱脂洗浄した後、マイクロ波プラズマＣＶＤ装
置に装着する。マイクロ波プラズマＣＶＤ装置では、Ｃ
Ｏを原料ガス、Ｂ2Ｈ6をｐ型ドーパント、Ｈ2をキャリ
ヤガスとして、マイクロ波出力１．５ｋＷ、反応圧力５
０ｔｏｒｒ、成膜温度約８００℃の条件下で、５μｍ厚
の多結晶ダイヤモンド膜２の成膜を行った。成膜終了
後、ＣＯ，Ｂ2Ｈ6の供給を停止し、Ｈ2プラズマ中で数
分間放置することにより、多結晶ダイヤモンド膜２の表
面が水素終端化されることが知られており、多結晶ダイ
ヤモンド膜２の表面を水素終端層３とする。First, a support substrate 1 made of Si having a thickness of 0.4 mm is degreased and cleaned, and then mounted on a microwave plasma CVD apparatus. In a microwave plasma CVD apparatus, C
Using O as a source gas, B 2 H 6 as a p-type dopant, and H 2 as a carrier gas, a microwave output of 1.5 kW and a reaction pressure of 5
A polycrystalline diamond film 2 having a thickness of 5 μm was formed under the conditions of 0 torr and a film forming temperature of about 800 ° C. It is known that the surface of the polycrystalline diamond film 2 is terminated with hydrogen by stopping the supply of CO and B 2 H 6 after completion of the film formation and leaving it in H 2 plasma for several minutes. The surface of the crystalline diamond film 2 is used as a hydrogen termination layer 3.
【００２２】その後、多結晶ダイヤモンド膜２及び水素
終端層３が形成された支持基板１をマイクロ波ＣＶＤ装
置から取り出し、別の真空装置内に収納する。ここで、
表面の仕事関数をさらに低下させるため、ＣｓとＯ2と
の交互供給により単原子層程度のＣｓＯからなる活性層
４を水素終端層３上に形成する。ＣｓＯからなる活性層
４は、市販のＣｓスリーブを通電加熱することによりＣ
ｓを真空装置内に供給すると共に、リークバルブを介し
て高純度Ｏ2を真空装置内へリークさせることにより簡
単に形成することが可能である。また、この時、紫外光
を照射しながら光電子放出電流をモニターすることによ
り、再現性良く活性層４の最適な厚さを制御することが
できる。Thereafter, the supporting substrate 1 on which the polycrystalline diamond film 2 and the hydrogen termination layer 3 are formed is taken out of the microwave CVD apparatus and stored in another vacuum apparatus. here,
In order to further reduce the work function of the surface, an active layer 4 made of CsO of about a monoatomic layer is formed on the hydrogen termination layer 3 by alternately supplying Cs and O 2 . The active layer 4 made of CsO is formed by heating a commercially available Cs sleeve by applying electric current.
By supplying s into the vacuum device and leaking high-purity O 2 into the vacuum device via a leak valve, it can be easily formed. At this time, by monitoring the photoelectron emission current while irradiating the ultraviolet light, the optimum thickness of the active layer 4 can be controlled with good reproducibility.
【００２３】以上のような処理を施した二次電子放出装
置をさらに別の真空装置に移し、二次電子放出比を測定
した。二次電子放出比を測定した結果を図２に示す。ま
た、併せて、ＲｂとＫをＣｓの代わりに用いた二次電子
放出装置の結果（図中、それぞれＲｂＯ，ＫＯ，ＣｓＯ
で示す）、従来技術であるＣｕＢｅ上にＢｅＯ二次電子
面が形成された二次電子放出装置（図中、ＣｕＢｅで示
す）の測定結果、及び水素終端化層のみで活性層４を形
成していない二次電子放出装置（図中、Ｈで示す）につ
いての測定結果も示した。The secondary electron emission device subjected to the above-mentioned treatment was transferred to another vacuum device, and the secondary electron emission ratio was measured. FIG. 2 shows the result of measuring the secondary electron emission ratio. In addition, the results of the secondary electron emission device using Rb and K instead of Cs (RbO, KO, CsO
), A measurement result of a secondary electron emission device (indicated by CuBe in the figure) in which a BeO secondary electron surface is formed on CuBe, which is a conventional technique, and that an active layer 4 is formed only with a hydrogen termination layer. The measurement results for a secondary electron emission device (shown as H in the figure) that is not shown are also shown.
