JPH0487247A

JPH0487247A - マルチチャンネルプレート

Info

Publication number: JPH0487247A
Application number: JP2201525A
Authority: JP
Inventors: Akira Takayama; 暁高山; Chiaki Tanuma; 千秋田沼
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1992-03-19

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、イメージインテンシファイアや光電子増倍器
等に用いるマルチチャンネルプレートに係わり、特にチ
ャンネル形状の改良をはがったマルチチャンネルプレー
トに関する。

（従来の技術）近年、イメージデバイスに対する要求は、より高密度に
、より高感度に、より速い動作に、より広いダイナミッ
クレンジにと、益々高性能化へと向かっている。マルチ
チャンネルプレートは、多数のマイクロサイズの電子増
倍管が高密度に集積された構造の平面デバイスであり、
その解像度。

リニアリティ、ダイナミックレンジに極めて優れている
。そして、イメージインテンシファイア等に代表される
ような、特に平面の画像情報を高性能に信号増幅′する
ことが要求されるシステムに対して、キーデバイスとし
て用いられている。

マルチチャンネルプレートの電子増倍機能は、一般の電
子増倍管と同様であり、絶縁性若しくは半絶縁性の基体
内部に設けられた半絶縁性のチャンネル壁面に電界によ
って加速された電子が衝突して複数個の二次電子が発生
する機構によるものである。このため、デバイスの電子
増倍率は、主として電子が壁面に衝突した回数とそのエ
ネルギーに依存する。従って、電子増倍率を上げるため
には、チャネルを長くするのが有効である。

しかしながら、チャンネルの開口面積を変えずにチャン
ネルを長くして、デバイスの電子増倍率を向上する方法
は、デバイスの使用電圧を上げる必要があり、単に使い
難くなるばかりでなく、壁面への残留ガスイオンボンバ
ードによる損傷を増加させる欠点があるため、望ましい
改善策とはいえない。さらに、このようなマルチチャン
ネルプレートは、そのチャンネルに平行な方向からの照
射に関しては、電子かチャンネルの壁面に衝突すること
がないため、電子増倍機能を持たないという欠点があっ
た。

これらの弱点を補う改良案として、チャンネルの方向を
マルチチャンネルプレートの面に対して斜めに構成する
方法か提案されている。第８図に、この方式によるマル
チチャンネルプレートの構成概略図を示す。（ａ）は全
体構成を示す斜視図、（ｂ）は要部構成を拡大して示す
斜視図、（Ｃ）は要部構成を拡大して示す断面図である
。１は絶縁性基体、２は単位チャネル、３は電子増倍面
、４はカソード電極、５はアノード電極、６はチャンネ
ル入口を示している。

上記の構成では、細い環状のチャンネル２はプレート面
に対して垂直ではない角度で形成しであるため、垂直照
射する粒子線は、確実にプレート面入り口近傍で衝突し
、その結果として高い電子増倍率でデバイスは動作可能
となる。しかしながら、このような、マルチチャンネル
プレートには、新たに、入射した画像情報と出力する画
像情報との位置がずれるという欠点か発生した。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来のマルチチャンネルプレートの構成で
は、新たな性能面での欠点を生しることなく、電子増倍
率を高めることは困難であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、チャンネルの長さを大きくすること
なく、且つ入出力の画像情報の位置ずれを生しることな
く、電子増倍率を高めることのできるマルチチャンネル
プレートを提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、マルチチャンネルプレートを構成する
単位チャンネルを、その断面積か電子線入射側から電子
線出力側に向かって徐々に減少するような構造として、
チャンネルの壁面に対する電子の衝突回数を増やすこと
にある。

即ち本発明は、絶縁性の基体と、この基体を略垂直に貫
通した複数の穴からなり、該穴の壁面に電子の衝突によ
って二次電子を放出する半絶縁性の電子増倍面を形成し
た複数のチャンネルと、前記基体の両面の少なくとも一
部に形成され、前記チャンネルの電子増倍面に所定の電
圧を印加するための電極とを備えたマルチチャンネルプ
レートにおいて、前記チャンネルの径を、電子入射側か
ら電子出射側に向かって徐々に小さくなるように形成し
たものである。

（作用）本発明によれば、チャンネルの構造を上記のように形成
することにより、入出力画像情報の位置ずれを生しるこ
となく、電子増倍率の向上をはかることか可能となる。

