(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収層上に、アルカリ金属又はこれらの酸化物などからなる被覆層を形成してなるフォトカソードの製造方法であって、
前記被覆層の形成中に、ピーク波長が互いに異なる複数の単波長光を順次照射し、各単波長光の照射による放出電流をそれぞれ測定するとともに、前記各放出電流にそれぞれ基づいて、前記被覆層の形成態様を制御し、
前記単波長光が、感度を切り替えたい所望の境界波長を境にして感度が要求される側の波長帯域にピーク波長がある第１単波長光と、感度が不要な側の波長帯域にピーク波長がある第２単波長光とを少なくとも含み、
前記第１波長光からの光照射による放出電流から算出される感度が、前記第２波長光からの光照射による放出電流から算出される感度を所定以上上回ることを特徴とするフォトカソードの製造方法。
【請求項２】
前記各単波長光に加えて多波長光を順次照射するとともに、前記多波長光の照射による放出電流を測定し、前記単波長光の照射による各放出電流に加えて、前記多波長光の照射による各放出電流に基づいて、前記被覆層の形成態様を制御することを特徴とする請求項１記載のフォトカソードの製造方法。
【請求項３】
前記被覆層の形成過程では前記単波長光のうちいずれか１つの照射による放出電流の時間変化に基づいて被覆層材料を供給し、前記形成過程の終了時には前記単波長光の照射による各放出電流に基づいて前記被覆層材料の供給を終了することを特徴とする請求項１記載のフォトカソードの製造方法。
【請求項４】
前記被覆層の形成過程では前記多波長光の照射による放出電流の時間変化に基づいて被覆層材料を供給し、前記形成過程の終了時には前記単波長光の照射による各放出電流に基づいて前記被覆層材料の供給を終了することを特徴とする請求項２記載のフォトカソードの製造方法。
【請求項５】
前記被覆層材料であるアルカリ金属及び酸素を交互に光吸収層上に導入するサイクルを複数回繰り返すことによってアルカリ金属の酸化物からなる前記被覆層を形成するものであって、
各サイクルでのアルカリ金属の導入期間及び酸素の導入期間を各サイクルでの放出電流に基づいて設定することで前記被覆層の形成態様を制御することを特徴とする請求項３又は４記載のフォトカソードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光電子増倍管等で用いられるフォトカソードの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトカソードの光電面は、ＧａＮ等の半導体結晶上にアルカリ金属やその酸化物などを被膜することで形成される。これは、表面準位を下げて光電子放出を容易にするため（活性化するため）であり、したがって、この被覆層がフォトカソードの感度を決定する１つの大きな要因となる。
【０００３】
このような被覆層を形成する際は、感度を最大にすべく、特許文献１の段落００４１に記載されているように、例えば水銀ランプからの紫外光をフォトカソードに照射して光電流を測定しながら、その光電流値に基づいて被覆層材料の供給量をコントロールしている。より具体的に言えば、アルカリ金属の酸化物で被覆層を形成する場合、アルカリ金属と酸素とを交互に繰り返し供給するが、その各供給サイクルでの光電流値のピーク値を測定しておき、そのピーク値の増加幅がサチュレートした時点で、材料供給を停止する。
【０００４】
もちろん、供給時間や圧力、温度など、その他の多くのパラメータも調整することも高品質なフォトカソードを製造するためには欠かせない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１１８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、水銀ランプの光は、比較的広波長帯域の光である。一方、前記感度はフォトカソードに照射される光の波長に依存する。したがって、前述の方法のように、被覆層の形成過程において、水銀ランプを照射して光電流を測定するのでは、その波長帯域全体の積算あるいは平均化された感度しか把握することができない。
【０００７】
つまり、前述した方法は、製造中にフォトカソードの感度特性を測定でき、品質管理面で大きく貢献するものではあるが、その結果保証される感度特性は、言わば大雑把なものであり、例えば、波長毎の感度特性を把握したり、非常に狭い波長域の光に対する感度特性を保証したりするには、結局、製造後の検査を待たなければならない。
【０００８】
そのため、生産リードタイムが延びるだけでなく、所望の単波長光に対して一定感度を有したフォトカソードを製造するには、製造後のセレクトに頼らざるを得ず、これでは生産効率を向上させることは難しい。また、被覆層形成パラメータのうちどれが各波長光に対する感度に寄与しているのか、といった、より細やかな生産条件を特定できないため、開発や研究にも支障がある。