【００２４】図２から明らかなように、加速電圧の増加
に伴い二次電子放出比も増加するが、特に高い加速電圧
の領域で、本実施形態による二次電子放出装置の方が、
従来技術によるＣｕＢｅ上にＢｅＯ二次電子面が形成さ
れた二次電子放出装置よりも高い二次電子放出比を示
し、本発明の有効性が確認された。また従来技術である
水素終端化層のみで活性層を形成していない二次電子放
出装置の場合と比較しても、本実施形態による二次電子
放出装置の方が二次電子放出比が高く、本発明による二
次電子放出装置の有効性が確認された。As is apparent from FIG. 2, the secondary electron emission ratio increases with an increase in the acceleration voltage. Particularly, in the region of a high acceleration voltage, the secondary electron emission device according to the present embodiment is
The secondary electron emission ratio was higher than that of the secondary electron emission device in which a BeO secondary electron surface was formed on CuBe according to the prior art, confirming the effectiveness of the present invention. Also, the secondary electron emitting device according to the present embodiment has a higher secondary electron emission ratio compared to the case of the secondary electron emitting device in which the active layer is not formed only with the hydrogen termination layer, which is the prior art. The effectiveness of the secondary electron emission device according to the present invention was confirmed.
【００２５】ところで、二次電子放出比は表面の処理に
より変化することは勿論であるが、実際には多結晶ダイ
ヤモンド膜の品質にも大きく左右される。従って、例え
ば米国特許第５，６１９，０９１号に、従来技術として
高い二次電子放出比が報告されているが、アルカリハラ
イドで処理されたダイヤモンド膜と本発明による二次電
子放出装置の二次電子放出比との比較は困難である。Incidentally, the secondary electron emission ratio, of course, varies depending on the surface treatment, but in fact, it is greatly affected by the quality of the polycrystalline diamond film. Accordingly, for example, US Pat. No. 5,619,091 reports a high secondary electron emission ratio as a prior art. However, a diamond film treated with an alkali halide and a secondary electron emission device according to the present invention are used. It is difficult to compare with the electron emission ratio.
【００２６】そこで、相対的な比較をするため、米国特
許第５，６１９，０９１号に開示されている二次電子放
出比で、図２のデータを規格化したものが図３である。
図４は、米国特許第５，６１９，０９１号における図３
に相当する線図である。なお、図４中、黒四角は厚さ１
００ｎｍのＣｓＩをモリブデンターゲット上にマイクロ
波プラズマＣＶＤ又は熱フィラメントＣＤＶで成膜した
試料のデータであり、成膜終了後に表面は自動的に水素
終端化される。また、白三角はＣｓＩを形成していない
同様な試料のデータである。FIG. 3 is a graph obtained by normalizing the data of FIG. 2 with the secondary electron emission ratio disclosed in US Pat. No. 5,619,091 for relative comparison.
FIG. 4 is an illustration of FIG. 3 in U.S. Pat.
FIG. In FIG. 4, the black squares have a thickness of 1
This is data of a sample in which CsI of 00 nm is formed on a molybdenum target by microwave plasma CVD or hot filament CDV. After the film formation, the surface is automatically terminated with hydrogen. In addition, open triangles indicate data of a similar sample in which CsI is not formed.
