(57)【要約】  本発明は、電磁放射またはイオン流を検出するシステム用の電子増倍装置（１）に関する。増倍装置（１）は、入射電子の流れを受け、二次電子の流れを放出する少なくとも１つの活性構造体（２）を備える。活性構造体（２）は、平均サイズが１００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子から形成された薄いナノダイヤモンド層（４）が設けられた基板（３）を含む。【選択図】図２
2013538000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射またはイオン流を検出する反射型の電子増倍装置（１）であって、
入射電子の流れを受け、二次電子の流れを放出する少なくとも１つの活性構造体（２）を備え、
前記活性構造体（２）は、平均サイズが１００ｎｍ未満のダイヤモンド粒子から形成された薄いナノダイヤモンド層（４）が設けられた基板（３）を含み、
前記活性構造体（２）は、複数のマイクロチャネル（１２）の各々が、前記入射電子の流れのための入力開口（１３Ａ）から前記二次電子の流れのための出力開口（１３Ｂ）まで前記基板（３）を横切って延びるマイクロチャネルウェハ（２）であり、
前記ナノダイヤモンド層（４）は、前記複数のマイクロチャネル（１２）の各々の内面（１４）上を、対応する前記入力開口（１３Ａ）から延びていることを特徴とする、電子増倍装置（１）。
【請求項２】
前記ナノダイヤモンド層（４）は、前記複数のマイクロチャネル（１２）の平均直径の１〜３０倍の長さにわたって延びていることを特徴とする、請求項１に記載の電子増倍装置（１）。
【請求項３】
前記ナノダイヤモンド層（４）は、前記複数のマイクロチャネル（１２）の各々の前記内面（１４）を、対応する前記出力開口（１３Ｂ）から前記複数のマイクロチャネル（１２）の平均直径の１〜１０倍の長さの箇所まで延びていることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子増倍装置（１）。
【請求項４】
前記ナノダイヤモンド層（４）は、前記複数のマイクロチャネル（１２）の各々の前記内面（１４）の全長にわたって、対応する前記出力開口（１３Ｂ）まで延びていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電子増倍装置（１）。
【請求項５】
前記ナノダイヤモンド層（４）の前記ダイヤモンド粒子の平均サイズは、１〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の電子増倍装置（１）。
【請求項６】
前記ナノダイヤモンド層（４）の平均厚さは、５０ｎｍ未満であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の電子増倍装置（１）。
【請求項７】
前記ナノダイヤモンド層（４）は、前記基板（３）に接しており、
前記基板（３）は、導電性であり、所定の電位とされていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の電子増倍装置（１）。
【請求項８】
前記ナノダイヤモンド層（４）は、導電材料からなるサブ層（５）上にあり、
前記サブ層（５）は、前記基板（３）に接しており、
前記基板（３）は、電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の電子増倍装置（１）。
【請求項９】
前記サブ層（５）は、Ａｌ２Ｏ３とＺｎＯ、またはＭｇＯとＺｎＯからなることを特徴とする、請求項８に記載の電子増倍装置（１）。
【請求項１０】
前記マイクロチャネルウェハ（２）の前記基板（３）は、鉛ガラスからなることを特徴とする、請求項７に記載の電子増倍装置（１）。
【請求項１１】
前記マイクロチャネルウェハ（２）の前記基板（３）は鉛ガラスからなり、その酸化鉛濃度は略ゼロであることを特徴とする、請求項８または９に記載の電子増倍装置（１）。
【請求項１２】
電磁放射またはイオン流の検出システムであって、
電磁放射またはイオン流を受け、一次電子の流れを放出する入力装置と、
前記一次電子の流れを受け、二次電子の流れを放出する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の反射型電子増倍装置（１）と、
前記二次電子の流れを受け、出力信号を送信する出力装置とを備えることを特徴とする、検出システム。
【請求項１３】
前記ナノダイヤモンド層（４）は、前記一次電子の流れを受けるように配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載の検出システム。
【請求項１４】
前記検出システムは、光電子増倍管、画像増強管、またはイオン流の検出管であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の検出システム。
【請求項１５】
電磁放射またはイオン流を検出する反射型電子増倍装置（１）の製法であって、
前記電子増倍装置（１）は、入射電子の流れを受け、二次電子の流れを放出する少なくとも１つの活性構造体（２、２ｉ）を備え、
前記活性構造体（２、２ｉ）は基板（３）を含み、
前記製法は、前記基板（３）上に単一のナノダイヤモンド層（４）を形成する工程を含み、
前記工程は、超音波浴槽内において、平均サイズが１００ｎｍ未満のダイヤモンド粒子を含むコロイド溶液に、前記基板（３）を少なくとも部分的に所定時間接触させるものであることを特徴とする、製法。
【請求項１６】
前記ダイヤモンド粒子の平均サイズは１０ｎｍ以下であり、
前記工程に先立って、ジルコニウムベースの積層要素により前記ダイヤモンド粒子を積層する工程が行なわれることを特徴とする、請求項１５に記載の製法。
【請求項１７】
