JPH0714502A - 透過型光電面および光電管と透過型光電面の製造方法 - Google Patents
透過型光電面および光電管と透過型光電面の製造方法Info
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- JPH0714502A JPH0714502A JP15074393A JP15074393A JPH0714502A JP H0714502 A JPH0714502 A JP H0714502A JP 15074393 A JP15074393 A JP 15074393A JP 15074393 A JP15074393 A JP 15074393A JP H0714502 A JPH0714502 A JP H0714502A
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- photocathode
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J40/00—Photoelectric discharge tubes not involving the ionisation of a gas
- H01J40/02—Details
- H01J40/04—Electrodes
- H01J40/06—Photo-emissive cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/34—Photo-emissive cathodes
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- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 透過型光電面の高感度化を実現する。
【構成】 透過基板上に形成された粒径80〜150n
mのものを少なくとも一部に含む層と、この層上に形成
された酸化銀層とカリウムとセシウム層を備えることを
特徴とする。このような、粒径のばらついた粒状体から
なる銀層を用いることによって波長1.5μm近傍の赤
外域において、選択的に高い感度が達成される。
mのものを少なくとも一部に含む層と、この層上に形成
された酸化銀層とカリウムとセシウム層を備えることを
特徴とする。このような、粒径のばらついた粒状体から
なる銀層を用いることによって波長1.5μm近傍の赤
外域において、選択的に高い感度が達成される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は透過型光電面およびこれ
を用いた光電管と、透過型光電面の製造方法に関するも
のである。
を用いた光電管と、透過型光電面の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】赤外線領域に高い感度を有する透過型光
電面として、特公平3−57572号のものが知られて
いる。この透過型光電面では、ガラス基板上に銀層、酸
化銀層、カリウム層、銀層、セシウム層および銀層が順
次に形成されている。また、この公報には、ガラス基板
上に銀層、酸化銀層、カリウム層、セシウム層および銀
層を順次に形成した透過型光電面も開示されている。な
お、上記公報記載の技術も含めて、従来のものでは、透
明基板上の銀層を構成する銀の粒状体の粒径は、全ての
粒状体について50〜70nmの範囲内となっている。
ちなみに、従来品における銀層の粒径については、SE
M(走査型電子顕微鏡)を用いることにより判明した。
電面として、特公平3−57572号のものが知られて
いる。この透過型光電面では、ガラス基板上に銀層、酸
化銀層、カリウム層、銀層、セシウム層および銀層が順
次に形成されている。また、この公報には、ガラス基板
上に銀層、酸化銀層、カリウム層、セシウム層および銀
層を順次に形成した透過型光電面も開示されている。な
お、上記公報記載の技術も含めて、従来のものでは、透
明基板上の銀層を構成する銀の粒状体の粒径は、全ての
粒状体について50〜70nmの範囲内となっている。
