JPH0447629A - 半導体光電子放出面 - Google Patents
半導体光電子放出面Info
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- JPH0447629A JPH0447629A JP2152373A JP15237390A JPH0447629A JP H0447629 A JPH0447629 A JP H0447629A JP 2152373 A JP2152373 A JP 2152373A JP 15237390 A JP15237390 A JP 15237390A JP H0447629 A JPH0447629 A JP H0447629A
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- 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】
「産業上の利用分野」
本発明は光電子増倍管やイメージインテンシファイヤに
適用される半導体光電子放出面に関するものである。
適用される半導体光電子放出面に関するものである。
「従来の技術」
一般に、半導体光電子放出面において、外部から電界が
与えられた場合、第９図に示すように、光電子に対して
光吸収１ （１）からＣ８２０層（２）方向への加速電
界として働き、結果として光電子放出効率が増加するこ
とが知られている。
与えられた場合、第９図に示すように、光電子に対して
光吸収１ （１）からＣ８２０層（２）方向への加速電
界として働き、結果として光電子放出効率が増加するこ
とが知られている。
従来から知られている遷移電子型光電子放出面の構造は
例えば第６図に示すように、オーミック電極（３）、基
板（６）、光吸収層（１）、放出面（４）、ショットキ
ー電極（５）、Ｃ８２０層（２）がらなり、バイアス電
圧（ｖｂ）を印加していない場合のエネルギーバンド図
が第７図と第８図に示される。このうち、第８図におい
て、光吸収層（１）で入射光子ｈνにより励起された光
電子は表面のショットキー電極（５）にバイアス電圧（
ｖｂ）を印加することによって生じる内部電界により加
速され、いわゆるガン効果によって伝導帯のＦ谷からよ
りエネルギーの高いＴ、谷またはＸ谷へ遷移する。ショ
ットキー電極（５）の表面はＣｓ２Ｏ層（２）によって
活性化処理され、実効的に真空準位ＶＬが低下しており
、「谷から１−１谷またはＸ谷へ遷移させた光電子を容
易に真空中に放出させることができる。
例えば第６図に示すように、オーミック電極（３）、基
板（６）、光吸収層（１）、放出面（４）、ショットキ
ー電極（５）、Ｃ８２０層（２）がらなり、バイアス電
圧（ｖｂ）を印加していない場合のエネルギーバンド図
が第７図と第８図に示される。このうち、第８図におい
て、光吸収層（１）で入射光子ｈνにより励起された光
電子は表面のショットキー電極（５）にバイアス電圧（
ｖｂ）を印加することによって生じる内部電界により加
速され、いわゆるガン効果によって伝導帯のＦ谷からよ
りエネルギーの高いＴ、谷またはＸ谷へ遷移する。ショ
ットキー電極（５）の表面はＣｓ２Ｏ層（２）によって
活性化処理され、実効的に真空準位ＶＬが低下しており
、「谷から１−１谷またはＸ谷へ遷移させた光電子を容
易に真空中に放出させることができる。
この遷移電子型光電子放出面においては表面ショクｌ−
キー電極（５）へのバイアス印加電圧（Ｖｂ）を可変す
ることによって加速電界を可変することができ、ｌ゛谷
から１．谷またはＸ谷への遷移確率を増減することがで
きる。したがってバイアス電圧（Ｖｂ）の増加に伴って
光電子放出面の光電子放出効率も増加する。
キー電極（５）へのバイアス印加電圧（Ｖｂ）を可変す
ることによって加速電界を可変することができ、ｌ゛谷
から１．谷またはＸ谷への遷移確率を増減することがで
きる。したがってバイアス電圧（Ｖｂ）の増加に伴って
光電子放出面の光電子放出効率も増加する。
「発明が解決しようとする課題」
しかしながら、−ｉ−記のような遷移電子型光電子放出
面においては、ショットキー電極（５）へのバイアス電
圧（ｖｂ）の増加は同時にショットキー電極（５）で生
成された正孔に対しても加速電界として作用し、その結
果バイアス電圧（ｖｂ）の増加に伴って暗電流が著しく
増加する。したがって、実用的な光電感度を得るための
バイアス電圧（ｖｂ）を印加した場合には、室温におい
て約５ＸｉＯ−１ｌＡ／瞥という暗電流が観測され、実
用上室温での動作が不可能でありこの点が遷移電子型光
電子放出面の最大の欠点となっていた。
面においては、ショットキー電極（５）へのバイアス電
