JPS593826B2 - ２次電子増倍装置の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は２次電子増倍装置の製法に関するもので、特
に、抵抗率分布を有する２次電子増倍装置の改良された
製法に関する。

第１図はこの発明の背景となる２次電子増倍装置の原理
図である。

２次電子増倍装置は、管状のもの、平板を平行に配置し
たもの、またはチャネルプレートのものなどがある。

管状のもの（チャネル型２次電子増倍管）について、原
理を説明する。

第１図を参照して、管状の２次電子増倍管１は、２次電
子放出能を有するセミラック半導体等からなり、これが
連続ダイノートを構成している。

そして、その入力端２と出力端３との間には適宜の電圧
が印加されている。

今、入力端２から１個の入射電子４が入射したとき、こ
れが管１のダイノード面に衝突して２個以上の２次電子
が放出される。

それぞれの２次電子が同様の過程を繰り返すことによっ
て、いわゆるねずみ算式に２次電子は増倍され、またそ
れは入力端２と出力端３との間で電圧が印加されている
ので出力端３に導かわ、出力端３では１０８個程鹿の電
子になって放出され、コレクタ５に受けられる。

このような原理を待つ２次電子増倍装置は、たとえば、
極めて微弱な電子やイオン計測、電子顕微鏡などに用い
られるものである。

上述のような２次電子増倍装置において、特に出力端３
側では、極めて多数の２次電子が存在することになる。

そのため、この部分においては、管軸に沿った単位長さ
当たりの印加電圧を高くしなければ、飽和してしまい、
出力端３側に電子を導けない事態が発生することがわか
っている。

これでは、高利得が得られずかつイオンフイードバ゛イ
ク現象による不安定な動作を招くことになる。

そのため、出力端３側においては、抵抗率の高いセラミ
ック半導体を用い、ここにおける管軸に沿った単位長さ
当たりの以加電圧を高くする手段が従来から講じられて
いる。

そのための一方法について第２図を参照して説明する。

第２図はこの発明の興味ある先行技術を説明するための
２次電子増倍管の概略図である。

上述したように、増倍装置の長さ方向に抵抗率分布を有
するものの製法としては、第２図に示すように、抵抗体
の組成や添加不純物を変更して所望の抵抗率に制御した
幾つかの管（チャネル壁抵抗体）６゜７を作製し、これ
らをたとえば導電性接着剤８により接続することによっ
て、所望の長さと抵抗率分布を有する増倍管を形成する
方法が用いられていた。

そして、このようにして得られた増倍管の両端にそれぞ
れ入力端２および出力端３となるべき電極が形成される
。

このように、わざわざ管６および７を別々に作って後で
接着する方法を採用したのは、高抵抗率のセミラックと
低抵抗率のセミラックとを一体に焼成して作るのは、非
常に困難であるためである。

しかしながら、第２図に示すような構成によれば、以下
に述べるような問題点があった。

すなわち、導電性接着剤８は、２次電子放出能を有しな
いので、必然的に、全体としての２次電子増幅能が低下
するということである。

また、導電性接着剤８は、通常、有機成分を含むが、こ
れは製造工程中における熱処理によって飛ばされること
になる。

そのために、この有機成分が管の内壁に付着したり、ま
た接着力が低下してその部分において折れたりすること
がある。

さらに、第２図のように接着剤８を用いる製造作業は、
比較的面倒なものである。

そのため、第２図のように接着することなし、に、抵抗
率分布を持たせることができる２次電子増倍装置の製法
の実現が望まれるところである。

それゆえに、この発明の主たる目的は、上述の要望を満
たしうる２次電子増倍装置の製法を提供することである
。

この発明は、簡単にいえば、抵抗率をコントロールでき
る成分を含む溶液を仮焼後のセミラックに付着させ、こ
れを本焼成することにより、付着された成分を内部に拡
散させて抵抗率分布を持たせるようにしたものである。

この発明のその他の目的と特徴は以下に図面を参照して
行う詳細な説明から一層明らかとなろう。

まず、Ｚｎ０−ＴｉＯ２系セミラック半導体からなる２
次電子増倍管の製法の一実施例について説明する。

ＺｎＯとＴ ｔ ０２との組成比により、抵抗率は第３
図のように変化する。

第３図かられかるように、ＺｎＯとＴｉＯ２との組成比
を変えれば、抵抗率が、１０〜１０１４のオーダで変え
ることができる。

そして、定性的には、ＴｉＯ２の組成比が増加すれば、
高い抵抗率が得られ、逆にＺｎＯの組成比が増加すれば
低い抵抗率が得られることがわかる。

この現象に着目すれば、前述したような目的のためには
、２次電子増倍管の出力端側では、ＴｉＯ２の組成比を
多くし、入口端側では、ＺｎＯの組成比を多くすればよ
いことがわかる。