入出力の画像情報の位置ずれを生ないことは、単位チャ
ンネルの軸かプレート面に対して垂直であることから容
易に理解できるので、ここでは電子増倍率を向上に関し
て説明を加える。第７図は、従来例と本発明とのマルチ
チャンネルプレートについて、単位チャンネルで、その
等電位線Ａと電子軌道Ｂを比較して示した断面図である
。図中の丸数字は、電子と電子増倍面３との衝突回数で
ある。図かられかるように、本発明では、等電位線Ａと
チャンネル壁面（電子増倍面３）の角度に起因する二次
電子の放出角度から、従来例と比較して、電子と電子増
倍面３との衝突回数は増加する。

即ち、本発明は、電子増倍率が従来例より向上する。ま
た、同一のゲインを持つマルチチャンネルプレートでは
、衝突回数が多いほうが出力が安定するという利点も得
られる。また、マルチチャンネルプレートに加える電位
は同一であるため、残留ガスの正イオンの加速エネルギ
ーには有意差はなく、さらに衝突回数も少ないため、チ
ャンネル壁面の損傷は増大しない。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わるマルチチャンネ
ルプレートの概略構成を説明するためのもので、（ａ）
は全体構成を示す斜視図、（ｂ）は要部構成（（ａ）で
破線で囲んた領域）を拡大して示す斜視図、（ｃ）は要
部構成を拡大して示す断面図である。図に示すように、
例えばガラスからなる絶縁性基体１１には、基体１１を
垂直に貫通した複数の円錐台空洞状の単位チャンネル１
２か形成されている。単位チャンネル１２の表面上には
、例えば一部表面を還元したガラスからなる半絶縁性（
高抵抗）の電子増倍面１３か形成されている。さら１こ
、マルチチャン・ネルプレード例えばＭｏ，Ｗのような
高融点金属からなる電極１４、１５が形成きれている。

使用時においては口径か大きい（φ１）チャンネル人口
１６側がカソード電極１４、口径か小さい（φ２）チャ
ンネル出口１７側がアノード電極である。なお、単位チ
ャンネル１２は、プレート面に規則的に配列されている
。

本実施例では、単位チャンネル１２の口径は、マルチチ
ャンネルプレートの厚み（ｄ）に対して、その増倍効率
の点から、次の条件を満たすことか望ましい。

２００×φ１≧ｄ≧２０×φ２これは、マルチチャンネルプレートの利得特性が１０３
以上であり、イオンフィードバック効果か顕著にならな
いための指針である。さらに、電子増倍率を向上する観
点から考えれば、φ１〉φ２は、不可欠であるか、効果
を顕著にするためには、次の条件を満たずことが望まし
い。

即ち、与えられたプレートの厚み（ｄ）と入射粒子線角
度に対して、φ１とφ２は、統計的にみて等断面積のチ
ャンネルに比較して少なくとも１回以上は衝突回数か多
いように条件を定める。これは、使用時の印加電圧に関
係する。

また、図には示していないか、より望ましい実施例とし
て、電子増倍面１３と電極とを非対称に（プレート面に
対して一定の角度をもって）接触させることによって、
チャンネル内部の少なくともチャンネル口近傍において
等電位線を（プレート面に対して一定の角度をもって）
非対称に分布させるようにしてもよい。この場合、チャ
ンネルに平行な方向からの電子照射に関しても、電子の
軌道を曲げて、感度を持たせることができる。等電位線
の非対称性はチャンネル口近傍において、プレート面に
対して、数度から士数度か望ましい。

このような構造のマルチチャンネルプレートは、束ねた
ガラス管を加熱・軟化した状態で引き伸ばす工程を、複
数回縁り返した後、切断してプレート状に加工する、従
来の２段管引き法では製造困難である。そこで、第２図
の部分断面図によって、本実施例のマルチチャンネルプ
レートの製造方法例を説明する。

ます、第２図（ａ）に示すように、例えば高鉛ガラス（
Ｓ　ｉｏ２，Ｂ２　０３　、Ｂａｄ，ほか）からなる絶
縁性基体１１の一方の表面に、口径が小さいチャンネル
出口の形状（径φ２）のマスク］８を形成する。次いて
、異方性が大きいドライエツチング手段（例えば、冷却
ＲＩＥ，ＲＩＥ，イオンミリング等）を用いて、第２図
（ｂ）に示すように絶縁性基体１］を選択エツチングし
、基体１］に貫通穴（チャンネル）］２を開ける。この
とき、エツチング開始面（マスク側）は、サイドエツチ
ングによって口径が大きいチャンネル入口の形状（径φ
１）まで拡大する。

