JPS62133634A - 高性能光電陰極 - Google Patents
高性能光電陰極Info
- Publication number
- JPS62133634A JPS62133634A JP61284112A JP28411286A JPS62133634A JP S62133634 A JPS62133634 A JP S62133634A JP 61284112 A JP61284112 A JP 61284112A JP 28411286 A JP28411286 A JP 28411286A JP S62133634 A JPS62133634 A JP S62133634A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- thickness
- photocathode
- semiconductor material
- electrons
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/34—Photo-emissive cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/34—Photoemissive electrodes
- H01J2201/342—Cathodes
- H01J2201/3421—Composition of the emitting surface
- H01J2201/3423—Semiconductors, e.g. GaAs, NEA emitters
Landscapes
- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明はテレビ用撮像管およびイメージ増倍管等の撮像
管に使用する高性能光電陰極に係わる。
管に使用する高性能光電陰極に係わる。
下記の要素を主たる構成要素とする光電陰極の構成につ
いては周知である。
いては周知である。
−Ｆ＋形半導体材料から形成される所謂窓層。禁制帯幅
が各波長の被検出光に対して当該層を透過性にできる程
度であり、入射光を受光するガラス板に接合される。
が各波長の被検出光に対して当該層を透過性にできる程
度であり、入射光を受光するガラス板に接合される。
−Ｐ 形半導体材料から成る所謂吸収層。
禁制帯幅が被検出光の光子を電子・正孔対に変換できる
程十分に小さい。
程十分に小さい。
−吸収層端部で負の電子親和力を生成して、吸収層内部
で放出される電子を真空中に放出する働きをする材料か
ら成る所謂放出層。
で放出される電子を真空中に放出する働きをする材料か
ら成る所謂放出層。
吸収層を構成する材料の禁制帯幅によって、検出可能な
最大波長が限定される。窓層と反対側の端部において吸
収層に正のバイアスをかけることＫよって、放出効率を
高く維持しながら禁制帯幅の小さい材料を使用すること
が可能になり、それによって波長のより長い光を検出す
ることが可能になる。吸収層との接続によるか、ちるい
は吸収層と放出層との間に極薄形の金属電極を介在させ
ることによって、吸収層にバイアスをかけることができ
る。この形式の光電陰極については、Ｊ、Ｊ。
最大波長が限定される。窓層と反対側の端部において吸
収層に正のバイアスをかけることＫよって、放出効率を
高く維持しながら禁制帯幅の小さい材料を使用すること
が可能になり、それによって波長のより長い光を検出す
ることが可能になる。吸収層との接続によるか、ちるい
は吸収層と放出層との間に極薄形の金属電極を介在させ
ることによって、吸収層にバイアスをかけることができ
る。この形式の光電陰極については、Ｊ、Ｊ。
エツジヤ−他（Ｊ、＋Ｊ、 Ｅｓｃｈｅｒ ｅｔ ａｌ
、）論文。
、）論文。
ＩＥＥＥ−ＥＤＬ ２ 、１２３−１２５ （１９８１
）に記載されている。
）に記載されている。
この形式の光電陰極は、特に吸収層の特性によって性能
が限定される。吸収層の厚さの決定は、一方では被検出
光の光子の吸収率を高めるためにできるだけ厚くしなけ
ればならず、また一方では電子の透過効率を高めると共
に暗電流を少なくするために吸収層の厚さを最小限にし
なければならないという相矛盾する２要件の妥協点に立
っており、しかも層の平面において電子と正孔のエネル
ギー準位を二次元的に量子化できるように行なうのが実
情である。
が限定される。吸収層の厚さの決定は、一方では被検出
光の光子の吸収率を高めるためにできるだけ厚くしなけ
ればならず、また一方では電子の透過効率を高めると共
に暗電流を少なくするために吸収層の厚さを最小限にし
なければならないという相矛盾する２要件の妥協点に立
っており、しかも層の平面において電子と正孔のエネル
ギー準位を二次元的に量子化できるように行なうのが実
情である。
慣例的に吸収層の厚さは１ミクロン程度とされている。
この厚さは電子の透過効率はよくするが、被検出光の光