【００２７】図３及び４から明らかなように、本発明に
よる二次電子面は高い二次電子放出比を示し、特にＣｓ
Ｏで処理したものの二次電子放出比は１０００Ｖで２５
であり（図３）、ＣｓＩで処理したものは１０００Ｖで
２７（図４）と、遜色のない高い二次電子放出比を示し
ている。さらに、本発明によるアルカリ金属又はその酸
化物による処理は、上記のアルカリハライドで処理した
ものに比較し、より簡単に再現性良く行うことが可能で
ある。3 and 4, the secondary electron surface according to the present invention exhibits a high secondary electron emission ratio,
The secondary electron emission ratio of the sample treated with O was 25 at 1000V.
(FIG. 3), and those treated with CsI show a high secondary electron emission ratio of 1000 V at 27 (FIG. 4), which is comparable to that. Further, the treatment with an alkali metal or an oxide thereof according to the present invention can be performed more easily and with good reproducibility as compared with the treatment with an alkali halide.
【００２８】多結晶ダイヤモンドを材料とする二次電子
面において高い二次電子放出比が得られた理由を以下に
示す。The reason why a high secondary electron emission ratio was obtained on the secondary electron surface made of polycrystalline diamond will be described below.
【００２９】多結晶ダイヤモンド膜２は従来のＣｕＢｅ
上のＢｅＯ膜に比較し、半導体であるため生成された二
次電子の寿命が長い。このため表面からより深いところ
で生成された二次電子も再結合する確率が低く、多くの
二次電子が放出表面まで到達することが可能である。The polycrystalline diamond film 2 is made of a conventional CuBe
Compared with the above BeO film, the lifetime of the secondary electrons generated is longer because it is a semiconductor. For this reason, secondary electrons generated deeper from the surface are less likely to recombine, and many secondary electrons can reach the emission surface.
【００３０】一方、ＣｕＢｅ金属中の電子は、金属中の
自由電子、自由正孔と再結合しやすく、従ってその寿命
は半導体に比較しはるかに短い。このため表面からより
深いところで生成された二次電子は放出表面まで到達す
る前に再結合してしまう。また、多結晶ダイヤモンド膜
の表面は水素終端後にアルカリ金属及びその酸化物の塗
布により仕事関数が低下しており、電子親和力が零又は
負の状態にある。従って、生成された二次電子が放出表
面まで移動する間に、エネルギー緩和を生じて伝導帯の
底に落ちても、真空中に脱出することが可能である。On the other hand, electrons in CuBe metal are apt to recombine with free electrons and free holes in the metal, and therefore have a much shorter lifetime than semiconductors. For this reason, secondary electrons generated deeper from the surface recombine before reaching the emission surface. In addition, the work function of the surface of the polycrystalline diamond film is lowered by the application of an alkali metal and its oxide after hydrogen termination, and the electron affinity is zero or negative. Therefore, even if the generated secondary electrons move to the emission surface and cause energy relaxation and fall to the bottom of the conduction band, they can escape into vacuum.
【００３１】一方、ＣｕＢｅ上のＢｅＯ膜では表面の電
子親和力は正であるため、エネルギー緩和された二次電
子は真空中へ脱出することができない。従って、表面近
傍で生成された二次電子で、エネルギー緩和が生じる前
に放出表面に到達したもののみが真空中へ脱出すること
が可能である。このため、ＣｕＢｅ上のＢｅＯ膜では加
速電圧を増加させてゆくと、二次電子放出比は極大点を
もった後に飽和して、ついには減少する。On the other hand, in the case of a BeO film on CuBe, the electron affinity of the surface is positive, so that the secondary electrons whose energy has been relaxed cannot escape into vacuum. Therefore, only secondary electrons generated near the surface that have reached the emission surface before energy relaxation occurs can escape into vacuum. For this reason, in the BeO film on CuBe, when the acceleration voltage is increased, the secondary electron emission ratio is saturated after having the maximum point, and finally decreases.
【００３２】図５は、本発明の他の実施形態による二次
電子放出装置を備えた透過型の紫外光光電面を有する、
いわゆるヘッドオン型の光電子増倍管２００を示す概略
断面図である。FIG. 5 shows a transmission type ultraviolet light photocathode provided with a secondary electron emission device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a so-called head-on type photomultiplier tube 200.
