JPS63279553A - 二次電子増倍管及びその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 に記載の二次電子増倍管並びにこのような二次電子増倍
管を製造する方法に関する。

従来の技術 このような二次電子増倍管は、ハママツ社の印刷物ｓｃ
　−５（カタログ１９８３）に型式番号「Ｒ１６３５Ｊ
の下に開示されておシ公知である。この公知の二次電子
増倍管は、８段で、１０龍の直径及び約５５ｍｍの長さ
を有している。

しかしながら、この寸法では、小型測定装置に使用する
ことはできない。

また、マイクロチャンネル板も知られている（ユニりリ
アーインスツルメンツアンドメソッド［Ｎｕｃｌｅａｒ
　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　
Ｊ　１６２゜５８７−６０１頁（１９７９）参照）。こ
のマイクロチャンネル板は、確かにスペース需要が小さ
いと言う要件を満たすが、しかしながら、信号パルス後
の不感時間（むだ時間）が相当に大きく、それにより、
弱い放射及び粒子信号に対するこのデバイスの適用可能
性は非常に制限されている。

更にまた層構造のチャンネル板も知られていル（アドバ
ンス　イン　エレクトロニクス　アンド　ニレクロン　
フィジックス「Ａｄｖａｎｃｅ８ｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ
　Ｊ　３３Ａ、１１７−１２３頁（１９７２）参照）。

このデバイスにおいては、確かに、長い不感時間と言う
欠点は回避されるが、段間毎における電子損失が相当に
大きく、そのため、このデバイスも、極めて小さい放射
信号または粒子信号の適用分野には適していない。更に
、上記のような電子損失を、エツチングによりチャンネ
ル壁を成形することによって減少するようにした層構造
のチャンネル板も知られている（西独特許第２４１４６
５８号参照）。しかしながら。

この種の成形もしくはパターニングには狭い公差限界が
課せられる。最後にまた、高エネルギー物理学分野にお
いて二次電子増倍管のアレイも知られている（　Ｆ、　
Ｂｉｎｏｎらの論文「Ｎｕｃｌｅ−ａｒｌｎｓｔｒｕｍ
ｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　Ｊ、　Ａ　２４８
　（１９８６）、８６−１０２頁参照）。しかしながら
、このデバイスの占有スペースは大きく、小型の測定系
への組込みには全く不向きである。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、上に述べた従来技術と比較して、スペ
ース需要が極めて小さく、時間軸分解能が高く、感度が
高く、パターン形成における融通性が高いマイクロ二次
電子増倍管及びそのアレイを提供することにある。

ｌに記載の方法を用いて解決される。

放射または粒子のための小型測定系におけるセンサとし
ての本発明によるマイクロ二次電子増倍管及びその多重
配列装置（プレイ）は、スペース需要が小さいこと並び
に空間及び時間分解能が高いと言う有利な特徴を有する
。

レントゲン凹部リトグラフィー及びミクロ電気めっき（
電鋳）法を用いることにより、離散ダイノードからなる
極めて小さい装置もしくはデバイスの構造が可能となり
、その形態は、１つのダイノードから次続のダイノード
に対して電子を集束し、それによシミ子の損失を最小限
にするように選択される。この形態は、感度に対して有
利に影響する。離散パターンの導体路を介してダイノー
ドに給電することによシ、マイクロ二次電子増倍管の動
特性領域が非常に大きくなるように外部給電を信号振幅
に対して適合化することができる。また、二次電子増倍
管の長さが非常に減少することによシ、陰極から陽極へ
の電子走行時間が短縮され、このことは、パルスの立上
り時間従って達成可能な時間軸分のようなレントゲン凹
部リトグラフィー電気めっき（ｇａｌｖｏｎｏｐｌａｓ
ｔｉｓｃｈ　）法（ＬＩＧＡ法）或いはそれから導き出
された成形法によるこのような微細構造の製造は、カー
ルスルーへ（Ｋａｒｌ−ｓｒｕｈｅ　）のケルンフォル
シュングツェントラム（Ｋｅｒｎｆｏｒｓｃｈｕｎｇｓ
ｚｅｎｔｒｕｍ　）のＫｆＫ−報告書３９９５（１９８
５年１１月）に記述され図で示されている。この方法に
よれば、例えばレントゲン放射感性を有するポジティブ
−レジストが金属性基板上に付着され、マスクを介して
レントゲン線により部分的に照射されて現像され、それ
により、ポジティブ−レジストの層厚の高さに対応する
形成すべきパターンの印画パターン（ネガチゾ）が形成
される。上記層厚はレントゲン線の侵入深さに依存し２
　ｍｍにもなり得る。