【０００９】
これに対し、レーザ等の単波長光を照射しながら被覆層を制御形成する方法も考えられるが、複数波長に対する感度特性を知ることはできない。
【００１０】
さらに、いずれの方法においても、例えば、所定の波長域にだけ、あるいは所定の波長以上の帯域にだけ、一定の感度を有し、その他の波長域では感度が低いといったシャープな波長感度特性を有するフォトカソードを開発したり、生産したりするときに、限界がある。
【００１１】
本発明はかかる問題を一挙に解決すべく図ったものであり、波長毎の感度特性を製造過程で把握でき、その結果として、生産効率を向上できたり、所望の波長帯域に良好な感度特性を有するフォトカソードを確実に生産できたり、あるいは種々の被覆層形成パラメータのより細やかな最適化を図ることができたりするフォトカソードの製造方法を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち本発明は、半導体結晶からなる光吸収層上に、アルカリ金属又はこれらの酸化物などからなる被覆層を形成してなるフォトカソードの製造方法に係るものであって、前記被覆層の形成中に、ピーク波長が互いに異なる複数の単波長光を順次照射し、各単波長光の照射による放出電流をそれぞれ測定するとともに、前記各放出電流にそれぞれ基づいて、前記被覆層の形成態様を制御し、前記単波長光が、感度を切り替えたい所望の境界波長を境にして感度が要求される側の波長帯域にピーク波長がある第１単波長光と、感度が不要な側の波長帯域にピーク波長がある第２単波長光とを少なくとも含み、前記第１波長光からの光照射による放出電流から算出される感度が、前記第２波長光からの光照射による放出電流から算出される感度を所定以上上回ることを特徴とするものである。
【００１３】
このようなものであれば、各光の波長を適宜設定することによって、広狭に拘らず所望の波長帯域での感度特性を確認しながら、フォトカソードを製造することができる。
【００１４】
前記各放出電流に基づいて、前記被覆層の形成態様を制御するようにしたものであれば、所望の波長帯域に良好な感度特性を有するフォトカソードを確実に生産できる。
【００１５】
前記各単波長光に加えて多波長光を順次照射するとともに、前記多波長光の照射による放出電流を測定し、前記単波長光の照射による各放出電流に加えて、前記多波長光の照射による各放出電流に基づいて、前記被覆層の形成態様を制御するものであってもよい。
ここで、多波長光とは、複数の波長成分からなる光であり、例えば、水銀ランプ、ハロゲンランプ等から射出される光が挙げられる。このようなものであれば、波長帯域全体の積算あるいは平均化された感度特性を確認しながら、所望の波長帯域に良好な感度特性を有するフォトカソードを確実に生産できる。
【００１６】
より具体的には、前記被覆層の形成過程では前記多波長光の照射による放出電流の時間変化に基づいて被覆層材料を供給し、前記形成過程の終了時には前記単波長光の照射による各放出電流に基づいて前記被覆層材料の供給を終了するようにしたものが挙げられる。
【００１７】
前記被覆層の形成過程では前記単波長光のうちいずれか１つの照射による放出電流の時間変化に基づいて被覆層材料を供給し、前記形成過程の終了時には前記単波長光の照射による各放出電流に基づいて前記被覆層材料の供給を終了するようにしたものであってもよい。
【００１８】
前記被覆層材料であるアルカリ金属及び酸素を交互に光吸収層上に導入するサイクルを複数回繰り返すことによってアルカリ金属の酸化物からなる前記被覆層を形成するものであって、各サイクルでのアルカリ金属の導入期間及び酸素の導入期間を各サイクルでの放出電流に基づいて設定することで前記被覆層の形成態様を制御するようにしたものでもよい。
【００１９】
所望の波長域にだけ、あるいは所定の波長以上の帯域にだけ、一定の感度を有し、その他の波長域では感度が低いといった波長感度特性を有するフォトカソードを確実に生産するには、次のようなものであればよい。
すなわち、前記単波長光が、感度を切り替えたい所望の境界波長を境にして感度が要求される側の波長帯域にピーク波長がある第１単波長光と、感度が不要な側の波長帯域にピーク波長がある第２単波長光とを少なくとも含み、前記第１波長光からの光照射による放出電流から算出される感度が、前記第２波長光からの光照射による放出電流から算出される感度を所定以上上回るように前記被覆層の形成態様を制御するものである。
【発明の効果】
【００２０】
かかる構成のものであれば、フォトカソードの波長毎の感度特性を被覆層の形成中に知ることができるので、所望の感度特性を有するフォトカソードを確実に生産でき、かつ、所望の感度特性を有するフォトカソードの製造条件を特定しやすくなり、生産効率を向上させるとともに研究開発にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態におけるフォトカソードの製造方法を示す工程説明図。