【００３３】図において、例えばＭｇＦ2からなる被検
出光の入射窓５が設けられた円筒形状ガラス製のバルブ
６の内部は真空排気されており、このバルブ６内に図１
に示した二次電子放出装置１００が入射窓５に隣接して
設置されている。また、二次電子放出装置１００から放
出された光電子を二次電子増倍するための第１ダイノー
ド７、第２ダイノード８、第３ダイノード９等複数のダ
イノードもバルブ６の内部に設置されている。In the figure, the inside of a cylindrical glass bulb 6 provided with an entrance window 5 of the light to be detected made of, for example, MgF 2 is evacuated.
Is installed adjacent to the entrance window 5. In addition, a plurality of dynodes such as a first dynode 7, a second dynode 8, and a third dynode 9 for multiplying photoelectrons emitted from the secondary electron emitting device 100 into secondary electrons are also provided inside the bulb 6. .
【００３４】また、バルブ６内には、複数のダイノード
によって最終的に二次電子増倍された電子を収集するた
めの陽極１０も設置されている。さらに、図示しない
が、二次電子放出装置１００に対して第１ダイノード
７、第２ダイノード８、第３ダイノード９等のダイノー
ド及び陽極１０には、それぞれ所定の正の電圧を印加す
る電源も設けられている。An anode 10 for collecting electrons finally multiplied by secondary electrons by a plurality of dynodes is provided in the bulb 6. Further, although not shown, the dynodes such as the first dynode 7, the second dynode 8, the third dynode 9 and the anode 10 for the secondary electron emitting device 100 are also provided with a power supply for applying a predetermined positive voltage, respectively. Have been.
【００３５】次に、図５に示した光電子増倍管２００の
動作について説明する。まず、波長２００ｎｍ下の入射
光は、ＭｇＦ2からなる入射窓５を通して支持基板１に
入射する。支持基板１は入射光に対して透明であるの
で、入射光は支持基板１をほとんど透過する。透過した
入射光は、透過型の紫外光光電面である多結晶ダイヤモ
ンド膜２において吸収され、光電子を励起する。励起さ
れた光電子は、多結晶ダイヤモンド膜２の表面に移動す
るが、この時、多結晶ダイヤモンド膜２の表面は酸素で
終端化され、さらにＣｓＯの塗布により活性層４が形成
されており、仕事関数が低下され負の電子親和力状態と
なっている。Next, the operation of the photomultiplier tube 200 shown in FIG. 5 will be described. First, incident light having a wavelength of 200 nm enters the support substrate 1 through the incident window 5 made of MgF 2 . Since the support substrate 1 is transparent to the incident light, the incident light almost passes through the support substrate 1. The transmitted incident light is absorbed in the polycrystalline diamond film 2, which is a transmission type ultraviolet light photoelectric surface, and excites photoelectrons. The excited photoelectrons move to the surface of the polycrystalline diamond film 2. At this time, the surface of the polycrystalline diamond film 2 is terminated with oxygen, and the active layer 4 is formed by applying CsO. The function is reduced and a negative electron affinity state is established.
【００３６】このため、多結晶ダイヤモンド膜２の表面
に到達した光電子は容易に真空中へ放出される。真空中
へ放出された光電子は、光電面に対して数１００Ｖの正
電圧が印加された第１ダイノード７に入射し、二次電子
を再び真空中へ放出する。この時、入射した一次電子の
数に対して、放出された二次電子の数は数倍であり、さ
らに第１ダイノード７から真空中へ放出された電子は第
１ダイノード７に対して数１００Ｖの正電圧が印加され
た第２ダイノード８に入射し、二次電子を再び真空中へ
放出する。これを１０回ほど繰り返すことにより、最終
的に陽極１０では、光電面から放出された電子の１００
万倍程度の数の電子が収集され、信号電流として検出さ
れる。従って、非常に高感度な光検出器が実現される。Therefore, the photoelectrons that have reached the surface of the polycrystalline diamond film 2 are easily released into a vacuum. The photoelectrons emitted into the vacuum enter the first dynode 7 where a positive voltage of several hundred volts is applied to the photocathode, and emit secondary electrons into the vacuum again. At this time, the number of emitted secondary electrons is several times as many as the number of incident primary electrons, and the number of electrons emitted from the first dynode 7 into the vacuum is several hundred volts with respect to the first dynode 7. To the second dynode 8 to which the positive voltage has been applied, and emits secondary electrons again into vacuum. By repeating this about 10 times, finally, at the anode 10, 100% of the electrons emitted from the photocathode are emitted.
