JPH1031971A

JPH1031971A - 電子管

Info

Publication number: JPH1031971A
Application number: JP8186392A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Suyama; 本比呂須山; Suenori Kimura; 末則木村; Norio Asakura; 憲夫朝倉; Masaru Hirano; 賢平野; Katsuhiko Kawai; 克彦河合; Hiroshi Hasegawa; 寛長谷川; Tetsuya Morita; 哲家森田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1998-02-03
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JP3728352B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、小型化が可能であり、組立て作業
性の良い電子管を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による電子管１は、ケース１０と
入力面板２１とステム３１と半導体素子４０とアノード
電極６０とを備えた電子管１において、ケース１２は、
光電面２２側に位置して、光電面２２から放出した電子
を半導体素子４０に照射する電子レンズをアノード電極
６０との協働で形成し、導電性材料で一体成形されると
共に、入力面板２１に低融点金属２３を介して接続され
るリング状のカソード電極１１と、ステム３１側に位置
して、外端をステム３１に固定させたリング状の溶接電
極１３と、カソード電極１１と溶接電極１３との間に位
置して、一端をカソード電極１１の内端面１１ａに固定
すると共に他端を溶接電極１３の内端面１３ａに固定し
て、電気絶縁性材料からなるリング状のバルブ１２と、
バルブ１２を少なくとも２分割させると共にバルブ１２
の分割部分に介挿させたリング状の中間電極９０と、を
同心状に積層配置した構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微弱な光を定量的
に計測するための光検出器として利用され、特に、光電
面より放出された電子を増倍して出力する半導体素子を
もった電子管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光の入射によって光電面より放出
された電子を、電子レンズで加速・収束した後、半導体
素子に入射して高いゲインを得る電子管が知られてい
る。この電子管は、例えば、特開平５−５４８４９号公
報、特開平７−３２０６８１号公報、文献 “Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research A330(1
993)93-99"「Test results of the first Proximity Foc
used Hybrid Photodiode Detector prototypes」(著者
S.Base et all)などに開示されている。特に、この文献
には、図７に示す電子管が開示され、この電子管は電気
絶縁性のバルブ１０２を有し、このバルブ１０２により
アノード電極１００とカソード電極１０１との間で電気
絶縁性を確保させている。また、バルブ１０２の径に対
してカソード電極１０１の径を大きくすることにより、
光電面１０３を大きくし、半導体素子１０４の有効面積
（例えば１００ｍｍ²）を大きくしている。従って、図
７に示した電子管は大型であることが判る。また、この
電子管に採用されているカソード電極１０１は、円筒状
の２枚の平板１０１ａ，１０１ｂを並設させることによ
り中空状に形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示した電子管のカソード電極１０１は、２枚の平板１０
１ａ，１０１ｂを組み合わせることにより、様々な大き
さや形状のものを可能にするが、中空状になっているた
め、大型の電子管には適しているが、小型（例えば直径
１０ｍｍ程度）の電子管ではこの中空部分を確保しにく
い。また、このようなカソード電極１０１は、２枚の平
板１０１ａ，１０１ｂをプレス加工した後、溶接等で接
合させる必要があるので、組立て作業効率が悪いといっ
た問題点があった。

【０００４】本発明は、上述の課題を解決するためにな
されたもので、特に、小型化が可能であり、組立て作業
性の極めて良い電子管を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による電子管は、
第１の開口と第１の開口と反対側に位置する第２の開口
とを有するケースと、ケースの第１の開口側に設けられ
て、入射された光に対応して電子を放出する光電面をも
った入力面板と、ケースの第２の開口側に設けられて、
入力面板と共に真空領域を規定するステムと、ステムの
真空側に固着して、光電面より放出した電子が照射され
る電子入射面を有する半導体素子と、半導体素子と光電
面との間で半導体素子の近くに位置して、電子を通過さ
せる開口部をもったアノード電極とを備えた電子管にお
いて、ケースは、光電面側に位置して、光電面から放出
した電子を半導体素子に照射する電子レンズをアノード
電極との協働で形成し、導電性材料で一体成形されると
共に、入力面板に低融点金属を介して接続されるリング
状のカソード電極と、ステム側に位置して、外端をステ
ムに固定させたリング状の溶接電極と、カソード電極と
溶接電極との間に位置して、一端をカソード電極の内端
面に固定すると共に他端を溶接電極の内端面に固定し
て、電気絶縁性材料からなるリング状のバルブと、バル
ブを少なくとも２分割させると共にバルブの分割部分に
介挿させたリング状の中間電極と、を同心状に積層配置
したことを特徴とする。