前記ダイヤモンド粒子は、デトネーションにより予め得られていることを特徴とする、請求項１６に記載の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁放射線またはイオン流の検出管内に存在する、反射型の電子増倍装置の一般的な分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に係る電子増倍装置は「反射型の」装置と称される。この装置は、「入射」電子と称される電子の流れを受け、「二次」電子と称される電子の流れを放出する単一の面を含む。この点において、受光面と放出面とが互いに分離されている透過型の電子増倍装置とは区別される。
【０００３】
反射型の電子増倍装置の例としては、光電子増倍管、画像増強管、またはイオン検出管内に配置されたマイクロチャネルウェハまたはダイノードの組立体が挙げられる。
【０００４】
電磁放射線またはイオン流の検出管（例えば、光電子増倍管、画像増強管、およびイオン流検出管）は、一般に入力装置、電子増倍装置、および出力装置を含む。入力装置は、電磁放射線またはイオン流を受け、一次電子と称される電子の流れを放出する。電子増倍装置は、一次電子の流れを受け、二次電子と称される電子の流れを放出する。出力装置は、二次電子の流れを受け、出力信号を発信する。
【０００５】
電子増倍装置は、入射電子の流れを受け、二次電子と称される電子の流れを放出するように構成された、少なくとも１つの活性構造体を含む。
【０００６】
電子を受け取り、放出する単一の面を当該活性構造体が有することにより、反射型の電子増倍装置たりうる。反射型の電子増倍装置は、例えば、マイクロチャネルウェハ（ＧＭＣ）またはダイノードの組立体から形成されうる。
【０００７】
一般にＧＭＣは、微細なプレートの形態をとる。プレートは、マイクロチャネルのネットワークを含む。マイクロチャネルは、入力装置に対向する上流面から出力装置に対向する反対側の下流面までプレートを横切っている。
【０００８】
ＧＭＣの上流面には第１の電極が配置され、下流面には第２の電極が配置される。２つの面間に電位差が生ずることにより、電界が発生される。
【０００９】
図１Ａは、ＧＭＣのマイクロチャネル１２を模式的かつ部分的に示している。一次電子がマイクロチャネル１２に進入して内壁１４に衝突すると、二次電子が生成される。この二次電子が内壁１４に衝突すると、さらなる二次電子が生成される。これらの電子は、電界により、ＧＭＣの下流面１１Ｂに位置するマイクロチャネル１２の出力開口１３Ｂに向けて加速される。
【００１０】
よってＧＭＣの活性構造体は、前記のプレートを形成する基板を必須的に含んでいる。当該基板は、鉛ガラスからなる。二次電子放出率を最適化するために、かつマイクロチャネルの内壁を半導体にするために、鉛低減処理が施される。よって各マイクロチャネルの内壁は、外部の電圧源と電気的に接続される。当該電圧源は、放出されるべき電子が各マイクロチャネルに供給されることを可能にする。
【００１１】
ＧＭＣが有する総利得Ｇは、初期利得δｉまたは局所的二次電子放出率に依存し、式（１）に従う。ここで、ｉは増倍のステップを示し、ｎは各マイクロチャネルにおける増倍数を示す。
【００１２】
【数１】
2013538000.tif 000003
【００１３】
またＧＭＣが有するＳＮ比は、ノイズ因子をＦとしてＦ−１／２となるように依存する。ノイズ因子Ｆもまた初期利得δｉに依存し、式（２）に従う。ここで、ｎは各チャネルにおける増倍ステップ数を示している。式中、δ１は約３〜５であり、δｉ＞１は、約２である。
【００１４】
【数２】
2013538000.tif 000004
【００１５】
よってＧＭＣの総利得Ｇを増大するには、各マイクロチャネルを長くして増倍ステップ数を増加させればよい。しかしながら、式（２）に示すように、実際にはノイズ因子Ｆの増大を伴い、ＳＮ比が減少する。すなわちＧＭＣの総利得Ｇの増大には、信号品質の低下が伴う。
【００１６】
ＳＮ比を低減させずにＧＭＣの総利得を増大するための別の可能性として、公知の技術である化学蒸着（ＣＶＤ）を用い、高い二次電子放出率を有する材料の薄膜をＧＭＣのマイクロチャネルの内壁上に蒸着させることが考えられる。しかしながら、この手法においては、８００℃を上回る温度にＧＭＣの基板を長時間晒す必要があり、非現実的である。鉛ガラス基板は、構造および性能の低下を伴うことなく、４３０℃よりも高温に晒すことはできないためである。
【００１７】
ＧＭＣに代えて、反射型の電子増倍装置をダイノード２−１、２−２、２−３の組立体で形成しうる。この組立体の構造の例として、ベネチアンブラインド型、ボックス型、円形ケージ型、メッシュ型、またはフォイル型が知られている（非特許文献１を参照）。
【００１８】
この増倍装置が有する総利得Ｇは、ＧＭＣを参照して説明したものと同じ関係式で記述される。またダイノード組立体が有する立ち上がり時間は、各ダイノードの初期利得δｉおよびダイノードの個数ｎに直接依存し、式（３）に従う。
【００１９】
【数３】
2013538000.tif 000005
【００２０】
ここで、σｉはダイノードｉにおける信号の拡散時間である。一般に立ち上がり時間ＲＴは、時間差として定義される。当該時間差は、検出システムの陽極（出力装置）における電流パルスの最大値の１０〜９０％の値をとる。当該電流パルスは、デルタ関数によりモデル化された光パルスの応答である。
【００２１】
よってダイノード組立体の総利得Ｇを増大するには、ダイノードの個数ｎを増やせばよい。しかしながら、実際には立ち上がり時間ＲＴの増大を伴う。したがってダイノード組立体の総利得の増大は、増倍管の時間分解能の低下を伴う。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】Wernick & Aarsvold“Emission tomography: the fundamentals of PET and SPECT,”2004, Academic Press Inc.