ちなみに、従来品における銀層の粒径については、SE
M(走査型電子顕微鏡)を用いることにより判明した。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の透過型
光電面のうち、前者では波長1.4〜1.6μm程度、
後者では波長1.2μm程度までの感度が得られるもの
の、それ以上の長波長域では不感であり、量子効率も不
十分である。さらに、前者では1.5μm近傍において
感度が得られるものの、より短波長の近赤外や可視光に
対しても高感度を有し、このため例えば光通信システム
に適用すると外乱ノイズを招く。
光電面のうち、前者では波長1.4〜1.6μm程度、
後者では波長1.2μm程度までの感度が得られるもの
の、それ以上の長波長域では不感であり、量子効率も不
十分である。さらに、前者では1.5μm近傍において
感度が得られるものの、より短波長の近赤外や可視光に
対しても高感度を有し、このため例えば光通信システム
に適用すると外乱ノイズを招く。
【0004】本発明は、かかる従来技術の欠点を克服す
るためになされたもので、特に銀層の構成を、粒状体の
粒径の観点から検討することにより完成されたものであ
る。
るためになされたもので、特に銀層の構成を、粒状体の
粒径の観点から検討することにより完成されたものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る透過型光電
面は、銀の粒状体によって透明基板上に形成され、これ
ら粒状体の少なくとも一部は粒径80〜150nmとな
っている銀層と、この銀層上に形成された酸化銀、カリ
ウムおよびセシウムからなる層とを備えることを特徴と
する。また、本発明は上記の透過型光電面の製造方法
と、これを適用した光電管を提供する。
面は、銀の粒状体によって透明基板上に形成され、これ
ら粒状体の少なくとも一部は粒径80〜150nmとな
っている銀層と、この銀層上に形成された酸化銀、カリ
ウムおよびセシウムからなる層とを備えることを特徴と
する。また、本発明は上記の透過型光電面の製造方法
と、これを適用した光電管を提供する。
【0006】
【作用】本発明によれば、ガラス基板上に銀層が形成さ
れ、これの上に酸化銀とカリウムとセシウムからなる層
が形成されるが、上記の銀層については銀の粒状体から
構成され、従来は全ての粒状体の粒径が50〜70nm
の範囲内であったのに対し、本発明においては、従来と
同程度の粒径のものを含むこともありながら、更にこれ
より大きい80〜150nmとされる。このような粒径
のばらついた粒状体で銀層を構成することによって、波
長1.5μm帯の赤外域において高い感度が達成され、
かつ可視域あるいはより短波長の近赤外域で低い感度が
得られる。
れ、これの上に酸化銀とカリウムとセシウムからなる層
が形成されるが、上記の銀層については銀の粒状体から
構成され、従来は全ての粒状体の粒径が50〜70nm
の範囲内であったのに対し、本発明においては、従来と
同程度の粒径のものを含むこともありながら、更にこれ
より大きい80〜150nmとされる。このような粒径
のばらついた粒状体で銀層を構成することによって、波
長1.5μm帯の赤外域において高い感度が達成され、
かつ可視域あるいはより短波長の近赤外域で低い感度が
得られる。
【0007】
【実施例】以下、添付図面により、本発明の透過型光電
面および光電管を更に詳しく説明する。
面および光電管を更に詳しく説明する。
【0008】図1は本発明の透過型光電面の断面構造を
示す図である。図示の通り、ガラス基板21上には少な
くとも一部に粒径80〜150nmのものを含む粒径6
0〜150nmの粒状体からなる銀層22、酸化銀層2
3、カリウム層24およびセシウム層25が順次に堆積
されている。このような透過型光電面において、光がガ
ラス基板21から入射されると、光電子が生成されてセ
シウム層25から真空中に放出される。光電管1は有底
円筒状の気密容器2を有しており、この気密容器2はガ
ラスから形成されている。そして、この気密容器2の受
光面部分が図1のガラス基板21を構成している。
