WO2020261786A1 - 光電陰極、電子管、及び、光電陰極の製造方法 - Google Patents

光電陰極、電子管、及び、光電陰極の製造方法 Download PDF

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WO2020261786A1
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beryllium
photocathode
layer
substrate
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PCT/JP2020/019001
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輝典 河合
良崇 鳥居
正巳 柴山
渡辺　宏之
山下　真一
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浜松ホトニクス株式会社
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    • H01J31/48—Tubes with amplification of output effected by electron multiplier arrangements within the vacuum space

Definitions

  • the present disclosure relates to a photocathode, an electron tube, and a method for manufacturing a photocathode.
  • Patent Document 1 describes a photocathode.
  • the photocathode includes a support substrate, a photoelectron emission layer provided on the support substrate, and a base layer provided between the support substrate and the photoelectron emission layer.
  • the base layer contains an oxide of beryllium alloy or beryllium oxide.
  • An object of the present disclosure is to provide a photocathode, an electron tube, and a method for manufacturing a photocathode, which can improve productivity.
  • the present discloser obtained the following findings by proceeding with diligent studies to solve the above problems. That is, the productivity of the base layer containing beryllium nitride is higher (produced efficiently) than that of the oxide of beryllium alloy or the base layer of beryllium oxide.
  • the present disclosure is based on such findings.
  • the photocathode according to the present disclosure is provided between the substrate, a photoelectric conversion layer provided on the substrate and generating photoelectrons in response to light incident, and the substrate and the photoelectric conversion layer, and contains beryllium. It comprises a formation and the underlayer has a first underlayer containing beryllium nitride.
  • a base layer containing beryllium is provided between the substrate and the photoelectric conversion layer.
  • the base layer has a first base layer containing beryllium nitride. Therefore, as described above, the base layer is efficiently manufactured. Therefore, according to this photocathode, productivity can be improved.
  • the base layer may be provided between the first base layer and the photoelectric conversion layer, and may have a second base layer containing an oxide of beryllium. In this case, the quantum efficiency is improved.
  • the amount of beryllium oxide may be larger than the amount of beryllium nitride in the second base layer. In this case, the quantum efficiency is surely improved.
  • the base layer may be in contact with the substrate. In this case, since the base layer can be formed directly on the substrate, the productivity is further improved.
  • the photocathode may be in contact with the underlying layer. In this case, the quantum efficiency is further improved.
  • the substrate may be made of a material that transmits light.
  • a transmissive photocathode can be configured.
  • the amount of beryllium oxide may be larger than the amount of beryllium nitride in the base layer.
  • the quantum efficiency of the photocathode is improved, and it can function as an underlayer in a wider wavelength range.
  • At least one amount of beryllium nitride and beryllium oxide may be unevenly distributed in the thickness direction of the base layer.
  • the amount of beryllium nitride may be larger on the substrate side than on the photoelectric conversion layer side, and the amount of beryllium oxide may be larger on the photoelectric conversion layer side than on the substrate side.
  • the amount of beryllium nitride is distributed substantially uniformly in the thickness direction of the base layer, and the amount of beryllium oxide is the thickness of the base layer. It may be distributed substantially uniformly in the direction. In any of these cases, the quantum efficiency of the photocathode is further improved and it can function as an underlayer in a wider wavelength range.
  • the electron tube according to the present disclosure includes any of the above photocathodes and an anode for collecting electrons. According to this electron tube, productivity can be improved for the reasons described above.
  • the method for manufacturing a photoelectric cathode includes a first step of preparing a substrate, a second step of forming a base layer containing beryllium on the substrate, and generating photoelectrons on the base layer in response to light incident.
  • the second step includes a third step of forming a photoelectric conversion layer to be formed, and the second step is a forming step of forming an intermediate layer containing beryllium nitride on the substrate and a beryllium nitride provided on the substrate as a base layer.
  • a treatment step of oxidizing an intermediate layer so that a first base layer containing an object and a second base layer provided on the first base layer and containing an oxide of beryllium are formed. Have.
  • the intermediate layer is oxidized to form a first base layer containing beryllium nitride and a second layer containing beryllium oxide.
  • the base layer and the base layer including the base layer are formed. Therefore, as described above, the base layer is efficiently manufactured. Also, the quantum efficiency is improved. Therefore, according to this manufacturing method, the productivity of the photocathode with improved quantum efficiency is improved.
  • an intermediate layer may be formed by vapor deposition or sputtering of beryllium in a nitrogen atmosphere in the forming step.
  • the underlying layer can be efficiently produced by vapor deposition or sputtering of beryllium in a nitrogen atmosphere.
  • an intermediate layer may be formed by vapor deposition or sputtering of beryllium in a state where an inert gas different from nitrogen is mixed in a nitrogen atmosphere in the forming step.
  • the base layer intermediate layer
  • the base layer can be manufactured more efficiently.
  • the oxidation treatment may include a heat treatment and / or a discharge treatment. As described above, as the oxidation treatment for the second base layer, the heat treatment and the discharge treatment are effective.
  • an oxidation treatment may be performed so that the amount of beryllium oxide in the second base layer is larger than the amount of beryllium nitride. In this case, it is possible to manufacture a photocathode with reliably improved quantum efficiency.
  • an underlayer may be formed directly on the substrate in the second step. In this case, the productivity is further improved.
  • a photocathode conversion layer may be formed directly on the base layer in the third step. In this case, it is possible to manufacture a photocathode with further improved quantum efficiency.
  • the substrate may be made of a material that transmits light.
  • a transparent photocathode can be manufactured.
  • FIG. 1 It is a schematic cross-sectional view which shows the electron tube (photomultiplier tube) which concerns on this embodiment. It is a partial cross-sectional view of the photocathode shown in FIG. It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the photocathode shown in FIGS. It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the photocathode shown in FIGS. It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the photocathode shown in FIGS.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a photomultiplier tube as an example of the electron tube according to the present embodiment.
  • the photomultiplier tube (electron tube) 10 shown in FIG. 1 includes a photocathode 1, a container 32, a focusing electrode 36, an anode 38, a multiplying portion 40, a stem pin 44, and a stem plate 46.
  • the container 32 has a tubular shape, and a vacuum is formed by sealing one end with an incident window 34 (here, the substrate 100 of the photocathode 1) and the other end with a stem plate 46. It is configured as a housing.
  • the focusing electrode 36, the anode 38, and the multiplying portion 40 are arranged in the container 32.
  • the incident window 34 transmits the incident light h ⁇ .
  • Photocathode 1 photoelectrons e in response to incident light h ⁇ from the entrance window 34 - releasing.
  • the focusing electrode 36 guides the photoelectrons e ⁇ emitted from the photocathode 1 to the multiplying portion 40.
  • Multiplier section 40 includes a plurality of dynodes 42, photoelectrons e - are multiplying secondary electrons generated in response to incidence of.
  • the anode 38 collects secondary electrons generated by the multiplying portion 40.
  • the stem pin 44 is provided so as to penetrate the stem plate 46.
  • a corresponding focusing electrode 36, an anode 38, and a dynode 42 are electrically connected to the stem pin 44.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the photocathode shown in FIG. FIG. 2B is an enlarged view of the region A of FIG. 2A.