【非特許文献２】Williams, et al., “Enhanced diamond nucleation on monodispersed nanocrystalline diamond,” 2007, Chem. Phys. Lett., 445, 255-258
【非特許文献３】Williams, et al., “Growth, electronic properties and applications of nanodiamond,” 2008, Diam. Relat. Mater., 17, 1080-1088
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の主な目的は、ＳＮ比のための総利得または立ち上がり時間を、低下を伴うことなく、あるいは改善されたものとして高い値で有する反射型の電子増倍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記の目的を達成するために、本発明が対象とするものの１つは、入射電子の流れを受け、二次電子の流れを放出する少なくとも１つの活性構造体を備え、電磁放射またはイオン流を検出する反射型の電子増倍装置である。
【００２５】
本発明によれば、前記活性構造体は、平均サイズが１００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子から形成された薄いナノダイヤモンド層が設けられた基板を含む。
【００２６】
「反射型の電子増倍装置」という表現は、入射電子の流れを受け、二次電子の流れを放出する単一の面を有する活性構造体を備える装置を意味する。よってこの種の装置は、透過型の電子増倍装置と区別される。透過型の装置が備える活性構造体は、入射電子の流れを受ける第１の面と、二次電子の流れを放出する第２の面とを有している。
【００２７】
そして活性構造体は、薄いナノダイヤモンド層を含む。ダイヤモンドは、高い二次電子放出率を有する材料である。この薄い層は、ダイヤモンド粒子から形成される。よってこの層は、粒状、粒子状、または離散的と呼ばれ、物理的に連続な媒体を形成しているダイヤモンド層とは区別される。
【００２８】
本発明に係る電子増倍装置は、高い総利得を有する。少なくとも１つの増倍ステップがナノダイヤモンド層によりなされるためである。またＳＮ比が改善され、あるいは立ち上がり時間が変化しない。装置内における増倍ステップの数を増加させる必要がないためである。
【００２９】
ナノダイヤモンド層のダイヤモンド粒子の平均サイズは、好ましくは１〜１０ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ程度である。
【００３０】
ナノダイヤモンド層の厚さは、ダイヤモンド粒子の平均サイズとほぼ等しい厚さとしてもよい。
【００３１】
ナノダイヤモンド層の厚さは、ダイヤモンド粒子の平均サイズよりも大きい平均厚さとしてもよい。すなわち、複数のナノダイヤモンド層からなるようにしてもよい。
【００３２】
「単一の層」という表現は、その平均厚さがダイヤモンド粒子の平均サイズにほぼ等しい層を意味する。
【００３３】
ナノダイヤモンド層の平均厚さは１〜１００ｎｍであり、好ましくは５〜７５ｎｍである。例えば、２０ｎｍまたは５０ｎｍ程度とされる。ナノダイヤモンド層の平均厚さは、約５０ｎｍ未満であることが好ましい。
【００３４】
ナノダイヤモンド層は基板に接触している。基板は導電性であり、所定の電位とされている。
【００３５】
あるいは、ナノダイヤモンド層は、導電材料からなるサブ層上にあってもよい。この場合、サブ層は基板に接しており、基板は電気的に絶縁されている。
【００３６】
前記サブ層は、Ａｌ２Ｏ３とＺｎＯ、ＭｇＯとＺｎＯ、または高い導電率をもたらす他の材料の組合せからなるようにしてもよい。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、活性構造体は、複数のマイクロチャネルの各々が、入射電子の流れのための入力開口から二次電子の流れのための出力開口まで基板を横切って延びるマイクロチャネルウェハである。この場合、ナノダイヤモンド層は、複数のマイクロチャネルの各々の内面上を、対応する入力開口を延びている。
【００３８】
ナノダイヤモンド層は、複数のマイクロチャネルの平均直径の１〜３０倍の長さにわたって延びていることが好ましい。
【００３９】
ナノダイヤモンド層は、複数のマイクロチャネルの各々の内面を、対応する出力開口から複数のマイクロチャネルの平均直径の１〜１０倍の長さの箇所まで延びているようにしてもよい。
【００４０】
あるいは、ナノダイヤモンド層は、複数のマイクロチャネルの各々の内面の全長にわたって、対応する出力開口まで延びているようにしてもよい。