以下に、具体的な製法について説明する。

まず、ＺｎＯとＴｉＯ２の原料をたとえば７３対２７の
割合で混合し、所望の寸法の管ないし円筒に成形する。

そして、１０００〜１１００℃でこれを仮焼する。

次に、第４図に示すような浸漬工程に入る。

第４図は浸漬工程を図解的に示すものである。

第４図を参照して、浸漬槽９には、酢酸亜鉛水溶液１０
が収納されている。

ここに、上述の円筒状の成形仮焼体１１が浸漬される。

この浸漬は、成形仮焼体１１の一端から浸漬するもので
あるが、成形仮焼体１１の全体を浸漬するものではない
。

すなわち、特に抵抗率を低くしたい部分（入力端側）の
みを浸漬するものである。

この浸漬を、たとえば２分間行い、成形仮焼体１１をと
り出す。

このとき、成形仮焼体１１の所定の部分には、酢酸亜鉛
水溶液１０が浸透している。

なお、このように、成形仮焼体１１の段階で浸漬工程を
行うのは、以下に述べる本焼成工程後では液の浸透がほ
とんど不可能であるからである。

第４図の浸漬工程を経てとり出された成形仮焼体は、１
３００〜１４５０℃で本焼成される。

このとき、成形仮焼体は焼結され、同時に酢酸亜鉛水溶
液の亜鉛が焼結体の内部に拡散する。

これによって、第４図の浸漬工程によって浸漬された個
所のみで、Ｚｎ ／Ｔ ｉ組成比が大きくなり、第３図
に示す組成比との関係から、抵抗率が低くなっているこ
とがわかる。

第５図は上述の方法により得られた実験結果を示す図で
ある。

第５図において、上述の酢酸亜鉛水溶液を、３％、１０
％、２０優にそれぞれした場合の実験結果が示されてい
る。

第５図によれば、濃度３％の溶液では、抵抗率の変化は
ほとんどないが、１０％、２０係の溶液では、抵抗率が
大きく変化していることがわかる。

上述の実施例では、酢酸亜鉛水溶液を浸漬工程に用いた
が、これに限ることなく、たとえば硫酸亜鉛水溶液や硝
酸亜鉛水溶液のような亜鉛イオンを含む溶液も等しく用
いることができる。

さらに、上述の亜鉛イオンを含む溶液は、抵抗率を低く
するために用いたものであるが、逆にこの発明を抵抗率
を高くしたい部分（出力端側）に抵抗率が高くすること
ができる溶液を適用してもよい。

このような抵抗率コントロール溶液としては、たとえば
チタンイオンを含む溶液が考えられる。

このチタンイオンを含む溶液としては、たとえば、四塩
化チタン溶液や、チタンアルコオキサイド化合物、チタ
ンアルキル化合物のようなチタン有機化合物溶液が考え
られる。

さらに、亜鉛やチタンを含有する溶液の代わりに、酢酸
銅、硫酸銅、硝酸銅、硝酸銀、塩化リチウム、炭酸リチ
ウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの水溶液を用
いて、これを成形仮焼体の所定の部分に含浸させること
により、銅、銀、リチウム、ナトリウム、カリウムなど
の不純物を注入し、抵抗率を考えることもできる。

また、セラミックの成形仮焼体を構成する材料として、
ＺｎＯＴｌＯ２系セラミックに代えて、ＺｎＯ系または
ＴｉＯ２系セラミックも有利に用いることができる。

ＺｎＯ系であれば、抵抗率コントロール溶液として、チ
タンイオンを含む上述のような溶液によって抵抗率を高
めたり、また上述のような銅、銀、リチウム、ナトリウ
ム、カリウムのような金属不純物を注入して抵抗率を高
めることができる。

また、Ｔ ｉｏ ２系では、亜鉛イオンを含む溶液によ
って、抵抗率を低くして抵抗率のコントロールが可能で
ある。

また、上述の実施例では、第４図に示すような浸漬工程
によって抵抗率コントロール溶液１０を成形仮焼体１１
に付着させた。

この場合、成形仮焼体１１のとり出し工程を徐々に行え
ば、成形仮焼体１１の下端はど溶液１０中での浸漬時間
が長くなるので、これによって成形仮焼体１１の一端は
ど溶液１０の付着量を多くするように制御することがで
きる。