  • the photocathode 1 is configured as a transmissive type.
  • the photocathode 1 has a substrate 100, a base layer 200, and a photoelectric conversion layer 300.
  • the substrate 100 is made of a material that transmits light (incident light h ⁇ ).
  • the substrate 100 includes a surface 101a and a surface (first surface) 102a opposite to the surface 101a.
  • the surface 101a is a surface facing the outside of the container 32, and here is an incident surface of the incident light h ⁇ .
  • the base layer 200 is provided on the surface 102a.
  • the base layer 200 is in contact with the surface 102a. That is, the base layer 200 is directly formed on the substrate 100 (surface 102a).
  • the base layer 200 has a surface 200a opposite to the surface 102a.
  • the photoelectric conversion layer 300 is provided on the surface (second surface) 200a.
  • the photoelectric conversion layer 300 is provided on the substrate 100, and the base layer 200 is provided between the substrate 100 and the photoelectric conversion layer 300.
  • the photoelectric conversion layer 300 is in contact with the surface 200a of the base layer 200. That is, the photoelectric conversion layer 300 is directly provided on the base layer 200 (surface 200a).
  • the base layer 200 and the photoelectric conversion layer 300 are sequentially laminated on the substrate 100.
  • the photoelectric conversion layer 300 receives the incident of the incident light hv through the substrate 100 and the base layer 200, photoelectrons e in accordance with the incident light hv - to generate. That is, here, the photocathode 1 is a transmissive photocathode.
  • the base layer 200 contains a beryllium nitride (for example, beryllium nitride). More specifically, the base layer 200 includes a first base layer 210 containing a nitride of beryllium and a second base layer 220 containing an oxide of beryllium (for example, beryllium oxide).
  • the first base layer 210 has a surface (third surface) 210a opposite to the surface 102a of the substrate 100.
  • the second base layer 220 is provided on the surface 210a. In other words, the second base layer 220 is provided between the first base layer 210 and the photoelectric conversion layer 300.
  • the second base layer 220 is in contact with the surface 210a of the first base layer 210.
  • the surface 210a is not limited to a surface having a clear boundary as shown in the figure, but may be a virtual surface.
  • the second base layer 220 has a surface 102a of the substrate 100 and a surface opposite to the surface 210a of the first base layer 210.
  • the surface of the second base layer 220 is the surface 200a of the base layer 200 here.
  • the first base layer 210 is in contact with the surface 102a of the substrate 100. That is, here, the base layer 200 is in contact with the substrate 100 (surface 102a) in the first base layer 210, and is in contact with the photoelectric conversion layer 300 in the second base layer 220.
  • the amount of beryllium oxide is larger than the amount of beryllium nitride.
  • the amount of beryllium oxide is less than or equal to the amount of beryllium nitride.
  • the surface 210a of the first base layer 210 is a region in which the amount of beryllium oxide is larger than the amount of beryllium nitride in the depth direction of the base layer 200 (the direction intersecting the surface 200a of the base layer 200). It can be defined as a boundary with a region where the amount of beryllium oxide is less than or equal to the amount of beryllium nitride. In this case, since the first base layer 210 and the second base layer 220 can be continuously formed, the surface 210a can be a virtual surface.
  • the ratio of the amount of beryllium oxide to the amount of beryllium nitride is, for example, the atomic number ratio.
  • the region including the surface 200a of the base layer 200 (in the depth direction from the surface 200a) and having a ratio of the number of oxygen atoms higher than the ratio of the number of nitrogen atoms is defined as the second base layer 220.
  • the region on the substrate 100 side of the region can be the first base layer 210.
  • Examples of the method for analyzing the number of atoms include an X-ray photoelectron spectroscopy and an Auger electron spectroscopy.
  • the total thickness of the base layer 200 is, for example, about 200 ⁇ to 800 ⁇ .
  • the thickness of the first base layer 210 is, for example, about 200 ⁇ to 700 ⁇ .
  • the thickness of the second base layer 220 is, for example, about 0 to 100 ⁇ .
  • the ratio of the thickness of the second base layer 220 to the thickness of the first base layer 210 is, for example, about 0 to 0.5.
  • the oxygen atom ratio in the second base layer 220 is, for example, about 30 at% to 100 at%.
  • the photocathode 1 may not be provided with the second base layer 220 (that is, 0 may be selected from the thickness range of the second base layer 220 described above), in which case the first The thickness of the base layer 210 may match the overall thickness of the base layer 200.
  • the lower limit of the thickness of the second base layer 220 is, for example, 1 ⁇ .
  • the base layer 200 contains a beryllium nitride (eg, beryllium nitride). Further, the base layer 200 may contain oxygen. Oxygen can be contained in the underlying layer 200 as an oxide of beryllium (eg, beryllium oxide).
  • the base layer 200 is used as a layer including two regions, a first region 210R on the substrate 100 side and a second region 220R on the photoelectric conversion layer 300 side (for example, a layer composed of a first region 210R and a second region 220R). When viewed, the distribution of beryllium nitride and beryllium oxide in the first region 210R and the second region 220R can take various forms.
  • the amount of at least one of the beryllium nitride and the beryllium oxide is in the thickness direction of the base layer 200 (the direction intersecting the surface 200a and is directed from the substrate 100 to the photoelectric conversion layer 300. It may be unevenly distributed in the direction). More specifically, in the base layer 200, the distribution of beryllium nitride and beryllium oxide may be different between the first region 210R and the second region 220R.
  • the amount of beryllium nitride is larger in the first region 210R than in the second region 220R, and the amount of beryllium oxide is larger in the second region 220R than in the first region 210R.
  • the amounts of beryllium nitride and beryllium oxide may be so different that the first region 210R and the second region 220R can be discriminated as different layers with the surface 210a interposed therebetween. In this case, it can be considered that the first region 210R is the nitride layer of beryllium and the second region 220R is the oxide layer of beryllium.
  • the amount of beryllium nitride is distributed substantially uniformly in the thickness direction of the base layer 200, and the amount of beryllium oxide is also distributed substantially uniformly in the thickness direction of the base layer 200.
  • the amount of beryllium nitride is distributed substantially uniformly in the thickness direction over at least two regions of the first region 210R and the second region 220R, and the amount of beryllium oxide is also its thickness. It may be distributed substantially uniformly in the vertical direction.
  • the amount of beryllium oxide may be larger than the amount of beryllium nitride.
  • the above-mentioned distribution is not always shown accurately over the entire base layer 200, and basically, although the above-mentioned distribution is predominant, there are some regions showing different tendencies. It is judged that it may be possible.
  • first specific example and second specific example can be arbitrarily combined with each other.
  • first region 210R and the second region 220R in the second specific example can be read as the first base layer 210 and the second base layer 220 in the first specific example.
  • the thickness range of the first base layer 210 and the second base layer 220 in the first specific example can be applied to the first region 210R and the second region 220R in the second specific example.
  • the photoelectric conversion layer 300 is made of, for example, a compound of antimony (Sb) and an alkali metal.
  • the alkali metal may contain, for example, at least one of cesium (Cs), potassium (K), and sodium (Na).
  • the photocathode layer 300 functions as an active layer of the photocathode 1.