【００４１】
マイクロチャネルウェハの基板は、鉛ガラスからなるようにしてもよい。
【００４２】
一変型例によれば、マイクロチャネルウェハの基板はガラスからなり、その酸化鉛濃度は略ゼロとされうる。
【００４３】
本発明の別の実施形態によれば、増倍装置は、複数の活性構造体を備える。この場合、各活性構造体はダイノードである。複数の活性構造体は、入射電子の流れを相次いで増倍するように配置される。少なくとも１つのダイノードは、基板を含む。基板の一方の面上の少なくとも一部には、ナノダイヤモンド層が延びている。
【００４４】
本発明は、電磁放射またはイオン流の検出システムも対象とする。当該システムは、
電磁放射またはイオン流を受け、一次電子の流れを放出する入力装置と、
前記一次電子の流れを受け、二次電子の流れを放出する、上記した特徴のいずれかを有する反射型電子増倍装置と、
前記二次電子の流れを受け、出力信号を送信する出力装置とを備える。
【００４５】
ナノダイヤモンド層は、一次電子の流れを受けるように配置されることが好ましい。
【００４６】
検出システムは、光電子増倍管、画像増強管、またはイオン流の検出管でありうる。
【００４７】
本発明は、上記した特徴のいずれかを有する電子増倍装置の製法も対象とする。当該製法は、基板上にナノダイヤモンド層を形成する工程を含む。当該工程は、超音波浴槽内において、平均サイズが１００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子を含むコロイド溶液に、前記基板を少なくとも部分的に所定時間接触させるものである。
【００４８】
ダイヤモンド粒子の平均サイズは、好ましくは１０ｎｍ以下である。この場合、前記工程に先立って、ジルコニウムベースの積層要素によりダイヤモンド粒子を積層する工程が行なわれる。
【００４９】
ダイヤモンド粒子は、デトネーションにより予め得られていることが好ましい。
【００５０】
本発明に係るその他の利点や特徴は、以下の詳細な説明において、限定を伴うことなく明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】先行技術に係るマイクロチャネルウェハのマイクロチャネルを模式的に示す長手方向断面図である。
【図１Ｂ】先行技術に係るリニアフォーカス型のダイノード組立体を模式的に示す長手向断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るマイクロチャネルウェハを含む電子増倍装置を模式的に示す長手方向断面図である。
【図３】図２に示した第１の実施形態の第１の変型例に係るマイクロチャネルウェハを含む電子増倍装置を模式的に示す長手方向断面図である。
【図４】図２に示した第１の実施形態の第２の変型例に係るマイクロチャネルウェハを含む電子増倍装置を模式的に示す長手方向断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るダイノード組立体を含む電子増倍装置の長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明の実施形態の例について、限定を伴うことなく、添付の図面を参照しつつ以下説明する。
【００５３】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る電子増倍装置１を部分的かつ模式的に示す。電子増倍装置１は、マイクロチャネルウェハ（ＧＭＣ）２を備える。
【００５４】
この増倍装置１は、電磁放射線またはイオン流の検出システムに用いられうる。すなわち、ここでは増倍装置１が画像増強管内に配置される例を示すが、光電子増倍管やイオン検出管内にも配置されうる。
【００５５】
なお以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００５６】
以下の説明を通じて、円柱座標における正規直交座標（Ｒ、Ｚ）が用いられる。ここでＲは管の径方向であり、Ｚは管の軸方向である。またＺ方向は、電子の一般的な伝播方向とほぼ同等である。
【００５７】
また以下の説明で用いられる用語「上流」と「下流」は、（Ｒ、Ｚ）座標におけるＺ方向に沿う向きについて理解されるべきである。
【００５８】
画像増強管は、Ｚ軸に沿う略円柱状または管状の形状を有しうる。しかしながら、管の形状は、略正方形状、矩形状、六角形状、あるいはその他任意の形状の断面を有するものであってよい。
【００５９】
管は、Ｚ方向に沿って３つの主要要素を含む。すなわち、入力装置（図示せず）、電子増倍装置１、および出力装置（図示せず）である。管は、管本体（図示せず）も含んでいる。管本体の機能は、上記３つの要素を機械的に保持し、入力装置および出力装置とともに封止空間を区画し、複数の電極が設けられるようにすることにある。当該電極には電力が供給されて様々な電界を発生させる。これら３つの要素は、ほぼＺ方向に沿って整列されている。
