WO2004113890A1

WO2004113890A1 - 時間分解測定装置および位置検出型電子増倍管

Info

Publication number: WO2004113890A1
Application number: PCT/JP2004/009282
Authority: WO
Inventors: Nobuyuki Hirai; Mitsunori Nishizawa
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2004-12-29
Also published as: KR20060024367A; EP1640712A4; JP2005019635A; US7619199B2; EP1640712B1; TW200506344A; CN1809742A; US20070263223A1; TWI333057B; EP1640712A1; CN100476408C; KR101067933B1; JP4268463B2

Abstract

時間分解測定装置（１００）は、光電子増倍管（１４）における前側ＭＣＰスタック（３０）のＭＣＰ（２４）から検出タイミングパルスを読み出す。このパルスに基づいて光子の検出タイミングが決定される。このパルスの主成分は、ＭＣＰ（２４）からの光電子放出に応じた電位上昇パルスであり、これはプラスの極性を有する。一方で、前側スタック（３０）に光電子が入射するとマイナスの極性のパルスが発生し、検出タイミングパルスの波形を変形する。しかし、前側スタック（３０）には、後側スタック（３２）に比べて少数の光電子が入射するので、検出タイミングパルスに含まれるマイナス成分は少ない。この結果、時間分解測定の時間精度が高まる。

Description

糸田 »

時間分解測定装置および位置検出型電子増倍管技術分野

【0 0 0 1】この発明は、位置検出型電子増倍管（Position- Sensitive Electron Multiplier Tube: P S_EMT)、および位置検出型電子増倍管を利用する時間分解測定装置に関する。

背景技術

【000 2】発光現象の時間分解測定を行って、その二次元位置および時間を取得するための二次元時間分解測定装置が知られている。このような装置は、特開昭 6 1— 26 6 94 2号公報、特開平 1 0— 1 5008 6号公報、およびエス

-シヤーボンノー（S . Charbonneau) らによる論文「レジスティブアノード光電子增倍管を用いた 1 0 0 p s 分解能での二次元時間分解撮像（ Two-dimensional time-resolved imaging with 100-ps resolution usinga resistive anode photomultiplier tube)」 (Rev. Sci . Instrum. 6 3 (1 1 )、米国、アメリカン ·インスティチュート ·ォブ 'フィジックス（

American Institute of Physics)、 1 9 9 2年 1 1月、 5 3 1 5— 5 3 '1 9頁）に開示されている。シヤーボンノーらの文献に開示される装置では、試料から発した光子が複数のマイクロチャンネルプレート（MCP) によって增倍される。光子の検出タイミングを示すパルス信号は、光電子增倍管においてァノードに最も近い MC Pから取り出される。

発明の開示

【000 3】この発明は、時間分解測定における時間精度を高めることを目的とする。

【0004】この発明の時間分解測定装置は、試料の励起によって発する量子線の位置情報およびタイミング情報を取得する。この装置は、試料の励起に同期して基準時間パルスを生成する信号発生器と、光を検出し検出位置に応じた位置信号および検出タイミングに同期した検出タイミングパルスを生成する検出装置と、位置信号を用いて検出位置を算出する位置演算器と、基準時間パルスと検出タイミングパルスとの時間差を計測する時間差測定器と、位置演算器によって算出された検出位置と時間差測定器によつて計測された時間差とを対応付けて記憶するデータ処理装置とを備えている。検出装置は、位置検出型電子増倍管を有している。電子増倍管は、量子線が入射する入射窓、アノード、ならびに入射窓とァノードの間に挟まれた第 1およぴ第 2のマイクロチャンネルプレートを有している。第 1マイクロチャンネルプレートは、力ソードと離れて対向する入力面と、第 2マイクロチャンネルプレートと離れて対向する出力面とを有している。第 2マイクロチャンネルプレートは、第 1マイクロチャンネルプレートの出力面と離れて対向する入力面と、アノードと離れて対向する出力面とを有している。検出タイミングパルスは、マイクロチャンネルプレートによって増倍された電子が第 1マイクロチャネルプレートの出力面から放出されるときの電位変化に応答して発生し、時間差測定器へ送られる。

【0 0 0 5】量子線には、電子、イオン、ひ線、線などの荷電粒子や、紫外線、 X線、 γ線などの光子、さらには中性子などが含まれる。試料の励起に伴う量子線の発生は、原子、分子などがエネルギーの低い状態から、熱、光、放射線などの外部刺激によって、より高いエネルギーの状態に移り、その状態が元に戻る際に、 2つの状態のエネルギーの差を光等の量子線として放出する現象である (上記特許文献 1および非特許文献 1を参照のこと）。半導体デバイスが自発的に

、あるいは外部トリガ（信号パルス、動作開始パルス等）に応答して作動すると、デバイス中のトランジスタのスィツチング動作に伴ってトランジェント発光が起きることも知られている（上記特許文献 2を参照のこと）。本発明において試料の励起に伴う量子線の発生には、原子または分子が 2つの状態のエネルギーの差を光等の量子線として放出する現象に加えて、半導体デバイスの動作時に観察されるトランジェント発光も含まれる。【0 0 0 6】マイクロチャンネルプレートから取り出される検出タイミングパルスには、マイクロチャンネルプレートからの増倍電子の放出に起因するプラス極性の成分のほかに、マイクロチャンネルプレートへの量子線の入射に起因するマイナス極性の成分が含まれる。本発明と異なり第 2マイクロチヤンネルプレートから検出タイミングパルスを取り出す場合、そのプラス成分は第 1および第 2 マイクロチヤンネルプレートによつて増倍された電子の量に応じた大きさを有し、そのマイナス成分は第 1マイクロチャンネルプレートによって増倍された電子の量に応じた大きさを有する。第 1および第 2マイクロチャンネルプレートは互いに相関のない増倍揺らぎを有している。このため、検出タイミングパルスのプラス成分とマイナス成分は検出のたびに異なる比率を有することになる。したがつて、検出タイミングパルスがグランドレベルを横切るタイミング、すなわちゼ口クロスタイミングも検出のたびに異なる。この結果、基準時間パルスと検出タィミングパルスとの時間差に揺らぎが生じ、時間分解測定の時間精度が低下してしまう。

【0 0 0 7】これに対し、本発明では、第 2マイクロチャンネルプレートの前方に配置された第 1マイクロチャンネルプレートから検出タイミングパルスが取り出される。この検出タイミングパルスのマイナス成分は、第 1マイク άチャンネルプレートへの量子線の入射に応答して発生する。このため、マイナス成分の大きさは、第 1および第 2マイクロチャンネルプレートによる電子増倍の影響を受けない。したがって、検出タイミングパルス中のマイナス成分は小さい。この結果、検出タイミングパルスのゼロクロスタイミングの変動が抑えられ、時間分解測定の時間精度が高まる。

