(57)【要約】【課題】  低温環境下においても光感度を十分に維持することが可能な電子管及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  この光電子増倍管１は、透光性の光入射面３を有するガラスバルブ５と、光入射面３の内側に設けられた導電層２１と、導電層２１上に設けられ、ガラスバルブ５及び導電層２１を透過して外部から入射した光によって光電子を放出する光電面２３とを備え、導電層２１は、光入射面３上に形成されており、白金族金属から成る金属膜２１ａと、光入射面に沿って線状パターンに形成された金属製の導電体２１ｂとを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の光入射面を有する容器と、
前記光入射面の内側に設けられた導電層と、
前記導電層上に設けられ、前記容器及び前記導電層を透過して外部から入射した光によって光電子を放出する光電面と、
を備え、
前記導電層は、前記光入射面上に形成されており、白金族金属から成る金属膜と、前記光入射面に沿って線状パターンに形成された金属製の導電体とを有する、
ことを特徴とする電子管。
【請求項２】
前記導電体は、前記光入射面の中心部から放射状に形成されたものである、
ことを特徴とする請求項１記載の電子管。
【請求項３】
前記導電体は、前記光入射面において円環状に更に形成されたものである、
ことを特徴とする請求項２記載の電子管。
【請求項４】
前記導電体は、アルミニウムから成るものである、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子管。
【請求項５】
容器の透光性の光入射面の内側に白金族金属を蒸着して金属膜を形成する工程と、
前記容器の光入射面の内側に所定形状のスリットを有するマスクを設けて金属を蒸着した後、前記マスクを除去することにより導電体を形成する工程と、
前記金属膜及び導電体を含む導電層上に光電面を形成する工程と、
を備えることを特徴とする電子管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から入射した光によって光電子を放出する光電面を有する電子管及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、外部から入射した光を検出するために用いられる光電面及びそれを備えた電子管が知られている。このような光電面は一般にＰ型半導体から成るものであり、それ自体の電気抵抗は比較的高いものであるため、光電面に沿って酸化金属等の薄膜を設けることにより光感度を維持する技術が利用されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【特許文献１】特公昭６２−２０６５４号公報
【特許文献２】特公昭２９−５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来技術においては、低温環境下での計測時に光電面の抵抗値が増加してしまい、光感度が下がる傾向にある。すなわち、光電面の材料として用いられるＰ型半導体及び薄膜として用いられる酸化金属は、ともに温度に対して負の抵抗特性を有する。
【０００４】
特に、近年の宇宙物理分野における宇宙線の測定では、液体アルゴンやシンチレータを用いた計測が行われており、液体アルゴンの温度である−１９６°Cの極低温環境下では光電面の抵抗値が数桁増加する結果、電子管の全体の光感度が低下する。
【０００５】
そこで、本発明はかかる課題に鑑みて為されたものであり、低温環境下においても光感度を十分に維持することが可能な電子管及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電子管は、透光性の光入射面を有する容器と、光入射面の内側に設けられた導電層と、導電層上に設けられ、容器及び導電層を透過して外部から入射した光によって光電子を放出する光電面とを備え、導電層は、光入射面上に形成されており、白金族金属から成る金属膜と、光入射面に沿って線状パターンに形成された金属製の導電体とを有する。
【０００７】
本発明の電子管の製造方法は、容器の透光性の光入射面の内側に白金族金属を蒸着して金属膜を形成する工程と、容器の光入射面の内側に所定形状のスリットを有するマスクを設けて金属を蒸着した後、マスクを除去することにより導電体を形成する工程と、金属膜及び導電体を含む導電層上に光電面を形成する工程とを備える。
【０００８】
このような電子管、及びこのような電子管の製造方法により製造される電子管では、光入射面から容器内に入射した光が、導電層を透過して光電面に当たり光電子が放出される。この際、光電面に沿って白金族金属から成る金属膜及び線状パターンの導電体が設けられることにより、低温環境下であっても光電面全体の導電性が高められるとともに、導電層における光の透過率も十分に確保される。
【０００９】