示す図である。図示の通り、ガラス基板21上には少な
くとも一部に粒径80〜150nmのものを含む粒径6
0〜150nmの粒状体からなる銀層22、酸化銀層2
3、カリウム層24およびセシウム層25が順次に堆積
されている。このような透過型光電面において、光がガ
ラス基板21から入射されると、光電子が生成されてセ
シウム層25から真空中に放出される。光電管1は有底
円筒状の気密容器2を有しており、この気密容器2はガ
ラスから形成されている。そして、この気密容器2の受
光面部分が図1のガラス基板21を構成している。
【0009】気密容器2の第1の底面3の内壁には光電
面4を形成してある。光電面4に対応して板状の陽極5
を設けてあり、気密容器2の側壁の内壁で第1の底面
(以下フェースプレートという)3から陽極5に至る部
分には、クロムからなる薄層6を形成してある。このク
ロム層6は光電面4に電流を供給するための導体である
と共に、フェースプレート3を通して入射する光以外の
光を遮蔽する働きをする。陽極5の光電面4と対向する
面には、タングステン線に固定した銀粒7が取付けてあ
る。この銀粒7を取付けたニクロム線の一端は導入線1
2に、他端は陽極5に接続されている。
面4を形成してある。光電面4に対応して板状の陽極5
を設けてあり、気密容器2の側壁の内壁で第1の底面
(以下フェースプレートという)3から陽極5に至る部
分には、クロムからなる薄層6を形成してある。このク
ロム層6は光電面4に電流を供給するための導体である
と共に、フェースプレート3を通して入射する光以外の
光を遮蔽する働きをする。陽極5の光電面4と対向する
面には、タングステン線に固定した銀粒7が取付けてあ
る。この銀粒7を取付けたニクロム線の一端は導入線1
2に、他端は陽極5に接続されている。
【0010】第2の底面(以下ステムという)8と陽極
5との間には、カリウム容器9とセシウム容器10を設
置してある。ステム8には環状に導線11,12,1
3,14,15,16および17が植設してあり、中心
に排気管18を設けてある。光電面4はクロム層6を経
て導入線11に電気的に接続されている。陽極5は導入
線17に電気的に接続されている。カリウム容器9であ
るタンタル箔の円筒の中には、クロム酸カリウム,ジル
コニウムおよびタングステンが含まれている。カリウム
容器9の一端は導入線13に、他端は導入線14に接続
されている。タンタル箔の円筒の中には、クロム酸セシ
ウム,ジルコニウムおよびタングステンが含まれてい
る。セシウム容器10の一端は導入線15に、他端は導
入線16に接続されている。
5との間には、カリウム容器9とセシウム容器10を設
置してある。ステム8には環状に導線11,12,1
3,14,15,16および17が植設してあり、中心
に排気管18を設けてある。光電面4はクロム層6を経
て導入線11に電気的に接続されている。陽極5は導入
線17に電気的に接続されている。カリウム容器9であ
るタンタル箔の円筒の中には、クロム酸カリウム,ジル
コニウムおよびタングステンが含まれている。カリウム
容器9の一端は導入線13に、他端は導入線14に接続
されている。タンタル箔の円筒の中には、クロム酸セシ
ウム,ジルコニウムおよびタングステンが含まれてい
る。セシウム容器10の一端は導入線15に、他端は導
入線16に接続されている。
【0011】次に、図2および図3を参照して、実施例
の光電面を形成するための工程を説明する。ここで、光
電面4を形成する工程中の光電面の光感度は、光電面4
に対して陽極5に50ないし150ボルトの電圧を印加
しておき、導入線17から送出する電流を検知して求め
る。第3図はこの製造工程における光電面の感度と、こ
の工程における管内温度の変化を示すグラフである。
の光電面を形成するための工程を説明する。ここで、光
電面4を形成する工程中の光電面の光感度は、光電面4
に対して陽極5に50ないし150ボルトの電圧を印加
しておき、導入線17から送出する電流を検知して求め
る。第3図はこの製造工程における光電面の感度と、こ
の工程における管内温度の変化を示すグラフである。
【0012】まず、図2に示す排気管18を介して気密