次いて、第２図（Ｃ）に示すようにマスク１８を除去し
た後、高真空（　Ｉ　Ｘ　］、　０−５ｔｏｒｒ以下）
中で熱処理（３００℃以上）して、基体］１の表面を清
浄化する。さらに、例えば水素のような還元性ガス雰囲
気で熱処理し、第２図（ｄ）に示すように、チャンネル
］２の表面（貫通穴の壁面）を半絶縁性の電子増倍面１
３に改質する。

次いで、基体１］の表面に垂直な軸をもって回転する固
定具を用い、第２図（ｅ）に示すように、電子ビーム蒸
着法により基体］１の表面にＭＯのような高融点金属膜
１４′を堆積する。このとき、電子ビーム蒸着における
蒸着物質は、基板表面に対して浅い角度から入射するよ
うにする。同様に、第２図（ｆ）に示すように、基体１
１の他方の面にも高融点金属膜］５′を堆積する。これ
らの金属膜は、半絶縁性の電子増倍面１３と電気的に接
続されている。なお、チャンネル内部の等電位線を非対
称に分布させる場合には、回転軸をプレート面に垂直な
軸に対して、数度傾けることによって同様に実現できる
。

最後に、第２図（ｇ）に示すように、プレートの端面を
切除することにより、マルチチャンネルプレートが完成
することになる。なお、上記蒸着した金属膜１４’　　
　１５’　は前記電極１４．１５となる。

このように本実施例によれば、チャンネル１２の径（断
面積）をチャンネル人口１６側（電子入射側）からチャ
ンネル出口側（電子出射側）にかけて徐々に小さくなる
ように形成しているので、チャンネル１２内に入射した
電子と電子増倍面３との衝突回数を増加させることがで
き、電子増倍率を向上させることができる。そしてこの
場合、チャンネル１２をプレート面に対して垂直の角度
で形成しているため、入射した画像情報と出力する画像
情報との位置かずれ等の不都合はない。

なお、同一のゲインを持つマルチチャンネルプレートで
は、衝突回数が多いほうが出力か安定するという特徴か
ある。従って本実施例は従来例に比べ、電極１４．１５
間に印加する電圧を同じ値に設定すれば電子増倍率が大
きくなり、同じ電子増倍率に設定すれば出力の安定化を
はかることができる。また、本実施例におけるチャンネ
ル］２の形状は、特殊な技術、例えば２段管引き法等の
煩雑な工程を要することなく、半導体製造技術で一般的
なトライエツチング法等により簡易に実現することかで
きる。

第３図は本発明の第２の実施例の概略構成を説明するた
めのもので、（ａ）は全体構成を示す斜視図、（ｂ）は
要部構成を拡大して示す斜視図、（ｃ）は要部構成を拡
大して示す断面図である。なお、図中２１〜２７は第１
図における１１〜１７に対応している。

この実施例か先に説明した実施例と異なる点は、絶縁性
基体及びこの両面に形成する電極として透明体を用いた
ことにある。即ち、透明絶縁性基体２１の両面には、例
えばＩＴＯのような透明導電体からなる電極２４．２５
か形成されている。使用時においては、口径か大きい（
φ１）チャンネル人口２６側がカソード電極２４、口径
か小さい（φ２）チャンネル出口２７側がアノード電極
２５である。透明絶縁性基体２１と透明導電体からなる
電極２４２５との間には縞状若しくは網目状の、例えば
ＭｏＷのような高融点金属からなる電極２８．２９が形
成されている。これらの電極２８．２９は透明電極２４
．１５の抵抗における電圧降下を防止することを目的と
している。これ以外の構成は、第１図と全く同様である
。

第４図の部分断面図によって、本実施例のマルチチャン
ネルプレートの製造方法例を説明する。

ます、第４図（ａ）に示すように、例えば高鉛ガラス（
Ｓ　ｉｏ２．Ｂ２０３　、Ｂａｄ、ほか）からなる透明
絶縁性基体２１の一方の表面に、例えば電子ビーム蒸着
法により、例えば〜１０のような高融点金属膜２８′を
堆積する。同様に、第４図（ｂ）に示すように、基体２
１の他方の面にも高融点金属膜２９′を堆積する。その
後５、第４図（Ｃ）に示すように、フォトエツチングプ
ロセスによって高融点金属膜２８’　、２９’を選択エ
ツチングし、縞状若しくは網目状の電極パターン２８．
２９を形成する。