圧（ｖｂ）の増加は同時にショットキー電極（５）で生
成された正孔に対しても加速電界として作用し、その結
果バイアス電圧（ｖｂ）の増加に伴って暗電流が著しく
増加する。したがって、実用的な光電感度を得るための
バイアス電圧（ｖｂ）を印加した場合には、室温におい
て約５ＸｉＯ−１ｌＡ／瞥という暗電流が観測され、実
用上室温での動作が不可能でありこの点が遷移電子型光
電子放出面の最大の欠点となっていた。
本発明は」二部の原因により暗電流の増加を抑制するこ
とができ室温での動作が可能な光電子放出面を得ること
を目的とする。また本発明は光電感度が著しく増加し、
低雑音、高感度な光電子放出面を得ることを目的とする
。
とができ室温での動作が可能な光電子放出面を得ること
を目的とする。また本発明は光電感度が著しく増加し、
低雑音、高感度な光電子放出面を得ることを目的とする
。
「課題を解決するための手段」
本発明は入射光子により励起された光電子を内部電界に
より放出面まで移送して真空中へ放出させるようにした
半導体光電子放出素子において、前記光電子の移送途中
に、衝突イオン化によるなだれ増倍を利用して光電子を
増幅するためのなだれ増倍層を設けてなるものである。
より放出面まで移送して真空中へ放出させるようにした
半導体光電子放出素子において、前記光電子の移送途中
に、衝突イオン化によるなだれ増倍を利用して光電子を
増幅するためのなだれ増倍層を設けてなるものである。
「作用」
バイアス電圧を印加していない場合には光吸収層で入射
光子より励起された光電子はなだれ増倍層の伝導帯障壁
を越えられず、したがって放出面へ到達することができ
ず光電子放出は生じない。
光子より励起された光電子はなだれ増倍層の伝導帯障壁
を越えられず、したがって放出面へ到達することができ
ず光電子放出は生じない。
バイアス電圧を印加した場合には光吸収層で励起された
光電子は加速電界により加速されなだれ増倍層の伝導帯
障壁を越えて放出面へ到達する。このなだれ増倍層を横
切るときに光電子は衝突イオン化によりなだれ増倍を生
じ電子増幅された後に放出面へ到達しＣ８，０層を介し
て真空中へ放出される。ところで、光電子がなだれ増倍
層で電子増倍を生しているときにはショットキー電極で
生成された正孔も同様に内部電界によって加速され衝突
イオン化を生しる。しかしながらなだれ増倍層において
伝導体の不連続ΔＥｃが価電子帯の不連続ΔＥｖよりも
太きければ電子イオン化係数αと正孔のイオン化係数β
との比α／βが１より大きくなる。これをなだれ増倍層
の多層薄膜中でくり返すことにより電子の増倍率が正孔
の増倍率よりはるかに大きくなり、その結果ショットキ
ー電極へのバイアス電圧を増加させても暗電流の増加が
抑制されかつ光電感度が著しく増加する。
光電子は加速電界により加速されなだれ増倍層の伝導帯
障壁を越えて放出面へ到達する。このなだれ増倍層を横
切るときに光電子は衝突イオン化によりなだれ増倍を生
じ電子増幅された後に放出面へ到達しＣ８，０層を介し
て真空中へ放出される。ところで、光電子がなだれ増倍
層で電子増倍を生しているときにはショットキー電極で
生成された正孔も同様に内部電界によって加速され衝突
イオン化を生しる。しかしながらなだれ増倍層において
伝導体の不連続ΔＥｃが価電子帯の不連続ΔＥｖよりも
太きければ電子イオン化係数αと正孔のイオン化係数β
との比α／βが１より大きくなる。これをなだれ増倍層
の多層薄膜中でくり返すことにより電子の増倍率が正孔
の増倍率よりはるかに大きくなり、その結果ショットキ
ー電極へのバイアス電圧を増加させても暗電流の増加が
抑制されかつ光電感度が著しく増加する。
「実施例」
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。なお、本実施例ではＣ８２０／ Ａ Ｑ ／ＩｎＰ
／ＩｎＧａＡｓから構成された遷移電子型光電子放出面
を例に説明するが本発明は」二部の構成に限ったもので
はなく、例えばＵ、Ｓ、特許Ｎα３，９５８゜１４３に
Ｒ，Ｌ、Ｂｅ１ｌが示したようなすべての遷移電子型光
電子放出面に適用可能であることはもちろんである。
る。なお、本実施例ではＣ８２０／ Ａ Ｑ ／ＩｎＰ
／ＩｎＧａＡｓから構成された遷移電子型光電子放出面
を例に説明するが本発明は」二部の構成に限ったもので
はなく、例えばＵ、Ｓ、特許Ｎα３，９５８゜１４３に
Ｒ，Ｌ、Ｂｅ１ｌが示したようなすべての遷移電子型光
電子放出面に適用可能であることはもちろんである。
第１図は本発明による遷移電子型光電子放出面の例を示
し、（５）はＰ“・ＩｎＰからなる基板で、この基板（
５）の−側面にはＡ ｕ Ｚ ｎを全面蒸着してなるオ
ーミック電極（３）が形成されている。前記基板（６）