【0 0 0 8】本発明の時間分解測定装置は、第 1マイクロチャンネルプレート、および第 1マイクロチャンネルプレートの入力面に重ね合わされた一枚以上のマイクロチャンネルプレートを有する第 1のスタックと、第 2マルチチャネルプレート、および第 2マイクロチャンネルプレートの入力面に重ね合わされ、第 1 マイクロチャンネルプレートと離れて対向する一枚以上のマイクロチャンネルプレートを有する第 2のスタックとをさらに備えていてもよい。検出タイミングパルスのプラス成分は、第 1スタック中の複数のマイクロチャンネルプレートによつて増倍された電子によって形成される。一方、マイナス成分は、第 1スタックへの量子線の入射によって生成され、第 1スタック中のマイクロチャンネルプレートによる電子増倍の影響を受けない。このため、マイナス成分はプラス成分よりも極めて小さくなる。したがって、検出タイミングパスのゼロクロスタイミングの変動がさらに抑えられ、時間分解測定の時間精度が高まる。

【0 0 0 9】第 1スタックは、入射窓と第 1スタックとの間に別のマイクロチヤンネルプレートを挟むことなく入射窓と対向していることが好ましい。この場合、検出タイミングパルスのマイナス成分は、第 1スタック中のマイクロチャンネルプレートによる電子増倍だけでなく、別のマイクロチャンネルプレートによる電子増倍の影響も受けない。このため、検出タイミングパルスのマイナス成分は極めて小さくなる。これにより、時間分解測定の時間精度が高まる。

【0 0 1 0】第 1スタックは第 2スタックより高い光電子増倍率を有していてもよい。これは電子增倍の飽和を防ぐうえで有利である。これにより、光電子が効率良く増倍され、 S ZNの高い位置信号を得ることができる。検出タイミングパルスのマイナス成分の大きさは第 1スタックによる電子増倍に影響されないので、第 1スタックの増倍率にかかわらずマイナス成分は小さい。したがって、高い位置検出精度と高い時間精度の双方を達成することができる。

【0 0 1 1】位置検出型電子増倍管は、量子線を光電効果によって光電子に変換するフォトカソードを、入射窓と第 1マイクロチャンネルプレートの入力面との間にさらに備えていてもよい。第 1マイクロチャンネルプレートは、フォト力ソードに対向させて配置され、フォトカソ一ドから光電子を受け取って二次電子を生成し増倍する。この場合、光電子が第 1マイクロチャンネルプレートに入射する。検出タイミングパルスのマイナス成分は、光電子の入射量に応じた大きさを有する。一方、検出タイミングパルスのプラス成分は、第 1マイクロチャンネルプレートによって増倍された二次電子の量に応じた大きさを有する。このため、マイナス成分はプラス成分よりも極めて小さくなる。したがって、検出タイミングパルスのゼロクロスタイミングの変動が抑えられ、時間分解測定の時間精度が高まる。

【0 0 1 2】この発明の位置検出型電子增倍管は、量子線を考過させる入射窓と、量子線の入射窓への入射位置に応じた位置に電子を生成し、その位置を維持しながら電子を増倍する第 1および第 2のマイクロチャンネルプレートと、第 2 マイクロチャンネルプレートと対向するアノードと、第 1マイクロチャンネグレプレートに接続され、第 1マイクロチャンネルプレートによって増倍された電子が第 1マイクロチャンネルプレートから放出されるときの電位変化に応じたパルス信号を第 1マイクロチャンネルプレートから取得するパルス読み出し回路とを備えている。第 1マイクロチャンネルプレートは、入射窓と離れて対向する入力面と、第 2マイクロチャンネルプレートと離れて対向する出力面を有している。第 2マイクロチャンネノレプレートは、第 1マイクロチャンネルプレートの出力面と離れて対向する入力面と、アノードと離れて対向する出力面とを有している。ノルス読み出し回路は、第 1マイクロチャンネルプレートの出力面に接続されている。

【0 0 1 3】パルス読み出し回路は、第 2マイクロチャンネルプレートではなく、第 1マイクロチャンネルプレートに接続されている。パルス読み出し回路によって取得されるパルス信号のマイナス成分は、第 1マイクロチャンネルプレートへの量子線の入射に応答して発生する。このため、マイナス成分の大きさは、第 1および第 2マイクロチヤンネルプレートによる電子増倍の影響を受けない。この結果、パルス信号中のマイナス成分は小さく、これにより検出タイミングパルスのゼロクロスタイミングの変動が抑えられる。したがって、このパルス信号を、量子線の検出タイミングを示す信号として使用すれば、時間精度の高い時間分解測定が可能である。

【0014】本発明の前記および他の目的と新規な特徴は、以下の説明を添付図面と合わせて読むことにより、より完全に明らかになる。ただし、図面は単なる例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない

図面の簡単な説明

【0015】図 1は、第 1実施形態に係る時間分解測定装置の構成を示すプロック図である。

【0016】図 2は、第 1実施形態に係る光電子増倍管の構造を示す概略図である。

【001 7】図 3は、比較例の光電子増倍管の構造を示す概略図である。

【0018】図 4 Aは、第 2スタックの最後方 MC Pの電極における電位の経時変化を示し、図 4Bは、その電極から取り出される検出タイミングパルスを示している。

【001 9】図 5は、複数の検出で得られた検出タイミングパルスの重ね合わせを示している。

【0020】図 6 Aは、第 1スタックの最後方 MCPの電極における電位の経時変化を示し、図 6 Bは、複数の検出で得られた検出タイミングパルスの重ね合わせを示している。

【0021】図 7は、第 2実施形態に係る光電子増倍管の構造を示す概略図である。

【0022】図 8は、第 3実施形態に係る光電子増倍管の構造を示す概略図である。

発明を実施するための最良の形態

【0023】以下では、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。理解の容易のため、図面に共通の同一または等価な要素には同様の参照番号を使用し、重複する説明を省略する。【0 0 2 4】第 1実施形態

図 1は、実施形態に係る時間分解測定装置 1 0 0の構成を示すプロック図である。装置 1 0 0は、試料 1 0から発する光子 1 5を検出し、発光の二次元位置および'タイミングを測定する。装置 1◦ 0は、半導体テスタ 1 2、位置検出型光電子増倍管 (Position Sensitive Photomultiplier Tube： P S— P MT )

1 4、位置演算器 1 6、時間電圧変換器（Time - to - Amplitude Converter： T A C ) 1 7およびデータ処理装置 1 8を有している。