次いで、基板を電極として使用して陰画パターンに、電
気めっきにより金属を充填し、然る後に残留レジスト材
料を溶媒で除去する。成形法においては、ＬＩＧＡ法で
製造された形成すべき導体パターンのボジチブもしくは
陽画を繰り返し使用可能な工具として用いて合成材料を
成形し、次いで、該成形により得られた陰画パターン（
ネガチプ）に電気めっき法で金属を充填し、残留合成材
料を除去する。何れの場合にも、約２Ｍ１Ｋまで高さを
自由に選択しながら、ミクロン領域の横方向寸法を有す
る微細パターンを製造することができる。この目的のた
めの放射源と。

しては特に電子シンクロトロンもしくは電子蓄積リング
のレントゲン放射（シンクロトロン放射）が適している
。

特許請求の範囲第１３項に記載されている方法によれば
、更に、同一の基板上に、非常に多数のマイクロ二次電
子増倍管を並置してマイクロ二次電子増倍管多重アレイ
として栴成することができる。これにより、極めて高い
実装密度が達成され、このことは、実現可能な空間分解
能に有利に作用する。一方、このように高い空間分解能
は、特に断層撮影並びに高エネルギ物理学分野で用いら
れる検出器にとって有意味である。

マイクロ二次電子増倍管からなる多重配列もしくはアレ
イにおいては、信号入力端の位置を所与の輪郭に適合す
ることができ、例えば、ローランド円、湾曲像面または
実施例と関連して後述する散乱光ラジオメーターにおけ
るような円筒外面に適合化することができる。

本発明の別の利点は、基板の１つに、付加的な光電陰極
を担持する光透過性の壁を設け、それによりマイクロ二
次電子増倍管（またはそのアレイ）をマイクロ光電子増
倍器（またはそのアレイ）にすることができると言う点
にある。

上記の光透過性の壁にレンズ状の断面を与え、そして光
電陰極を光透過性の材料からなる別の担体に設けること
により、光源と光電陰極との間に光学的結像関係を形成
することができ、これは、散乱空間の画定並びに信号雑
音比に対し好影簀を与える。

実施例 第１図には、マイクロ（小型）二次電子増倍管の構造が
略示しである。図から明らかなように、ダイノード１、
該ダイノードに電圧を供給するために設けられた導体路
並びに陽極３が示しである。これらの構造要素は、基板
４上に設けられている。破線で示した第２の板は、適当
な位置に光電陰極７が設けられているガラス壁６を担持
している。他の電極８，９は、光電陰極から放出される
光電子を第１のダイノーｖ１に集束する働きをなす。尚
、必要に応じ、板をガラスろう付けによシ互いに接続し
て、二次電子増倍管のための真空気密ノ・ウジングを形
成する。増倍には、１００ｅＶ台の電子エネルギが要求
される。ＩＫＶ／ｉｎの表面電界強度に対して典型的で
確実な駆動値を用いることにより、０−１ｍｍの最小導
体路間隔が得られ、そして縁の長さがそれぞれ１ｉ＋富
である９個のダイノードを用いれば、全長は約１０ｍと
なる。表面帯電及び該表面帯電から生ずる通弧は、壁の
表面層を、弱くても導電性にすることにより回避される
。

第２ａ図には、マイクロ二次電子増倍管の多重配列構造
もしくはアレイが略示しである。即ち、多数のマイクロ
二次電子増倍管が並置して配設されており、導体路２の
取出しもこの配列に適すように相応に形成される。第２
ｂ図には、共通のダイノード１を有する多重配列構造が
略示しである。

第６ａ図乃至第３ｈ図には、例として、マイクロ二次電
子増倍管またはその多重配列構造（アレイ）の製造方法
が示されている。最も重要な方法段階として、シンク畔
トロン放射及び電気めっき成形を用いるレントゲン凹部
ＩＪ　）グラフィーが採用される。この方法もしくはプ
ロセスの詳細な説明に関しては、［マイクロエレクトロ
ニック　エンジニアリンク（Ｍｉｃｒｏｅｌｅ−ｃｔ、
ｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　）　Ｊ　４　、
　（１９８６）５５−５６頁に掲載されているイー・ダ
ブリュ・ベラカー（Ｅ　、Ｗ、Ｂｅｃｋｅｒ　）　、ダ
プリュ・エールフェルト（Ｗ、　Ｅｈｒｆｅｌｄ　）、
ティー＋　７１％グマン（Ｐ、　Ｈａｇｍａｎｎ　）、
エイ・メイナー（Ａ。