【図２】同実施形態におけるフォトカソードの被覆層形成中における感度特性を表すグラフ。
【図３】同実施形態におけるフォトカソードの分光感度特性を表すグラフ。
【図４】他の実施形態におけるフォトカソードを用いた光電子増倍管の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
本実施形態に係るフォトカソード１０は、光電子増倍管４０等（図４に示す）で用いられるものであり、図１に示すように、例えばガラスからなる基板上１１にＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ等の半導体結晶からなる光吸収層１２を成長させた後、例えばＣｓ、Ｋ、Ｎａ、Ｓｂ等のアルカリ金属又はこれらの酸化物などからなる被覆層１３を形成させることで製造される。
しかしてこの実施形態では、特に被覆層１３の形成方法に特徴があることから、この被覆層１３形成方法について以下に詳述する。
【００２４】
被覆層１３は、基板１１に光Ｐ１〜Ｐ４を照射して、そのときに放出される光電子Ｅ−を測定しながら、被覆層１３の形成材料（以下、被覆層材料とも言う）を供給し、光吸収層１２に付着させることで形成するが、まずその形成方法を説明するに先立って、前記光Ｐ１〜Ｐ４を照射する照射部２０及び前記光電子Ｅ−を測定するための測定部３０について説明する。
【００２５】
照射部２０は、図１に示すように、複数の光源、すなわち、それぞれ２８５ｎｍ、３７５ｎｍ及び４７５ｎｍがピーク波長である単波長光Ｐ１〜Ｐ３を射出するＬＥＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、多波長光Ｐ４を射出する水銀ランプ２２とを有するものである。そして、これら各光源２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２２から光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が順次基板１１に照射されるように構成してある。
なお、単波長光Ｐ１〜Ｐ３は、例えばＬＥＤ、レーザー等から射出される光が挙げられるが、ここでは、感度を切り替えたい所望の境界波長を境にして、感度が要求される側の波長帯域にピーク波長がある単波長光と、感度が不要な側の波長帯域にピーク波長がある単波長光とを少なくとも含んでいるものであればよい。多波長光Ｐ４とは、複数の波長成分からなる光であり、前記水銀ランプ２２の他に、ハロゲンランプ等から射出される光が挙げられる。
【００２６】
測定部３０は、例えば、図４に示される光電子Ｅ−を増倍する複数のダイノード４４ａからなる増倍部４４と、増倍された光電子Ｅ−を収集して電流として出力する陽極４５とを具備するものである。これら増倍部４４や陽極４５は、このフォトカソード１０が最終的に組み込まれる光電子倍増管４０を構成するものであり、フォトカソード１０及び光電子増倍管４０が同時に製造でき、かつ、光電子増倍管４０に取り付けられた状態でのフォトカソード１０の感度特性を知ることができるという効果を得られる。
なお、光電子増倍管４０は、例えば図４にその完成状態を示すように、両端に開口部を有する筒状の容器４１と、一端の開口部を封止し基板１１側を容器４１外部へ向けたフォトカソード１０と、他端の開口部を封止し電極ピン４２ａが設けられた電極部材４２とを備えており、容器４１内部には、フォトカソード１０の被覆層１３側から放出された光電子Ｅ−を増倍部４４へ導く集束電極４３と、光電子Ｅ−を増倍する複数のダイノード４４ａからなる増倍部４４と、増倍された光電子Ｅ−を収集する陽極４５とを備えている。集束電極４３と増倍部４４と陽極４５とは、電極ピン４２ａに電気的に接続されている。
【００２７】
かかる構成の下、被覆層１３を形成するには、まず被覆層材料の１つであるＣｓ蒸気をほぼ一定流量で光吸収層１２上に供給する。このことによって光吸収層１２上にＣｓが付着しはじめる。
また、その一方で、ＬＥＤ２１ａ〜２１ｃ及び水銀ランプ２２を順次切り替えて所定時間点灯し、それぞれの光Ｐ１〜Ｐ４の照射による放出電流の値を経時的に測定して記録しておく。
そして、例えば、図２に示すように、Ｃｓ蒸気の供給開始後（図２の点Ａ）、水銀ランプ２２の照射による放出電流の時間変化がピークとなると、Ｃｓ蒸気の供給を中断する（点Ｂ）。
次に、所定時間経過後、被覆層材料として酸素を供給し（点Ｃ）、光吸収層１２上に形成されたＣｓ層を酸化して、Ｃｓ２Ｏ層を形成する。水銀ランプ２２の照射による放出電流の時間変化がピークとなると、酸素の供給を中断し（点Ｄ）、所定時間経過後、Ｃｓ蒸気の供給を再開する（点Ｅ）。このＣｓ蒸気と酸素とを交互に光吸収層１２上に供給するサイクルを複数回繰り返し、サイクルごとに水銀ランプ２２の照射による放出電流のピーク値を取り出して、そのピーク値の増加幅がサチュレートしたか否かを判定し、サチュレートした場合は次の段階へと進む。
