JPH0228219B2 - Kodenmenojusurudenshikannoseizohoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 この発明はＸ線螢光増倍管のような光電面を有
する電子管の製造方法に係り、とくにその光電面
の製造方法に関する。

(2) 背景技術 Ｘ線螢光増倍管のような光電面を有する電子管
の光電面形成にあたつては、セシウム（Cs）や
カリウム(K)のようなアルカリ金属およびアンチモ
ン（Sb）、ビスマス（Bi）、テルル（Te）のよう
な半金属を光電面材料として蒸発させ、これらの
化合物を形成する。光電面の感度はこれら材料の
蒸発量に影響されるため、最適な蒸発量を定量的
に制御しなければならない。そして、このような
光電面の形成法は、半金属の蒸着法から考える
と、大別して２種類の方法がある。１つは半金属
とアルカリ金属とを交互に蒸着して感度の最高値
に至らしめる方法である。他の１つは、予め半金
属を定まつた量だけ蒸着し、その後、アルカリ金
属を反応させて最高感度にするという方法であ
る。

従来これらの２つの方法は、光電面を持つ電子
管の形状や得られる光電面感度の安定性などから
使い分けられていた。特に前者の方法は、安定し
た感度が得られる代りに、後者で得られる最高感
度には至らない。一方後者の方法は、適正に半金
属の蒸着量が得られる構造である場合は高い感度
が安定して得られるが、半金属の蒸着量の定量化
が困難な構造或いは不可能な構造の場合は、全く
使用不能となる。しかし、光電面形成に要する時
間が短かい大きな長所もある。又、半金属の定量
化は、光電面が形成される基板或いはこの近傍に
外部から光を入れ、この基板或いはこの近傍を通
過する透過光が、半金属の蒸着により低下する程
度を測定して制御する。従つて、この方法には構
造的な制約が生ずることが避けられない。

ところで近年に至り、光電面を有する電子管の
うち電界集束を行なう内部構造は、その電子管の
高性能化に伴なつて益々複雑となつてきている。
例えば、Ｘ線像増倍管を例にとると、従来は３つ
の電極によつて構成されていたものが、近年は視
野を可変するため４極にし、あるいは解像度の分
布をよくするため５極とするなど多電極化の傾向
が強くなつている。

又、Ｘ線像増倍管は散乱線を少なくし、材料と
加工費の増大に対処するため、入射窓材料から始
まり、光電面の周囲真空容器部分に至るまで金属
化が図られるようになつてきた。そしてＸ線像増
倍管も内部電極構造の複雑化と真空容器の金属化
などに伴ない、光電面の周囲近傍の真空容器に外
部から光を通して光透過率を測定するための光通
路を設けることが困難で、このため半金属の蒸着
量の定量的制御が困難となつてきた。

(3) 発明の目的 この発明は以上の事情から光電面の周囲の真空
容器が金属で構成された電子管において、光電面
の感度を最高度に且つ安定的に大量生産をなしう
る製造方法を提供するものである。

(4) 発明の構成 上述の目的を達成するため、この発明は真空容
器の内部の光電面周囲近傍に少なくとも１個の半
導体光センサを設置し、真空容器の内部または外
部に配置した光源から光をこのセンサに到達させ
るようにし、光電面形成基板を所定温度に保ち、
まずCs、Ｋのようなアルカリ金属を蒸発させる。
そしてこのアルカリ金属の蒸着による光電面から
の光電子流が最大値を示しこれを越えるまで蒸着
する。次にSbのような半金属を蒸発させる。こ
のとき半導体光センサの出力電流が初期値に対し
て70〜95％、好ましくは75〜90％の範囲内の値を
示すように半金属の量を制御する。そのあと再び
アルカリ金属を蒸発させ、光電子流が安定化する
まで徐冷することを特徴とする。