【0 0 2 5】本実施形態では、試料 1 0の一例として、半導体集積回路（ I C ) を搭載するチップを用意する。半導体テスタ 1 2は、試科 1 0に動作開始パルスを与えて発光を生じさせるための励起装置である。テスタ 1 2は、試料 1 0上の I Cに駆動電圧を印加して I Cを駆動する。 I Cに含まれるトランジスタは、そのスィツチング動作時に低い確率で発光する。したがって、装置 1 0 0を用いて発光の二次元位置とタイミングを測定することにより、トランジスタの動作タイミングを解析することができる。テスタ 1 2は、試料 1 0に与える動作開始パルスに同期して基準時間パルス R Tを生成する信号発生器 1 ' 2 aを含んでいる。このパルス R Tは時間電圧変換器 1 7へ送られる。

【0 0 2 6】図 2は、位置検出型光電子増倍管 1 4の構造を示す概略図である。光電子增倍管 1 4は、試料 1 0から発した光子 1 5を電子に変換し、その電子をその二次元位置を維持しながら増幅する。光電子増倍管 1 4は、外囲器 2 0および外囲器 2 0に接続された電圧分割回路 8 0を備えている。外囲器 2 0内には、フォト力ソード 2 2、マイクロチャンネノレプレート (Micro Channel Plate ： M C P ) 2 3〜 2 7およびレジスティブアノード 2 8が収容されている。外囲器 2 0の前面には、透明の入射窓 2 9が設置されている。フォト力ソード 2 2は入射窓 2 9の内面上に形成されている。フォトカソード 2 2とレジスティブァノ —ド 2 8は互いに離れて対向するように配置されている。 M C P 2 3〜2 7は、フォトカソード 2 2とレジスティブアノード 2 8の間に配置されている。【0027】フォト力ソード 22は、入射窓 29を透過した光子 1 5を受け取り、光電効果によって光電子に変換する。フォト力ソード 22は「光電面」と呼ばれることがある。

【0028】 MCP 23〜27は、フォト力ソード 22から光電子を受け取つて二次電子を生成および増倍する板状の電子増倍器である。 MCPの平面形状は円形であってもよいし、矩形であってもよい。各 MC Pの前面および後面には、電極として導電性材料が蒸着されている。各 MCPの前面 23 a〜27 aは光電子または二次電子を受け取る入力面であり、後面 23 b〜27 bは二次電子を放出する出力面である。光電子は、まず、最前方の MCP 23に入射する。光電子の入射位置は、光 15のフォト力ソード 22への入射位置に対応している。 MC P 23は、光電子の入射位置に二次電子を生成し、その二次電子をその二次元位置を維持しながら増倍する。後続の M CP 24〜27も二次元位置を維持しながら二次電子を增倍する。

【0029】 MCP 23〜27は、二次電子を通すための多数のチャンネノレを有しており、二次電子はチャンネル内を移動する間に増倍される。より具体的には、 MCPは、非常に細いガラスパイプを多数束ねた構造を有している。このガラスパイプがチヤンネルである。それぞれのチヤンネルは独立した電子增倍器として機能する。チャンネルの内壁は、電気抵抗体であり、電子放出体でもある。 MCPが感応する量子（例えば、本実施形態における光電子）がーつのチャンネルの内壁に入射すると、その内壁から一つ以上の電子が放出される。

【0030】 MC Pの入力面への量子の入射に応じてチャンネルの内壁から放出される電子は、 MC Pの両端に印加された電圧により生成された電界により加速され、放物線軌道を描きつつ壁の反対側の部分に衝突する。この衝突によって、二次電子が内壁から放出される。このような電子放出がチャンネルに沿って多数回繰り返される結果、電子が増倍され、 MCPの出力面から多数の電子が放出される。電子の二次元位置は、チャンネルによって維持される。【003 1】 MCP 23〜27は、第 1およぴ第 2の MC Pスタック 30およぴ 32を構成している。第 1スタック 30は、互いに重ね合わされた 2枚の MC P 23および 24からなる 2段スタックである。第 1スタック 30は、フォト力ソード 22との間に他の MCPを挟むことなくフォト力ソード 22と直接対向している。 1 〇？ 23ぉょぴ24は、それぞれフォト力ソード 22と離れて対向する入力面 23 aおよび 24 aを有している。 MC P 23の出力面 23 bは、 MC P 24の入力面 24 aに重ね合わされている。 MC P 24の出力面 24 bは、 M CP 25の入力面 25 aと離れて対向する。第 2スタック 32は、互いに重ね合わされた 3枚の MC P 25〜27からなる 3段スタックである。 MC P 25の出力面 25 cは MCP 26の入力面 26 aに重ね合わされ、 MCP 26の出力面 2

6 bは MCP 27の入力面 27 aに重ね合わされている。 MCP 27の出力面 2

7 bは、レジスティブアノード 28の入力面と離れて対向する。

【0032】 MCP 23〜27を二つのスタック 30および 32に分けるのは、光電子の効率の良い増倍のためである。すべての MC Pを近接させて重ね合わせると、光電子が少数のチャンネルに集中するため、増倍作用が飽和しやすい。これに対し、 MCP 23~27を二つのスタック 30および 32に分けると、前側のスタック 30によって増倍された電子群は、スタック 30から放出され、拡散しながら後側のスタック 32に向かう。この拡散により、後側のスタック 32 では、より多数のチャンネルで光電子が増倍されることになる。このため、増倍作用の飽和を防ぎ、効率良く光電子を増倍できる。

【0033】スタック 30および 32のように、 MC Pを多段に重ねて使用する場合、チャンネルの軸が MCPの垂直軸に対し適当なバイアス角を有するように M CPを配置することが好ましい。このような配置を採用することによって、ゲインの増大と共に生じるイオンフィードバックに起因するノィズを低減し、かつ、高いゲインを得ることができる。

【0034】第 1スタック 30で光電子を非常に高い倍率で増倍できるので、第 2スタック 3 2の増倍率は、第 1スタック 3 0の増倍率よりも低くてよい。本実施形態では、第 1スタック 3 0の増倍率は約 1 0 ^sであり、第 2スタック 3 2の增倍率は約 1 0²である。これらの増倍率は完全に一定ではなく、ある程度の摇らぎを持っている。したがって、スタック 3 0および 3 2は、増倍のたびに異なる増倍率を示す。