容器2内から排気し、その中を10-6Torrの真空度
に保つ。そして、光電管1内の浄化のために、光電管1
を高温に加熱する。例えば、この温度は450℃、時間
は約1時間である。
容器2内から排気し、その中を10-6Torrの真空度
に保つ。そして、光電管1内の浄化のために、光電管1
を高温に加熱する。例えば、この温度は450℃、時間
は約1時間である。
【0013】次に、光電管1を室温まで冷却後、銀の粒
径をコントロールする(大きさがほぼ一定の粒状体とす
るのでなく、大きさがばらついた粒状体を混在させる)
ために1×10-4Torr以上の酸素を導入する。次
に、銀粒7からフェースプレート3の内壁に銀を蒸着す
る。この蒸着は、薄膜が灰色を呈するまで続けるが、こ
れによって粒径が80〜150nmのものを少なくとも
一部に含む銀の粒状体からなる銀薄膜が形成される。そ
して、次に管1内へ純粋の酸素を導入し、酸素ガスを高
周波電界で放電させることにより、銀薄膜の表面を酸化
する。このとき、酸素ガス圧は約1Torrである。高
周波電界の生成は図示してない高周波電圧発生器の出力
端の一つを陽極5に接続し、他の出力端をフェースプレ
ート3の外壁に近づけた電極に接続することによって行
う。しかる後、光電管1より酸素を排気する。
径をコントロールする(大きさがほぼ一定の粒状体とす
るのでなく、大きさがばらついた粒状体を混在させる)
ために1×10-4Torr以上の酸素を導入する。次
に、銀粒7からフェースプレート3の内壁に銀を蒸着す
る。この蒸着は、薄膜が灰色を呈するまで続けるが、こ
れによって粒径が80〜150nmのものを少なくとも
一部に含む銀の粒状体からなる銀薄膜が形成される。そ
して、次に管1内へ純粋の酸素を導入し、酸素ガスを高
周波電界で放電させることにより、銀薄膜の表面を酸化
する。このとき、酸素ガス圧は約1Torrである。高
周波電界の生成は図示してない高周波電圧発生器の出力
端の一つを陽極5に接続し、他の出力端をフェースプレ
ート3の外壁に近づけた電極に接続することによって行
う。しかる後、光電管1より酸素を排気する。
【0014】次に、光電管1を150℃に加熱する。こ
の温度は70℃から200℃の範囲であればよい。そし
て、基板および銀層を70℃ないし200℃に加熱した
状態で、光電面の感度を測定しながら、カリウムの容器
10に電流を流して加熱し、カリウムを放出させること
により、上記の銀層にカリウム吸着を開始する。
の温度は70℃から200℃の範囲であればよい。そし
て、基板および銀層を70℃ないし200℃に加熱した
状態で、光電面の感度を測定しながら、カリウムの容器
10に電流を流して加熱し、カリウムを放出させること
により、上記の銀層にカリウム吸着を開始する。
【0015】この放出は図3に示すように、光電面の感
度が最高値に達し(A点)た後も続け、光電面の最高感
度の約1/2になった時点(B点)で上記カリウムの放
出を終了し、カリウム層形成工程を終了する。
度が最高値に達し(A点)た後も続け、光電面の最高感
度の約1/2になった時点(B点)で上記カリウムの放
出を終了し、カリウム層形成工程を終了する。
【0016】次に、光電面の感度を測定しながらセシウ
ム容器10からセシウムを放出させ、セシウムを吸着さ
せる。図3に示すように、光電面の感度が最高値に達し
た(C点)後も吸着のための放出を続け、光電面の最高
感度の約1/2になった時点(D点)で上記セシウムの
蒸着を終了し、セシウム層形成工程を終了する。
ム容器10からセシウムを放出させ、セシウムを吸着さ
せる。図3に示すように、光電面の感度が最高値に達し
た(C点)後も吸着のための放出を続け、光電面の最高
感度の約1/2になった時点(D点)で上記セシウムの
蒸着を終了し、セシウム層形成工程を終了する。
【0017】次に、光電管1を200℃で60分加熱す
る。この温度は170℃から220℃の間であればよ
い。この間は暗電流が増加して、光電感度の測定が困難
である。そして、管1を15分程かけて室温に冷却す
る。その後、光電管1を排気装置から封じて切り取る。
る。この温度は170℃から220℃の間であればよ