About ten thousand times as many electrons are collected and detected as signal current. Therefore, a very sensitive photodetector is realized.
【００３７】なお、前述した実施形態では、被測定光の
入射する面と電子の放出される面が異なる、いわゆる透
過型二次電子放出装置を例に説明したが、本願はこれに
限られるものではなく、被測定光の入射する面と電子の
放出される面が同一の、いわゆる反射型二次電子放出装
置にも適用可能であることは勿論である。In the above-described embodiment, a so-called transmission type secondary electron emitting device in which the surface on which the light to be measured is incident and the surface on which electrons are emitted is different has been described as an example, but the present invention is not limited to this. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a so-called reflective secondary electron emission device in which the surface on which the light to be measured is incident and the surface from which electrons are emitted are the same.
【００３８】また、前述した電子管の実施形態では光電
子増倍管について説明したが、本発明はこの電子管に限
られるものではなく、例えば、光電子増倍管の増倍部に
半導体のダイオードを用いた電子打ち込み型の光電子増
倍管や、光電子増倍管の増倍部に半導体のマルチチャン
ネル型のダイオードを用いた位置検出型光電子増倍管
や、画像増強管のマイクロチャンネルプレートと蛍光体
の代わりに裏面照射型電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いた
画像増強管などにも適用可能であることは勿論である。In the above-described embodiment of the electron tube, the photomultiplier tube has been described. However, the present invention is not limited to this electron tube. For example, a semiconductor diode is used in the multiplication unit of the photomultiplier tube. An electron-implanted photomultiplier tube, a position-detection photomultiplier tube using a semiconductor multi-channel diode in the multiplier section of the photomultiplier tube, or a microchannel plate and phosphor instead of an image intensifier tube It is needless to say that the present invention can also be applied to an image intensifier tube using a back-illuminated charge-coupled device (CCD).
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
支持基板上に形成された多結晶ダイヤモンド又は多結晶
ダイヤモンドを主成分とするダイヤモンド薄膜と、ダイ
ヤモンド薄膜上に形成され、仕事関数を低下させるアル
カリ金属又はその酸化物からなる活性層とを備えたの
で、二次電子放出比の高い二次電子放出装置が得られ
る。従って、従来のＣｕＢｅを材料としたダイノードに
比較し、より高い電子増倍が実現される。またこれによ
り、同じ増倍率を得るためのダイノードの数を減少させ
ることができるので、増倍揺らぎも減少する。さらに、
同様の理由で印加電圧も低下させることが可能である。
また、ＳｂＣｓからなる二次電子放出装置と比較する
と、製造方法が簡単で大量生産に適した電子増倍管が実
現できるという効果を奏する。As described above, according to the present invention,
A polycrystalline diamond formed on a support substrate or a diamond thin film containing polycrystalline diamond as a main component, and an active layer formed on a diamond thin film and made of an alkali metal or an oxide thereof which lowers the work function. Thus, a secondary electron emission device having a high secondary electron emission ratio can be obtained. Therefore, higher electron multiplication is realized as compared with a conventional dynode using CuBe as a material. In addition, since the number of dynodes for obtaining the same multiplication factor can be reduced, the multiplication fluctuation is also reduced. further,
For the same reason, the applied voltage can be reduced.
Further, as compared with a secondary electron emission device made of SbCs, there is an effect that an electron multiplier suitable for mass production can be realized with a simple manufacturing method.