(5) 発明の実施例 Ｘ線螢光増倍管を例にとつて説明する。なお同
一部分は同一符号であらわす。

このＸ線螢光増倍管の構造および光電面を形成
する際の状態を第１図ないし第４図によつて説明
する。真空外囲器１はAl入力窓１ａ、ステンレ
ス製の胴部１ｂ、ガラス胴部１ｃ、およびガラス
出力窓１ｄからなつている。外囲器１の入力窓１
ａの内側には入力面２が配設されている。この入
力面２は球面状のアルミニウム製の基板３に入力
螢光面４が形成され、この入力螢光面４上に光電
面５が形成される。一方、外囲器１の出力側内部
には、陽極体６が配設されると共に出力基板７上
に出力螢光面８が形成されてなつている。更に外
囲器１内部の側壁に沿つて第１集束電極９が配設
され金属製胴部１ｂと電気的に接続されている。
この第１集束電極９の陽極体６側には第２集束電
極１０ａ、第３集束電極１０ｂが順次配設されて
いる。第２集束電極１０ａの凹部１１の内部に
は、アンチモンの非金属蒸発源１１ａが３箇所に
配設されている。又、外囲器１のガラス胴部１ｃ
の後部には突出部２１が設けられ、この突出部２
１内には例えばセシウム（Cs）、カリウム(K)のよ
うなアルカリ金属を発生する蒸発源１２が設けら
れている。

そこで、この発明では光電面５の周囲近傍の内
部電極たとえば第１集束電極９の１箇所に、半導
体光センサ１３例えばシリコンのPN接合よりな
るフオトダイオードを、アンチモン蒸発源１１ａ
に対面させ且つ内部電極による電界を大きく乱さ
ないように配置し、この動作のために必要な端子
１４を半導体光センサ１３から外囲器１外に取り
出している。すなわち第１集束電極９の円筒状壁
２２の一部に光センサ１３の光入力窓の大きさに
ほぼ対応する大きさの透孔２３を形成し、その外
側からセンサ１３を挿入し円筒状壁内面２２ａと
光入力窓の外面３３ａを一致させて固定してあ
る。この光センサ１３は各非金属蒸発源１１ａか
らの距離の差ができるだけ小さくなる位置に置か
れる。光センサ１３の一対の信号出力端子のうち
の一方２４ａはリード線を介して外囲器の金属胴
部１ｂを絶縁物２５を介して気密に貫通する端子
１４に接続され、他方２４ｂはこの金属胴部１ｂ
と電気的に短絡されている第１集束電極９に接続
されている。動作にあたつてこの第１集束電極９
は外囲器の金属胴部１ｂに導電体スプリング９ａ
を介して短絡され両者は接地電位とされ、これが
光センサ１３の一方の端子として用いられる。な
お図中の符号２６は入力面２と第１集束電極９と
を電気的に分離するとともにこの電極９を機械的
に支えるスペーサ、２７は入力面２のリード端
子、４６，４７は固定金具をあらわして半導体光
センサとしては、フオトダイオード、太陽電池、
フオトトランジスタ、CdS光センサなどを使用し
うる。フオトダイオードの例について述べると、
第３図に示すようにPN接合を有するシリコン素
子３１を気密容器３２の内部に配設してなり、一
対のリード線２４ａ，２４ｂによつて外部に電極
が引き出されている。気密容器３２はガラスの光
入力窓３３、メタルケース３４がフリツトガラス
シール部３５により気密に接合され、さらにリー
ド線２４ａ，２４ｂ、メタルケース３４がフリツ
トガラスステム３６により気密封止されている。
この気密容器３２の内部にはN₂のような酸化防
止ガスが封入されてなる。このような気密封止フ
オトダイオードは今日広く市販されているが、も
ちろん気密容器は300℃程度でも気密性が損われ
ないものを選択する。しかしながら一般にその使
用温度上限は電気的特性上から約125℃程度とさ
れている。そこで本発明者らは、このようなフオ
トダイオードの電気的特性を、Ｘ線螢光増倍管の
排気条件として１つの目安とされる250℃で７時
間の真空中の高温保持の前後で比較測定したとこ
ろ第５図のような結果を得た。すなわち第５図は
横軸に入射光量（相対値）を示し、縦軸にフオト
ダイオードの相対出力電流を示してある。点線曲
線Ａは初期特性であり、実線曲線Ｂは上記の排気
条件の工程を経たのちの特性である。この結果か
ら、フオトダイオードの出力特性すなわち感度特
性は250℃７時間の電子管排気工程を経ると約30
％低下するが、入射光量に対する出力電流の相対
的な依存関係はほとんど変化がないことがわかつ
た。このように光電面を形成する工程でアンチモ
ンのような非金属の蒸着量を定量的に制御する上
でこのフオトダイオードの相対感度特性は充分実
用になることをつきとめた。