い。この間は暗電流が増加して、光電感度の測定が困難
である。そして、管1を15分程かけて室温に冷却す
る。その後、光電管1を排気装置から封じて切り取る。
【0018】以上のようにして、透明な基板の上に形成
した透過型光電面、すなわち粒径80〜150nmのも
のを少なくとも一部に含む銀層と、その層の表面に形成
した酸化銀層と、この上に形成したカリウム層と、カリ
ウム層の上に形成したセシウム層とからなる光電面が形
成される。ちなみに、銀粒状体の粒径については、SE
M(走査型電子顕微鏡)により観測できた。この点をよ
り詳しく説明すると、従来の光電面を構成する銀の粒状
体は粒径50〜70nmの範囲で大きさがほぼ揃ってお
り、特に大きな粒状体は見出し得なかった。ところが、
本発明の光電面によると、従来と同程度の大きさの粒状
体を含みながらも、これよりはるかに大きい粒径のも
の、特に粒径80〜150nmのものも含んでいること
が判明した。換言すれば、本発明では粒状体の大きさが
種々であり、様々な大きさの粒状体が混在しているこ
と、つまり粒径60〜80nmのものも、粒径80〜1
00nmのものも、粒径100〜150nmのものも、
共に混在するように含みながら、光電面が構成されるて
いることがわかった。本発明における波長感度の大幅な
改善は、この大きさの異なる粒状体が混在しているこ
と、特に粒径80〜150nmの大きな粒状体が一部に
含まれていることにより、実現可能になったと推測され
る。
した透過型光電面、すなわち粒径80〜150nmのも
のを少なくとも一部に含む銀層と、その層の表面に形成
した酸化銀層と、この上に形成したカリウム層と、カリ
ウム層の上に形成したセシウム層とからなる光電面が形
成される。ちなみに、銀粒状体の粒径については、SE
M(走査型電子顕微鏡)により観測できた。この点をよ
り詳しく説明すると、従来の光電面を構成する銀の粒状
体は粒径50〜70nmの範囲で大きさがほぼ揃ってお
り、特に大きな粒状体は見出し得なかった。ところが、
本発明の光電面によると、従来と同程度の大きさの粒状
体を含みながらも、これよりはるかに大きい粒径のも
の、特に粒径80〜150nmのものも含んでいること
が判明した。換言すれば、本発明では粒状体の大きさが
種々であり、様々な大きさの粒状体が混在しているこ
と、つまり粒径60〜80nmのものも、粒径80〜1
00nmのものも、粒径100〜150nmのものも、
共に混在するように含みながら、光電面が構成されるて
いることがわかった。本発明における波長感度の大幅な
改善は、この大きさの異なる粒状体が混在しているこ
と、特に粒径80〜150nmの大きな粒状体が一部に
含まれていることにより、実現可能になったと推測され
る。
【0019】上記各工程により製造された実施例の光電
面の分光特性を、銀層の粒径が50〜70nmの範囲内
でほぼ揃っている従来の光電面と比較して図4に示す。
波長1.3〜1.8μm帯の比較的長波長の赤外域にお
いて、感度が大幅に向上している。また、従来の光電面
の感度は白色光に対して20〜30μA/lmあるいは
40〜45μA/lmであり、8000オングストロー
ム波長の光を透過するIRDIフィルタを介して測る比
較的短波長の近赤外感度は4〜5μA/lmあるいは7
〜8μA/lmであるのに対して、上記工程で製造した
光電面の感度は白色光に対して10〜20μA/lmで
あって低く抑えられており、赤外感度についても、1.
5〜2.0μA/lmと低くされている。
面の分光特性を、銀層の粒径が50〜70nmの範囲内
でほぼ揃っている従来の光電面と比較して図4に示す。
波長1.3〜1.8μm帯の比較的長波長の赤外域にお
いて、感度が大幅に向上している。また、従来の光電面
の感度は白色光に対して20〜30μA/lmあるいは
40〜45μA/lmであり、8000オングストロー
ム波長の光を透過するIRDIフィルタを介して測る比
較的短波長の近赤外感度は4〜5μA/lmあるいは7
〜8μA/lmであるのに対して、上記工程で製造した
光電面の感度は白色光に対して10〜20μA/lmで
あって低く抑えられており、赤外感度についても、1.