次いて、第４図　（ｄ）〜（ｇ）に示すように、先の実
施例と同様にして、絶縁性基体１１の一方の表面にマス
ク３０を形成し、異方性ドライエラチンにより基体２１
を選択エツチングしてチャンネル２２を形成し、さらに
半絶縁性の電子増倍面２３を形成する。次いで、第４図
　（ｈ）〜（ｊ）に示すように、先の実施例と同様にし
て、電子ビーム蒸着法により基体１１の両面にＩＴＯ等
の透明導電体２４’　、２５’　を形成し、プレートの
端面を切除することにより、マルチチャンネルプレート
か完成することになる。

第４図に示すマルチチャンネルプレートの製造方法では
、透明導電体膜下部の絶縁性基体表面も半絶縁性の電子
増倍面に改質されているか、この部分での光の減衰を避
ける必要かある場合は、製造プロセスを第５図に示すよ
うに変更すればよい。

ます、第４図（ａ）〜（Ｃ）の工程と同様にして、透明
絶縁性基体２１の両面に縞状若しくは網目状の電極パタ
ーン２８．２９を形成する。次いで、第５図（ａ）に示
すように、基体２１の一方の表面に例えばＣｒ膜３１を
電子ビーム蒸着法により堆積し、同様に他方の面にもＣ
ｒ３１膜を堆積する。

その後、第５図（ｂ）に示すように、フォトエツチング
プロセスによって、窓の開口部パターン３２３３を両面
に形成する。

次いて、第５図（ｃ）（ｄ）に示すように、先の実施例
と同様に口径か小さいチャンネル８０の形状（径φ２）
のマスク３０を形成し、続いて異方性ドライエツチング
により基体２１を選択エッチレグしてチャンネル２２を
形成する。次いで、第５図（ｅ）に示すように、マスク
３０を除去した後、高真空（Ｉ　Ｘ　１０−５ｔｏｒｒ
以下）中で熱処理（３００℃以上）して表面を洗浄化す
る。さらに、例えば水素のような還元性ガス雰囲気で熱
処理し、第５図（ｆ）に示すように、チャンネル２２の
表面を半絶縁性の電子増倍面２３に改質する。その後、
第５図（ｇ）に示すように、窓の開口部パターン３２．
３３を面の両側から除去する。

次いで、高真空（Ｉ　Ｘ　１Ｏ−５ｔｏｒｒ以下）中で
熱処理（３００℃以上）して表面を清浄化したのち、第
５図（ｈ）〜（ｊ）に示すように、先の実施例と同様に
して、電子ビーム蒸着法により基体〕］の両面にＩＴＯ
等の透明導電体２４’　、２５’　を形成し、プレート
の端面を切除することにより、マルチチャンネルプレー
トが完成することになる。

第２の実施例の特徴は、マルチチャンネルプレートに電
圧を印加する電極２４．２５か、透明導電体からなるこ
とである。この構成によって、チャンネル２２を介さす
に、光信号をマルチチャンネルプレートの両方向へ伝送
することか可能となる。

次に、第２の実施例素子の応用例について説明する。第
６図は、光反射増幅プレートであり、電子の出口側から
光入射側へ光信号を取り出す応用システムである。シス
テムの構成は以下の通りである。透明の封止体４１．４
２で囲まれた領域が高真空３０　（Ｉ　Ｘ　１０−５ｔ
ｏｒｒ以下）中に保持されており、透明の封止体４１．
４２間に第３図に示すマルチチャンネルプレートか配置
されている。

このマルチチャンネルプレートの口径か大きい（φ１）
チャンネル入口側には、このチャンネル入り口に対向す
る封止体４１の位置に入射光Ｐを電子線Ｑに変換する光
電面４３かそれぞれ形成されている。さらに、チャンネ
ル出口側には、封止体４５上にコレクタ電極４４を介し
て蛍光面４５が一定の間隔をもって形成されている。蛍
光面４５に印加する電位は、マルチチャンネルプレート
の電子出口側電位より発光に必要なたけ正電位に保たれ
ている。また、蛍光面４５の間には分離電極４６か形成
されている。