の他側面には光吸収層（］）、多層薄膜のなだれ増倍層
（７）、光電子放出面（４）、Ｃ８２０層（２）、Ａ
Ｑのショットキー電極（５）が形成されている。
し、（５）はＰ“・ＩｎＰからなる基板で、この基板（
５）の−側面にはＡ ｕ Ｚ ｎを全面蒸着してなるオ
ーミック電極（３）が形成されている。前記基板（６）
の他側面には光吸収層（］）、多層薄膜のなだれ増倍層
（７）、光電子放出面（４）、Ｃ８２０層（２）、Ａ
Ｑのショットキー電極（５）が形成されている。
前記なだれ増倍層（７）は本実施例ではＩｎＰとＩｎＧ
ａＡｓを用い、それぞれの膜厚が約１００人で交互に計
６０層積層した構造とした。しかし、これら膜厚と層数
の値は上記例に限られものではなく、用いる半導体の物
理的な性質、素子構造、バイアス電圧等により最適な値
が設定される。また前記ショッＩ−キー電極（５）とし
てＡＱを用いているがこれに限られるものではなく、他
の金属、例えばＡバ、Ａ、 ｕ等であって光電子放出面
（４）に良好なショットキー電極（５）が形成できるも
のならば何らその種類に制限はない。
ａＡｓを用い、それぞれの膜厚が約１００人で交互に計
６０層積層した構造とした。しかし、これら膜厚と層数
の値は上記例に限られものではなく、用いる半導体の物
理的な性質、素子構造、バイアス電圧等により最適な値
が設定される。また前記ショッＩ−キー電極（５）とし
てＡＱを用いているがこれに限られるものではなく、他
の金属、例えばＡバ、Ａ、 ｕ等であって光電子放出面
（４）に良好なショットキー電極（５）が形成できるも
のならば何らその種類に制限はない。
つぎに、第１図に示した光電子放出面の動作を説明する
。第２図はショットキー電極（５）へバイアス電圧（ｖ
ｂ）を印加していない場合の本発明による遷移電子型光
電子放出面のエネルギーバンド図の例を示している。バ
イアス電圧（ｖｂ）を印加していない場合には光吸収層
（１，）で入射光子より励起された光電子はなだれ増倍
Ｍ（７）の伝導帯障壁を越えられずしたがって放出面（
４）へ到達することができず光電子放出は生じない。
。第２図はショットキー電極（５）へバイアス電圧（ｖ
ｂ）を印加していない場合の本発明による遷移電子型光
電子放出面のエネルギーバンド図の例を示している。バ
イアス電圧（ｖｂ）を印加していない場合には光吸収層
（１，）で入射光子より励起された光電子はなだれ増倍
Ｍ（７）の伝導帯障壁を越えられずしたがって放出面（
４）へ到達することができず光電子放出は生じない。
つぎに、第３図はバイアス電圧（Ｖｂ）を印加した場合
を示し、光吸収層（１）で励起された光電子は加速電界
により加速されなだれ増倍層（７）の伝導帯障壁を越え
て放出面（４）へ到達する。このなだれ増倍層（７）を
横切るときに光電子は衝突イオン化によりなだれ増倍を
生じ電子増倍された後に放出面へ到達し、Ｃ８２０層（
２）を介して真空中へ放出される。ところで、光電子が
なだれ増倍層（７）で電子増倍を生じているときにはシ
ョットキー電極（５）で生成された正孔も同様に内部電
界によって加速され衝突イオン化を生じる。しかしなが
らなだれ増倍層（７）において、伝導体の不連続ΔＥＣ
が価電子帯の不連続ΔＥｖよりも大きければ電子イオン
化係数αと正孔のイオン化係数βとの比α／βが１より
大きくなる。これをなだれ増倍層（７）の多層簿膜中で
くり返すことにより電子の増倍率が正孔の増倍率よりは
るかに大きくなり、その結果ショクｌ−キー電極（５）
へのバイアス電圧（Ｖｂ）を増加させても暗電流の増加
が抑制されがっ光電感度が著しく増加する。ちなみに、
本実施例では７ｖのバイアス電圧で約１０２倍の光電感
度の増加が観測され、このときの暗電流の増加は観測さ
れず１．０−” Ａ ／ ｃＪ一定と非常に小さな値で
あった。
を示し、光吸収層（１）で励起された光電子は加速電界
により加速されなだれ増倍層（７）の伝導帯障壁を越え
て放出面（４）へ到達する。このなだれ増倍層（７）を
横切るときに光電子は衝突イオン化によりなだれ増倍を
生じ電子増倍された後に放出面へ到達し、Ｃ８２０層（
２）を介して真空中へ放出される。ところで、光電子が
なだれ増倍層（７）で電子増倍を生じているときにはシ
ョットキー電極（５）で生成された正孔も同様に内部電
界によって加速され衝突イオン化を生じる。しかしなが
らなだれ増倍層（７）において、伝導体の不連続ΔＥＣ
が価電子帯の不連続ΔＥｖよりも大きければ電子イオン
化係数αと正孔のイオン化係数βとの比α／βが１より
大きくなる。これをなだれ増倍層（７）の多層簿膜中で
くり返すことにより電子の増倍率が正孔の増倍率よりは
るかに大きくなり、その結果ショクｌ−キー電極（５）
へのバイアス電圧（Ｖｂ）を増加させても暗電流の増加