Ｍａｎｅｒ　）及びデー・ミュンヒマイヤー（Ｄ。

Ｍｉｉｎｃｈｍｅｙｅｒ　）著の［Ｆａｂｒｉｃａｔｉ
ｏｎ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｗｉ
ｔｈ　ｈｉｇｈ　ａｓｐｅｃｔ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄｇ
ｒｅａｔ　５ｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｈｅｉｇｈｔｓ　ｂ
ｙ　５ｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｌｉ
ｔｈｏｇｒａｐｈｙ　、　　ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｉ
ｎｇ　。

ａｎｄ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｍｏｕｌｄｉｎｇ　（ＬＩ（
）Ａ　−ＰＲＯＣＥＳＳ　）　ｊを参照され度い。基板
１は酸化アルミニウム・セラミックから成力、その厚さ
は約１１１であり、面積は約１０ｃＩＩＬ×１０ｃｒＩ
Ｌである。この基板１には、スパッタリングにより、感
光ラッカー（例えばヴイーズバーデン所在のカレ社製の
「Ａｚ１３５０」）からなる薄層２を被着して製造業者
の指示に従い前処理する（第３ｂ図）。公知の仕方で、
感光ラッカーを、マスクを介してリトグラフィー照射し
現像する。その結果、基板１上には感光ラッカーパター
ン３が形成される（第３Ｃ図）。続いて、スパッタ法に
より表面全体に、先ず、チタンからなる３　［］　ｎｍ
厚さの層４を被着し、次いでニッケルからなる２００ｎ
ｍ厚さの層を被着する。続いて、感光ラッカー３を、浸
漬浴内でアセトンを用いて分離する。

その結果、感光ラッカーパターン３上に存在する金属層
４及び５の領域が除去される。そこで、基板１上には金
属層パターン４．５が残存する（第３ｄ図）。上に掲げ
た論文に記述されているように、次に、ポリメチルメタ
クリレート鋳造材料（ＰＭＭＡ　）からなる層６を１　
＊ｔｘの厚さで塗布し、重合化し、次いでシンクロトロ
ン放射によるレントゲン凹部リトグラフィー及びそれに
続いての現像によシバターン化する（第３ｆ図）。この
ようにして製造されたＰＭＭＡの成形パターン７に電気
めっきによシニッケル層を被着する。このニッケル層が
、マイクロ二次電子増倍管のダイノード８を構成する。

次いで、残留ＰＭＭＡ領域７を溶媒内で除去する（第６
ｇ図）。

以下同様にして同じ加工段階で、対応のパターンが予め
形成されているＩＪ　）グラフィー法で使用されるマス
クを用いて、マイクロ二次電子増倍管の他の要素、例え
ば陽極、シールド等をダイノード８と平行に形成する。

次いで、第３ａ図乃至第３ｄ図に示した方法段階と類似
の仕方で、第３ｄ図に示しである基板に対して金属パタ
ーン１０を有する鏡面対称のカバー板９を製造する。こ
の金属パターン１０を、銀を用いた拡散ろう付けによシ
ダイノード８と結合する。

斯くして、基板１、カバー板９、離散的なダイノード８
、ダイノード接続用の導体路１１並びに電子の垂直集束
用の導体路１２からなるマイクロ二次電子増倍管が製造
される（第３ｈ図）。

マイクロパターンの別の製造方法として成形法がある。

この方法においては、シンクロトロン放射を用いたレン
トゲンリトグラフイーにより、製造すべきダイノードパ
ターンの陽画バターニング部材が、合成材料を用いて繰
返し使用可能な工具として形成され、この陽画パターニ
ング部材を用いて形成した陰画パターン型に金属を電気
めっきによシ充填して１次いで残留合成材料を除去する
。ダイノードの固定及び接続に要求される基板は、この
成形法の場合には、上記工具内に埋設され、合成材料は
基板と堅固に接続された状態になる。シンクロトロン放
射を用いたレントゲンリトグラフイーによるマイクロパ
ターンの直接的な形成並びに上述の成形法によれば、約
２Ｍｍまで高さを自由に選択しながら、ミクロン範囲の
横方向寸法を有する極めて精度の高いパターンを実現す
ることができる。