  • the thickness of the photoelectric conversion layer 300 is, for example, about 100 ⁇ to 2500 ⁇ .
  • the total thickness of the photocathode 1 is, for example, about 300 ⁇ to 3300 ⁇ .
  • FIGS. 1 and 2 are schematic cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the photocathode shown in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 3 (c) is an enlarged view of the region F of FIG. 3 (b).
  • FIG. 4B is an enlarged view of the region G of FIG. 4A.
  • the substrate 100 is prepared (first step).
  • a container 32 is prepared in which one end is sealed by the substrate 100.
  • the base layer 200 containing beryllium is formed on the substrate 100 (surface 102a) (second step). The second step will be described in detail.
  • an intermediate layer 400 containing a beryllium nitride (for example, beryllium nitride) is formed on the substrate 100 (surface 102a) (formation step). More specifically, first, the container 32 (board 100) that has been washed is arranged in the chamber B. Further, the beryllium source C is arranged in the chamber B so as to face the substrate 100 (surface 102a). Then, while creating a nitrogen atmosphere in the chamber B, the intermediate layer 400 is directly formed on the substrate 100 (surface 102a) by vapor deposition or sputtering of beryllium in the nitrogen atmosphere (FIGS. 3B and 3C). reference). The atmosphere in the chamber B at this time may be composed of only nitrogen, or may be mixed with an inert gas different from nitrogen. Examples of the inert gas include argon, helium, neon, krypton, xenon, hydrogen and the like.
  • the inert gas include argon, helium, neon, krypton, xen
  • a resistance heating vapor deposition method a chemical vapor deposition method, or the like can be used.
  • a sputtering DC magnetron reactive sputtering, RF magnetron sputtering (non-reactive), RF magnetron reactive sputtering, or the like can be used.
  • the other end of the container 32 is sealed by the stem plate 46 to which the focusing electrode 36, the anode 38, and the multiplying portion 40 are assembled.
  • a thin-film deposition source D is arranged on the focusing electrode 36.
  • the alkali metal source E is arranged on the stem plate 46 via the stem pin 44.
  • the base layer 200 is formed from the intermediate layer 400 by the oxidation treatment of the intermediate layer 400 (treatment step). More specifically, in the treatment step, the intermediate layer 400 is oxidized from the side opposite to the substrate 100 in the intermediate layer 400.
  • the film-like region of the intermediate layer 400 including the surface 400a opposite to the substrate 100 and containing the beryllium nitride is replaced with the region containing the beryllium oxide.
  • the first base layer 210 and the second base layer 220 are formed, and the base layer 200 is obtained.
  • the base layer 200 As the base layer 200, the first base layer 210 provided on the substrate 100 (surface 102a) and containing beryllium nitride and the side opposite to the substrate 100 (surface 102a) in the first base layer 210.
  • the intermediate layer 400 is oxidized from the side opposite to the substrate 100 (surface 102a) so that the second base layer 220 provided on the surface 210a and containing the oxide of beryllium is formed.
  • the method of oxidation treatment is, for example, heat treatment and / or discharge treatment.
  • oxidation by discharge DC discharge oxidation, AC discharge oxidation (for example, RF discharge oxidation) and the like can be used.
  • glow discharge is used as a method of oxidation treatment, oxygen is appropriately sealed in a vacuumed container 32, and then a voltage is applied between the focusing electrode 36 and the container 32 (base 100) to form an intermediate layer. From the surface 400a side of 400, the region containing beryllium nitride is replaced with the region containing beryllium oxide.
  • the pressure (gas pressure) in the container 32 at this time is, for example, about 0.01 Pa to 1000 Pa.
  • the oxidation treatment (treatment step) may be omitted by forming the base layer 200 containing the nitride of beryllium and the oxide of beryllium by using an atmosphere containing nitrogen and oxygen. .. Alternatively, the oxidation treatment (treatment step) may be further carried out to further increase the amount of beryllium oxide in the base layer 200.
  • the oxidation treatment method in addition to the above-mentioned oxidation by discharge and heat, oxidation by light, oxidation by an oxidizing atmosphere (ozone, water vapor atmosphere, etc.), oxidation by an oxidizing agent (oxidizing solution, etc.), and a combination thereof. Etc. can be used. Then, by changing the conditions of the oxidation treatment method, the base layer 200 having the above-mentioned distribution can be obtained.
  • the photoelectric conversion layer 300 is formed on the surface 200a of the base layer 200 opposite to the substrate 100 (third step). More specifically, in the third step, first, as shown in FIG. 5A, the intermediate layer 500 is formed on the surface 200a by vapor deposition of antimony using the vapor deposition source D. Subsequently, as shown in FIG. 5B, the intermediate layer 500 is activated by supplying the alkali metal vapor from the alkali metal source E to the intermediate layer 500. As a result, the photoelectric conversion layer 300 made of a compound of antimony and an alkali metal is formed from the intermediate layer 500.
  • a base layer 200 containing beryllium is provided between the substrate 100 and the photoelectric conversion layer 300.
  • the base layer 200 has a first base layer 210 containing beryllium nitride.
  • the film formation rate of the film containing beryllium nitride is higher than the film formation rate of the film made of beryllium oxide by, for example, sputtering in a nitrogen atmosphere. That is, the base layer 200 is efficiently manufactured. Therefore, according to this photocathode 1, productivity is improved.
  • the base layer 200 containing beryllium nitride is used, sufficient sensitivity (quantum efficiency) can be ensured.
  • the base layer 200 is provided between the first base layer 210 and the photoelectric conversion layer, and has a second base layer 220 containing an oxide of beryllium. .. Therefore, the quantum efficiency is improved.
  • the amount of beryllium oxide in the second base layer 220 is larger than the amount of beryllium nitride. Therefore, the quantum efficiency is surely improved. Further, in the photocathode 1 according to the present embodiment, the base layer 200 is in contact with the substrate 100. Therefore, the base layer 200 can be formed directly on the substrate 100, so that the productivity is further improved.
  • the photocathode layer 300 is in contact with the base layer 200. Therefore, the quantum efficiency is further improved. More specifically, when the base layer 200 containing beryllium is provided in contact with the photoelectric conversion layer 300, the alkali metals (for example, potassium and cesium) contained in the photoelectric conversion layer 300 are effectively diffused in the manufacturing process. As a result of suppression, high effective quantum efficiency is considered to be realized. Further, the base layer 200 functions to invert the traveling direction of the photoelectrons generated in the photoelectric conversion layer 300 toward the substrate 100 side toward the photoelectric conversion layer 300, and as a result, the quantum of the entire photocathode 1 It is thought that efficiency will be improved.
  • the base layer 200 functions to invert the traveling direction of the photoelectrons generated in the photoelectric conversion layer 300 toward the substrate 100 side toward the photoelectric conversion layer 300, and as a result, the quantum of the entire photocathode 1 It is thought that efficiency will be improved.
  • the photocathode 1 includes a base layer 200 containing beryllium. As described above, by using the base layer 200 containing beryllium, the effective quantum efficiency is further improved and the sensitivity is improved.
  • the base layer 200 may contain an oxide of beryllium. In this case, the quantum efficiency of the photocathode 1 is improved, and it can function as the base layer 200 in a wider wavelength range.