【0 0 3 5】レジスティブアノード 2 8は位置検出型アノードの一種である。

ード 2 8は、片面に均一な抵抗層が設けられた導体板である。ード 2 8の周縁部の四箇所には、信号読み出し用の電極 2 8 a が設けられている。これらの電極 2 8 aは、図 1に示されるように、プリアンプ 4 0を介して位置演算器 1 6に電気的に接続されている。なお、図面の簡単のため、図面には、四つの電極 2 8 aのうち二つのみが描かれている。また、図面では、電極 2 8 aの位置が、実際の位置よりもレジスティブアノード 2 8の中心寄りに描かれている。レジスティブアノード 2 8に二次電子が入射すると、これらの読み出し電極 2 8 aは電荷パルスを出力する。レジスティブアノード 2 8に入射した二次電子の二次元位置は、これらの電荷パルスが有する電荷量に応じて求めることができる。このようにレジスティブアノード 2 8の各電極 2 8 aは、光子 1 5の検出位置に応じた信号 D Pを生成し、位置演算器 1 6に送る。

【0 0 3 6】フォト力ソード 2 2、第 1および第 2 M C Pスタック 3 0および 3 2、ならびにレジスティブアノード 2 8は、電圧分割回路 8 0に接続されている。回路 8 0は、力ソード 2 2およびアノード 2 8間に電圧を印可するとともに、その電圧を分割して第 1および第 2 MC Pスタック 3 0および 3 2に印可する。また、回路 8 0は、レジスティブアノード 2 8から光子 1 5の検出位置に応じた信号 D Pを受け取り、増幅して位置演算器 1 6に送る。さらに、回路 8 0は、光子 1 5の検出タイミングを示すパルス信号を取得するパルス読みし回路としても機能する。

【0 0 3 7】図 2に示されるように、第 1スタック 3 0において M C P 2 3の入力面 23 aの周縁部および MCP 24の出力面 24 bの周縁部には、それぞれ円環状の電極 33および 34が取り付けられ、これらの電極がリード線によって高圧電源 42に接続されている。同様に、第 2スタック 32において MCP 25 の入力面 25 aの周縁部および MCP 27の出力面 27 bの周縁部には、それぞれ円環状の電極 35および 37が取り付けられ、これらの電極がリード線によつて高圧電源 42に接続されている。高圧電源 42は、フォト力ソード 22およびレジスティブアノード 28にも接続されている。

【0038】高圧電源 42は、フォト力ソード 22、第 1スタック 30、第 2 スタック 32およびレジスティブアノード 28に電圧を印可し、これらの間に電位勾配を形成する。この電位勾配により、レジスティブアノード 28、第 2スタック 32、第 1スタック 30、およびフォト力ソード 22の順に高い電位が与えられる。各 MCPスタック内にも電位勾配が形成される。第 1スタック 30では、 MCP 24の出力面 24 bに近い位置ほど高い電位が与えられる。第 2スタツク 32では、 MCP 27の出力面 27 bに近い位置ほど高い電位が与えられる。【0039】より具体的に説明すると、フォト力ソード 22と高圧電源 42との間には抵抗器 81〜85が直列に接続されている。抵抗器 8 1の両端にはフォトカソード 22および電極 33が接続されており、これにより両者の間に電位勾配が形成される。抵抗器 82の両端には電極 33および 34が接続されており、これにより第 1MCPスタック 30の入力面 23 aおよび出力面 24 b間に電位勾配が形成される。抵抗器 83の両端には電極 34および 35が接続されており、これにより第 1MCPスタック 30と第 2MC Pスタック 32との間に電位勾配が形成される。抵抗器 84の両端には電極 35および 37が接続されており、これにより第 2MCPスタック 32の入力面 25 aおよび出力面 27 b間に電位勾配が形成される。抵抗器 85の両端には電極 37およびレジスティブアノード 28が接続されており、これにより第 2MC Pスタック 32とレジスティブァノード 28との間に電位勾配が形成される。【0040】後で詳細に説明するように、 MC P 24の出力面 24 bでは、光子の検出タイミングに同期してパルス信号 DTが生成される。以下では、このパルス信号 DTを「検出タイミングパルス」と呼ぶ。図 2に示されるように、 MC P 24の出力面 24 bに設けられた電極 34は、電圧分割回路 80を介して時間電圧変換器 1 7に接続されている。検出タイミングパルス DTは電極 34および回路 80を通じて時間電圧変換器 1 7に送られる。

【004 1】回路 80は、検出タイミングパルス DTを取得するために、互いに直列に接続された抵抗器 8 6および高圧遮断用コンデンサ 8 7を有している。電極 34は抵抗器 86とコンデンサ 8 7の間に接続されている。コンデンサ 8 7 は、後述するプリアンプ 4 1、アンプ 4 3および 44、 CFD45ならびに TA

C 1 7を高圧電源 42から分離し、高圧電源 4 2によって生成される高い電圧から CFD4 5および T AC 1 7を保護する。

【0042】位置演算器 1 6は、光電子増倍管 14のレジスティブアノード 2 8に電気的に接続されている。位置演算器 1 6は、レジスティプアノード 28から送られる位置信号 DPを用いて光子 1 5の検出位置を算出する。位置演算器 1 6の出力端子はラッチ回路 4 9に接続されている。算出された検出位置はデイジタルデータとしてラッチ回路に送られる。

【0043】時間電圧変換器（T AC) 1 7は、二つの入力信号の時間差を計測する時間差測定器である。 TAC 1 7は、テスタ 1 2中の信号発生器 1 2 aおよび光電子増倍管 14の双方に電気的に接続されている。 TAC 1 7のスタート端子は、プリアンプ 4 1、アンプ 4 3および 44、ならびにコンスタントフラクシヨン弁別器 (CFD) 4 5を介して MCP 24上の電極 34に接続されている。 T AC 1 7は、光電子增倍管 14からの検出タイミングパルス DTをスタート端子にて受け取る。一方、 TAC 1 7のストップ端子は、アンプ 46および遅延回路 4 7を介してテスタ 1 2に接続されている。 TAC 1 7は、テスタ 1 2中の信号発生器 1 2 aからの基準時間パルス RTをストップ端子にて受け取る。 TA C 1 7は、基準時間パルス R Tと検出タイミングパルス D Tとの時間差に応じた波高を有するアナログ電圧信号を生成する。この時間差は、基準時間パルスを基準とした光子 15の検出時刻を示す。 TAC 1 7の出力端子は、 A/D変換器 4 8を介してラッチ回路 49に接続されている。検出時刻を示すアナログ信号は、 AZD変換器 48に送られ、そこでディジタルデータに変換される。検出時刻を示すこのデータは、ラッチ回路 49に送られる。

【0044】ラッチ回路 49は、位置演算器 16からの検出位置データおよび TAC 17からの検出時刻データを受け取り、一組のデータとしてデータ処理装置 18に転送する。データ処理装置 18は、ラッチ回路 49からデータを受け取り、記憶する。処理装置 1 8は、例えばパーソナルコンピュータである。処理装置 18は、 CPU、記憶装置、ハードディスク、キーボードおよびマウス、ならびにディスプレイを有している。記憶装置には、データ処理に必要なプログラムおよびデータが格納されている。ラッチ回路 49から送られた検出位置および検出時刻は、互いに対応付けてこの記憶装置に格納される。