が抑制されがっ光電感度が著しく増加する。ちなみに、
本実施例では７ｖのバイアス電圧で約１０２倍の光電感
度の増加が観測され、このときの暗電流の増加は観測さ
れず１．０−” Ａ ／ ｃＪ一定と非常に小さな値で
あった。
つぎに第４図は、なだれ増倍層（７）に多層傾斜組成薄
膜を導入した構造であってバイアス電圧（Ｖｂ）を印加
していない場合のエネルギーバンド図を示し、また第５
図は同じくバイアス電圧（Ｖｂ）を印加した場合のエネ
ルギーバンド図を示す。この場合も同様に電子の増倍率
が正孔の増倍率よりはるかに大きくなるため暗電流の抑
制、光電感度の増加が可能となることがわかる。
膜を導入した構造であってバイアス電圧（Ｖｂ）を印加
していない場合のエネルギーバンド図を示し、また第５
図は同じくバイアス電圧（Ｖｂ）を印加した場合のエネ
ルギーバンド図を示す。この場合も同様に電子の増倍率
が正孔の増倍率よりはるかに大きくなるため暗電流の抑
制、光電感度の増加が可能となることがわかる。
なお、本発明は入射光子が放出面（４）から入射するい
わゆる反射型光電子放出面を例に説明したが、入射光子
が放出面（４）の反対側から入射するいわゆる透過型光
電子放出面にも適用できることはもちろんである。
わゆる反射型光電子放出面を例に説明したが、入射光子
が放出面（４）の反対側から入射するいわゆる透過型光
電子放出面にも適用できることはもちろんである。
また本実施例では遷移電子型半導体光電子放出面を例に
説明したが、第９図に示すように外部から電界が与えら
れ光電子が加速されるすべての半導体光電子放出面に適
用できることはもちろんである。
説明したが、第９図に示すように外部から電界が与えら
れ光電子が加速されるすべての半導体光電子放出面に適
用できることはもちろんである。
「発明の効果」
本発明は以上説明したように、遷移電子型半導体光電子
放出面において、ショットキー電極で生成される正孔の
衝突電離による光電流の増加を抑制し、かつ入射光によ
って励起された光電子を増倍することにより低雑音、高
感度な光電子放出面を得ることができるので素子を冷却
することなく室温で動作させることが可能となる。また
室温での動作は冷却器を不用にするので装置の小型化、
低価格化という点でもその効果は非常に大きい。
放出面において、ショットキー電極で生成される正孔の
衝突電離による光電流の増加を抑制し、かつ入射光によ
って励起された光電子を増倍することにより低雑音、高
感度な光電子放出面を得ることができるので素子を冷却
することなく室温で動作させることが可能となる。また
室温での動作は冷却器を不用にするので装置の小型化、
低価格化という点でもその効果は非常に大きい。
さらに、本発明を光電子増倍管へ適用した場合には光電
子放出面の光電子放出効率が高いので２次電子増倍部の
数を減少でき、結果として小型化、低電圧駆動が可能と
なる。さらにまた、イメージインテンシファイヤへ適用
した場合、２次電子増倍部であるマイクロチャンネルプ
レートのゲインを減少できるので結果として画質が飛躍
的に向」ニするなどのすぐれた効果を有する。
子放出面の光電子放出効率が高いので２次電子増倍部の
数を減少でき、結果として小型化、低電圧駆動が可能と
なる。さらにまた、イメージインテンシファイヤへ適用
した場合、２次電子増倍部であるマイクロチャンネルプ
レートのゲインを減少できるので結果として画質が飛躍
的に向」ニするなどのすぐれた効果を有する。
第１図は本発明による光電子放出面の一実施例を示す構
造図、第２図は同上光電子放出面にバイアス電圧を印加
しない場合のエネルギーバンド図、第３図は同」−バイ
アス電圧を印加した場合のエネルギーバンド図、第４図
は本発明の他の例の光電子放出面にバイアス電圧を印加
しない場合のエネルギーバンド図、第５図は同上バイア
ス電圧を印加した場合のエネルギーバンド図、第６図は
従来の遷移電子型光電子放出面の構造図、第７図は同上
光電子放出面にバイアス電圧を印加しない場合のエネル
ギーバンド図、第８図は同上バイアス電圧を印加した場
合のエネルギーバンド図、第９図は一般的な半導体光電
子放出面のバイアス電圧を印加した場合のエネルギーバ
ンド図である。 （１）−光吸収層、（２） −ＣＳ２０層、（３） ＝
−オーミック電極、（４）・・放出面、（５）・ショッ
トキー電極、（６）・・基板、（７）・・・なだれ増倍
層。
造図、第２図は同上光電子放出面にバイアス電圧を印加
しない場合のエネルギーバンド図、第３図は同」−バイ
アス電圧を印加した場合のエネルギーバンド図、第４図
は本発明の他の例の光電子放出面にバイアス電圧を印加
しない場合のエネルギーバンド図、第５図は同上バイア