このような構成であれば、入射光Ｐは光電面４３により
電子Ｑに変換され、この電子Ｑはマルチチャンネルプレ
ートにより増倍され、最終的にコレクタ電極４４に収集
される。このとき、コレクタ電極４４上には蛍光面４５
が形成されているので、蛍光面４５に電子が衝突して蛍
光面４５から蛍光が発せられる。この先Ｒは、透明絶縁
性基体２１．透明電極２４．２５及び透明の封止体４１
を通過して、入射光と逆方向へと出力される。

そして、この出力光Ｒは、光−電子−光の変換時に電子
の増倍作用を受けているので、入射光Ｐよりも輝度の高
いものとなる。即ち、光の増幅作用を受けて出力される
ことになる。

ここで、蛍光面４５で発光した光を有効かつ精度良く取
り出すためには、チャンネル開口率を制限する必要があ
る。即ち、高密度にチャンネルが形成されているマルチ
チャンネルプレートでは、透明絶縁性基体２１を介して
出力される光が、チャンネル壁面に多重散乱して、光信
号のはけや減衰を生じるためである。しかし、一方では
、システムとして信号を増倍するためには、少なくとも
次の条件を満たす必要がある。

Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ／Ｅ≧１但し、Ａは光電変換率、ＢはＭＣＰ増倍率、Ｃは発光率
、Ｄはチャンネル開口面積（光入射側の開口面積）、Ｅ
はユニット素子面積である。より望ましい条件では、上
記値は　１００以上である。

この応用例では、本発明か従来例より優れる増倍率以外
の効果がある。即ち、蛍光面４５て発光した光による再
励起電子発生によるノイズか、少なくなることである。

これは、蛍光面４５から発される光の入射断面積が、本
実施例ではより小さくてきるためである。光信号をマル
チチャンネルプレートの両方向へ伝送するシステムでは
、この利点は大きい。また、光電面４３と蛍光面４５を
適宜選択することによって、光反射増幅プレートで波長
変更をすることも容易である。さらに、例えば粒子線か
紫外線であるならば、光電面なしで、直接チャンネル壁
面を励起して、電子を発生することもできる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、マルチチャンネル
プレー１・を構成する単位チャンネルを、その断面積か
電子線入射側から電子線出力側に向かって徐々に減少す
るような構造として、チャンネルの壁面に対する電子の
衝突回数を増やずしているので、チャンネルの長さを大
きくすることなく、且つ入出力の画像情報の位置すれを
生しることなく、電子増倍率を高めることのできるマル
チチャンネルプレートを実現することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わるマルチチャンネ
ルプレートの概略構成を説明するだめの図、第２図は第
１の実施例の製造方法例を示す工程断面図、第３図は本
発明の第２の実施例の概略構成を説明するための図、第
４図及び第５図は第２の実施例の製造方法例を示す工程
断面図、第６図は第２の実施例の応用システム例を示す
断面図、第７図は本発明の基本原理を説明するだめの模
式図、第８図は従来の技術を説明するための図である。１１．２１・・・絶縁性基体、１２．２２・・・単位チャンネル、１３．２３・・電子増倍面、１４．２４・・・カソード電極、１５．２５・・・アノード電極、１６．２６・・・チャンネル人口、１７．２７・・・チャンネル出口、１８．３０・・・エツチングマスク、２８．２９−・・縞状電極、３２．３３・・・窓パータン、４１．４２・・・透明封止体、４３−・・光電面、４４−・・蛍光面、４５・・・コレクタ電極。１６　士イノフル？＼Ｄノ第１図１３電ゴバ呼イ音ｉ凸／（ｄ）第図２７＋、ンオル出口第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

絶縁性の基体と、この基体を略垂直に貫通した複数の穴
からなり、該穴の壁面に電子の衝突によって二次電子を
放出する半絶縁性の電子増倍面を形成した複数のチャン
ネルと、前記基体の両面の少なくとも一部に形成され、
前記チャンネルの電子増倍面に所定の電圧を印加するた
めの電極とを備えたマルチチャンネルプレートにおいて
、前記チャンネルの径を電子入射側から電子出射側に向
かって徐々に小さくしてなることを特徴とするマルチチ
ャンネルプレート。