【0045】本実施形態では、データ処理装置 18は、時間分解測定装置 10 0の制御装置としても機能する。位置演算器 16は、レジスティブアノード 28 からの位置信号 DPを、プリアンプ 40を経由して受け取り、光子 15の検出位置を演算し、それをデジタル変換してラッチ回路 49へ送る。また、装置 18は、位置演算器 16に高圧制御信号を送る。位置演算器 16は高圧電源 42に接続されており、高圧制御信号に応答して高圧電源 42に出力電圧を生成させ、または、その生成を停止させる。装置 18は、 TAC 17に時定数制御信号を送る。 TAC 1 7は、この信号に IS答して時間一振幅変換の時定数を設定する。装置 1 8は、遅延回路 47にディレイ制御信号を送る。遅延回路 47は、この信号に応答してディレイを設定する。

【0046】以下では、時間分解測定装置 100の動作を説明する。テスタ 1 2が試料 10上の I Cを駆動すると、ある確率で光子 1 5が発する。光電子増倍管 14は光子 15をフォトカソード 22にて受け取る。フォト力ソード 22は、光電効果によって光子 1 5を光電子に変換する。この光電子は、フォト力ソード 22および第 1スタック 30間の電位勾配によって MC P 23の入力面 23 aに入射する。スタック 30中の MC P 23および 24は、光電子を約 10⁶倍に増倍する。増倍された電子はスタック 30内の電位勾配によって MCP 24の出力面 24 bに到達する。その後、電子は、第 1および第 2スタック 30および 32間の電位勾配によって MCP 24の出力面 24 bから放出され、 MC P 25の入力面 25 aに入射する。スタック 32中の MCP 25〜 27は、電子を約 10²倍に增倍する。電子はスタック 32内の電位勾配によって MCP 27の出力面 27 b に到達する。その後、電子は、第 2スタック 32およびレジスティブアノード 2 8間の電位勾配によって MC P 27の出力面 27 bから放出され、レジスティブアノード 28に収集される。

【0047】レジスティブアノード 28は、電子の二次元位置に応じた電荷パルス DPを四つの電極 28 aから位置演算器 16へ送る。位置演算器 1 6は、これらの電荷パルス DPを受け取り、重心検出によって電子の二次元位置を算出する。この二次元位置は、光子 1 5の検出^:置であり、試料 10上での発光位置と対応している。算出された検出位置はデータ処理装置 1 8に送られる。

【0048】さらに、光電子増倍管 14は、光子 1 5の検出タイミングに同期してパルスを生成する。この検出タイミングパルス DTは電圧分割回路 80によつて MC P 24から取り出される。 MCP 24の出力面 24 bから MCP 25に向けて電子が放出されると、 MCP 24の出力面 24 bにおいて電位が瞬間的に上昇する。続いて、高圧電源 42から MCP 24に電子が流入し、出力面 24 b の電位は所定の定常電位に戻される。この電子の流れはチャージ電流と呼ばれる。チャージ電流は、高圧電源 42から抵抗器 83〜85を通って MCP 24の電極 34に向かう。電極 34と抵抗器 83との間には、抵抗器 86が配置されている。これにより、インピーダンスが増加するので、高圧電源 42から電極 34への単位時間あたりの電子流入量が低減される。高周波領域では、コンデンサ 87 を含む経路のほうが抵抗器 83〜86を含む経路よりもインピーダンスが低い。このため、瞬間的には、コンデンサ 87の一端から電極 34に電子が流入することになる。コンデンサ 87の他端はアンプを介して CFD 45に接続されているので、電極 34への電子の流れは電流パルスとして C FD 45へ流入する。この電流パルスが検出タイミングパルス DTである。このようにして、回路 80は、 MCP 24の出力面 24 bの瞬間的な電位上昇に同期して検出タイミングパルス DTを取り出すことができる。この検出タイミングパルス DTは C FD 45を通じて TAC 1 7へ送られる。

【0049】 TAC 17は、試料 10上の I Cの駆動に同期した基準時間パルス RTをテスタ 1 2から受け取るとともに、 CFD45から検出タイミングパルス DTを受け取る。 TAC 1 7は、基準時間パルス RTと検出タイミングパルス DTの時間差を計測する。上述のように、この時間差は基準時間パルス RTを基準とする光子 1 5の検出時刻を示す。この検出時刻はデータ処理装置 18に送られる。

【0050】データ処理装置 18は、検出位置および検出時刻を受け取り、互いに対応付けて記憶装置に格納する。試料 10上のトランジスタがスイッチングの際に発光する確率は非常に小さいので、試料 10は繰り返し励起され、検出位置および検出時刻がデータ処理装置 18に蓄積される。蓄積されたデータはさまざまに利用することができる。たとえば、データ処理装置 18は、特定の時間にわたって検出位置ごとに発光回数を計数し、得られたカウント数に応じた輝度を検出位置に対応する画素に割り当てた二次元画像を生成することができる。また、データ処理装置 18は、蓄積された検出時刻を用いて、特定の検出位置における検出時刻のヒストグラムを作成することができる。このヒストグラムでは、横軸が検出時刻であり、縦軸が発光回数である。ヒストグラムのピークは、特定の検出位置において発光が高い頻度で検出された時刻を示している。したがって、ピークに対応する検出時刻は、その検出位置に対応するトランジスタがスィッチングを行うタイミングとみなすことができる。トランジスタのスィツチングタイミングを取得することにより、試料 1 0上の I Cの動作解析が可能となる。【0 0 5 1】本実施形態の特徴は、前側スタック 3 0の最後方に位置する M C P 2 4から検出タイミングパルス D Tを読み出すことである。以下では、従来技術との比較を交えながらこの点を詳細に説明する。

【0 0 5 2】時間分解測定装置において光電子増倍管から検出タイミングパルスを取得する場合、どこから検出タイミングパルスを読み出すかを決める必要がある。アノードからタイミングパルスを読み出す場合、アノードが位置検出型であると、アノード周辺の信号読み出し経路に付随する抵抗や静電容量のため、タィミングパルスの読み出し速度が遅い。また、信号読み出し経路が高ィンビーダンス回路となるため、タイミングパルスが外来ノイズの影響を受けやすい。したがって、外部回路を最適化しても十分な時間精度を得ることが難しい。さらに、タイミングパルスを取得するための付加回路によつて信号の S ZNが低下する。このため、時間精度のみならず位置分解能までもが劣化してしまう。