【０００６】この電子管においては、外部から入力面板
に入射した光は光電面によって電子に変換され、電子
は、カソード電極とアノード電極と中間電極との協働に
より形成される電子レンズ効果により収束させながら、
半導体素子の電子入射面に到達する。ここで、カソード
電極はリング体を構成しているので、コバール金属等の
導電性の良い材料を利用して、プレス成形又は射出成形
又は切削加工等の様々な一体成形方法で簡単に作り出す
ことができる。しかも、小さなカソード電極が要求され
る場合でも簡単に具現化することができ、電子管の小型
化を更に促進させることができる。また、カソード電
極、バルブ、中間電極及び溶接電極がそれぞれリング状
に形成されているので、ケースを形成する際、同心状に
簡単に積層させることができ、ケースの組立て作業が容
易になる。そして、電子管の小型化により、限られたス
ペースに１０００本〜１万本の電子管を並べて使用する
高エネルギ分野や医療機器分野からの強い要求に応える
ことができる。また、ケースのカソード電極と入力面板
との間に低融点金属（例えばインジウム）を介在させ、
真空になったトランスファー装置内で、入力面板とカソ
ード電極とを互いに押し付け合いながら、１００ｋｇ程
度の高圧をかけることにより電子管内に真空領域を簡単
に作り出すことができる。従って、ケースに排気管を突
設させる必要がなくなり、トランスファー装置内で電子
管を大量生産することができる。

【０００７】この場合、カソード電極の外形とバルブの
外形と溶接電極の筒状本体の外形と中間電極の外形とを
略同じにすると好ましい。このように構成することで、
ケースの外面から凹凸を無くすことができ、引っ掛かり
の無いシンプルな形状にすることができる。従って、多
数本の電子管を密に配列させることができ、取り扱い易
い電子管が可能になり、しかも、１５０ｋｇの高圧に耐
え得る構造を可能にしている。

【０００８】また、カソード電極の内周壁面はバルブの
内周壁面より内側に位置し、中間電極は、バルブの内周
壁面から内方に突出すると好ましい。このように構成す
ることで、光電面側の意図しない場所で生じた迷走電子
がバルブに衝突するのを防止し、迷走電子の衝突によっ
て発生するバルブの帯電や、これに起因する電子軌道へ
の影響をなくすことができる。

【０００９】また、溶接電極は、ステムに抵抗溶接で接
続させると好ましい。この場合、ケースの溶接電極にス
テムを抵抗溶接することで、ケースの第２の開口をステ
ムによって簡単に塞ぐことができる。

【００１０】また、溶接電極に設けられた筒状本体の一
端には、外方に突出する第１フランジ部が形成され、筒
状本体の他端には、内方に突出する第２フランジ部が形
成され、ステムの外周には、溶接電極の第１フランジ部
に嵌合する切欠き縁部が形成されていると好ましい。こ
のように構成することで、溶接電極の第１フランジ部を
ステムの切欠き縁部に嵌合させて抵抗溶接するだけの簡
単な組付け作業で、溶接電極とステムとを接合させるこ
とがでる。更に、ステムに対するケースの着座性を良く
することもできる。また、溶接電極の第２フランジ部を
電子管内に突出させているので、この第２フランジ部自
体をアノード電極として機能させることもでき、第２フ
ランジ部に任意の形状のアノード電極を溶接等で簡単に
固定させることもできる。

【００１１】また、カソード電極には光電面と同一の電
圧を供給し、アノード電極には溶接電極と同一の電圧を
供給し、中間電極には、カソード電極の電圧とアノード
電極の電圧のぼぼ中間の電圧を供給すると好ましい。こ
のように構成することで、高い負電圧を光電面に印加し
ても絶縁破壊が起こることがなくなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による電
子管の好適な実施形態について詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明に係る電子管の第１実施形
態を示す断面図である。同図に示すように、電子管１は
円筒状のケース１０を有し、このケース１０は、導電性
の良いコバール金属を利用して、プレス成形又は射出成
形又は切削加工等の様々な一体成形方法により作り出さ
れたリング状のカソード電極１１と、電気絶縁性材料
（例えばセラミック）からなるリング状のバルブ１２
と、コバール金属からなるリング状の溶接電極１３と、
バルブ１２を２分割することで形成された第１バルブ１
２Ａと第２バルブ１２Ｂとの間で、挟むようにして固定
させたコバール金属製のリング状中間電極９０とから構
成され、これら部材１１，１２，１３及び９０は互いに
同心状に積層配置されている。また、中間電極９０をも
ったバルブ１２は、カソード電極１１と溶接電極１３と
の間に設けられ、バルブ１２の一端は、カソード電極１
１のフラットな内端面１１ａに突き合わせた後、ろう付
け等で固定され、バルブ１２の他端は、溶接電極１３の
フラットな内端面１３ａに突き合わせた後、ろう付け等
で固定されている。また、バルブ１２は、第１バルブ１
２Ａと第２バルブ１２Ｂとで中間電極９０の外周端部を
挟み、接合部分にろう付け作業を施すことで形成され
る。従って、ケース１０は、ろう付けにより簡単に一体
化が図られる。