【００６０】
画像増強管の場合、入力装置は光電陰極を含む。光電陰極は、外部環境より到来する入射光子を受け、光電子に変換する。変換された光電子は、観測された環境の画像に対応するパターンを有する。電子増倍装置１は、光電子を増幅する。増幅された光電子は、出力装置により光信号に変換される。光信号は、リンスクリーン、ＣＭＯＳセンサ、またはＣＣＤセンサにより増強される。撮像アプリケーションを伴わない場合は、単に再び陽極により増強されてもよい。
【００６１】
本発明によれば、電子増倍装置１は、活性構造体２を含む。活性構造体２は、入射電子の流れを受け、二次電子と称される電子の流れを放出するように構成されている。活性構造体２は、基板３を含んでいる。基板３上には薄いナノダイヤモンド層４が設けられている。ナノダイヤモンド層４は、複数のダイヤモンド粒子から形成される。ダイヤモンド粒子の平均サイズは１００ｎｍ以下であり、好ましくは１０ｎｍ以下である。
【００６２】
本発明の第１の実施形態においては、活性構造体２は、マイクロチャネルウェハ（ＧＭＣ）である。
【００６３】
ＧＭＣは、基板３から形成される。基板３は、マイクロチャネル１２のネットワークを含んでいる。マイクロチャネル１２は、入力装置に対向する上流面１１Ａから出力装置に対向する下流面１１Ｂまで、基板３を横切るように延びる。
【００６４】
よって各マイクロチャネル１２は、入力開口１３Ａと出力開口１３Ｂを有する。光電子の流れのための入力開口１３Ａは、ＧＭＣ２の上流面１１Ａに位置する。二次電子の流れのための出力開口１３Ｂは、下流面１１Ｂに位置する。
【００６５】
ナノダイヤモンド層４は、各マイクロチャネル１２の内面１４上を、入力開口１３Ａから出力開口１３Ｂの方向へほぼ連続的に延びる。
【００６６】
ナノダイヤモンド層４の長さは、マイクロチャネル１２の平均直径の１〜３０倍とされる。好ましくは、平均直径の５〜１０倍とされる。
【００６７】
ナノダイヤモンド層４は、電子増倍の少なくとも第１のステップを実行するように、各マイクロチャネル１２内に設けられる。
【００６８】
本実施形態においては、ナノダイヤモンド層４は、各マイクロチャネル１２の内面１４に直接接触している。
【００６９】
ナノダイヤモンド層４よりＺ方向について下流側においては、各マイクロチャネル１２の内面１４は、ナノダイヤモンド層により覆われていない。
【００７０】
よって各マイクロチャネル１２は、第１の上流領域１５Ａと第２の下流領域１５Ｂを有する。第１の上流領域１５Ａにおいては、各マイクロチャネル１２の内面１４は、ナノダイヤモンド層４に覆われている。第２の下流領域１５Ｂは、Ｚ方向について第１の上流領域１５Ａに続いており、ナノダイヤモンド層を有していない。
【００７１】
ナノダイヤモンド層４は、水素、セシウムや酸化セシウムにより処理され、電子親和力が低減されている。よって二次放出により生成される電子は、ナノダイヤモンド層４から自然に抽出されうる。
【００７２】
基板３は、鉛ガラス（鉛は低減済みのもの）からなることが好ましい。よって基板３は、マイクロチャネル１２の内面１４上において、十分な導電性とともに最適化された局所二次電子放出率を有する。十分な導電性は、放出のための電子が供給されることを可能とする。
【００７３】
また各マイクロチャネル１２の内面１４は、単一の電圧源（図示せず）と電気的に接続されている。電圧源は、電子の貯蔵部を形成している。貯蔵部の電子は、第一にナノダイヤモンド層４のためのものであり、第二にマイクロチャネル１２の内面１４における第２の下流領域１５Ｂのためのものである。
【００７４】
ＧＭＣ２におけるマイクロチャネル１２の内面１４は、鉛ガラスからなり、第１の上流領域１５Ａにおいてナノダイヤモンド層４へ電子を供給する電気的機能を有する。当該領域においては、ナノダイヤモンド層４によって二次電子が放出される。
【００７５】
また第２の下流領域１５Ｂにおいて内面１４は、放出されるための電子を供給する機能に加え、二次電子を放出する機能を有する。
【００７６】
増倍装置１は、２つの分極された電極（図示せず）を含む。その一方はＧＭＣ２の上流面１１Ａに配置され、他方は下流面１１Ｂに配置される。これら２つの電極は、電圧源（図示せず）と接続され、ＧＭＣ２の内部に電界を発生できるようにしている。電界は二次電子を出力開口１３Ｂの方向へ加速するためのものである。
【００７７】
電子の貯蔵部を形成する電圧源は、電界を発生する電圧源と同じであってもよい。よって使用する２つの分極された電極のうち、ＧＭＣ２の下流面１１Ｂに配置されるものは、各マイクロチャネル１２の内面１４と電圧源を電気的に接続しうる。