  • the amount of beryllium oxide may be larger than the amount of beryllium nitride.
  • the quantum efficiency of the photocathode 1 is further improved, and it can function as an underlayer in a wider wavelength range.
  • At least one amount of beryllium nitride and beryllium oxide may be unevenly distributed in the thickness direction of the base layer 200, or beryllium nitride.
  • the amount of beryllium oxide may be distributed substantially uniformly in the thickness direction of the base layer 200, and the amount of beryllium oxide may be distributed substantially uniformly in the thickness direction of the base layer 200.
  • uneven distribution when the base layer 200 is viewed as a layer composed of two regions, a first region 210R on the substrate 100 side and a second region 220R on the photoelectric conversion layer 300 side, the beryllium nitride in the base layer 200.
  • the amount of the substance is larger on the first region 210R side (board 100 side) than on the second region 220R side (photoelectric conversion layer 300 side), and the amount of beryllium oxide is on the first region 210R side (board 100 side). It may be more on the second region 220R side (photoelectric conversion layer 300 side) than on the second region 220R side.
  • the first region 210R and the second region 220R are a first base layer and a second base layer laminated on each other, and the second base layer is located closer to the photoelectric conversion layer 300 than the first base layer. It may also contain an oxide of beryllium. In either case, the quantum efficiency of the photocathode 1 is further improved, and it can function as an underlayer in a wider wavelength range.
  • the intermediate layer 400 is oxidized to contain beryllium nitride.
  • a base layer 200 including a first base layer 210 and a second base layer 220 containing an oxide of beryllium is formed. Therefore, as described above, the base layer 200 is efficiently manufactured. Also, the quantum efficiency is improved. Therefore, according to this manufacturing method, the productivity of the photocathode 1 with improved quantum efficiency is improved.
  • the intermediate layer 400 is formed by vapor deposition or sputtering of beryllium in a nitrogen atmosphere in the forming step.
  • the base layer 200 can be efficiently manufactured by vapor deposition or sputtering of beryllium in a nitrogen atmosphere.
  • the intermediate layer 400 is formed by vapor deposition or sputtering of beryllium in a state where an inert gas different from nitrogen is mixed in the nitrogen atmosphere. Therefore, the base layer 200 (intermediate layer 400) can be manufactured more efficiently.
  • a heat treatment or a discharge treatment is effective as an oxidation treatment for forming the second base layer 220.
  • sensitivity quantitative efficiency
  • an oxidation treatment is performed so that the amount of beryllium oxide in the second base layer 220 is larger than the amount of beryllium nitride. .. This makes it possible to manufacture a photocathode with reliably improved quantum efficiency.
  • the base layer 200 is formed directly on the substrate 100 in the second step. Therefore, the productivity is further improved. Further, in the method for manufacturing the photocathode 1 according to the present embodiment, the photocathode layer 300 is directly formed on the base layer 200 in the third step. Therefore, as described above, it is possible to manufacture the photocathode 1 having further improved quantum efficiency.
  • the photocathode 1 has been described as a transmissive type, but the photocathode 1 may be configured as a reflective type. Further, another layer may be interposed between the substrate 100 (surface 102a) and the base layer 200 and / or between the base layer 200 (surface 200a) and the photoelectric conversion layer 300.