【００１４】更に、カソード電極１１とバルブ１２と溶
接電極１３の筒状本体１３Ａとは略同じ外形（この場合
「例えば直径１４ｍｍの円形」）に形成されている。従
って、ケース１０の外面から凹凸を無くすことができ、
引っ掛かりの無いシンプルな形状にすることができる。
その結果、狭い空間においても多数本の電子管を密に配
列させることができ、取り扱い易い電子管が可能にな
り、しかも高圧に耐え得る構造を可能にしている。な
お、リング体をなすカソード電極１１、バルブ１２、中
間電極９０及び溶接電極１３の外形は多角形であっても
よい。

【００１５】カソード電極１１の内周壁面１１ｂはバル
ブ１２の内周壁面１２ａより内側に位置し、バルブ１２
の内径に対してカソード電極１１の内径を小さくしてい
る。従って、後述する光電面２２側の意図しない場所で
生じた迷走電子がバルブ１２に衝突するのを防止でき、
迷走電子の衝突によって発生するバルブ１２の帯電や、
これに起因する電子軌道への影響をなくすことができ
る。この場合、内周壁面１１ｂ及び１２ａはそれぞれ円
形に形成され、カソード電極１１の内径は例えば１０ｍ
ｍ、バルブ１２の内径は例えば１１ｍｍで形成されてい
る。なお、内周壁面１１ｂと内周壁面１２ａとの形状は
同じであっても異なっていてもよく、円形であっても多
角形であってもよい。この場合、カソード電極１１の長
さは３．５ｍｍが好適であり、第１バルブ１２Ａの長さ
は３．５ｍｍ、第２バルブ１２Ｂの長さは３ｍｍが好適
である。

【００１６】ここで、中間電極９０は、バルブ１２の内
周壁面１２ａから内方に突出し、中間電極９０の開口部
９０ａの内径は、電子軌道に干渉しない範囲内で極力小
さくなっている（好適には７ｍｍである）。従って、迷
走電子によるバルブ１２の帯電が防止されると共に、仮
に何らかの理由でバルブ１２が帯電しても、電子軌道に
近い空間の電位を中間電極９０により固定させているの
で、バルブ１２の帯電が電子軌道に悪影響を与えるのを
防止することができる。なお、中間電極９０の厚さは、
０．５ｍｍが好適である。

【００１７】ケース１０のカソード電極１１には、光を
透過させるガラス製の入力面板２１が固設され、この入
力面板２１は、内側に光電面２２を有すると共に、ケー
ス１０の第１の開口１４側に配置されている。そして、
この入力面板２１は、光電面２２を作製した後、低融点
金属（この場合「インジウム」）２３を介してカソード
電極１１に一体化されている。光電面２２の周辺部分に
は、光電面２２とインジウム２３とを電気的に接続する
ように、クロムの薄膜よりなる光電面電極２５が配置さ
れている。そして、光電面電極２５の内径８ｍｍが光電
面２２の有効径を規定している。また、インジウム２３
は、中空円筒状の支持体２４の内側面で突出するように
形成されている。そこで、カソード電極１１の上にイン
ジウム２３、入力面板２１の順に配置し、カソード電極
１１と入力面板２１とを１００ｋｇ程度の高圧で互いに
押し付けることにより、インジウム２３が変形して接着
剤として機能し、入力面板２１はケース１０と一体化す
る。

【００１８】ケース１０の溶接電極１３には導電性材料
（例えばコバール金属）よりなる円盤状のステム３１が
固設され、このステム３１は、ケース１０の第２の開口
１５側に配置されている。ここで、溶接電極１３の筒状
本体１３Ａの外端には、ステム３１との接合に利用する
ために外方に突出した円形の第１フランジ部１３Ｂが形
成され、筒状本体１３Ａの内端には、バルブ１２との接
合に利用するために内方に突出した円形の第２フランジ
部１３Ｃが形成されている。また、ステム３１の外周に
は、第１フランジ部１３Ｂに嵌合させるための円形の切
欠き縁部３１ａが形成されている。従って、溶接電極１
３の第１フランジ部１３Ｂをステム３１の切欠き縁部３
１ａに嵌合させ、抵抗溶接を施すだけの簡単な組立て作
業で、溶接電極１３とステム３１とを簡単に接合させる
ことができる。また、抵抗溶接中において、ステム３１
に対するケース１０の着座性は極めて良い。なお、ステ
ム３１にはガラス３４で絶縁された貫通ピン３２が固定
され、電子管１は、ケース１０と入力面板２１とステム
３１とで一体化され、真空気密を保持している。