子、特に最大波長に対応する光子を全部吸収するには十
分ではない。本発明の目的は、周知の形式のものより効
率の高い光電陰極を提供率が高いこと、暗電流が低いこ
とという諸要件を同時に達成するべく、吸収層を複数の
個別層で構成した光電陰極を提供する。
子、特に最大波長に対応する光子を全部吸収するには十
分ではない。本発明の目的は、周知の形式のものより効
率の高い光電陰極を提供率が高いこと、暗電流が低いこ
とという諸要件を同時に達成するべく、吸収層を複数の
個別層で構成した光電陰極を提供する。
本発明による高性能光電陰極は、被検出光の光子を電子
・正孔対に変換できる程度に禁制帯幅が十分に小さくか
つそれに十分の厚さを有する半導体材料で形成される複
数の第１層から構成される所謂吸収層を本質的に含む。
・正孔対に変換できる程度に禁制帯幅が十分に小さくか
つそれに十分の厚さを有する半導体材料で形成される複
数の第１層から構成される所謂吸収層を本質的に含む。
前記第１層は、第１層より禁制帯幅の大きい半導体材料
で形成した複数の第２層と交互に積層される。前記第２
層の厚さは、電子が当該層をトンネル効果により通過で
きるように十分薄くする。第１層および第２層をドーピ
ングすることによって、第１層の平面において電子と正
孔のエネルギー準位を二次元的に量子化すると共に、フ
ェルミ準位を第１層の原子価の準位に接近させるべく調
節できるようになる。
で形成した複数の第２層と交互に積層される。前記第２
層の厚さは、電子が当該層をトンネル効果により通過で
きるように十分薄くする。第１層および第２層をドーピ
ングすることによって、第１層の平面において電子と正
孔のエネルギー準位を二次元的に量子化すると共に、フ
ェルミ準位を第１層の原子価の準位に接近させるべく調
節できるようになる。
好適実施態様
例示的に示す実施態様は、下記の構成要素から成る。
一ガラス壁（不図示）に接合される第１層１゜層ｌはガ
ラス壁を通して光子２９を受ける。前記層１は全波長の
入射光に対して透過性でちゃ、ガラス壁に対して陰極を
接合できるようにすることをその機能とする。
ラス壁を通して光子２９を受ける。前記層１は全波長の
入射光に対して透過性でちゃ、ガラス壁に対して陰極を
接合できるようにすることをその機能とする。
一第１層群２〜１３と第２層群１６〜２７をそれぞれ１
２層ずつ交互に積層して成る吸収層。
２層ずつ交互に積層して成る吸収層。
−吸収層内部で放出される電子を真空中に伝送すること
を機能とするいわゆる運搬層１４゜−運搬層１４の表面
の電子親和力を低減して、電子２８を真空中に放出でき
るようにする材料から成る最終層１５゜ 添付図面の下部は半導体各層内部の導電帯と価電子帯の
エネルギー準位をそれぞれ表わす曲線ＥＣとＥｖ、これ
らの層の７工ルミ準位恥、エネルギーギャップ電位Ｅｖ
ｉを示してｂる。
を機能とするいわゆる運搬層１４゜−運搬層１４の表面
の電子親和力を低減して、電子２８を真空中に放出でき
るようにする材料から成る最終層１５゜ 添付図面の下部は半導体各層内部の導電帯と価電子帯の
エネルギー準位をそれぞれ表わす曲線ＥＣとＥｖ、これ
らの層の７工ルミ準位恥、エネルギーギャップ電位Ｅｖ
ｉを示してｂる。
層１を形成する材料はＧａＯ，６んｅｏ４ＡＳに１ｃｒ
Ｉｔ当υ５Ｘ１０’の亜鉛原子を一−プしたＰ＋形半導
体材料であり、禁制帯幅が２ｅＶで、従って全波長の入
射光に対して透過性である。第１層群２〜１３と層１４
とは層ｌの材料より禁制帯幅の小さい（例えば１．４ｅ
Ｖの）Ｐ＋形半導体材料で形成し、全部の光子を吸収し
て電子・正孔対に変換できるようにする。この例では第
１層群２〜１３を１ｄ当９１０１９個の亜鉛原子でドー
プしたＧａＡｓで形成しており、各層の厚さを０．０２
５ミクロンとしている。層１４は１ｄ当り１０ 個の亜
鉛原子でＰ−プしたＱａＡｓで形成し、厚さを０．１ミ
クロンとしている。層１４の厚さは半導体の表面がある
ために空間電荷区域の厚さより大きくする必要がある。
Ｉｔ当υ５Ｘ１０’の亜鉛原子を一−プしたＰ＋形半導
体材料であり、禁制帯幅が２ｅＶで、従って全波長の入
射光に対して透過性である。第１層群２〜１３と層１４
とは層ｌの材料より禁制帯幅の小さい（例えば１．４ｅ
Ｖの）Ｐ＋形半導体材料で形成し、全部の光子を吸収し
て電子・正孔対に変換できるようにする。この例では第
１層群２〜１３を１ｄ当９１０１９個の亜鉛原子でドー
プしたＧａＡｓで形成しており、各層の厚さを０．０２
５ミクロンとしている。層１４は１ｄ当り１０ 個の亜
鉛原子でＰ−プしたＱａＡｓで形成し、厚さを０．１ミ
クロンとしている。層１４の厚さは半導体の表面がある
ために空間電荷区域の厚さより大きくする必要がある。
空間電荷区域の幅は０．０５ミクロン以下である。
第２層群１６〜２７も、この構成例では層１と同じ材料
で形成される。従って禁制帯幅も同じになる。第２層群
はエネルギー準位曲線が第１層群２〜１３において電子