用途例としては、複チャンネル散乱光ラジオメーター（
第４図）が挙げられる。公知のように、小さい粒子にお
ける光の散乱は、粒子系における大きさ及び形状パラメ
ータを検出する上で重要な補助的手段であるにューヨー
ク所在のＡｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ社１９６９年発
行のＭ、　Ｋｅ−ｒｋｅｒ著の［Ｔｈｅ　Ｓｃａｔｔｅ
ｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔ　Ｊ参照）０最も多くの情
報を得る方法の１つは、散乱光の角度分布の測定である
。特に、信号雑音比、所要の測定時間及び時間分解能に
とって有利なことは、種々な異なった角度での散乱光の
同時測定である。これと関連して、本発明によるマイク
ロ二次電子増倍アレイによれば、従来技術（例えば西独
特許第２３３８４８１号、米国特許第３９３２７６２号
、西独実用新案Ｇ３４１５８８６．７　）の場合よりも
格段に小さく、感度が良好で然も堅牢である電子的多チ
ャンネル検出器の構造が実現可能となる。ダイノードに
、導体路を介して給電することにより、異なった電源電
圧に接続することができる多チャンネルマイクロ二次電
子増倍ディパスの群を形成することができる。これによ
シ、感度を、散乱角の関数として、散乱光角度分布に適
応化することができる。このことは、例えば、前方向と
逆方向との間における強度差が数桁にもなり得る前方向
に強く散乱する粒子の場合において、約９０°乃至１８
０°の背側検出器領域を最大増幅度で、２０°乃至９０
°の中間領域は、中間の増幅度で、そして０°乃至２０
°の前方領域は飽和状態になる直前の増幅度で走査でき
ることを意味する。

リング形状の基板１上には、マイクロ二次電子増倍管２
の多重配列（アレイ）を有する２つのセクタ状の領域が
設けられる。マイクロ二次電子増倍管２の入力端は、そ
の場合、それぞれ円弧上に配設されて基板１の中心点に
向い配位されている。セクタ状（扇状）の領域は、それ
ぞれ、内側の円弧上に光電陰極を担持しているガラス壁
３により囲繞される。該光電陰極は、それぞれ、１つの
マイクロ二次電子増倍管に対応して設けられる。

ガラス壁３は、カバー板４で上方を閉鎖されておって、
それにより、多重配列装置（アレイ）の真空気密包被が
形成されている。マイクロ二次電子増倍管２の信号出力
端は、導体路５により基板１の外縁部に引き出され、外
部接続用の接点６に接続されている。多重配列装置（ア
レイ）に給電を行う導体路は、金属で満たされた孔７を
通って基板１の下側に引き出され、そこから導体路８に
より同様に基板１の外縁部に設けられている外部接続端
子９に達している。基板１の空いたセクタ（扇形部）に
は、半導体レーデ−１０、光学素子１１、絞り１２及び
楔形の集光部１３が、散乱空間１４内に存在する材料の
密度変動による光の散乱に対して適切な放射路が形成さ
れるように配列されている。

第４図に示した変形実施例によれば、入射−次ビームの
方向に関する散乱放射の対称性をチェックすることが可
能となる。このことは、例えば流体力学的または電磁的
作用によシ配向が行われる非対称の粒子系に対して非常
に有意味である。

上記のような集積測定装置の偏平な構造により粒子ビー
ムに沿う多くの平面内で該測定装量を使用することが容
易になり、それによシ、粒子パラメータの時間的展開を
追跡するのが容易となる。更に、この集積測定装置の偏
平な構造は、電子軌跡を制御するための磁界を加える事
例にも良好に適している。尚、上に述べた適用例は、光
散乱に関する適用例であるが、しかしながら本発明の適
用範囲は、電子及びイオンのような荷電粒子或いは励起
された中性粒子が存在する散乱プロセスにも及ぶもので
あり、更に。