【００７８】
上述のように、本発明の第１の実施形態に係るＧＭＣ２は、主に酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化鉛（ＰｂＯ）からなる。
【００７９】
マイクロチャネル１２の平均直径は、例えば２〜１００μｍ程度であり、長さと直径の比は、例えば４０〜１００程度である。
【００８０】
ナノダイヤモンド層４は、ダイヤモンド粒子から形成される。ダイヤモンド粒子の平均サイズは１００ｎｍ以下であり、好ましくは１〜５０ｎｍであり、より好ましくは６ｎｍ程度である。
【００８１】
ナノダイヤモンド層４は、粒子状、粒状、あるいは離散的と表現される。すなわちナノダイヤモンド層４は、媒体の連続性に係る意味において、物理的に連続ではない。
【００８２】
ナノダイヤモンド層４の平均厚さは、ダイヤモンド粒子の平均サイズ程度である。よってナノダイヤモンド層４は、明らかに単一の層である。ナノダイヤモンド層４の平均厚さは、おおよそ１〜１００ｎｍであり、好ましくは、６ｎｍ程度である。
【００８３】
ナノダイヤモンド層４は、マイクロチャネル１２の内面１４に沿って延びている。その長さは、マイクロチャネル１２の平均直径の３０倍程度、好ましくは、平均直径の５〜１０倍程度である。例えば、５０〜１００μｍとされる。
【００８４】
分極電極はニッケルクロムからなり、ＧＭＣ２の上流面１１Ａと下流面１１Ｂ上を延びるものであってよい。その他の材料、例えば、ＩＴＯも用いられうる。
【００８５】
ＧＭＣ２のナノダイヤモンド層４の製法について、以下詳細に説明する。説明にあたっては、非特許文献２および非特許文献３を参照する。
【００８６】
まずダイヤモンド粉末が製造される。ダイヤモンド粉末は、ダイヤモンド粒子からなる。粒子の平均サイズは、１００ｎｍ以下であり、好ましくは１〜１０ｎｍであり、より好ましくは、６ｎｍ程度である。
【００８７】
ここでは公知のデトネーション法が用いられる。しかしながら、デトネーション衝撃波の冷却サイクルの間、ダイヤモンド粒子のクラスタが形成される。クラスタの平均サイズは明らかに１００ｎｍを上回るため、平均粒子サイズの分布を非均一にする。
【００８８】
デノテーションにより得られた粉末のサイズ分布を均一にするために、粉末はジルコニウムビードを用いてミル粉砕される（手順の詳細は、非特許文献２を参照）。
【００８９】
このミル粉砕工程により得られた混合物が、次いで積極的な酸処理によってフィルタリングおよび浄化される。当該工程により、寸法分布が均一なナノダイヤモンド粒子の安定した懸濁液が得られるようになる。ナノダイヤモンド粒子の平均サイズは６ｎｍ程度であり、寸法分布は約５〜１０ｎｍである。
【００９０】
次いでＧＭＣ２は、超音波浴槽において、上流面１１Ａの側から所定時間（例えば３０分）コロイド溶液に浸漬される。コロイド溶液は、上記のナノダイヤモンド粒子を含む水またはエタノールの溶液である。
【００９１】
これによりナノダイヤモンド粒子がマイクロチャネル１２の内面１４上に堆積し、ナノダイヤモンド層４が形成される。
【００９２】
超音波浴の持続時間により、各入力開口１３Ａからマイクロチャネル１２に沿うナノダイヤモンド層４の広がり長さが制御されうる。
【００９３】
このようにして得られたＧＭＣ２は、次いで純粋な脱イオン水中ですすがれて、窒素中で送風乾燥される。こうしてＧＭＣ２を含む電子増倍装置１が得られる。ＧＭＣ２の活性構造体は、ナノダイヤモンド層４を有している。
【００９４】
光電子の流れがマイクロチャネル１２に進入すると、光電子はナノダイヤモンド層４に衝突する。これによりナノダイヤモンド層４は、初期利得δ１をもって二次電子の流れを放出する。放出された二次電子の流れは、第２の下流領域１５Ｂにおけるマイクロチャネル１２の内面１４に衝突する前に、ナノダイヤモンド層４に数回衝突する。あるいは第２の下流領域１５Ｂにおけるマイクロチャネル１２の内面１４に直接衝突する。少なくとも初回はナノダイヤモンド層４によりもたらされるｎ回の増倍ステップの後、二次電子の流れは、出力開口１３Ｂを通じて各マイクロチャネル１２から脱出し、画像増強管のリンスクリーンに向かう。
【００９５】
よって本発明の第１の実施形態に係る電子増倍装置１は、幾つかの利点を有する。
【００９６】
ダイヤモンドは、鉛ガラスよりも著しく高い二次電子放出効率を有することで知られている。増倍の少なくとも最初のステップはナノダイヤモンド層４によりなされるため、電子増倍装置１は、非常に高い総利得を有する。最初の増倍ステップにおける初期利得δ１は、５〜６０超である（例えば、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０程度、あるいはさらに大）のに対し、鉛ガラスの場合は３〜５程度である。また式（２）によれば、ノイズ因子が低下され、ＳＮ比が増大する。