および正孔のエネルギー準位を二次元的に量子化できる
ように少量ドープするかあるいはＰ−プしていない。こ
の二次元的量子化によって光子吸収係数が増大する。第
２層群１６〜２７の各層の厚さは０．００３ミクロンで
あるため、電子はトンネル効果によって当該層を通過す
ることができ、第１層群２〜１３の中で光子から放出さ
れる電子の透過効率がよくなる。電子透過効率をよくす
るためには、第２層群１６〜２７の各層の厚さを０．０
０４５ ミクロン以下にする必要がある。第１層群２〜
１３の平面における電子および正孔のエネルギー準位の
二次元的量子化により吸収係数を大きくするためには、
第１層群２〜１３の各層の厚さを０．０３ミクロン以下
にしなければならない。但し、波長の長い光子を吸収で
きるようにするためには、量子閉じ込め効果によって光
子吸収閾値が高くなり過ぎない程度にこれらの層の厚さ
を大きくする必要もある。
で形成される。従って禁制帯幅も同じになる。第２層群
はエネルギー準位曲線が第１層群２〜１３において電子
および正孔のエネルギー準位を二次元的に量子化できる
ように少量ドープするかあるいはＰ−プしていない。こ
の二次元的量子化によって光子吸収係数が増大する。第
２層群１６〜２７の各層の厚さは０．００３ミクロンで
あるため、電子はトンネル効果によって当該層を通過す
ることができ、第１層群２〜１３の中で光子から放出さ
れる電子の透過効率がよくなる。電子透過効率をよくす
るためには、第２層群１６〜２７の各層の厚さを０．０
０４５ ミクロン以下にする必要がある。第１層群２〜
１３の平面における電子および正孔のエネルギー準位の
二次元的量子化により吸収係数を大きくするためには、
第１層群２〜１３の各層の厚さを０．０３ミクロン以下
にしなければならない。但し、波長の長い光子を吸収で
きるようにするためには、量子閉じ込め効果によって光
子吸収閾値が高くなり過ぎない程度にこれらの層の厚さ
を大きくする必要もある。
導電帯のエネルギー準位ＥＣと価電子帯のエネルギー準
位Ｅｖは、第２層群１６〜２７に対応してポテンシャル
ステップを有している。２種類の層を交互に積層するこ
とによって、均質的半導体材料から成る吸収層に比べて
光子の吸収係数を高くできることは計算によって証明す
ることができる。この構成例では、吸収係数が周知の形
式の光電陰極の３倍になる。
位Ｅｖは、第２層群１６〜２７に対応してポテンシャル
ステップを有している。２種類の層を交互に積層するこ
とによって、均質的半導体材料から成る吸収層に比べて
光子の吸収係数を高くできることは計算によって証明す
ることができる。この構成例では、吸収係数が周知の形
式の光電陰極の３倍になる。
＠１５はＣｓ＋０の極薄膜から形成され、エネルギーギ
ャップ電位Ｅｖｉを第１層群２〜１３の導電帯の準位以
下として、電子２８がエネルギーギャップに放出される
のを助ける効果をもつ。層１５が極めて薄いため、電子
はトンネル効果により当該層を通過することができる。
ャップ電位Ｅｖｉを第１層群２〜１３の導電帯の準位以
下として、電子２８がエネルギーギャップに放出される
のを助ける効果をもつ。層１５が極めて薄いため、電子
はトンネル効果により当該層を通過することができる。
本発明の範囲は、以上に例示的に記載した実施態様に限
定されるものではない。当業者の技量の範囲で多くの選
択的構成形式をとることが可能であり、特に層の数、お
よび構成材料に関して変更が可能である。第２層群１６
〜２７を形成する材料を窓層１の材料と異なるものにし
、Ｐ形またはＮ形不純物で軽くドーピングするか、ある
いはｒ−ピングなしとすることもできる。この場合第１
層群２〜１３に適用するドーピングの形の選択は、第１
層群２〜１３と第２層群１６〜２７の全部のフェルミ準
位ＥＸＰが第１層群２〜１３の価電子帯の準位に接近し
、第１層群２〜１３の平面においてキャリアのエネルギ
ー準位を二次元的に量子化するように行なわねばならな
い。これらの２条件を満足する材料を選択することも当
業者の技量の範囲内である。例えば、第１７ｉｋｔ群２
〜１３をＧ ａｙＡ ｓ １ｘＩｎ工Ｐ１−ｙで形成し
、よって第２層群１６〜２７をＩｎＰで形成することが
できる。別の変形例では第１層群２〜１３をＧａＳｂで
形成することができる。この場合第２層群１６〜２７は
ＧａＡＩＡｓＳｂで形成できる。但し、第２層群１６〜
２７の形成に使用される半導体材料の結晶格子定数が第
１層群２〜１３の格子定数と近似しており、光電陰極の
暗電流を増加させないものが望ましい。
定されるものではない。当業者の技量の範囲で多くの選
択的構成形式をとることが可能であり、特に層の数、お
よび構成材料に関して変更が可能である。第２層群１６
〜２７を形成する材料を窓層１の材料と異なるものにし
、Ｐ形またはＮ形不純物で軽くドーピングするか、ある
いはｒ−ピングなしとすることもできる。この場合第１
層群２〜１３に適用するドーピングの形の選択は、第１