5〜2.0μA/lmと低くされている。
【0020】このように、本発明による光電面は、光通
信などに広く利用される波長1.5μm近傍において感
度を高めながら、これより短波長の近赤外域および可視
域での感度を高めることが少ないという、極めて優れた
効果がある。このため、赤外検出用の光電管、あるいは
ダイノードやマイクロチャンネルプレートのような二次
電子増倍部を有する光電子増倍管に利用できる。
信などに広く利用される波長1.5μm近傍において感
度を高めながら、これより短波長の近赤外域および可視
域での感度を高めることが少ないという、極めて優れた
効果がある。このため、赤外検出用の光電管、あるいは
ダイノードやマイクロチャンネルプレートのような二次
電子増倍部を有する光電子増倍管に利用できる。
【0021】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、ガラス基
板上に粒径60〜150nmの範囲の粒状体であって、
少なくとも一部に粒径80〜150nmのものを含む銀
層が形成され、この上に酸化銀とカリウムとセシウムと
からなる層が形成されることによって、波長1.5μm
近傍の赤外域において、選択的に高い感度が達成される
ので、光通信システムの検査などに広く利用できる。
板上に粒径60〜150nmの範囲の粒状体であって、
少なくとも一部に粒径80〜150nmのものを含む銀
層が形成され、この上に酸化銀とカリウムとセシウムと
からなる層が形成されることによって、波長1.5μm
近傍の赤外域において、選択的に高い感度が達成される
ので、光通信システムの検査などに広く利用できる。
【図1】実施例に係る透過型光電面の断面図である。
【図2】図1の透過型光電面を適用した光電管の製造過
程における断面図である。
程における断面図である。
【図3】実施例の製造方法を示すグラフである。
【図4】実施例の透過型光電面の分光感度を従来例と対
比するグラフである。
比するグラフである。
21…ガラス基板、22…粒径80〜150nmのもの
を少なくとも一部に銀層、23…酸化銀層、24…カリ
ウム層、25…セシウム層。
を少なくとも一部に銀層、23…酸化銀層、24…カリ
ウム層、25…セシウム層。
Claims (4)
- 【請求項1】 銀の粒状体によって透明基板上に形成さ
れ、前記粒状体の少なくとも一部は粒径80〜150n
mとなっている銀層と、この銀層上に形成された酸化
銀、カリウムおよびセシウムからなる層とを備えること
を特徴とする透過型光電面。 - 【請求項2】 真空容器の内部に、請求項1記載の透過
型光電面と、この透過型光電面からの放出電子が入射さ
れる陽極とが設けられている光電管。 - 【請求項3】 前記透過型光電面と前記陽極との間に、
前記放出電子を増倍する電子増倍手段が更に設けられて
いる請求項2記載の光電管。 - 【請求項4】 1×10-4Torr以上の酸素を含む雰
囲気で銀を真空蒸着することにより、透明基板上に粒径
80〜150nmの粒状体を少なくとも一部に含む銀の
粒状体からなる銀層を形成する第1の工程と、この銀層
の表面を酸化する第2の工程と、カリウムおよびセシウ
ムを導入して活性化する第3の工程とを備える透過型光
電面の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15074393A JP2719297B2 (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 透過型光電面および光電管と透過型光電面の製造方法 |
| GB9412472A GB2279497B (en) | 1993-06-22 | 1994-06-22 | A photocathode and a photoelectric tube comprising the same |
| US08/547,990 US5598062A (en) | 1993-06-22 | 1995-10-25 | Transparent photocathode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15074393A JP2719297B2 (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 透過型光電面および光電管と透過型光電面の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0714502A true JPH0714502A (ja) | 1995-01-17 |
| JP2719297B2 JP2719297B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
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