  • the first base layer 210 and the second base layer 220 are formed by the oxidation treatment of the intermediate layer 400 containing beryllium nitride.
  • a film containing a nitride of berylium (a layer to be the first base layer 210) is formed, a film containing an oxide of beryllium (a layer to be the second base layer) is formed again.
  • the first base layer 210 and the second base layer 220 may be formed by forming a film.
  • the surface 210a between the first base layer 210 and the second base layer 220 may be an actual surface.
  • a photocathode an electron tube, and a method for manufacturing the photocathode, which can improve productivity.
  • Photocathode 10 ... Photomultiplier tube (electron tube), 100 ... Substrate, 200 ... Underlayer, 210 ... First underlayer, 220 ... Second underlayer, 300 ... Photoelectric conversion layer, 400, 500 ... Intermediate layer ..

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Abstract

基板と、前記基板上に設けられ、光の入射に応じて光電子を発生させる光電変換層と、前記基板と前記光電変換層との間に設けられ、ベリリウムを含む下地層と、を備え、前記下地層は、ベリリウムの窒化物を含む第１下地層を有する、光電陰極。

Description

光電陰極、電子管、及び、光電陰極の製造方法
　本開示は、光電陰極、電子管、及び、光電陰極の製造方法に関する。
　特許文献１には、光電陰極が記載されている。この光電陰極は、支持基板と、支持基板上に設けられた光電子放出層と、支持基板と光電子放出層との間に設けられた下地層と、を備えている。下地層は、ベリリウム合金の酸化物、又は、酸化ベリリウムを含む。
特許第５３４２７６９号
　特許文献１に記載された光電陰極では、支持基板と光電子放出層との間に、ベリリウム元素を含む下地層を設けることによって実効的な量子効率を向上することを図っている。一方で、上記技術分野にあっては、生産性の向上が要求されている。
　本開示は、生産性を向上可能な光電陰極、電子管、及び、光電陰極の製造方法を提供することを目的とする。
　本開示者は、上記課題を解決するために鋭意検討を進めることにより、以下の知見を得た。すなわち、ベリリウム合金の酸化物、又は、酸化ベリリウムの下地層に比べて、ベリリウムの窒化物を含む下地層の方が生産性が高い（効率よく製造される）。本開示は、このような知見に基づいてなされたものである。
　すなわち、本開示に係る光電陰極は、基板と、基板上に設けられ、光の入射に応じて光電子を発生させる光電変換層と、基板と光電変換層との間に設けられ、ベリリウムを含む下地層と、を備え、下地層は、ベリリウムの窒化物を含む第１下地層を有する。
　この光電陰極においては、基板と光電変換層との間に、ベリリウムを含む下地層が設けられている。そして、下地層は、ベリリウムの窒化物を含む第１下地層を有する。このため、上記知見のとおり、下地層が効率よく製造される。よって、この光電陰極によれば、生産性を向上可能である。
　本開示に係る光電陰極においては、下地層は、第１下地層と光電変換層との間に設けられ、ベリリウムの酸化物を含む第２下地層を有してもよい。この場合、量子効率が向上される。
　本開示に係る光電陰極においては、第２下地層では、ベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量よりも多くてもよい。この場合、量子効率が確実に向上される。
　本開示に係る光電陰極においては、下地層は、基板に接触していてもよい。この場合、基板に直接的に下地層を形成できるので、より生産性が向上される。
　本開示に係る光電陰極においては、光電変換層は、下地層に接触していてもよい。この場合、量子効率がより向上される。
　本開示に係る光電陰極においては、基板は、光を透過する材料からなってもよい。この場合、透過型の光電陰極を構成できる。
　本開示に係る光電陰極においては、下地層では、ベリリウムの酸化物の量が、ベリリウムの窒化物の量よりも多くてもよい。この場合、光電陰極の量子効率が向上し、さらに広い波長範囲において下地層として機能し得る。
　本開示に係る光電陰極においては、下地層では、ベリリウムの窒化物及びベリリウムの酸化物の少なくとも一方の量が、下地層の厚さ方向において偏って分布していてもよい。このとき、下地層では、ベリリウムの窒化物の量が、光電変換層側よりも基板側に多く、且つ、ベリリウムの酸化物の量が、基板側よりも光電変換層側で多くてもよい。
　或いは、本開示に係る光電陰極においては、下地層では、ベリリウムの窒化物の量が、下地層の厚さ方向において略均一に分布すると共に、ベリリウムの酸化物の量が、下地層の厚さ方向において略均一に分布してもよい。これらのいずれの場合であっても、光電陰極の量子効率がより向上し、より広い波長範囲において下地層として機能し得る。
　本開示に係る電子管は、上記のいずれかの光電陰極と、電子を収集する陽極と、を備える。この電子管によれば、上述した理由により生産性を向上可能である。
　本開示に係る光電陰極の製造方法は、基板を用意する第１工程と、基板上にベリリウムを含む下地層を形成する第２工程と、下地層上に、光の入射に応じて光電子を発生させる光電変換層を形成する第３工程と、を備え、第２工程は、基板上にベリリウムの窒化物を含む中間層を形成する形成工程と、下地層として、基板上に設けられベリリウムの窒化物を含む第１下地層と、第１下地層上に設けられベリリウムの酸化物を含む第２下地層と、が形成されるように、中間層に対して酸化処理を行う処理工程と、を有する。
　この製造方法においては、基板上にベリリウムの窒化物を含む中間層を形成した後に、その中間層の酸化処理によって、ベリリウムの窒化物を含む第１下地層と、ベリリウムの酸化物を含む第２下地層と、を含む下地層を形成する。このため、上記の知見のとおり、下地層が効率よく製造される。また、量子効率が向上される。よって、この製造方法によれば、量子効率が向上された光電陰極の生産性が向上される。
　本開示に係る光電陰極の製造方法においては、形成工程において、窒素雰囲気でのベリリウムの蒸着又はスパッタリングにより中間層を形成してもよい。このように、窒素雰囲気下でのベリリウムの蒸着又はスパッタリングによって、効率よく下地層（中間層）を製造可能である。
　本開示に係る光電陰極の製造方法においては、形成工程において、窒素雰囲気中に窒素と異なる不活性ガスを混入した状態でのベリリウムの蒸着又はスパッタリングにより中間層を形成してもよい。この場合、より効率よく下地層（中間層）を製造可能である。
　本開示に係る光電陰極の製造方法においては、酸化処理は、加熱処理及び／又は放電処理を含んでもよい。このように、第２下地層のための酸化処理としては、加熱処理や放電処理が有効である。
　本開示に係る光電陰極の製造方法においては、処理工程において、第２下地層においてベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量よりも多くなるように、酸化処理を行ってもよい。この場合、量子効率が確実に向上された光電陰極を製造可能である。
　本開示に係る光電陰極の製造方法においては、第２工程において、基板に直接的に下地層を形成してもよい。この場合、より生産性が向上される。
　本開示に係る光電陰極の製造方法においては、第３工程において、下地層に直接的に光電変換層を形成してもよい。この場合、量子効率がより向上された光電陰極を製造可能である。
　本開示に係る光電陰極の製造方法においては、基板は、光を透過する材料からなってもよい。この場合、透過性の光電陰極を製造できる。
　本開示によれば、生産性を向上可能な光電陰極、電子管、及び、光電陰極の製造方法を提供できる。