【００１９】図２に示すように、ステム３１における真
空側の面上には、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオ
ード）として動作する半導体素子４０が導電性の接着剤
５０を介して固着されている。半導体素子４０は、ｎ型
の高濃度シリコン基板４１を基板材料とし、中央部分に
は円板状でｐ型のキャリア増倍層４２が形成されてい
る。このキャリア増倍層４２の外周には、キャリア増倍
層４２と同じ厚さで高濃度ｎ型層よりなるガードリング
層４３が形成されている。キャリア増倍層４２の表面に
は、高濃度ｐ型層よりなる降伏電圧制御層４４が形成さ
れている。この降伏電圧制御層４４の表面は電子入射面
４４ａとして形成され、降伏電圧制御層４４の周辺部分
とガードリング層４３とを架け渡すように、酸化膜４５
及び窒化膜４６が形成されている。降伏電圧制御層４４
にアノード電位を供給するために、半導体素子４０の最
外面には、円環状にアルミを蒸着して形成された入射面
電極４７が設けられている。更に、半導体素子４０の最
外面には、ガードリング層４３と導通する周辺電極４８
が設けられ、この周辺電極４８は、入射面電極４７に対
して所定の間隔をもって離間させられている。なお、電
子入射面４４ａの直径は入射面電極４７の内方で３ｍｍ
が好適である。

【００２０】この半導体素子４０の高濃度ｎ型シリコン
基板４１は導電性接着剤５０を介してステム３１に固着
され、この導電性接着剤５０を利用することで、ステム
３１と高濃度ｎ型基板４１とは電気的に導通する。ま
た、半導体素子４０の入射面電極４７は、ステム３１と
絶縁させた貫通ピン３２に対してワイヤー３３により接
続されている。

【００２１】図１及び図２に示すように、半導体素子４
０と中間電極９０との間には板状のアノード電極６０が
配置され、このアノード電極６０の外周端部は溶接電極
１３の第２フランジ部１３Ｃに固定されている。また、
アノード電極６０は、半導体素子４０に近い側に位置す
ると共に、厚さ０．３ｍｍのステンレス製の薄板をプレ
ス加工することで形成されている。なお、アノード電極
６０と半導体素子４０との間隔は１ｍｍが好適である。

【００２２】このアノード電極６０の中央には、半導体
素子４０の電子入射面４４ａに対峙させた開口部６１が
形成され、アノード電極６０には、開口部６１を包囲す
るように突出した円筒状のコリメーター部（コリメータ
ー電極）６２が一体に形成され、このコリメーター部６
２は、光電面２２に向けて突出すると共に、開口部６１
に対して同心的に配置されている。また、このコリメー
ター部６２の内径は２．５ｍｍが好適であり、この高さ
は１．５ｍｍが好適である。なお、アノード電極６０
は、溶接電極１３の第２フランジ部１３Ｃの延長上に予
め形成させておいて、溶接電極１３がアノード電極６０
を兼ねるように構成することも可能である。

【００２３】次に、前述した構成に基づき、電子管１の
組立について説明する。先ず、ステム３１に半導体素子
４０をダイボンドし、続いて、ワイヤー３３にて入射面
電極４７と貫通ピン３２を結線する。一方、ケース１０
の溶接電極１３には、アノード電極６０を抵抗溶接にて
固着し、溶接電極１３とステム３１とを抵抗溶接にて固
着させる。そして、入力面板２１と、インジウム２３
と、ステム３１を一体化したケース１０とを、別体にし
た状態でトランスファー装置と呼ばれる真空装置に入
れ、３００℃、１０時間程度のべ一キングを施した後、
入力面板２１の片側に光電面２２を作製する。この光電
面２２は、アンチモンを蒸着後、カリウム、ナトリウ
ム、セシウムの蒸気を順に導入することで作製される。
あるいは、予め入力面板２１と一体化させているＧａＡ
ｓ結晶にセシウム蒸気と酸素とを交互に導入することで
も形成可能である。