【0 0 5 3】これに対し、従来技術では、アノードと直接対向する M C Pの出力面から検出タイミングパルスを取得している。つまり、最も後方に配置された最終 M C Pの出力面からァノードに向かって電子が放出されたときに発生する電位上昇パルスが検出タイミングパルスとして読み出される。電位上昇量は放出される電荷量に比例し、その電荷量は最終 M C Pにおいて最大となる。したがって、最終 M C Pからは S /Nの高い検出タイミングパルスを読み出すことができる

【0 0 5 4】しかし、このような利点の反面、最終 M C Pからの検出タイミングパルスの読み出しには不利益が伴うことに本発明者は気づいた。以下では、図 3および図 4を参照しながらこの不利益を説明する。図 3は、最終 M C P 2 7上の電極 3 7から検出タイミングパルス D Tが読み出される光電子増倍管 1 4 aの構造を示す概略図である。電極 3 7は、本実施形態における電極 3 4と同様に、アンプおよびコンスタントフラクション弁別器を介して T A C 1 7に接続されている。図 4 Aは電極 3 7における電位の経時変化を示し、図 4 Bは電極 3 7から取り出されるタイミングパルス D Tを示している。

【0 0 5 5】 M C P 2 3〜2 7によって増倍された電子が M C P 2 7の出力面

2 7 bから放出されると、図 4 Aに示されるように、電極 3 7上に電位上昇パルス 6 0が現れる。電位上昇パルス 6 0は、光子が検出されるたびに発生する。試料から 3個の光子が順次に発すると、図 4 Aに示されるように、 3個の電位上昇パルス 6 0 a〜6 0 cが発生する。上述のように、第 1および第 2 M C Pスタツク 3 0および 3 2の増倍率は、ある程度の揺らぎを持っている。このような増倍揺らぎに応じて、電位上昇パルス 6 0 a〜6 0 cはさまざまな波高を有する。【0 0 5 6】本発明者は、電位上昇パルス 6 0 a〜 6 0 cの直前に別のパルス 6 2 a〜6 2 cが電極 3 7上に現れることを見いだした。このパノレス 6 2は、光電子増倍管 1 4が互いに離間した二つの M C Pスタック 3 0および 3 2を有することに起因する。第 1スタック 3 0によって増倍された電子は、 MC P 2 4の出力面から放出されて、第 2スタック 3 2の入力面、すなわち第 2スタック 3 2において最前方に位置する M C P 2 5の入力面 2 5 aに入射する。このとき、第 2 スタック 3 2の入力面 2 5 a上の電極 3 5および出力面 2 7 b上の電極 3 7間の容量結合が、電極 3 7上にパルス 6 2を生成する。以下では、このパルス 6 2を「電子入力パルス」と呼ぶ。電子入力パルス 6 2の波高は、第 1スタック 3 0の増倍率に依存する。第 1スタック 3 0の増倍揺らぎに応じて、電子入力パルス 6 2 a〜6 2 cはさまざまな波高を有する。

【0 0 5 7】電位上昇パルス 6 0はプラスの極性を有し、電子入力パルス 6 2 はマイナスの極性を有する。第 1スタック 3 0から第 2スタック 3 2への電子の入射によって電子入力パルス 6 2が生成され、第 2スタック 3 2による電子の増倍の後、電位上昇パルス 6 0が発生する。このため、電位上昇パルス 6 0は、電子入力パルス 6 2から約 3 0 0 p s e c遅れて電極 3 7上に現れる。パルス 6 0 および 6 2は部分的に重なり合い、図 4 Bに示されるように一つのパルス 7 0として電極 3 7から読み出される。このパルス 7 0が上述した検出タイミングパルス D Tである。

【0 0 5 8】第 2スタック 3 2が 1 0 ²程度の増倍率を有することから、電位上昇パルス 6 0は電子入力パルス 6 2の 1 0〜 1 0 0倍程度の波高を有する。しかし、電位上昇パルス 6 0の波高は、スタック 3 0および 3 2の双方の增倍揺らぎから影響を受けるのに対し、電子入力パルス 6 2の波高は、スタック 3 0の增倍揺らぎからしか影響を受けない。このため、これらのパルス 6 0および 6 2の波高は、互いに相関のない揺らぎを有する。したがって、プラスの電位上昇パルス 6 0とマイナスの電子入力パルス 6 2とが、光子の検出のたびに異なる波高比率で合成され、検出タイミングパルスを形成することになる。

【0 0 5 9】 C F D 4 5は、パルス 7 0がグランドレベルを横切るタイミング 7 1を判定する。これは、ゼロクロスタイミングと呼ばれる。 T A C 1 7は、このゼロクロスタイミングをパ^/ス 7 0の受信タイミングとして扱う。パノレス 7 0 は電子入力パルス 6 2に対応するマイナス成分を有するため、ゼロクロスタイミング 7 1は、第 2スタック 3 2に光電子が入射するタイミング 7 2に比べて遅れる。電位上昇パルス 6 0と電子入力パルス 6 2とが光子の検出のたびに異なる波高比率を有するため、ゼロクロスタイミング 7 1の電子入射タイミング 7 2からの遅延時間は一定でない。これは、複数の光子検出における検出タイミングパルスを重ね合わせて示す図 5を参照するといつそう明らかになる。このようなゼロクロスタイミング 7 1の遅延の不均一のため、検出時刻に 2 0 0 p s e c以上の揺らぎ（ジッタ）が生じ、時間精度が低下してしまう。

【0 0 6 0】これに対し、本実施形態の時間分解測定装置 1 0 0では、第 1スタック. 3 0の最後方の M C P 2 4から検出タイミングパルスが読み出される。第 1スタック 3 0に入射するのは 1個の光子から変換された光電子であり、まったく増倍されていない。このため、 M C P 2 4の電極 3 4に発生する電子入力パルスは非常に小さい。図 6 Aに示されるように、 M C P 2 4上の電極 3 4には、事実上、電位上昇パルス 6 4のみが現れる。したがって、複数の光子検出における検出タイミングパルスを重ね合わせて示す図 6 Bを参照すると明らかなように、ゼロクロスタイミングの揺らぎを抑えることができる。光電子は、第 1スタック 3 0によって 1 0 ^s倍に増倍された後、 M C P 2 4力ら放出される。これらの光電子の電荷量は、最終 M C P 2 7から放出される電荷量の約 l Z l 0 0であるが、それでも十分な波高の電位上昇パルス 6 4を生成することができる。したがって、検出タイミングパルスの S /Nおよび時間精度の低下が防止される。この結果 , 6 0 p s e c程度の良好な時間精度を得ることが可能である。

【0 0 6 1】なお、検出タイミングパルスを取得するために電極 3 4に電気的に接続される出力端子の数は 1本に限定されず、複数本設置してもよい。その際、複数の出力端子は同じ長さを有することが好ましい。