【００９７】
したがって本発明の第１の実施形態に係る電子増倍装置１は、マイクロチャネル１２の長さを増大させる必要なしに、高い総利得を有する。また従来の鉛ガラスＧＭＣよりも改善されたＳＮ比を有する。
【００９８】
ナノダイヤモンド層４は、上述のように入力開口１３Ａから短い距離だけ延びるのではなく、出力開口１３Ｂのところまでマイクロチャネル１２の全長にわたって延びる構成としてもよい。
【００９９】
この場合、マイクロチャネル１２に入射した電子に対する増倍の全ステップがナノダイヤモンド層４によりなされる。したがって増倍装置１の総利得は非常に高くなり、ＳＮ比が増大される。
【０１００】
画像増強管の場合、空間分解能を低下させないために、ナノダイヤモンド層４は、マイクロチャネル１２の全長にわたって延びることが好ましいが、出力開口１３Ｂからマイクロチャネル１２の平均直径の１〜１０倍の距離の箇所で途切れるようにされる。この場合、出力開口１３Ｂから当該箇所までのマイクロチャネル１２の内面１４上には、電子捕集層１７（図３に示す）が設けられてもよい。電子捕集層１７は、導電性を有し、かつ二次電子放出率が明らかにゼロである材料からなる。電子捕集層１７に衝突する入射電子は吸収され、二次電子は放出されない。よってこの領域は「捕集領域」と称される。よって増倍装置１の空間分解能は変化しない。
【０１０１】
図３は、上記した本発明の第１の実施形態に係る第１の変型例を示す。図２に示したものと同一の参照番号は、同一または類似の要素を示している。
【０１０２】
本変形例は、第２の下流領域１５Ｂにおけるマイクロチャネル１２の内面１４が、酸化アルミニウム薄膜１６により覆われている点において先の実施形態と異なる。酸化アルミニウムは、高い二次電子放出率を有する材料である。
【０１０３】
酸化アルミニウム薄膜１６は、５ｎｍ程度の厚さを有し、マイクロチャネル１２に沿って延びる構成とされうる。この場合、出力開口１３Ｂからマイクロチャネル１２の平均直径の１〜１０倍の距離の箇所で途切れるようにされる。上述のように、出力開口１３Ｂから当該箇所までのマイクロチャネル１２の内面１４上には、電子捕集層１７が設けられてもよい。電子捕集層１７は、導電性を有し、かつ二次電子放出率が明らかにゼロである材料からなる。よって、とりわけ画像増強管の場合において、増倍装置の空間分解能は変化しない。
【０１０４】
これに対して光電子増倍器やイオン流検出器の場合、酸化アルミニウム薄膜１６は、マイクロチャネル１２の出力開口１３Ｂまで延びてもよい。
【０１０５】
この場合、マイクロチャネル１２の内面１４は、ナノダイヤモンド層４と酸化アルミニウム薄膜１６を電気的に接続する役割を担う。またナノダイヤモンド層４と電圧源を電気的に接続する役割を担う。放出される電子をこれらの層に供給するためである。マイクロチャネル１２の内面１４は、もはや二次電子を放出する役割を担わない。ナノダイヤモンド層４と酸化アルミニウム薄膜１６が当該機能を果たすためである。
【０１０６】
酸化アルミニウム薄膜１６は、ナノダイヤモンド層４の形成前に、ＡＬＤ（原子層堆積法）として知られる技術により、マイクロチャネル１２の全長にわたって内面１４上に設けられうる。
【０１０７】
次いでマイクロチャネル１２の入力部が、ニッケルクロムまたは酸化インジウムスズにより電気めっきされうる。電気めっきは、入力開口１３Ａからマイクロチャネル１２の平均直径の２〜５倍の長さにわたって行なわれる。
【０１０８】
最後に、ナノダイヤモンド層４が当該導電層上に設けられる。ナノダイヤモンド層４は、本発明の第１の実施形態を参照して説明した技術により形成されうる。
【０１０９】
図４は、上記した本発明の第１の実施形態に係る第１の変型例を示す。図３に示したものと同一の参照番号は、同一または類似の要素を示している。
【０１１０】
本変形例は、ＧＭＣ２の基板３がガラス（ＳｉＯ２）からなり、鉛ガラスのみからなるのではない点において、上記の第１の変形例と異なる。よって酸化鉛（ＰｂＯ）濃度は、明らかにゼロである。
【０１１１】
したがってマイクロチャネル１２の内面１４は、ナノダイヤモンド層４および酸化アルミニウム層１６を電圧源と電気的に接続可能にする電気的特性をもはや有しない。
【０１１２】
よって導電材料からなるサブ層５が、ナノダイヤモンド層４とマイクロチャネル１２の内面１４の間、および酸化アルミニウム層１６とマイクロチャネル１２の内面１４の間に設けられている。すなわちサブ層５は、ナノダイヤモンド層４および酸化アルミニウム層１６を電圧源と電気的に接続する。放出される電子をこれらの層に供給するためである。
【０１１３】