また、導電体は、光入射面の中心部から放射状に形成されたものであることが好ましい。このような構成にすれば、光電面全体においてその導電性が効果的に高められる。
【００１０】
さらに、導電体は、光入射面において円環状に更に形成されたものであることも好ましい。この場合、光電面においてその導電性をより均一にすることができる。
【００１１】
またさらに、導電体は、アルミニウムから成るものであることも好ましい。こうすれば、導電体の形成が容易に為されるとともに、その抵抗率の低さから導電体を微細化した場合であっても、光電面の導電性を保ちつつ導電層における光透過率が高められる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電子管によれば、低温環境下においても光感度を十分に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面とともに本発明による電子管及びその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１４】
図１は、本発明による電子管の好適な一実施形態を示す側面図である。同図に示すように、本発明による電子管である光電子増倍管１は、外部から入射した光によって光電子を放出し、その光電子を電流として出力させるための装置である。この光電子増倍管１は、透光性のドーム状の光入射面３を有するガラスバルブ（容器）５と、光電陰極７と、コンタクト膜９と、電子増倍部１１と、アノード１２と、ソケット１３とを含んで構成される。
【００１５】
ガラスバルブ５は、略球面状の容器の一端側に外側に突出した円筒状の凸部１５を有するものであり、ガラス等の透光性材料から成るものである。また、このガラスバルブ５内の中央部に電子増倍部１１が設置されている。なお、ガラスバルブ５は、その全体が透光性を有するものであるが、光入射面３のみ透光性を有する材料で形成されていても良い。
【００１６】
このカラスバルブ５の内側の光電陰極７形成された領域以外の面には、光電陰極７に所定電位の電圧を供給するためのアルミニウム製のコンタクト膜９が形成されている。コンタクト膜９は、光電陰極７において形成された導電層（詳細は、後述する。）と電気的に接続されている。
【００１７】
電子増倍部１１は、光入射面３近傍に設けられた光電陰極７（詳細は、後述する。）から内部に放出された光電子を増倍して電流として収集するためのものであり、光電陰極７から放出された光電子を増倍させる複数段の電極であるダイノード（図示せず）を備えている。また、ガラスバルブ５内の一端側の電子増倍部１１近傍には、ダイノードによって増倍された光電子を収集するためのアノード１２が設置されている。さらには、ガラスバルブ５内の電子増倍部１１と光電陰極７との間の所定位置には、光電面から放出された光電子を電子増倍部１１に効率よく入射させるための図示しない集束電極が、環状に配置されている。
【００１８】
また、ガラスバルブ５の凸部１５の端面１９にはソケット１３が取り付けられており、そのソケット１３及び端面１９にはガラスバルブ５内部から延在する導電線１７が貫通している。この導電線１７は、ガラスバルブ５内の各電極に所定電位の電圧を供給するため、又は光電陰極７とアノードとの間を流れる電流を取り出すために用いられるものである。さらに、導電線１７は、コンタクト膜９と電気的に接続されており、コンタクト膜９を介して光電陰極７に電圧を供給する。
【００１９】
上述したように、ガラスバルブ５の他端側の光入射面３の内側には、ドーム状に光電陰極７が形成されている。図２は、図１の光入射面及び光電陰極の軸線に沿った端面図である。同図に示すように、光電陰極７は、ガラスバルブ５上に、導電層２１と光電面２３とがこの順に形成されて成るものである。この導電層２１は、光入射面３に沿って形成されている金属膜２１ａと、その金属膜２１ａ上に線状パターンで形成されている導電体２１ｂとから構成されている。
【００２０】
金属膜２１ａは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金等の白金族元素の金属を主材料とするものである。このような白金族金属の中でも光電面加工過程におけるその化学的安定性の点から白金がより好ましく用いられる。
【００２１】
導電体２１ｂは、例えば、アルミニウム、クロム、銀、金、白金族金属等の金属から成るものである。このような金属材料の中で、加工性及び導電性の高さからアルミニウムが、強度が高い点でクロムが好ましく用いられるが、融点がより低く加工しやすいと言う点でアルミニウムがより好ましく用いられる。
【００２２】