【図１】本発明の第１の実施形態による二次電子放出装
置を模式的に示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view schematically showing a secondary electron emission device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施形態による二次電子放出装
置を用いて測定した二次電子放出比の測定結果を示す線
図である。FIG. 2 is a diagram showing a measurement result of a secondary electron emission ratio measured using the secondary electron emission device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】図２の測定結果をもとに、米国特許第５，６１
９，０９１号に開示されている二次電子放出比（図４）
で図２の測定結果を規格化した結果を示す線図である。FIG. 3 is based on the measurement results of FIG.
Secondary electron emission ratio disclosed in No. 9,091 (FIG. 4)
FIG. 3 is a diagram showing the result of normalizing the measurement result of FIG.
【図４】米国特許第５，６１９，０９１号における図３
に相当する線図である。FIG. 4 in US Pat. No. 5,619,091
FIG.
【図５】本発明の他の実施形態による二次電子放出装置
を備えた光電子増倍管を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing a photomultiplier tube provided with a secondary electron emission device according to another embodiment of the present invention.
１…支持基板、２…多結晶ダイヤモンド膜、３…水素終
端層、４…活性層、５…入射窓、６…バルブ、７…第１
ダイノード、８…第２ダイノード、９…第３ダイノー
ド、１０…陽極、１００…二次電子放出装置、２００…
光電子増倍管。REFERENCE SIGNS LIST 1 support substrate 2 polycrystalline diamond film 3 hydrogen termination layer 4 active layer 5 entrance window 6 valve 7
Dynode, 8 ... second dynode, 9 ... third dynode, 10 ... anode, 100 ... secondary electron emission device, 200 ...
Photomultiplier tube.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 正美 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 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Masami Yamada 1126 Nomachi 1-chome, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture Inside Hamamatsu Photonics Co., Ltd.
Claims (5)
へ放出する二次電子放出装置であって、 支持基板と、 前記支持基板上に形成された多結晶ダイヤモンド又は多
結晶ダイヤモンドを主成分とするダイヤモンド薄膜と、 前記ダイヤモンド薄膜上に形成され、仕事関数を低下さ
せるアルカリ金属又はその酸化物からなる活性層とを備
えたことを特徴とする二次電子放出装置。1. A secondary electron emission device for emitting secondary electrons into a vacuum by incidence of primary electrons, comprising: a support substrate; and polycrystalline diamond or polycrystalline diamond formed on the support substrate. A secondary electron emission device comprising: a diamond thin film; and an active layer formed on the diamond thin film and made of an alkali metal or an oxide thereof, which lowers a work function.
Ｎａからなる群から選択されたものであることを特徴と
する請求項１に記載の二次電子放出装置。2. The method according to claim 1, wherein the alkali metal is Cs, K, Rb,
The secondary electron emission device according to claim 1, wherein the secondary electron emission device is selected from the group consisting of Na.
型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次
電子放出装置。3. The secondary electron emission device according to claim 1, wherein said polycrystalline diamond is of a p-type conductivity type.
が真空に保持された真空容器と、 前記入射窓に臨んで前記真空容器内に収容された請求項
１〜３のいずれか１項に記載された二次電子放出装置
と、 前記真空容器内に収容され、前記二次電子放出装置に対
して正の電位に保持された陽極部とを備えたことを特徴
とする電子管。4. A vacuum container having an entrance window through which light to be detected enters, the interior of which is maintained in a vacuum, and which is housed in the vacuum container facing the entrance window. 2. An electron tube, comprising: the secondary electron emitting device according to claim 1; and an anode unit housed in the vacuum vessel and maintained at a positive potential with respect to the secondary electron emitting device.
子放出装置からの光電子を二次電子増倍する電子増倍部
をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の電子
管。5. The electron tube according to claim 4, further comprising an electron multiplying unit housed in the vacuum vessel and multiplying photoelectrons from the secondary electron emitting device by secondary electrons.
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