続いて、２８５ｎｍ及び３７５ｎｍがピーク波長である単波長光Ｐ１、Ｐ２を射出する２つのＬＥＤ２１ａ、２１ｂの照射による各放出電流の値が、４７５ｎｍがピーク波長である単波長光Ｐ３を射出するＬＥＤ２１ｃの照射による放出電流の値を、それぞれ所定値以上上回った時に、被覆層材料の供給を終了し（点Ｆ、点Ｇ、点Ｈ）、被覆層１３の形成が完了する。
【００２８】
このようなフォトカソード１０の製造方法によれば、図３に示すように、境界波長よりも短波長帯域での感度が、境界波長よりも長波長帯域での感度よりも所定以上上回るような感度特性を有するフォトカソード１０を確実に製作することができ、また、所望の感度特性を有するフォトカソード１０の製造条件を特定しやすくなる。
また、図２に示すように、２回目の酸素供給前では、２８５ｎｍ及び３７５ｎｍがピーク波長である単波長光Ｐ１、Ｐ２の照射による放出電流の値は高く、４７５ｎｍがピーク波長である単波長光Ｐ３の照射による放出電流の値は低くなっており、すなわち、境界波長が３７５ｎｍ〜４７５ｎｍとなっている（図２のプロセスＰ３）。そして、２回目の酸素供給によって、３７５ｎｍがピーク波長である単波長光Ｐ２の照射による放出電流の値が低くなり、すなわち、境界波長が２８５ｎｍ〜３７５ｎｍとなる（プロセスＰ４）。このように、酸素の供給期間を長くする（供給量を増やす）ことで、境界波長を短くすることができる。より具体的には、放出電流の時間変化がピークとなった後も酸素を供給しつづけることで、境界波長を短くすることができる。
【００２９】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、本実施形態においては、被覆層材料の導入期間を設定することで被覆層の形成様態を制御するものとしたが、被覆層の導入量や濃度等、又は、容器内部の温度や圧力等を設定するようにしてもよい。
【００３０】
被覆層の形成様態の制御は、単波長光の照射による放出電流にそれぞれ基づくとしてもよい。例えば、被覆層の形成過程では単波長光のうちいずれか１つの照射による放出電流の時間変化に基づいて被覆層材料を供給し、形成過程の終了時には単波長光の照射による各放出電流に基づいて被覆層材料の供給を終了するものとしてもよい。
また、単波長光及び多波長光の照射による放出電流の両方あるいはこれらの組み合わせに同時に基づくとしてもよいし、交互に基づくとしてもよい。
【００３１】
また、被覆層の形成様態の制御のタイミング、例えば被覆層材料の供給の開始、中断、再開、終了といったタイミングは、放出電流の値またはその時間変化が、所定値となった時点、ピークとなった時点、ピークの前後の時点、所定値以上又は以下の値を所定時間保った時点、ピーク値の増加幅がサチュレートした時点等としてもよいし、各放出電流の値またはそれらの時間変化をそれぞれ比較して所定の状態となった時点（例えば、各放出電流の値の比率が所定値となった時点）としてもよいし、さらには、被覆層材料の導入量及び濃度等、容器内部の温度等が所定の状態になった時点としてもよい。
【００３２】
さらに、供給制御部を設けてもよい。これは、放出電流の値やその時間変化に所定の演算処理を施して被覆層の形成様態を制御するものである。このようなものであれば、フォトカソードの製造を自動化することができ、生産効率を向上させることができる。
【００３３】
加えて言えば、本実施形態は受光面と光電面が別である透過型フォトカソードに係るものであるが、受光面と光電面が同一である反射型フォトカソードにも適用できることは言うまでもない。
【００３４】
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０・・・フォトカソード
１１・・・基板
１２・・・光吸収層
１３・・・被覆層
２０・・・照射部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・・ＬＥＤ
２２・・・水銀ランプ
３０・・・測定部
４０・・・光電子増倍管
４１・・・容器
４２・・・電極部材
４２ａ・・・電極ピン
４３・・・集束電極
４４・・・増倍部
４４ａ・・・ダイノード
４５・・・陽極
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・単波長光
Ｐ４・・・多波長光
Ｅ−・・・光電子
【図１】
0005380258.tif 000002
【図２】
0005380258.tif 000003
【図３】
0005380258.tif 000004
【図４】
0005380258.tif 000005