【００２４】このようにして入力面板２１に光電面２２
を形成後、ケース１０と入力面板２１とをインジウム２
３を介して接合させ、１００ｋｇ程度の圧力をかけるこ
とで、最も柔軟なインジウム２３が押しつぶされる。そ
の結果、インジウム２３が接着剤として機能し真空気密
を保持することで、電子管１内に真空が作り出される。
最後に、トランスファー装置の真空をリークして、一連
の行程を終了する。通常、トランスファー装置における
電子管１の作製では、５０本程度の材料を一度にセット
して、光電面２２を作製する。従って、このような製造
方法では、大量の電子管１を均質に安く製造することが
できる。

【００２５】図１に示すように、電子管１の光電面２２
及びカソード電極１１には−１２ｋＶを印加し、アノー
ド電極６０はアースして０Ｖを印加し、中間電極９０に
はその中間の−６ｋＶを印加する。このとき、カソード
電極１１とアノード電極６０と中間電極９０との協働で
電子レンズを形成し、有効径８ｍｍの光電面２２から放
出された電子は、コリメーター部６２の内径より小さい
直径２ｍｍに縮小して半導体素子４０の電子入射面４４
ａに導入される。一方、半導体素子４０にはｐｎ接合に
逆バイアスが印加されるように、半導体素子４０の降伏
電圧制御層（アノ−ド）４４に−１５０Ｖを印加し、シ
リコン基板４１（カソード）をアースして０Ｖを印加す
る。従って、ＡＰＤには約５０倍のアバランシエ増倍ゲ
インが得られる。なお、光電面２２の電圧とアノード電
極６０の電圧との中間の電圧を中間電極９０に印加する
方法としては、コッククロフトウォルトン型の電源で実
現できる。また、抵抗を用いて電圧を分割する方法でも
よい。

【００２６】そこで、電子管１に光が入射すると、光電
面２２から真空中に電子が放出され、この電子は電子レ
ンズにて加速されると共に収束されて、１２ｋｅＶのエ
ネルギ−をもってＡＰＤ４０の電子入射面４４ａに入射
する。この電子は、ＡＰＤ４０内でエネルギーを３．６
ｅＶ失う毎に１個づつの電子−正孔対を生成するので、
この最初の増倍過程で約３０００倍になり、続くアバラ
ンシエ増倍でさらに５０倍になるので、トータルで約２
×１０⁵のゲインとなる。

【００２７】この電子管１では、通常の光電子増倍管
（以下「ＰＭＴ」という）に比べて、初段の増倍率が３
０００と、約３桁高いので、Ｓ／Ｎの非常によい検出が
可能である。現に、非常に微弱なパルス光が入射して、
平均４電子程度が光電面２２から放出されたとき、従来
のＰＭＴでは、弁別できなかった入力光電子数（入射光
子数）を弁別できるようになった。前述した電子管１で
得られるこのような特性は、生体微量物質から放出され
る蛍光を定量的に観察する際に非常に有効である。そし
て、電子管１自体が、長期に渡って安定に動作すること
は非常に重要なことである。

【００２８】一般的な電子管において、絶縁物であるバ
ルブは、電位的に按分された状態から、迷走電子やイオ
ン或いはＸ線の影響で帯電する。そして、バルブの内周
壁面の帯電が絶縁破壊のトリガーとなる。

【００２９】しかしながら、本実施形態の電子管１にお
いて、セラミック製バルブ１２は、同心状の第１バルブ
１２Ａと第２バルブ１２Ｂとで二分割され、バルブ１２
Ａ，１２Ｂ間に中間電極９０が挿入され、中間電極９０
には光電面２２とアノード電極６０との中間的な電圧が
印加されているので、高い負電圧を光電面２２に印加し
ても絶縁破壊がおこらない。そして、セラミック製のバ
ルブ１２の中間に中間電極９０が挿入されてるので、迷
走電子、イオン、Ｘ線等によるバルブ１２の帯電が起こ
りにくい。さらに、バルブ１２が仮に帯電しても、中間
電極９０は中間的な電位で固定されているので、バルブ
１２の絶縁破壊には至らない。従って、この電子管１に
おいて、光電面２２に高い負電圧を印加しても高いゲイ
ンを得ることができる。

【００３０】なお、中間的な電位で固定された中間電極
９０の開口部９０ａは、電子軌道に干渉しない程度の最
小限な大きさに設定されているので、電子軌道に近い空
間の電位を固定し、バルブ１２の内周壁面１２ａの帯電
が電子軌道に与える影響を抑制することができる。