これは、２次電子増倍管の長さ方向に連続的な抵抗率分
布が達成されることになり、この発明の目的により一層
適合させることができるものである。

また、抵抗率コントロール溶液に溶液濃度の異なるもの
を作り、この中から任意の溶液を選択して成形仮焼体を
溶液中に浸漬してもよい。

この場合、上記した方法を同様に成形仮焼体のとり出し
工程を徐々に行って、成形仮焼体の一端はど溶液の付着
量を多くするように制御すれば、全体の抵抗および抵抗
率の変化の程度を制御することができる。

さらに、成形仮焼体を溶液濃度の薄い抵抗率コントロー
ル溶液に浸漬したのち、次第に溶液濃度の濃い抵抗率コ
ントロール、溶液に段階的に順次浸漬し、溶液濃度が濃
くなるに従って成形仮焼体の溶液付着部がその一端に徐
々に片寄るようにすれば、抵抗率の変化の程度を制御す
ることができる。

なお、抵抗率コントロール溶液を成形仮焼体に付着する
のは、浸漬に限ることなく、この溶液を吹き付けたり、
塗布したりすることによっても可能である。

以上のようにして、抵抗率分布を持つ２次電子増倍管が
得られるわけであるが、この発明を利用すれば、第６図
に示すようなラッパ状の集捉部１２を有する２次電子増
倍管のラッパ状の集捉部１２のみ抵抗を制御することも
簡単に行える。