【0 0 6 2】第 2実施形態

本実施形態の時間分解測定装置は、第 1実施形態の装置 1 0 0において光電子増倍管 1 4の代わりに他の光電子增倍管 9 0を設置した構成を有する。図 7は、本実施形態で使用する位置検出型光電子増倍管 9 0の構造を示す概略図である。光電子増倍管 9 0は、第 1実施形態の光電子増倍管 1 4と異なる電圧分割回路 9 2を有する。

【0 0 6 3】回路 9 2は、 M C P 2 4から検出タイミングパルス D Tを取得するための構成が第 1実施形態の電圧分割回路 8 0と異なる。すなわち、回路 9 2 は、 M C P 2 4の電極 3 4に接続された抵抗器 8 6およびコンデンサ 8 7に加えて、高圧遮断用コンデンサ 8 8および同軸ケーブル 9 4を有している。同軸ケープル 9 4は、内部導体（芯線） 9 4 aと、その内部導体 9 4 aを同軸に包囲する筒状の外部導体 9 4 bを有する。内部導体 9 4 aの一端は、コンデンサ 8 7を介して抵抗器 8 6の一端に接続されており、内部導体 9 4 aの他端は、プリ 41、アンプ 43および 44を介して、 C FD 45および TAC 17に接続されている。外部導体 94 bは、コンデンサ 88を介して抵抗器 86の他端に接続され、接地されている。

【0064】すでに述べたように、 MCP 24の出力面 24 bから MCP 25 に向けて電子が放出されると、 MCP 24の出力面 24 bにおいて電位が瞬間的に上昇する。これに応じて、高圧電源 42から MCP 24にチャージ電流が供給される。し力し、高圧電源 42および MCP 24間の経路は、抵抗器 86によつてインピーダンスが高められている。このため、高周波領域では、コンデンサ 8 7および 88ならびに同軸ケーブル 94を含む経路のほうが抵抗器 86を含む経路よりもインピーダンスが低い。したがって、瞬間的には、同軸ケーブル 94を含む経路から電極 34に電子が流入することになる。同軸ケーブル 94のうちコンデンサ 87に接続される端部と反対側の端部には、 CFD45が接続されている。このため、電極 34への電子の流れは電流パルスとして CFD 45へ流入する。この電流パルスが検出タイミングパルス DTである。このようにして、回路 92は、 MCP 24の出力面 24 bの瞬間的な電位上昇に同期して検出タイミングパルス DTを取り出すことができる。

【0065】本実施形態は、第 1実施形態と同じ利点を有する。さらに、検出タイミングパルス DTを同軸ケーブル 94によって伝送するので、パルス D丁の波形の劣化が少ない。したがって、時間分解測定の時間精度をさらに高めることができる。

【0066】第 3実施形態

本実施形態の時間分解測定装置も、第 1実施形態の装置 1 00において光電子増倍管 14の代わりに他の光電子増倍管 95を設置した構成を有する。図 8は、本実施形態で使用する位置検出型光電子増倍管 95の構造を示す概略図である。光電子増倍管 95は、第 1実施形態の光電子増倍管 14と異なる電圧分割回路 9 6を有する。【0067】回路 96は、 MCP 24から検出タイミングパルス DTを取得するための構成が第 1および第 2実施形態の電圧分割回路 80および 92と異なる。すなわち、回路 96は、電圧分割回路 92における抵抗器 86ならびにコンデンサ 87および 88に代えて、高周波トランス 98を有している。トランス 98 は、 MC P 24の電極 34と同軸ケーブル 94との間に接続されている。トランス 98は、 CFD45および TAC 1 7を高圧電源 42から分離し、高圧電源 4

2によって生成される高い電圧から CFD 45および T AC 1 7を保護する。電極 34はトランスの一次側に接続され、同軸ケーブル 94はトランスの二次側に接続されている。より具体的には、一次側コイル 98 aの一端が電極 34に接続され、他端が抵抗器 82および 83の間に接続されている。また、二次側コイル

98 bの一端が同軸ケーブル 94の内部導体 94 aに接続され、他端は外部導体

94 bとともに接地されている。

【0068】 MCP 24の出力面 24 bから MCP 25に向けて電子が放出されると、 MCP 24の出力面 24 bにおいて電位が瞬間的に上昇する。これに応じて、高圧電源 42から MC P 24にチャージ電流が瞬間的に供給される。チヤージ電流の経路には高周波トランス 98の一次側が接続されている。このため、チャージ電流の AC成分に対応する起電力がトランス 98の二次側に発生する。この起電力によりパルス電流が発生し、トランス 98の二次側に接続された同軸ケーブル 94によって伝送される。この電流パルスが検出タイミングパルス DT である。同軸ケーブル 94のうちトランス 98に接続される端部と反対側の端部には、 CFD 45が接続されている。このため、検出タイミングパルス DTは C FD 45へ流入する。このようにして、回路 96は、 MCP 24の出力面 24 b の瞬間的な電位上昇に同期して検出タイミングパルス D Tを取り出すことができる。

【0069】本実施形態は、第 1実施形態と同じ利点を有する。さらに、検出タイミングパルス DTを同軸ケーブル 94によって伝送するので、パルス D丁の波形の劣化が少ない。したがって、時間分解測定の時間精度をさらに高めることができる。

【0 0 7 0】以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

【0 0 7 1】本明細書では、「光電子増倍管（PMT)」は「電子増倍管（EM T)」の一態様である。上記実施形態は、位置検出型光電子増倍管（P S— Ρ ΜΤ ) を使用する。し力し、本発明では、試料から発する量子線の種類に応じて他の任意の位置検出型電子増倍管（P S— Ε ΜΤ ) を使用することができる。マイク口チャンネルプレートが電子線のみならず、紫外線（U Vおよび V U V)、. X線、 α線、荷電粒子、中性子など、他の量子線に対して直接、感度を有することはよく知られている。マイクロチャンネルプレートの各チャンネルにその量子線が入射すると、電子が放出され、それらの電子がチャンネル内で増倍される。 P S— Ρ ΜΤを用いるか P S— Ε ΜΤを用いるかは、検出対象物から発する量子線の種類に応じて適宜選択される。

【0 0 7 2】上記実施形態では、位置検出型のアノードとしてレジスティプアノード 2 8が使用されている。このほかに、他の任意の位置検出型アノード、たとえばマルチアノード、 C Rチェーンアノード、クロスワイヤアノード、または半導体位置検出素子（P S D ) を使用してもよい。また、光電子を光学像に変換する蛍光板をアノードとして使用し、その光学像をイメージセンサを用いて撮像することにより光電子の位置を測定してもよい。また、蛍光板とイメージセンサとをファイバープレートを介してファイバーカツプリングしてもよい。これらの位置検出は、一次元であっても二次元であってもよい。