この導電体２１ｂは、所定の線状パターンで金属膜２１ａ上に形成されている。  図３において、（ａ）は、光入射面側から見た導電体形成パターンの一例を示す図、（ｂ）は、光入射面側から見た導電体形成パターンの別の例を示す図である。図３（ａ）を参照して、導電体２１ｂは、光入射面３の中心部近傍から縁部まで放射状に等角度間隔に並んで延在する８本の曲線パターンＰ１と、隣り合う２本の曲線パターンＰ１の間において縁部まで放射状に延在する、曲線パターンＰ１より中心部側で短い曲線パターンＰ２とで形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、導電体２１ｂは、光電陰極７全体の導電性を均一にさせるために、隣り合う曲線パターンＰ１，Ｐ２を互いに短絡させるように、ガラスバルブ５の軸線を中心とした円環状の曲線パターンＰ３でさらに形成されていても良い。
【００２３】
また、各曲線パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、導電体２１ｂの電気抵抗を低減すると同時に光電陰極７における光透過率を低下させないために、膜厚が数μｍ、線幅が約２ｍｍになるように設けられる。なお、曲線パターンＰ１，Ｐ２は光入射面３の縁部からコンタクト層９上に伸びるように形成されていても良い。この場合、導電体２１ｂとコンタクト層９が電気的に接続されることにより光電陰極７全体の電位がより均一に維持される。
【００２４】
光電面２３は、ガラスバルブ５及び導電層２１を透過して外部から入射した光によって、電子増倍部１１に向けて光電子を放出するものである。光電面２３は、アルカリ金属であるＳｂＣｓ３、ＳｂＫ２Ｃｓ等を主成分とするＰ型半導体から成るものである。これらのＰ型半導体の中でも、宇宙線観測等に用いられるシンチレータと分光感度特性が近い点でＳｂＫ２Ｃｓが光電面２３の材料としてより好適である。ここで、シンチレータとは、放射線の入射によってある一定の減衰時間を持った蛍光を発光するものである。このシンチレータは、宇宙線等の放射線を検出するために光電子増倍管１と組み合わせて用いられる。
【００２５】
以上説明した光電子増倍管１においては、光入射面３からガラスバルブ５内に入射した光が、導電層２１を透過して光電面２３に当たり光電子が放出される。この際、導電層２１には、光電面２３に沿って白金族金属から成る金属膜２１ａと線状パターンの導電体２１ｂとが設けられている。ここで、光電子増倍管１の金属膜２１ａは、波長１７０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長の光を透過率７５％以上で透過させるように成膜されたものであり、光電子増倍管１の光感度が十分に確保されている。あわせて、金属膜２１ａは、波長１７０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長の光を透過率９０％以下で透過させるように成膜されており、光電陰極７全体の抵抗値が極低温状態であっても一定値以下に抑えられる。例えば、上記の光透過率を満足させる膜厚は、金属膜２１ａの材料として白金を用いた場合、１０Å（１ｎｍ）以上５０Å（５ｎｍ）以下である。このように、金属膜２１ａの光透過率９０％を確保するために金属膜２１ａを薄膜化した場合であっても、導電体２１ｂの存在により光電陰極７の全体の抵抗値が低減される。
【００２６】
また、特開昭５４−１４６９５２号公報に記載の光電面のように基板上に導電線のみを設けた場合においては、光電面の導電性を維持するためには導電線の微細化が困難である。これに対して、金属膜２１ａと導電体２１ｂとは互いに導電性において補完関係にあるため、導電体２１ｂの微細化が可能であり、その結果、光電面２３に入射する光の透過率を高めることができる。従って、低温環境下であっても光電陰極７全体の導電性が高められるとともに、導電層２１における光の透過率も十分に確保される。
【００２７】
図４及び図５においては、光電子増倍管１のアノード出力電流の線形性（リニアリティ）に関する実験結果を示す。図４は、室温（２５°Ｃ）及び低温（−１０°Ｃ）の環境下で測定した従来品のアノード出力電流の線形性を示すグラフ、図５は、室温（２５°Ｃ）及び液体アルゴン温度である極低温（−１９６°C）の環境下で測定した本発明の光電子増倍管１のアノード出力電流の線形性を示すグラフを示す（なお、従来品では、−１９６°Ｃの極低温下ではアノード出力電流が検出限界値以下となり、線形性の測定は不可能であった。）。この場合、光電子増倍管１として、最大直径が約２０．３ｃｍ（８インチ）のガラスバルブ５と、膜厚が約３０Åの白金製の金属膜２１ａと、図３（ａ）のような線状パターンを有するアルミニウム製の導電体２１ｂと、ＳｂＫ２Ｃｓを主材料とし、下地に酸化マンガン膜を有する光電面２３とを備えたものを用いた。なお、従来品としては、導電層を有さない点以外は光電子増倍管１と同様な構成の光電子増倍管を用いた。
【００２８】
ここで、アノード出力電流の線形性は、以下のようにして測定した。まず、測定用光源と光入射面３との間に、４つのシャッタ付き穴を有する遮蔽板を光電子増倍管１の軸線に垂直に設置した。そして、それぞれのシャッタを別々に開けた場合のアノード出力電流の和と、全てのシャッタを同時に開けた場合のアノード出力電流との比を電流比として算出した。同様の測定を測定用光源の光量を変化させて行った。この測定用光源の光量の変化が、図４及び図５横軸のアノード出力電流の変化に対応する。