本実施形態に係る電子管（光電子増倍管）を示す模式的な断面図である。 図１に示された光電陰極の部分的な断面図である。 図１，２に示された光電陰極の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図１，２に示された光電陰極の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図１，２に示された光電陰極の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
　以下、一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
　図１は、本実施形態に係る電子管の一例として、光電子増倍管を示す模式的な断面図である。図１に示される光電子増倍管（電子管）１０は、光電陰極１、容器３２、集束電極３６、陽極３８、増倍部４０、ステムピン４４、及び、ステム板４６を備えている。容器３２は、筒状であり、一方の端部を入射窓３４（ここでは光電陰極１の基板１００）により封止されると共に、他方の端部をステム板４６により封止されることにより真空筐体として構成されている。集束電極３６、陽極３８、及び、増倍部４０は、容器３２内に配置されている。
　入射窓３４は、入射光ｈνを透過する。光電陰極１は、入射窓３４からの入射光ｈνに応じて光電子ｅ－を放出する。集束電極３６は、光電陰極１から放出された光電子ｅ－を増倍部４０に導く。増倍部４０は、複数のダイノード４２を含み、光電子ｅ－の入射に応じて発生する二次電子を増倍する。陽極３８は、増倍部４０により発生した二次電子を収集する。ステムピン４４は、ステム板４６を貫通するように設けられている。ステムピン４４には、対応する集束電極３６、陽極３８、及び、ダイノード４２が電気的に接続されている。
　図２は、図１に示された光電陰極の部分的な断面図である。図２の（ｂ）は、図２の（ａ）の領域Ａの拡大図である。図２に示されるように、光電陰極１は、透過型として構成されている。光電陰極１は、基板１００、下地層２００、及び、光電変換層３００を有している。基板１００は、光（入射光ｈν）を透過する材料からなる。基板１００は、面１０１ａと、面１０１ａの反対側の面（第１面）１０２ａと、を含む。面１０１ａは、容器３２の外側に臨む面であり、ここでは入射光ｈνの入射面である。下地層２００は、面１０２ａ上に設けられている。下地層２００は、面１０２ａに接触している。すなわち、下地層２００は、基板１００（面１０２ａ）に直接的に形成されている。
　下地層２００は、面１０２ａと反対側の面２００ａを有している。光電変換層３００は、面（第２面）２００ａ上に設けられている。換言すれば、光電変換層３００は、基板１００上に設けられており、下地層２００は、基板１００と光電変換層３００との間に設けられている。光電変換層３００は、下地層２００の面２００ａに接触している。すなわち、光電変換層３００は、下地層２００（面２００ａ）に直接的に設けられている。このように、光電陰極１においては、下地層２００及び光電変換層３００が、基板１００上に順に積層されている。光電変換層３００は、基板１００及び下地層２００を介して入射光ｈνの入射を受け、当該入射光ｈνに応じて光電子ｅ－を発生させる。すなわち、ここでは、光電陰極１は、透過型の光電陰極である。
　ここで、下地層２００の構成の第１具体例について説明する。この第１具体例では、下地層２００は、ベリリウムの窒化物（例えば窒化ベリリウム）を含む。より具体的には、下地層２００は、ベリリウムの窒化物を含む第１下地層２１０と、ベリリウムの酸化物（例えば酸化ベリリウム）を含む第２下地層２２０と、を含む。第１下地層２１０は、基板１００の面１０２ａと反対側の面（第３面）２１０ａを有している。第２下地層２２０は、面２１０ａ上に設けられている。換言すれば、第２下地層２２０は、第１下地層２１０と光電変換層３００との間に設けられている。ここでは、第２下地層２２０は、第１下地層２１０の面２１０ａに接触している。なお、後述するように、面２１０ａは、図示したような明確な境界を有する面に限らず、仮想的な面であり得る。
　第２下地層２２０は、基板１００の面１０２ａ及び第１下地層２１０の面２１０ａと反対側の面を有している。第２下地層２２０の当該面は、ここでは下地層２００の面２００ａである。また、第１下地層２１０は、基板１００の面１０２ａに接触している。すなわち、ここでは、下地層２００は、第１下地層２１０において基板１００（面１０２ａ）に接触しており、第２下地層２２０において光電変換層３００に接触している。
　第２下地層２２０においては、ベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量よりも多い。換言すれば、第１下地層２１０においては、ベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量以下である。第１下地層２１０の面２１０ａは、下地層２００の深さ方向（下地層２００の面２００ａに交差する方向）において、ベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量よりも多い領域と、ベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量以下である領域との境界として定義され得る。この場合、第１下地層２１０と第２下地層２２０とが連続的に形成され得ることから、面２１０ａが仮想的な面であり得る。
　ベリリウムの酸化物の量とベリリウムの窒化物の量との比率は、一例として原子数比である。この場合には、下地層２００の面２００ａを含み（面２００ａから深さ方向に）、酸素の原子数の比率が窒素の原子数の比率よりも多い領域が第２下地層２２０とされ、当該領域よりも基板１００側の領域が第１下地層２１０とされ得る。原子数の分析方法としては、例えば、Ｘ線光電子分光分析法やオージェ電子分光分析方法等が挙げられる。
　下地層２００の全体の厚さは、例えば、２００Å～８００Å程度である。第１下地層２１０の厚さは、例えば、２００Å～７００Å程度である。第２下地層２２０の厚さは、例えば、０～１００Å程度である。第１下地層２１０の厚さに対する第２下地層２２０の厚さの比は、一例として０～０．５程度である。第２下地層２２０における酸素原子比率は、例えば３０ａｔ％～１００ａｔ％程度である。なお、光電陰極１においては、第２下地層２２０が設けられなくてもよく（すなわち、上記の第２下地層２２０の厚さの範囲から０が選択されてもよく）、その場合、第１下地層２１０の厚さは下地層２００の全体の厚さと一致し得る。第２下地層２２０が設けられる場合には、第２下地層２２０の厚さの下限は例えば１Åである。
　引き続いて、下地層２００の構成の第２具体例について説明する。この第２具体例では、下地層２００は、ベリリウムの窒化物（例えば窒化ベリリウム）を含む。また、下地層２００は、酸素を含み得る。酸素は、ベリリウムの酸化物（例えば酸化ベリリウム）として下地層２００に含まれ得る。下地層２００を、基板１００側の第１領域２１０Ｒと光電変換層３００側の第２領域２２０Ｒとの２つの領域を含む層（一例として第１領域２１０Ｒと第２領域２２０Ｒとからなる層）としてみた場合、第１領域２１０Ｒおよび第２領域２２０Ｒにおけるベリリウムの窒化物とベリリウムの酸化物の分布は様々な形態をとり得る。
　例えば、下地層２００では、ベリリウムの窒化物およびベリリウムの酸化物の少なくとも一方の量が、下地層２００の厚さ方向（面２００ａに交差する方向であって、基板１００から光電変換層３００に向かう方向）において偏って分布していてもよい。より具体的には、下地層２００では、第１領域２１０Ｒと第２領域２２０Ｒとで、ベリリウムの窒化物およびベリリウムの酸化物の分布に違いがあってもよい。
　例えば、下地層２００では、ベリリウムの窒化物の量は、第２領域２２０Ｒよりも第１領域２１０Ｒに多く、ベリリウムの酸化物の量は、第１領域２１０Ｒよりも第２領域２２０Ｒに多くてもよい。さらに、第１領域２１０Ｒと第２領域２２０Ｒとが、面２１０ａを挟んで互いに異なる層として判別できるほど、ベリリウムの窒化物およびベリリウムの酸化物の量に差があってもよい。この場合、第１領域２１０Ｒがベリリウムの窒化物層であり、第２領域２２０Ｒがベリリウムの酸化物層であると見なすことができる。
　一方、下地層２００では、ベリリウムの窒化物の量が、下地層２００の厚さ方向において略均一に分布するとともに、ベリリウムの酸化物の量も、下地層２００の厚さ方向において略均一に分布してもよい。換言すれば、第１領域２１０Ｒおよび第２領域２２０Ｒの少なくとも２つの領域にわたって、ベリリウムの窒化物の量が、その厚さ方向において略均一に分布するとともに、ベリリウムの酸化物の量も、その厚さ方向において略均一に分布してもよい。
　そして、いずれの場合においても、ベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量よりも多くてもよい。また、いずれの場合においても、下地層２００全体にわたって正確に上記した分布を示すとは限らず、基本的には、上記した分布が主体的であるものの、異なる傾向を示す領域も若干は存在しうる場合もあると判断される。