ス電圧を印加した場合のエネルギーバンド図、第６図は
従来の遷移電子型光電子放出面の構造図、第７図は同上
光電子放出面にバイアス電圧を印加しない場合のエネル
ギーバンド図、第８図は同上バイアス電圧を印加した場
合のエネルギーバンド図、第９図は一般的な半導体光電
子放出面のバイアス電圧を印加した場合のエネルギーバ
ンド図である。 （１）−光吸収層、（２） −ＣＳ２０層、（３） ＝
−オーミック電極、（４）・・放出面、（５）・ショッ
トキー電極、（６）・・基板、（７）・・・なだれ増倍
層。
Claims (4)
- （１）入射光子により励起された光電子を内部電界によ
り放出面まで移送して真空中へ放出させるようにした半
導体光電子放出素子において、前記光電子の移送途中に
、衝突イオン化によるなだれ増倍を利用して光電子を増
幅するためのなだれ増倍層を設けてなることを特徴とす
る半導体光電子放出面。 - （２）半導体光電子放出面が遷移電子型であることを特
徴とする請求項（１）記載の半導体光電子放出面。 - （３）なだれ増倍層は禁制帯幅の異なる２種類以上の半
導体の多層薄膜を光吸収層と放出面との間に導入した構
造を有する請求項（１）記載の半導体光電子放出面。 - （４）なだれ増倍層は禁制帯幅の異なる２種類以上の半
導体の多層傾斜組成薄膜を光吸収層と放出面との間に導
入した構造を有する請求項（１）記載の半導体光電子放
出面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2152373A JPH0447629A (ja) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | 半導体光電子放出面 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2152373A JPH0447629A (ja) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | 半導体光電子放出面 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0447629A true JPH0447629A (ja) | 1992-02-17 |
Family
ID=15539111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2152373A Pending JPH0447629A (ja) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | 半導体光電子放出面 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0447629A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002013366A1 (fr) * | 2000-08-07 | 2002-02-14 | Norio Akamatsu | Appareil de conversion d'energie provenant de rayons solaires |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62157631A (ja) * | 1985-12-20 | 1987-07-13 | トムソン−セエスエフ | 内部増幅をもつ光電陰極 |
| JPS63164372A (ja) * | 1986-12-12 | 1988-07-07 | トムソン−セーエスエフ | アバランシェ現象による電荷キャリアの増倍装置ならびに該装置の光センサ、光電陰極および赤外線映像装置への応用 |
-
1990
- 1990-06-11 JP JP2152373A patent/JPH0447629A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62157631A (ja) * | 1985-12-20 | 1987-07-13 | トムソン−セエスエフ | 内部増幅をもつ光電陰極 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002013366A1 (fr) * | 2000-08-07 | 2002-02-14 | Norio Akamatsu | Appareil de conversion d'energie provenant de rayons solaires |
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