【００３１】また、電子管１において、半導体素子４０
の電子入射面４４ａには−１５０Ｖが印加され、電子入
射面４４ａはアノード電極６０に対して負電位に保たれ
るので、入射電子によって電子入射面４４ａに吸着した
ガス分子が正にイオン化しても光電面２２まで戻ること
はない。従って、電子管１は、長期間に渡って安定な動
作をする。そして、アノード電極６０に設けたコリメー
ター部６２は、光電面２２側からアノード電極６０の開
口部６１を超えて半導体素子４０に向かう電界の侵入を
最小限に抑制し、イオンフィードバックの防止効果を増
強する。

【００３２】次に、図３及び図４に基づいて、本発明の
第２実施形態に係る電子管１００を説明する。なお、以
下、第１実施形態との相違点について説明すると共に、
図面において、第１実施形態の電子管１と同一又は同等
の構成部分については同一の符号を付し、その説明は省
略する。

【００３３】図３に示すように、電子管１００は、カソ
ード電極１１の長さを２ｍｍとし、バルブ１２を第１〜
第４のバルブ１２Ｃ〜１２Ｆで４分割し、各バルブ１２
Ｃ〜１２Ｆ間でそれぞれ挟むように固定させた中間電極
９０Ａを３枚の第１〜第３中間電極９１〜９３で形成し
ている点、半導体素子８０としてＰＤ（フォトダイオー
ド）を用いた点が電子管１と相違している。この第２実
施形態では、カソード電極１１の長さの変更によって電
子レンズの作用が変化し、有効径８ｍｍの光電面２２か
ら放出した電子は、直径約５ｍｍに集束して半導体素子
８０に入射する。更に、アノード電極７０は、溶接電極
１３の第２フランジ部１３Ｃの延長上に予め形成させて
おいて、溶接電極１３がアノード電極７０を兼ねるよう
に構成している。

【００３４】このように構成した電子管１００は、１Ｔ
（テスラ）を越える強磁界中での使用も想定している。
このような強磁場中では、電子の進行方向は磁界の向き
によってのみ決定され、電界は単に電子を加速するだけ
にしか使えない。すなわち、このような高磁界中では、
電界による電子レンズを作用させることができない。従
って、実質的な光電面２２の有効径は半導体素子８０の
電子入射面８４ａの大きさで制限される。そこで、極力
大きな光電面２２の有効径を確保するために、大きな電
子入射面８４ａを有する半導体素子８０が必要となる。

【００３５】図４に示すように、ＰＤである半導体素子
８０は、高抵抗ｎ型ウェファの裏面からｎ型の不純物で
あるリンを高濃度に深く拡散させた拡散ウェファを基板
材料とし、裏面がｎ型高濃度コンタクト層８１となった
高抵抗ｎ型基板８２の表面の周辺部分にリンを高濃度に
イオン注入して形成したｎ型チャンネルストップ層８３
を有している。また、基板８２の表面の中央部分には、
ボロンを高濃度に拡散して形成した円板状のｐ型入射面
層（降伏電圧制御層）８４が形成され、入射面層８４の
周辺部分には、チャンネルストップ層８３の表面を覆う
酸化膜８５及び窒化膜８６が設けられている。更に、入
射面層８４には、これに接触して入射面層８４に電圧を
供給するアルミ膜の入射面電極８７が設けられ、入射面
電極８７と離間した位置には、チャンネルストップ層８
３と接触しているアルミ膜の帯電防止電極８８が設けら
れている。このＰＤ８０の電子入射面８４ａは、実質的
には、入射面電極８７の内径で規定されている。電子入
射面８４ａの直径は７．２ｍｍが好適である。

【００３６】そこで、電子管１００の光電面２２及びカ
ソード電極１１には−１６ｋＶ、アノード電極７０には
＋５０Ｖを印加する。第１〜第３中間電極９１〜９３の
それぞれには、光電面２２とアノード電極７０との間の
電圧を按分するように、−１２ｋＶ、−８ｋＶ及び−４
ｋＶを印加する。このとき、カソード電極１１とアノー
ド電極７０と中間電極９０Ａとの協働により電子レンズ
が形成され、有効径８ｍｍの光電面２２から放出した電
子をアノード電極７０の開口部７１より小さい直径５ｍ
ｍに縮小してＰＤである半導体素子８０の電子入射面８
４ａに導入する。一方、ＰＤ８０には逆バイアスがかけ
られ、ＰＤ８０のカソード側には、ステム３１を介して
＋５０Ｖが印加され、アノード側には、貫通ピン３２及
びワイヤー３３を介して外部回路（処理回路）のグラン
ド電位が印加される。そして、貫通ピン３２より直流信
号成分が出力される。