　また、上記の第１具体例と第２具体例とは、互いに任意に組み合わせられ得る。一例として、第２具体例における第１領域２１０Ｒ及び第２領域２２０Ｒを、第１具体例における第１下地層２１０及び第２下地層２２０と読み替えることができる。この場合、第１具体例における第１下地層２１０及び第２下地層２２０の厚さの範囲が、第２具体例における第１領域２１０Ｒ及び第２領域２２０Ｒに適用され得る。
　光電変換層３００は、例えば、アンチモン（Ｓｂ）、とアルカリ金属との化合物からなる。アルカリ金属は、例えば、セシウム（Ｃｓ）、カリウム（Ｋ）、及び、ナトリウム（Ｎａ）の少なくともいずれかを含み得る。光電変換層３００は、光電陰極１の活性層として機能する。光電変換層３００の厚さは、例えば、１００Å～２５００Å程度である。光電陰極１の全体の厚さは、例えば、３００Å～３３００Å程度である。
　引き続いて、光電陰極１の製造方法について説明する。図３～５は、図１，２に示された光電陰極の製造方法を説明するための模式的な断面図である。図３の（ｃ）は、図３の（ｂ）の領域Ｆの拡大図である。図４の（ｂ）は、図４の（ａ）の領域Ｇの拡大図である。この製造方法においては、まず、図３の（ａ）に示されるように、基板１００を用意する（第１工程）。ここでは、基板１００によって一方の端部が封止されて構成される容器３２を用意する。続いて、基板１００（面１０２ａ）上にベリリウムを含む下地層２００を形成する（第２工程）。第２工程について詳細に説明する。
　第２工程では、まず、基板１００（面１０２ａ）上にベリリウムの窒化物（例えば窒化ベリリウム）を含む中間層４００を形成する（形成工程）。より具体的には、まず、洗浄処理を行った容器３２（基板１００）をチャンバＢ内に配置する。また、ベリリウム源Ｃを基板１００（面１０２ａ）に対向するようにチャンバＢ内に配置する。そして、チャンバＢ内を窒素雰囲気としつつ、該窒素雰囲気でのベリリウムの蒸着又はスパッタリングにより、基板１００（面１０２ａ）に直接的に中間層４００を形成する（図３の（ｂ），（ｃ）参照）。このときのチャンバＢ内の雰囲気は、窒素のみからなるものとしてもよいし、窒素と異なる不活性ガスが混入されたものとしてもよい。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、水素等である。
　蒸着方法としては、抵抗加熱蒸着法や化学気相成長法等を用いることができる。スパッタリングとしては、ＤＣマグネトロン反応性スパッタリング、ＲＦマグネトロンスパッタリング（非反応性）、又は、ＲＦマグネトロン反応性スパッタリング等を用いることができる。
　続く工程においては、図３の（ｂ）に示されるように、集束電極３６、陽極３８、及び増倍部４０が組付けられたステム板４６によって容器３２の他端部を封止する。集束電極３６には、蒸着源Ｄが配置されている。また、ステム板４６には、ステムピン４４を介してアルカリ金属源Ｅが配置されている。この状態において、図４に示されるように、中間層４００の酸化処理によって中間層４００から下地層２００を形成する（処理工程）。より具体的には、処理工程では、中間層４００における基板１００と反対側から中間層４００に対して酸化処理を行う。これにより、中間層４００における基板１００と反対側の面４００ａを含む領域であって、ベリリウムの窒化物を含む膜状の領域がベリリウムの酸化物を含む領域に置換される。この結果、第１下地層２１０と第２下地層２２０とが形成され、下地層２００が得られる。
　すなわち、処理工程では、下地層２００として、基板１００（面１０２ａ）上に設けられベリリウムの窒化物を含む第１下地層２１０と、第１下地層２１０における基板１００（面１０２ａ）と反対側の面２１０ａ上に設けられベリリウムの酸化物を含む第２下地層２２０と、が形成されるように、基板１００（面１０２ａ）と反対側から中間層４００に対して酸化処理を行う。酸化処理の方法は、例えば、加熱処理及び／又は放電処理である。
　放電による酸化の場合、ＤＣ放電酸化やＡＣ放電酸化（例えばＲＦ放電酸化）等を用いることができる。酸化処理の方法としてグロー放電を利用する場合、真空状態とされた容器３２内に酸素を適度に封入した後に、集束電極３６と容器３２（基板１００）との間に電圧を印加し、中間層４００の面４００ａ側から、ベリリウムの窒化物を含む領域をベリリウムの酸化物を含む領域に置換する。このときの容器３２内の圧力（ガスの圧力）は、例えば、０．０１Ｐａ～１０００Ｐａ程度である。
　なお、形成工程において、窒素及び酸素を含む雰囲気を用いることにより、ベリリウムの窒化物及びベリリウムの酸化物を含む下地層２００を形成することで、当該酸化処理（処理工程）を省略してもよい。或いは、さらに当該酸化処理（処理工程）を実施して下地層２００におけるベリリウムの酸化物の量をより増やしてもよい。酸化処理方法としては、上述したような放電による酸化や、熱による酸化に加えて、光による酸化、酸化雰囲気（オゾンや水蒸気雰囲気等）や酸化剤（酸化溶液等）による酸化等およびそれらの組み合わせ等を用いることができる。そして、酸化処理方法の条件を変更することで、上述したような分布の下地層２００とすることができる。
　続く工程においては、図５に示されるように、下地層２００の基板１００と反対側の面２００ａ上に光電変換層３００を形成する（第３工程）。より具体的には、第３工程では、まず、図５の（ａ）に示されるように、蒸着源Ｄを用いたアンチモンの蒸着により、面２００ａ上に中間層５００を形成する。続いて、図５の（ｂ）に示されるように、アルカリ金属源Ｅからのアルカリ金属の蒸気を中間層５００に供給することにより、中間層５００を活性化させる。これにより、中間層５００から、アンチモンとアルカリ金属との化合物からなる光電変換層３００が形成される。
　以上説明したように、本実施形態に係る光電陰極１においては、基板１００と光電変換層３００との間に、ベリリウムを含む下地層２００が設けられている。そして、下地層２００は、ベリリウムの窒化物を含む第１下地層２１０を有する。本開示者の知見によれば、ベリリウムの窒化物を含む膜の成膜速度は、例えば窒素雰囲気下でのスパッタリング等によって、ベリリウムの酸化物からなる膜の成膜速度に比べて高くなる。すなわち、下地層２００が効率よく製造される。よって、この光電陰極１によれば、生産性が向上される。なお、本開示者の知見によれば、ベリリウムの窒化物を含む下地層２００を用いた場合には、十分な感度（量子効率）をも確保可能である。
　また、本実施形態に係る光電陰極１においては、下地層２００は、第１下地層２１０と光電変換層との間に設けられ、ベリリウムの酸化物を含む第２下地層２２０を有している。このため、量子効率が向上される。
　また、本実施形態に係る光電陰極１においては、第２下地層２２０では、ベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量よりも多い。このため、量子効率が確実に向上される。また、本実施形態に係る光電陰極１においては、下地層２００は、基板１００に接触している。このため、基板１００に直接的に下地層２００を形成できるので、より生産性が向上される。
　また、本実施形態に係る光電陰極１においては、光電変換層３００は、下地層２００に接触している。このため、量子効率がより向上される。より具体的には、ベリリウムを含む下地層２００が光電変換層３００に接触した状態で設けられると、製造工程において光電変換層３００に含まれるアルカリ金属（例えばカリウムやセシウム）の拡散が効果的に抑制される結果、高い実効的量子効率が実現されると考えられる。さらには、下地層２００は、光電変換層３００内で発生した光電子のうち、基板１００側へ向かう光電子の進行方向を光電変換層３００側に反転させるように機能する結果、光電陰極１全体の量子効率が向上されると考えられる。
　なお、光電陰極１は、ベリリウムを含む下地層２００を備える。このように、ベリリウムを含む下地層２００を用いることにより、実効的な量子効率がより向上され、感度が向上される。
　また、光電陰極１においては、下地層２００は、ベリリウムの酸化物を含んでもよい。この場合、光電陰極１の量子効率が向上し、より広い波長範囲において下地層２００として機能し得る。
　また、光電陰極１においては、下地層２００では、ベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量よりも多くてもよい。この場合、光電陰極１の量子効率がより向上し、さらに広い波長範囲において下地層として機能し得る。