それ自体放射または粒子を放出する放射源或いは粒子源
に対しても使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による二次電子増倍管の構成を示す略図
、第２ａ図及び第２ｂ図は複数の二次電子増倍管からな
る多重配列装置もしくはアレイを簡略に示す図、第６図
は二次電子増倍管の製造方法を逐次段階的に図解する図
、第４図は本発明の別の実施例による二次電子増倍管の
構造を示す図である。 １・・・基板、３・・・感光ラッカーパターン、４゜５
・・・金属層、８・・・ダイノード、９・・・カバー板
、１０・・・金属パターン、１１．１２・・・導体路。 １３・・・集光部 ２万の浄ｔ・＋得に変更なし） 第「図 日 「０ 賊

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、離散ダイノードを備えた二次電子増倍管において、
   前記ダイノードはミクロ構造化されており、前記ダイノ
   ードの接続のための電気導体路を備えている絶縁基板上
   に設けられていることを特徴とする二次電子増倍管。 ２、ダイノードを、レントゲン凹部リトグラフィ、レン
   トゲン凹部リトグラフィー電気めっきもしくは電鋳（ｒ
   ■ｎｔｇｅｎｔｉｅｆｅｎｌｉｔｈｏｇｒａｈ−ｉｓｃ
   ｈ−ｇａｌｖａｎｏｐｌａｓｔｉｓｃｈ）または後者か
   ら導出された成形法もしくは成形−電気めっきもしくは
   電鋳法で、基板上に製作する請求項１記載の二次電子増
   倍管。 ３、多数のダイノードアレイを基板上に配設して、個別
   の入力端及び出力端を設けた請求項１又は２記載の二次
   電子増倍管の多重配列構造（アレイ）。 ４、ダイノードを担持する基板を第２の絶縁板で覆った
   請求項１から３までのいずれか１項記載の二次電子増倍
   管及びその多重配列装置（アレイ）。 ５、２つの板の内の１つの板または前記２つの板で、電
   子の垂直集束に用いられる導電路を担持した請求項４記
   載の二次電子増倍管及び多重配列装置（アレイ）。 ６、ダイノードの一部を一方の基板上に設け、そして他
   の部分を別の基板上に設けた請求項４記載の二次電子増
   倍管及び多重配列装置 （アレイ）。 ７、信号入力の想定接続線が広い範囲内で任意に曲げら
   れた曲線である請求項３から６までのいずれか１項記載
   の多重配列装置（アレイ）。 ８、板間に、適当な箇所において光透過性であって光電
   陰極が設けられている壁を設けてダイノード配列の真空
   気密包被を形成した請求項４から７までのいずれか１項
   記載の二次電子増倍管及び多重配列装置（アレイ）。 ９、壁の光透過性の部分がレンズ形状を有し、光電陰極
   を別の光透過性担体に設けて、光源と前記光電陰極との
   間に光学的結像関係が存在するようにした請求項４から
   ８までのいずれか１項記載の二次電子増倍管及び多重配
   列装置（アレイ）。 １０、隣接のチャンネルが共通のダイノードを有してい
   る請求項３から９までのいずれか１項記載の多重配列装
   置（アレイ）。 １１、電子を案内するための磁界を外部から加える請求
   項１から１０までのいずれか１項記載の二次電子増倍管
   及び多重配列装置（アレイ）。 １２、ダイノードの各群を異なった電源に接続した請求
   項３から１１までのいずれか１項記載の多重配列装置（
   アレイ）。 １３、特許請求の範囲第１項乃至第１２項に記載の離散
   ダイノードを備えたマイクロ二次電子増倍管及び多重配
   列装置（アレイ）を製造するための方法において、 ａ）絶縁基板上に導体路を被着し、 ｂ）レントゲン凹部リトグラフィー、レントゲン凹部リ
   トグラフィー電気めっき（電鋳）または後者から導き出
   された成形法もしく は成形−電気めっき（電鋳）法でダイノー ドを前記導体路上に形成し、 ｃ）必要に応じカバー板をダイノードと接続するかまた
   は光電陰極を備えた光透過性の 壁を設けてカバー板で密閉する製造段階を 含むことを特徴とする製造方法。 １４、製造段階ｂ）においてダイノードに、高い二次電
   子放出係数を有する材料からなる付加層を被着する請求
   項１３記載の方法。 １５、ダイノードに電気めっき錫を被着し、続いて化学
   的湿式法で酸化する請求項１４記載の方法。 １６、導体路間の絶縁領域を、適当な表面層を被着する
   ことにより弱導電性にする請求項１３記載の方法。