【００３７】以上の電子管１００に光が入射すると、光
電面２２から真空中に電子が放出する。この電子はカソ
ード電極１１と中間電極９０Ａとアノード電極７０との
協働で形成される電子レンズにて加速されると共に収束
されて、中間電極９０Ａの開口部９０Ａａ及びアノード
電極７０の開口部７１を通過した後、１６ｋｅＶのエネ
ルギーを有してＰＤ８０に入射する。この電子は、ＰＤ
８０内でエネルギーを３．６ｅＶ失う毎に１個づつの電
子−正孔対を生成し、約４０００倍され、これが電子管
１００のゲインとなる。

【００３８】また、セラミック製バルブ１２を中間電極
９０Ａで４分割し、第１〜第３の中間電極９１〜９３の
それぞれに、光電面２２とアノード電極７０との間を按
分する電圧を印加している。従って、高い負電圧を光電
面２２に印加しても絶縁破壊がおこらず、より高い打ち
込みゲインを得ることができる。さらに、電子軌道に近
い部分の空間の電位は中間電極９０Ａによって固定され
るので、仮にバルブ１２の内周壁面１２ａが帯電して
も、電子軌道に影響を与えない。

【００３９】前述した電子管１００は、加速器を使った
高エネルギー実験でも使用される。この実験では、４Ｔ
（テスラ）の高磁界を発生する実験装置中に１万本を配
置し、シンチレーターの発光を捕らえる。ここで、限ら
れた実験スペースに多数の電子管を並べて配置すると
き、電子管のサイズが小さいことや、特性が均一である
ことも重要である。そこで、この電子管１００は、イン
ジウム２３による真空シール法を適用しているので、サ
イズを小さくできる。また、電子管１００は、トランス
ファー装置内で、同時に且つ大量に作製されるので、光
電面２２の感度等の特性がそろった均質な電子管を実現
できる。

【００４０】さらに、電子管１００においては、光電面
２２から放出した電子を遮る遮蔽物がないので、高い磁
場中でも、大きな有効径が得られる。一般に、４Ｔ程度
の高磁界中では電界による電子レンズを作用することが
できないので、光電面２２から放出した電子を電界を使
って小さく集束させることはできない。そこで、このよ
うな使用に耐える電子管１００では、有効径８ｍｍの光
電面２２と、これにほぼ同等な有効径７．２ｍｍの電子
入射面８４ａをもつ半導体素子８０とを配置し、それら
の間には、直径７ｍｍの開口部７１を持つアノード電極
７０のみを配置している。そして、管軸と同じ向きをも
った４Ｔの高磁界中で電子管１００を動作させたとき、
光電面２２の中心領域（直径７ｍｍの部分）から放出し
た電子は、遮られることなく半導体素子８０に入射す
る。よって、この電子管１００では、高磁界中で７ｍｍ
の有効径が得られる。なお、言うまでもないが、このよ
うな高磁界中において一般的な光電子増倍管（ＰＭＴ）
は使用できない。

【００４１】本発明は、前述した実施形態に限定される
ものではない。例えば、第２実施形態の電子管１００に
おいて、図５及び図６に示すように、アノード電極７０
の開口部７１に格子状のメッシュ電極７２を配置させて
もよい。このメッシュ電極７２は、ステンレス製のアノ
ード電極７０を部分的にエッチングすることで作り出さ
れる。この場合、メッシュ電極７２の線幅は５０ミクロ
ンで、ピッチは１．５ｍｍである。電子は、このような
メッシュ電極７２の開口率（９３％）の分だけ透過す
る。

【００４２】アノード電極７０の開口部７１にメッシュ
電極７２を設けた理由としては、アノード電極７０の開
口部７１を半導体素子８０の電子入射面８４ａに合わせ
て大きくしたためである。すなわち、アノード電極７０
の開口部７１を大きくすると、光電面２２側のマイナス
の電位の谷が開口部よりしみこんで、半導体素子８０の
電子入射面８４ａで発生した正イオンのフィードバック
を抑制させる効果が低減するためである。そこで、メッ
シュ電極７２を追加すると光電面２２からのマイナスの
電位が電子入射面８４側に侵入するのを防止できるの
で、イオンのフィードバック抑制効果を維持することが
できる。なお、アノード電極７０の開口部７１の最大径
はＰＤ８０の電子入射面８４ａより小さくなっている。