すなわち、このラッパ状の集捉部１２は、入力端側に形
成されるものであるが、ここで荷電粒子を有利に集める
働きをするものである。

したがって、このラッパ状の集捉部１２では、抵抗率が
高い方が好ましく、この要望を満たすために、この発明
の方法が有利に用いられることが理解されよう。

以上のように、この発明によれば、従来のように導電性
接着剤を用いないので、この導電性接着剤に起因する問
題点がすべて解消される。

そして、抵抗率分布を持たせるための方法が簡単である
ので、非常に量産に適した方法であるといえる。

さらに、抵抗率の変化の程度および分布の状態は、抵抗
率コントロール溶液の濃度や付着量や付着パターンなど
によって容易に制御することができる。

なお、上述の実施例では、チャネル型２次電子増倍管に
関連して述べたが、この発明は、これに限ることなく、
平板を平行に配置したものやチャネルプレート構造を持
つものも含めた２次電子増倍装置に広く適用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景となる２次電子増倍装置の原理
図である。 第２図はこの発明の興味ある先行技術を説明するための
２次電子増倍管の概略図である。 第３図はＺｎＯとＴｉＯ２との組成比による抵抗率の変
化を示す図である。 第４図はこの発明の方法の特徴ある１ステツプを図解的
に示す。 第５図はこの発明の一１実施例により得られた実験結果
を示す図である。 第６図はラッパ状の集捉部を有する２次電子増倍管の概
略図である。 図において、１は２次電子増倍管、２は入力端、３は出
力端、９は浸漬槽、１０は酢酸亜鉛水溶液、１１は成形
仮焼体である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミックの成形仮焼体を用意し、 前記成形仮焼体の抵抗率をコントロールできる溶液を用
   意し、 前記成形仮焼体に前記抵抗率コントロール溶液を付着さ
   せ、 前記抵抗率コントロール溶液が付着された前記成形仮焼
   体を本焼成し、それによって相互に異なる抵抗率の分布
   を生じさせられた２次電子放出能を有するセミラック半
   導体からなりかつ出力端側か入力端側より高抵抗率を有
   するように構成された２次電子増倍装置の製法。 ２ 前記セミラックの成形仮焼体はＺｎＯＴｌＯ２系セ
   ミラック半導体からなる特許請求の範囲第１項記載の２
   次電子増倍装置の製法。 ３ 前記抵抗率コントロール溶液は亜鉛イオンを含む溶
   液である特許請求の範囲第２項記載の２次電子増倍装置
   の製法。 ４ 前記亜鉛イオンを含む溶液は、酢酸亜鉛水溶液、硫
   酸亜鉛水溶液、硝酸亜鉛水溶液を含むグループから選ば
   れる水溶液である特許請求の範囲第３項記載の２次電子
   増倍装置の製法。 ５ 前記抵抗率コントロール溶液はチタンイオンを含む
   溶液である特許請求の範囲第２項記載の２次電子増倍装
   置の製法。 ６ 前記チタンイオンを含む溶液は四塩化チタン溶液で
   ある特許請求の範囲第５項記載の２次電子増倍装置の製
   法。 ７ 前記チタンイオンを含む溶液はチタン有機化合物溶
   液である特許請求の範囲第５項記載の２次電子増倍装置
   の製法。 ８ 前記チタン有機化合物は、チタンアルコオキサイド
   化合物、チタンアルキル化合物を含むグループから選ば
   れる化合物である特許請求の範囲第７項記載の２次電子
   増倍装置の製法。 ９ 前記抵抗率コントロール溶液は、銅、銀、リチウム
   、ナトリウム、カリウムの各イオンを含むグループから
   選ばれたイオンを含む溶液である特許請求の範囲第２項
   記載の２次電子増倍装置の製法。 １０前記セミラツクの成形仮焼体はＺｎＯ系セラミック
   半導体からなる特許請求の範囲第１項記載の２次電子増
   倍装置の製法。 １１前記抵抗率コントロール溶液は銅イオンを含む溶液
   である特許請求の範囲第１０項記載の２次電子増倍装置
   の製法。 １２前記銅イオンを含む溶液は、酢酸銅水溶液、硫酸銅
   水溶液、硝酸銅水溶液を含むグループから選ばれる溶液
   である特許請求の範囲第１１項記載の２次電子増倍装置
   の製法。 １３前記抵抗率コントロール溶液は、銀、リチウム、ナ
   トリウム、カリウムの各イオンを含むグループから選ば
   れたイオンを含む溶液である特許請求の範囲第１０項記
   載の２次電子増倍装置の製法。 １４前記抵抗率コントロール溶液はチタンイオンを含む
   溶液である特許請求の範囲第１０項記載の２次電子増倍
   装置の製法。 １５前記チタンイオンを含む溶液は四塩化チタン溶液で
   ある特許請求の範囲第１４項記載の２次電子増倍装置の
   製法。 １６前記セミラツクの成形仮焼体はＴｉＯ２系セラミッ
   クからなる特許請求の範囲第１項記載の２次電子増倍装
   置の製法。 １７前記抵抗率コントロール溶液は亜鉛イオンを含む溶
   液である特許請求の範囲第１６項記載の２次電子増倍装
   置の製法。 １８前記亜鉛イオンを含む溶液は、酢酸亜鉛水溶液、硫
   酸亜鉛水溶液、硝酸亜鉛水溶液を含むグループから選ば
   れる溶液である特許請求の範囲第１７項記載の２次電子
   増倍装置の製法。 １９前記成形仮焼体は１０００〜１１００℃の温度で仮
   焼されたものである特許請求の範囲第１項ないし第１８
   項のいずれかに記載の２次電子増倍装置の製法。 ２０前記本焼成は１３００〜１４５０℃の温度で行われ
   る特許請求の範囲第１項ないし第１９項のいずれかに記
   載の２次電子増倍装置の製法。 ２１前記抵抗率コントロール溶液の付着工程は、当該溶
   液に前記成形仮焼体の一端から浸漬する工程を含む特許
   請求の範囲第１項ないし第２０項のいずれかに記載の２
   次電子増倍装置の製法。 ２２前記とり出し工程は徐々に進行させ前記一端はど前
   記溶液中での浸漬時間が長くなるように制御し、それに
   よって前記一端はど前記溶液の付着量を多くした特許請
   求の範囲第２１項記載の２次電子増倍装置の製法。 ２３前記抵抗率コントロール溶液の付着工程は、前記成
   形仮焼体に当該溶液を吹き付ける工程を含む特許請求の
   範囲第１項ないし第２０項のいずれかに記載の２次電子
   増倍装置の製法。 ２４前記抵抗率コントロール溶液の付着工程は、前記成
   形仮焼体に当該溶液を塗布する工程を含む特許請求の範
   囲第１項ないし第２０項のいずれかに記載の２次電子増
   倍装置の製法。 ２５前記抵抗率コントロール溶液の付着工程において、
   溶液濃度の異なる各抵抗率コントロール溶液を用意し、
   この中から選択した溶液を前記成形仮焼体に付着する工
   程を含む特許請求の範囲第１項ないし第２０項のいずれ
   かに記載の２次電子増倍装置の製法。 ２６前記抵抗率コントロール溶液の付着工程において、
   溶液濃度の薄い抵抗率コントロール溶液から溶液濃度の
   濃い抵抗率コントロール溶液を順次前記成形仮焼体に付
   着させ、前記溶液の付着部分を溶液濃度が濃くなるに従
   って前記成形仮焼体の一端に徐々に片寄るようにした工
   程を含む特許請求の範囲第１項ないし第２０項のいずれ
   かに記載の２次電子増倍装置の製法。 ２７前記付着工程は、浸漬、吹き付け、塗布のいずれか
   である特許請求の範囲第２５項または第２６項記載の２
   次電子増倍装置の製法。