【0 0 7 3】上記実施形態では、半導体集積回路の動作解析を取り上げている。し力、し、本発明に係る時間分角?型検出を利用可能なアプリケーションは幅広く

、 Time Of Flight (T O F ) 応用をはじめとした様々な計測手法、例えば、二次イオン質量分析（S I M S ) , イオン散乱分光（I S S ) や、アトムプローブなどに本発明を適用することができる。

【0 0 7 4】第 2および第 3実施形態では、同軸ケーブル 9 4を用いて検出タィミングパルス D Tを伝送する。しカゝし、検出タイミングパルス D Tの伝送距離が短い場合は、同軸ケーブル 9 4に代えて、同軸ケーブル 9 4の芯線おょぴ外部導体に相当する平行な 2本の信号線を使用することができる。

産業上の利用可能性

【0 0 7 5】この発明の時間分解測定装置は、アノードと直接対向する最後方のマイクロチャンネルプレートではなく、より前方に配置されたマイクロチャンネルプレートから検出タイミングパルスを読み出す。これにより、検出タイミングパルスに含まれるマイナス成分を低減して、時間分解測定の時間精度を高めることができる。

Claims

言青求の範囲

1 . 試料の励起によって発する量子線の位置情報およびタイミング情報を取得する時間分解測定装置であって、

前記試料の励起に同期して基準時間パルスを生成する信号発生器と、前記量子線を検出し、検出位置に応じた位置信号および検出タイミングに同期した検出タイミングパルスを生成する検出装置と、

前記位置信号を用いて前記検出位置を算出する位置演算器と、

前記基準時間パルスと前記検出タイミングパルスとの時間差を計測する時間差測定器と、

前記位置演算器によって算出された前記検出位置と、前記時間差測定器によつて計測された前記時間差とを対応付けて記憶するデータ処理装置と、

を備え、

前記検出装置は、位置検出型電子增倍管を有しており、

前記電子増倍管は、前記量子線を透過させる入射窓、前記量子線の前記入射窓への入射位置に応じた位置に電子を生成し、その位置を維持しながら前記電子を増倍する第 1および第 2のマイクロチヤンネルプレート、ならびにアノードを有 • しており、

前記第 1マイクロチャンネルプレートは、前記入射窓と離れて対向する入力面と、前記第 2マイクロチャンネルプレートと離れて対向する出力面とを有しており、

前記第 2マイクロチャンネルプレートは、前記第 1マイクロチャンネルプレートの出力面と離れて対向する入力面と、前記アノードと離れて対向する出力面とを有しており、

前記検出タイミングパルスは、前記第 1マイクロチャンネルブレートによって増倍された電子が前記第 1マイクロチャネルプレートから放出されるときの電位変化に応答して発生し、前記時間差測定器へ送られる、時間分解測定装置。

2 . 前記第 1マイクロチャンネルプレート、および前記第 1マイクロチヤンネルプレートの入力面に重ね合わされた一枚以上のマイクロチャンネルプレートを有する第 1のスタックと、

前記第 2マイクロチャンネルプレート、および前記第 2マイクロチャンネルプレートの入力面に重ね合わされ、前記第 1マイクロチャンネルプレートと離れて対向する一枚以上のマイクロチャンネルプレートを有する第 2のスタックと、をさらに備える請求の範囲第 1項に記載の時間分解測定装置。

3 . 前記第 1スタックは、前記入射窓と前記第 1スタックとの間に別のマイクロチャンネルプレートを挟むことなく前記入射窓と対向している、請求の範囲第 2項に記載の時間分解測定装置。

4. 前記第 1スタックは前記第 2スタックよりも高い電子増倍率を有している、請求の範囲第 2項または第 3項に記載の時間分解測定装置。

5 . 前記位置検出型電子増倍管は、前記量子線を光電効果によって光電子に変換するフォトカソ一ドを前記入射窓と前記第 1マイクロチャンネルプレートの入力面との間にさらに備える位置検出型光電子増倍管であり、

前記第 1マイクロチャンネルプレートは、前記フォトカソ一ドに対向させて配置され、前記フォトカソードから前記光電子を受け取って二次電子を生成し増倍する、

請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の時間分解測定装置。

6 . 量子線を透過させる入射窓と、

前記量子線の前記入射窓への入射位置に応じた位置に電子を生成し、その位置を維持しながら前記電子を増倍する第 1および第 2のマイク口チャンネルプレー卜と

前記第 2マイクロチャンネルプレートと対向するアノードと、

前記第 1マイク口チャンネルプレートによつて増倍された電子が前記第 1マイク口チャンネルプレートから放出されるときの電位変化に応答してパルス信号を取得するパルス読み出し回路と、

を備える位置検出型電子增倍管であって、

前記第 1マイクロチャンネルプレートは、前記入射窓と離れて対向する入力面と、前記第 2マイクロチャンネルプレートと離れて対向する出力面を有し、第 2マイクロチャンネルプレートは、前記第 1マイクロチャンネルプレートの出力面と離れて対向する入力面と、前記アノードと離れて対向する出力面とを有し、

前記パルス読み出し回路は、前記第 1マイクロチヤンネルプレートの出力面に接続されている、

位置検出型電子増倍管。

7 . 前記第 1マイクロチャンネルプレート、および前記第 1マイクロチヤンネルプレートの入力面に重ね合わされた一枚以上のマイクロチャンネルプレートを有する第 1のスタックと、

前記第 2マイクロチャンネルプレート、および前記第 2マイクロチャンネルプレートの入力面に重ね合わされ、前記第 1マイクロチャンネルプレートと離れて対向する一枚以上のマイクロチャンネルプレートを有する第 2のスタックと、をさらに備える請求の範囲第 6項に記載の位置検出型電子增倍管。

8 . 前記第 1スタックは、前記入射窓と前記第 1スタックとの間に別のマイクロチャンネルプレートを挟むことなく前記入射窓と対向している、請求の範囲第 7項に記載の位置検出型電子増倍管。

9 . 前記第 1スタックは前記第 2スタックよりも高い電子増倍率を有している、請求の範囲第 7項または第 8項に記載の位置検出型電子増倍管。

1 0 . 前記入射窓と前記第 1マイクロチャンネルプレートとの間に配置され、前記量子線を光電効果によって光電子に変換するフォト力ソードをさらに備える請求の範囲第 6項〜第 9項のいずれかに記載の位置検出型電子增倍管であつて、

前記第 1マイクロチャンネルプレートは、前記フォトカソ一ドに対向させて配置され、前記フォトカソードから前記光電子を受け取って二次電子を生成し增倍する、

請求の範囲第 6項〜第 9項のいずれかに記載の位置検出型電子増倍管。