【００４３】

【発明の効果】本発明による電子管は、以上のように構
成されているため、次のような効果を得る。

【００４４】すなわち、ケースは、光電面側に位置し
て、光電面から放出した電子を半導体素子に照射する電
子レンズをアノード電極との協働で形成し、導電性材料
で一体成形されると共に、入力面板に低融点金属を介し
て接続されるリング状のカソード電極と、ステム側に位
置して、外端をステムに固定させたリング状の溶接電極
と、カソード電極と溶接電極との間に位置して、一端を
カソード電極の内端面に固定すると共に他端を溶接電極
の内端面に固定して、電気絶縁性材料からなるリング状
のバルブと、バルブを少なくとも２分割させると共にバ
ルブの分割部分に介挿させたリング状の中間電極と、を
同心状に積層配置したことにより、小型化が可能とな
り、限られた狭いスペースに多数の電子管を密に配列さ
せることができ、組立て作業性の極めて良い電子管が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子管の第１実施形態を示す断面
図である。

【図２】図１の電子管に利用される半導体素子を示す断
面図である。

【図３】本発明に係る電子管の第２実施形態を示す断面
図である。

【図４】図３の電子管に利用される半導体素子を示す断
面図である。

【図５】図３の電子管に適用するメッシュ電極を示す拡
大平面図である。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。

【図７】従来の電子管を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１００…電子管、１０…ケース、１１…カソード電
極、１１ａ…カソード電極の内端面、１１ｂ，１２ａ…
内周壁面、１２…バルブ、１３…溶接電極、１３ａ…溶
接電極の内端面、１３Ａ…筒状本体、１３Ｂ…第１フラ
ンジ部、１３Ｃ…第２フランジ部、１４…第１の開口、
１５…第２の開口、２１…入力面板、２２…光電面、２
３…インジウム（低融点金属）、３１…ステム、３１ａ
…切欠き縁部、４０，８０…半導体素子、４４ａ，８４
ａ…電子入射面、６０，７０…アノード電極、６１，７
１…開口部、９０，９０Ａ…中間電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平野賢静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者河合克彦静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者長谷川寛静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者森田哲家静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の開口と前記第１の開口と反対側に
位置する第２の開口とを有するケースと、前記ケースの前記第１の開口側に設けられて、入射され
た光に対応して電子を放出する光電面をもった入力面板
と、前記ケースの前記第２の開口側に設けられて、前記入力
面板と共に真空領域を規定するステムと、前記ステムの真空側に固着して、前記光電面より放出し
た電子が照射される電子入射面を有する半導体素子と、前記半導体素子と前記光電面との間で前記半導体素子の
近くに位置して、電子を通過させる開口部をもったアノ
ード電極とを備えた電子管において、前記ケースは、前記光電面側に位置して、前記光電面から放出した電子
を前記半導体素子に照射する電子レンズを前記アノード
電極との協働で形成し、導電性材料で一体成形されると
共に、前記入力面板に低融点金属を介して接続されるリ
ング状のカソード電極と、前記ステム側に位置して、外端を前記ステムに固定させ
たリング状の溶接電極と、前記カソード電極と前記溶接電極との間に位置して、一
端をカソード電極の内端面に固定すると共に他端を溶接
電極の内端面に固定して、電気絶縁性材料からなるリン
グ状のバルブと、前記バルブを少なくとも２分割させると共に前記バルブ
の分割部分に介挿させたリング状の中間電極と、を同心
状に積層配置したことを特徴とする電子管。
【請求項２】前記カソード電極の外形と前記バルブの
外形と前記溶接電極の筒状本体の外形と前記中間電極の
外形とを略同じにしたことを特徴とする請求項１記載の
電子管。
【請求項３】前記カソード電極の内周壁面は前記バル
ブの内周壁面より内側に位置し、前記中間電極は、前記
バルブの内周壁面から内方に突出することを特徴とする
請求項１又は２記載の電子管。
【請求項４】前記溶接電極は、前記ステムに抵抗溶接
で接続されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか
一項記載の電子管。
【請求項５】前記溶接電極に設けられた前記筒状本体
の一端には、外方に突出する第１フランジ部が形成さ
れ、前記筒状本体の他端には、内方に突出する第２フラ
ンジ部が形成され、前記ステムの外周には、前記溶接電
極の第１フランジ部に嵌合する切欠き縁部が形成されて
いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載
の電子管。
【請求項６】前記カソード電極には前記光電面と同一
の電圧を供給し、前記アノード電極には前記溶接電極と
同一の電圧を供給し、前記中間電極には、前記カソード
電極の電圧と前記アノード電極の電圧のぼぼ中間の電圧
を供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一
項記載の電子管。