このサブ層５は、酸化アルミニウムおよび酸化亜鉛（一般にＡＺＯと称される材料）から形成されうる。サブ層５は、ＡＬＤ（原子層堆積法）として知られている技術により積層されうる。サブ層５の厚さは、５〜３０ｎｍ程度とされうる。
【０１１４】
そして、ナノダイヤモンド層４が、本発明の第１の実施形態を参照して説明した技術により形成されうる。
【０１１５】
基板３は、鉛ガラスではなく、ガラスからなる。よって鉛を低減する工程が必要なくなり、ＧＭＣの製法を簡略にする。また水素原子が存在しないため、ＧＭＣの寿命が長くなる。水素原子は、鉛低減工程においてマイクロチャネル１２の内面１４に吸収され、後に放出されることによりＧＭＣや光電陰極を劣化させやすい。
【０１１６】
図５は、本発明の第２の実施形態を部分的かつ模式的に示す。なお図２に示したものと同一の参照番号は、同一または類似の要素を示す。本実施形態においては、増倍装置１は、ダイノード２−ｉの組立体を含む。各ダイノード２−ｉは、増倍装置１の活性構造体２を構成する。
【０１１７】
この種の電子増倍装置１は、一般に光電子増倍器やイオン流検出器内に配置される。光電子増倍器において電子増倍装置１は、光電陰極を含む入力装置と、出力装置を形成する陽極との間に配置されるのが一般的である。
【０１１８】
図５に示すダイノード２−ｉの組立体は、リニアフォーカス型の構成である。しかしながら、他の構成とされてもよい。例えば、ベネチアンブラインド型、ボックス型、円形ケージ型、メッシュ型、またはフォイル型が挙げられる。
【０１１９】
各ダイノード２−ｉは、基板３を備える。基板３の一方の面は、二次放出層により覆われている。
【０１２０】
少なくとも１つのダイノード２−１（好ましくは、電子の移動方向における最初のダイノード）は、一方の面がナノダイヤモンド層４で覆われた基板３を備える。ナノダイヤモンド層４は、本発明の第１の実施形態およびその変形例を参照して示したものである。全てのダイノード２−ｉがナノダイヤモンド層４を含むことが好ましい。
【０１２１】
ナノダイヤモンド層４を含まないダイノード２−ｉは、電子親和力を低減するためにセシウムにより処理された金属酸化物層を含みうる。金属酸化物の例としては、ＢｅＯ、Ａｌ２Ｏ３、またはＭｇＯが挙げられる。あるいは、当該ダイノード２−ｉは、適当な半導体材料層を含みうる。半導体材料の例としては、ＳｂＫ２Ｃｓ、またはＳｂＲｂＣｓが挙げられる。
【０１２２】
基板３が、例えばセラミックのような誘電材料からなる場合、導電材料からなるサブ層５が、基板３の表面とナノダイヤモンド層４の間に設けられる。サブ層５は、電圧源（図示せず）と電気的に接続されている。これによりダイノード２−ｉの分極を可能にするとともに、放出される電子をナノダイヤモンド層４に供給可能とする。サブ層５は、既存の真空蒸着技術により積層されうる。真空蒸着技術の例としては、ＡＬＤ、スパッタリング、またはエヴァポレーションが挙げられる。
【０１２３】
よって電子増倍装置１は、とりわけ高い総利得を有する。少なくとも１つのダイノード（好ましくは最初のダイノード）がナノダイヤモンド層４を有するためである。また式（３）によれば、立ち上がり時間ＲＴが変化せず、よって増倍装置の時間的特性も変化しない。
【０１２４】
したがって本発明の第２の実施形態に係る電子増倍装置１は、ダイノード２−ｉの数を増やす必要なしに、高い総利得を有する。また従来のダイノードの組立体と比較して、立ち上がり時間が変化しない。
【０１２５】
また利得を等しくした場合は、必要なダイノードの数が低減されうるとともに、立ち上がり時間がかなり低減されうる。
【０１２６】
ダイヤモンド層４は、本発明の第１の実施形態を参照して説明した方法と同一または類似の方法で形成・積層されうる。
【０１２７】
本発明は上記の例に限定されるものではなく、当業者により様々な変更が当然になされうる。
【０１２８】
電子増倍装置は、例えばチャネルトロンのような、あらゆるタイプの光電子増倍器に用いられうる。
【０１２９】
この種の光電子増倍器は、光電陰極と出力陽極の間に、単一チャネル型の電子増倍装置を備える。当該チャネルの内面が二次放出特性を有する。
【０１３０】
本発明に係るチャネルトロンは、その少なくとも一部が（好ましくは入力開口から）上記の実施形態を参照して説明したナノダイヤモンド層で覆われたチャネル内面を有する。
【０１３１】
ここでナノダイヤモンド層は、本発明の第１の実施形態を参照して説明した方法と同一または類似の方法で形成・積層されうる。
【０１３２】
したがって、本発明に係るチャネルトロンは、本発明の第１の実施形態を参照して説明したものと同一または類似の利点を有する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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