層群２〜１３と第２層群１６〜２７の全部のフェルミ準
位ＥＸＰが第１層群２〜１３の価電子帯の準位に接近し
、第１層群２〜１３の平面においてキャリアのエネルギ
ー準位を二次元的に量子化するように行なわねばならな
い。これらの２条件を満足する材料を選択することも当
業者の技量の範囲内である。例えば、第１７ｉｋｔ群２
〜１３をＧ ａｙＡ ｓ １ｘＩｎ工Ｐ１−ｙで形成し
、よって第２層群１６〜２７をＩｎＰで形成することが
できる。別の変形例では第１層群２〜１３をＧａＳｂで
形成することができる。この場合第２層群１６〜２７は
ＧａＡＩＡｓＳｂで形成できる。但し、第２層群１６〜
２７の形成に使用される半導体材料の結晶格子定数が第
１層群２〜１３の格子定数と近似しており、光電陰極の
暗電流を増加させないものが望ましい。
先に記載した構成例では、種々の半導体層のフェルミ準
位ＥＦが同じであり、バイアスは行なわれていない。よ
り大きい波長の光子を検出できるようにするためには、
先行技術と同じ方法で、即ち層１４と層１５の間に薄形
金属電極を設けるか、あるいは負端子を層ｌと接続した
ゼネレータの正端子に層１４をリード接続することによ
ってバイアスを実現するとよい。
位ＥＦが同じであり、バイアスは行なわれていない。よ
り大きい波長の光子を検出できるようにするためには、
先行技術と同じ方法で、即ち層１４と層１５の間に薄形
金属電極を設けるか、あるいは負端子を層ｌと接続した
ゼネレータの正端子に層１４をリード接続することによ
ってバイアスを実現するとよい。
本発明はテレビカメラ用撮像管や、イメージ増倍管に適
用することができる。
用することができる。
添付図面の上部は本発明による光電陰極の一構成例を示
す部分断面図で、同下部はこの構成例におけるキャリア
のエネルギー準位Ｅに関するグラフである。 １・・・窓層、 ２〜１３ ； １６〜２７・・・吸収
層、１４・・・運搬層、四・・・電子、 酋・・・光子
。
す部分断面図で、同下部はこの構成例におけるキャリア
のエネルギー準位Ｅに関するグラフである。 １・・・窓層、 ２〜１３ ； １６〜２７・・・吸収
層、１４・・・運搬層、四・・・電子、 酋・・・光子
。
Claims (2)
- （１）高性能光電陰極であって、所謂吸収層が、被検出
光の光子を電子・正孔対に変更できる程度に禁制帯幅が
十分に小さくかつそれに十分な厚さを有する半導体材料
で形成された複数の第１層と、前記第１層の材料より禁
制帯幅の大きい半導体材料で形成されておりかつその厚
さがトンネル効果により電子に当該層を通過させる程十
分に小さい複数の第２層とを交互に積層して成り、前記
第１層および第２層が、第１層の平面において電子およ
び正孔のエネルギー準位を二次元的に量子化すると共に
フェルミ準位を第１層の原子価の準位に接近させるよう
調節するようにドーピングされている光電陰極。 - （２）前記吸収層を形成する第１層がＧａＡｓから成り
、各層の厚さが０．０３ミクロン以下であり、前記第２
層がＧａ＿０＿．＿６Ａｌ＿０＿．＿４Ａｓから成り、
各層の厚さが０．００４５ミクロン以下である、特許請
求の範囲第１項に記載の光電陰極。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8517719 | 1985-11-29 | ||
| FR8517719A FR2591033B1 (fr) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | Photocathode a rendement eleve |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62133634A true JPS62133634A (ja) | 1987-06-16 |
Family
ID=9325295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61284112A Pending JPS62133634A (ja) | 1985-11-29 | 1986-11-28 | 高性能光電陰極 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4749903A (ja) |
| EP (1) | EP0228323B1 (ja) |
| JP (1) | JPS62133634A (ja) |
| DE (1) | DE3670176D1 (ja) |
| FR (1) | FR2591033B1 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05234501A (ja) * | 1992-02-25 | 1993-09-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 光電子放出面及びそれを用いた電子管 |