　また、光電陰極１においては、下地層２００では、ベリリウムの窒化物及びベリリウムの酸化物の少なくとも一方の量が、下地層２００の厚さ方向において偏って分布してもよいし、ベリリウムの窒化物の量が、下地層２００の厚さ方向において略均一に分布すると共に、ベリリウムの酸化物の量が、下地層２００の厚さ方向において略均一に分布してもよい。偏って分布する場合、下地層２００を、基板１００側の第１領域２１０Ｒと光電変換層３００側の第２領域２２０Ｒの２つの領域からなる層として見た場合、下地層２００では、ベリリウムの窒化物の量が、第２領域２２０Ｒ側（光電変換層３００側）よりも第１領域２１０Ｒ側（基板１００側）において多く、ベリリウムの酸化物の量が、第１領域２１０Ｒ側（基板１００側）よりも第２領域２２０Ｒ側（光電変換層３００側）において多くてもよい。さらに、第１領域２１０Ｒ及び第２領域２２０Ｒが、互いに積層された第１下地層及び第２下地層であって、第２下地層は、第１下地層よりも光電変換層３００側に位置すると共に、ベリリウムの酸化物を含んでもよい。いずれの場合においても、より光電陰極１の量子効率が向上し、より広い波長範囲において下地層として機能し得る。
　ここで、本実施形態に係る光電陰極１の製造方法においては、基板１００上にベリリウムの窒化物を含む中間層４００を形成した後に、その中間層４００の酸化処理によって、ベリリウムの窒化物を含む第１下地層２１０と、ベリリウムの酸化物を含む第２下地層２２０と、を含む下地層２００を形成する。このため、上記の知見のとおり、下地層２００が効率よく製造される。また、量子効率が向上される。よって、この製造方法によれば、量子効率が向上された光電陰極１の生産性が向上される。
　また、本実施形態に係る光電陰極１の製造方法においては、形成工程において、窒素雰囲気でのベリリウムの蒸着又はスパッタリングにより中間層４００を形成する。このように、窒素雰囲気下でのベリリウムの蒸着又はスパッタリングによって、効率よく下地層２００（中間層４００）を製造可能である。
　また、本実施形態に係る光電陰極１の製造方法においては、形成工程において、窒素雰囲気中に窒素と異なる不活性ガスを混入した状態でのベリリウムの蒸着又はスパッタリングにより中間層４００する。このため、より効率よく下地層２００（中間層４００）を製造可能である。
　また、本実施形態に係る光電陰極１の製造方法においては、第２下地層２２０を形成するための酸化処理として、加熱処理や放電処理が有効である。本開示者の知見によれば、酸化処理として、グロー放電による酸化を利用することにより、熱による酸化と比較して感度（量子効率）の向上を図ることができる。
　また、本実施形態に係る光電陰極１の製造方法においては、処理工程において、第２下地層２２０においてベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量よりも多くなるように、酸化処理を行う。これにより、量子効率が確実に向上された光電陰極を製造可能である。
　また、本実施形態に係る光電陰極１の製造方法においては、第２工程において、基板１００に直接的に下地層２００を形成する。このため、より生産性が向上される。さらには、本実施形態に係る光電陰極１の製造方法においては、第３工程において、下地層２００に直接的に光電変換層３００を形成する。このため、上記の知見のとおり、量子効率がより向上された光電陰極１を製造可能である。
　以上の実施形態は、本開示の一態様を説明したものである。したがって、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の変形がされ得る。例えば、上記実施形態においては、光電陰極１を透過型として説明したが、光電陰極１を反射型として構成することも可能である。また、基板１００（面１０２ａ）と下地層２００との間、及び／又は、下地層２００（面２００ａ）と光電変換層３００との間に、別の層が介在していてもよい。
　また、上記実施形態においては、ベリリウムの窒化物を含む中間層４００の酸化処理によって、第１下地層２１０と第２下地層２２０とを形成した。これに対して、ベリリウムの窒化物を含む膜（第１下地層２１０となる層）を成膜した後に、当該膜に対して改めてベリリウムの酸化物を含む膜（第２下地層となる層）を成膜することにより、第１下地層２１０と第２下地層２２０とを形成してもよい。この場合、第１下地層２１０と第２下地層２２０との間の面２１０ａが実在する面であり得る。
　生産性を向上可能な光電陰極、電子管、及び、光電陰極の製造方法が提供される。
　１…光電陰極、１０…光電子増倍管（電子管）、１００…基板、２００…下地層、２１０…第１下地層、２２０…第２下地層、３００…光電変換層、４００，５００…中間層。

Claims (19)

  1. 　基板と、
    　前記基板上に設けられ、光の入射に応じて光電子を発生させる光電変換層と、
    　前記基板と前記光電変換層との間に設けられ、ベリリウムを含む下地層と、
    　を備え、
    　前記下地層は、ベリリウムの窒化物を含む第１下地層を有する、
    　光電陰極。
  2. 　前記下地層は、前記第１下地層と前記光電変換層との間に設けられ、ベリリウムの酸化物を含む第２下地層を有する、
    　請求項１に記載の光電陰極。
  3. 　前記第２下地層では、ベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量よりも多い、
    　請求項２に記載の光電陰極。
  4. 　前記下地層は、前記基板に接触している、
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の光電陰極。
  5. 　前記光電変換層は、前記下地層に接触している、
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の光電陰極。
  6. 　前記基板は、前記光を透過する材料からなる、
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の光電陰極。
  7. 　前記下地層では、ベリリウムの酸化物の量が、ベリリウムの窒化物の量よりも多い、
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の光電陰極。
  8. 　前記下地層では、ベリリウムの窒化物及びベリリウムの酸化物の少なくとも一方の量が、前記下地層の厚さ方向において偏って分布する、
    　請求項１～７のいずれか一項に記載の光電陰極。
  9. 　前記下地層では、ベリリウムの窒化物の量が、前記光電変換層側よりも前記基板側に多く、且つ、ベリリウムの酸化物の量が、前記基板側よりも前記光電変換層側で多い、
    　請求項８に記載の光電陰極。
  10. 　前記下地層では、ベリリウムの窒化物の量が、前記下地層の厚さ方向において略均一に分布すると共に、ベリリウムの酸化物の量が、前記下地層の厚さ方向において略均一に分布する、
    　請求項１～７のいずれか一項に記載の光電陰極。
  11. 　請求項１～１０のいずれか一項に記載の光電陰極と、
    　電子を収集する陽極と、
    　を備える電子管。
  12. 　基板を用意する第１工程と、
    　前記基板上にベリリウムを含む下地層を形成する第２工程と、
    　前記下地層上に、光の入射に応じて光電子を発生させる光電変換層を形成する第３工程と、
    　を備え、
    　前記第２工程は、
    　前記基板上にベリリウムの窒化物を含む中間層を形成する形成工程と、
    　前記下地層として、前記基板上に設けられベリリウムの窒化物を含む第１下地層と、前記第１下地層上に設けられベリリウムの酸化物を含む第２下地層と、が形成されるように、前記中間層に対して酸化処理を行う処理工程と、
    　を有する、
    　光電陰極の製造方法。
  13. 　前記形成工程においては、窒素雰囲気でのベリリウムの蒸着又はスパッタリングにより前記中間層を形成する、
    　請求項１２に記載の光電陰極の製造方法。
  14. 　前記形成工程においては、窒素雰囲気中に窒素と異なる不活性ガスを混入した状態でのベリリウムの蒸着又はスパッタリングにより前記中間層を形成する、
    　請求項１３に記載の光電陰極の製造方法。
  15. 　前記酸化処理は、加熱処理及び／又は放電処理を含む、
    　請求項１２～１４のいずれか一項に記載の光電陰極の製造方法。
  16. 　前記処理工程においては、前記第２下地層においてベリリウムの酸化物の量がベリリウムの窒化物の量よりも多くなるように、前記酸化処理を行う、
    　請求項１２～１５のいずれか一項に記載の光電陰極の製造方法。
  17. 　前記第２工程においては、前記基板に直接的に前記下地層を形成する、
    　請求項１２～１６のいずれか一項に記載の光電陰極の製造方法。
  18. 　前記第３工程においては、前記下地層に直接的に前記光電変換層を形成する、
    　請求項１２～１７のいずれか一項に記載の光電陰極の製造方法。
  19. 　前記基板は、前記光を透過する材料からなる、
    　請求項１２～１８のいずれか一項に記載の光電陰極の製造方法。
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