光電面の最適な光電変換感度を得るために、光
センサ１３の出力電流はその外部端子１４と接地
される第１集束電極９および胴部１ｂとの間に電
流計４１を接続して検出する。また光電面からの
光電子流は端子２７と第１集束電極９との間に接
続した電流計４２、直流電源４３により検出され
る。また外囲器１のガラス胴部１ｃの外側に光源
２０，２０を配置し、このガラス胴部から管内に
光を入れる。なお外囲器の外からの光の入射がな
いか、もしくは極めて微弱となる構造の場合に
は、外囲器内の適当な位置に小さな光源を配設し
てもよい。なおまた、光センサは光電面の外周近
くに複数個配置してもよく、このようにすれば光
電面の全域にわたる半金属の被着の均一性を検出
することもできる。さらにまた光センサは、金属
製外囲器の内面にとりつけてもよい。

次にこの発明に係る光電面の形成方法の一実施
例について述べる。Ｘ線螢光増倍管は約250℃７
時間の排気を行なつたのち、温度を80〜120℃の
範囲内に保持する。そして第６図に示すようにま
ず第１ステツプでセシウムのようなアルカリ金属
を点線曲線Ｃのように光電面から生ずる光電電流
が最大値になるまで蒸発させる。次に第２ステツ
プでアンチモンのような非金属を蒸発させて上記
アルカリ金属の蒸発膜を含め実線曲線Ｄで示すよ
うに半導体光センサの出力電流が初期値d₁に対し
てある所定レベルd₂となるように蒸発させる。こ
のレベルd₂はCsI螢光体を用いたＸ線螢光増倍管
の場合初期値d₁の約70〜95％、好ましくは75〜90
％の範囲内になるように制御する。次に第３ステ
ツプとして再びアルカリ金属蒸気を導入する。こ
の段階では先に付着したアンチモンとアルカリ金
属との化合物が形成されるため光電面からの光電
子流は急激に増加する。この電流値が再び極大値
を示したらアルカリ導入を止める。このとき半導
体光センサの出力電流は化合物形成によつてさら
にレベルd₃へ低下する。なおこの第１ステツプか
ら第３ステツプまでのＸ線螢光増倍管の周囲温度
は前述のように80〜120℃の範囲内に保持する。
その後第４ステツプとして室温まで徐冷を行なう
が、この段階で光電面からの光電電流ｃはさらに
増加して最終的に安定な値を示す。ここで出力電
流の初期値100％に対する第２ステツプでの出力
電流割合は光電面を有する電子管一般に適用可能
である。すなわち、出力電流の変化は主にSbの
膜厚で定まり、最も感度の高い実用可能な100〜
500Å程度に対応して光センサ出力電流値が70〜
95％の範囲に入るものである。このように交互に
アルカリ金属とアンチモンとを蒸発させて化合物
をつくる光電面の形成にあたつて、良好で安定な
光電変換感度をもたせるためには特にアンチモン
の蒸着量の定量的制御が重要であり、このためこ
の発明では半導体光センサによる相対的出力電流
を検知しこれを初期値の70〜95％になるように制
御することによつて感度の最適且つ安定的再現性
を高めている。とくに光電面をとりまく真空外囲
器部分すなわちＸ線入射窓および光電面の周囲の
外囲器壁が金属で構成されるものにあつて、この
外囲器の内部に半導体光センサを配設しまずアル
カリ金属を蒸着し次に非金属を所定量蒸着する方
法であるため、最適な光電感度をもつ光電面の形
成が確実、容易である。

アンチモンの蒸着量の制御が、上記の光センサ
出力の相対値よりも少ないか、あるいは多すぎる
と第４ステツプの最終的な感度が低いレベルにと
どまつてしまうので、上記の値が適当であること
を確認した。

なおこの実施例においては、半導体光センサの
光入力窓の外面をこれをとりつけた内部電極の円
筒状壁内面とほゞ同一面となるようにとりつけて
あるので、内部電極による集束電界を乱すおそれ
がない。なぜならば、光センサの光入力窓はガラ
ス等の絶縁物で構成されているが、その外面にア
ンチモンが蒸着されると導電性を帯びるため、こ
の導電性を帯びた膜が光センサの金属容器を介し
て内部電極に電気的につながる。このため電極の
内面は電気的には事実上透孔が塞がれたと等価と
なつて、この付近の集束電界はほとんど乱されな
い。これによつて画質の劣化が生じない。