| FR2688343A1 (fr) * | 1992-03-06 | 1993-09-10 | Thomson Tubes Electroniques | Tube intensificateur d'image notamment radiologique, du type a galette de microcanaux. |
| FR2698482B1 (fr) * | 1992-11-20 | 1994-12-23 | Thomson Tubes Electroniques | Dispositif générateur d'images par effet de luminescence. |
| US5404026A (en) * | 1993-01-14 | 1995-04-04 | Regents Of The University Of California | Infrared-sensitive photocathode |
| JP3565529B2 (ja) * | 1996-05-28 | 2004-09-15 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体光電陰極およびこれを用いた半導体光電陰極装置 |
| FR2758888B1 (fr) * | 1997-01-27 | 1999-04-23 | Thomson Csf | Procede de modelisation fine du fouillis de sol recu par un radar |
| FR2777112B1 (fr) | 1998-04-07 | 2000-06-16 | Thomson Tubes Electroniques | Dispositif de conversion d'une image |
| CN107895681A (zh) * | 2017-12-06 | 2018-04-10 | 中国电子科技集团公司第十二研究所 | 一种光电阴极及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL7019039A (ja) * | 1970-01-19 | 1971-07-21 | ||
| FR2116866A5 (fr) * | 1970-12-10 | 1972-07-21 | Electronique & Physique | Dispositif analyseur d'images a heterojonction |
| US3958143A (en) * | 1973-01-15 | 1976-05-18 | Varian Associates | Long-wavelength photoemission cathode |
| US4075654A (en) * | 1976-01-09 | 1978-02-21 | Hamamatsu Terebi Kabushiki Kaisha | Semiconductor photoelectron emission device |
| US4587456A (en) * | 1984-01-17 | 1986-05-06 | Hitachi, Ltd. | Image pickup tube target |
-
1985
- 1985-11-29 FR FR8517719A patent/FR2591033B1/fr not_active Expired
-
1986
- 1986-11-24 US US06/934,481 patent/US4749903A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-11-25 EP EP86402618A patent/EP0228323B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1986-11-25 DE DE8686402618T patent/DE3670176D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-11-28 JP JP61284112A patent/JPS62133634A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0228323B1 (fr) | 1990-04-04 |
| EP0228323A1 (fr) | 1987-07-08 |
| FR2591033B1 (fr) | 1988-01-08 |
| FR2591033A1 (fr) | 1987-06-05 |
| DE3670176D1 (de) | 1990-05-10 |
| US4749903A (en) | 1988-06-07 |
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