(6) 発明の実施変形例 第７図に示す実施例は、光電面５、螢光面４、
および基板３を支える半断面くの字状の光電陰極
支持体３７のテーパ部の一部に透孔２３を穿設
し、その裏側に半導体光センサ１３を固定したも
のである。光センサ１３はその光入力窓を透孔２
３に合致させてとりつけてあり、その一対のリー
ド線の一方２４ａを光電面の電極を兼ねる支持体
３７、およびその外部引出端子２７に電気的に接
続して共通に使用するようになつている。光セン
サ１３の他方の端子２４ｂは溶断しやすいヒユー
ズ３８を介して金属製胴部１ｂと一体結合された
第１集束電極３９に電気的に接続されている。さ
らにその下方には第２の集束電極４０が設けられ
ている。このようにしてこの実施例では前に示し
た実施例と異なつて光センサの独自の出力端子
（前図の符号１４）は省略して、光センサをとり
つけた光電陰極支持体および内部電極に接続して
それらの外部端子を共通に使用している。これに
よつて金属製胴部１ｂに設ける気密電極端子を余
分に要せず、好都合である。

この構造の電子管の製造においては、光センサ
１３の出力電流は光電陰極の外部端子２７と接地
される第１集束電極３９および胴部１ｂとの間に
電流計４１を接続して検出される。また光電面か
らの光電電流は端子２７と第２集束電極４０との
間に接続した電流計４２、直流電源４３により検
出される。そして光センサ１３の使用が不要とな
つた段階で、ヒユーズ３８をこれに大電流を流し
て溶断する。電源４４、スイツチ４５はそのため
のものである。これによつて最終的には管内の各
電極に所定の動作電位を与えることができる。こ
の実施例においてはとくに光センサの光入力窓を
光電面とともにアンチモン蒸発源の方に対面させ
てあるので一層精度のよい蒸発量制御ができる利
点がある。

なおヒユーズ３８を用いずに、半導体光センサ
に直接大電流を流して光センサ内のボンデングワ
イヤを切断してもよい。

(7) 発明の効果 この発明は光電面近傍の真空外囲器が光透過性
のない金属で形成された電子管において、この光
電面形成のために半導体光センサを管内の光電面
周囲近傍に設け、アルカリ金属を光電子流が極大
値を示すまで蒸発させ、次に非金属の光電面材料
を光センサの検出値が初期値に対して70〜95％、
好ましくは75〜90％の範囲の値となる量だけ蒸発
させ、さらに次いでアルカリ金属を蒸発させる光
電面形成方法を特徴としている。これによつて高
感度の光電面を安定に再現性よく得ることができ
る。これは大量生産においてきわめて有効な方法
である。

この点で、半導体光センサをこのように高温処
理工程を経て製造される電子管内に組み込むこと
は、半導体光センサの電気的特性の点から到底考
えられなかつたことであつたが、本発明はこれを
巧みに利用し半金属の蒸着量の制御を高精度で行
なうことが可能であることを見い出し、高性能化
のため多極化し、かつ金属容器を持つたＸ線像増
倍管にも適用できる長所は多大である。

なお、上記実施例では、電子管としてＸ線螢光
増倍管を例にあげたが、この発明はγ線検出用像
増倍管、その他の光電面をもつ電子管の製造に広
く適用できることは言う迄もない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る光電面を有
する電子管（Ｘ線螢光増倍管）を示す概略断面
図、第２図は第１図の−における横断面図、
第３図は光センサの例を示す断面図、第４図は第
２図の−における縦断面図、第５図はその特
性図、第６図は光電面形成工程の特性図、第７図
は本発明の他の実施例を示す要部縦断面図であ
る。 １……外囲器、１ａ……入射窓、１ｂ……胴
部、５……光電面、９，３９……内部電極、１３
……半導体光センサ、２３……透孔、３３……光
入力窓。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内側に光電面が配設される高エネルギー線入
   射窓および前記光電面の周囲の真空外囲器部分が
   金属で構成されてなる電子管の、上記光電面をア
   ルカリ金属および半金属の蒸着により形成する光
   電面を有する電子管の製造方法において、あらか
   じめ上記光電面の近傍に半導体光センサを配置し
   ておき、光電面形成にあたつてまず光電面材料の
   アルカリ金属をそれによる光電子流が極大値を示
   すまで蒸着し、次に光電面材料の非金属を上記半
   導体光センサの出力電流が初期値に対して70乃至
   95％の範囲内の値を示すまで蒸着し、そのあとさ
   らにアルカリ金属を蒸着することを特徴とする上
   記製造方法。