【００２９】
図４及び図５に示すように、室温環境下において、導電層２１が存在しない従来品においては、１０ｎＡ付近でアノード出力電流が飽和して線形性が悪化しているのに対して、光電子増倍管１においては、出力電流は約５μＡまで線形性が良好であることがわかる。さらに、−１９６°の低温環境下においては、従来品の線形性の悪化が著しいのに対して、光電子増倍管１のアノード出力電流は約５μＡ付近まで線形性が良好であることもわかる。一般に、光電陰極の抵抗が高い場合は、入射光強度に対するアノード出力電流が飽和し易い傾向にあることから、これらの測定結果は、光電陰極７全体の導電性が、室温環境下のみならず低温環境下においても改善されていることを示している。
【００３０】
次に、本発明による光電子増倍管の製造方法について説明する。
【００３１】
まず、ベルジャー（真空蒸着装置）内にガラスバルブ５を収納し、真空ポンプでベルジャー内を１×１０−３〜１×１０−６Ｐａの気圧になるまで減圧する。その後、ガラスバルブ５内の光入射面３を除く領域にアルミニウムを真空蒸着して、コンタクト膜９を形成する。さらに、ガラスバルブ５の光入射面３の内側に白金を膜厚が１０Å〜５０Å程度になるまで真空蒸着して、金属膜２１ａを形成する。ここで、コンタクト膜９と金属膜２１ａとは、これらの境界において互いに電気的に接触するように形成される。
【００３２】
次に、ベルジャー内をいったん大気圧に戻し、金属膜２１ａが形成された面上に、図３（ａ）又は図３（ｂ）に示すような所定形状のスリットを有するマスクを設けて、再度ベルジャー内を１×１０−３〜１×１０−６Ｐａの気圧になるまで減圧する。そして、アルミニウムを膜厚が数μｍになるまで真空蒸着した後にマスクを取り除くことにより、導電体２１ｂを形成する。なお、導電体２１ｂは、コンタクト膜９上に延びるまで設けられても良い。
【００３３】
さらに、ガラスバルブ５内に電子増倍部１１と集束電極とを取り付けた後、ガラスバルブ５を別に用意した光電面活性化用の排気装置と接続する。そして、排気装置により、ガラスバルブ５内を１×１０−５Ｐａ以下の気圧に減圧した後に、集束電極上に設けたマンガン蒸着コイルからガラスバルブ５内の金属膜２１ｂに所定の膜厚になるまで真空蒸着する（図示せず）。そして、真空排気を停止してからガラスバルブ５内に酸素ガスを導入した後に、ガラスバルブ内の金属膜２１ｂ上のマンガンを酸化せしめる。
【００３４】
次に、再度ガラスバルブ５内を十分な気圧に再度減圧してから、ガラスバルブ５内の金属膜２１ａ及び導電体２１ｂで構成される導電層２１上に、最適な膜厚となるようにアンチモンを真空蒸着する。その後、ガラスバルブ５を電気炉内に収納してから、電気炉内の温度を上昇させる。そして、ガラスバルブ５内を所定の温度に維持させた状態で、導電層２１上のアンチモンとアルカリ金属とを反応させることにより光電面２３を形成する。さらに、電気炉内でガラスバルブ５を所定温度で所定時間放置して光電面２３を安定化させる。光電面２３が安定化された後、ガラスバルブ５を徐々に室温になるまで冷却すると同時に、ガラスバルブ５から排気装置を取り外す。
【００３５】
最後に、ガラスバルブ５の凸部１５端面にソケット１３及び導電線１７を取り付けた後、性能確認のための所定項目の測定を行う。
【００３６】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、例えば、光電子増倍管１の光電面２３の材料としては、ＳｂＣｓ３、ＳｂＫ２Ｃｓ等のＰ型半導体が用いられていたが、ナトリウム、ルビジウム等のその他のアルカリ金属を含むものを用いても良い。
【００３７】
また、光電陰極７においては、金属膜２１ａ上に導電体２１ｂが設けられているが、図６に示すように、ガラスバルブ５上に導電体２１ｂと金属膜２１ａとがこの順で設けられていても良い。この場合、金属膜２１ａ及び導電体２１ｂの形成工程においては、ガラスバルブ５上に導電体２１ｂを形成した後に金属膜２１ａを形成しても良い。
【００３８】
また、本実施形態にかかる光電子増倍管１においては、光電子増倍管内に光電陰極７を備えていたが、光電子増倍管に限定されるものではなく、光電面及びアノードを有する電子管内に光電陰極７を備えるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による電子管の好適な一実施形態を示す側面図である。
【図２】図１の光入射面及び光電陰極の軸線に沿った端面図である。
【図３】（ａ）は、図１の光入射面側から見た導電体形成パターンの一例を示す図、（ｂ）は、図１の光入射面側から見た導電体形成パターンの別の例を示す図である。
【図４】室温（２５°Ｃ）及び低温（−１０°Ｃ）の環境下で測定した従来品のアノード出力電流の線形性を示すグラフである。
【図５】室温（２５°Ｃ）及び極低温（−１９６°Ｃ）の環境下で測定した本発明の光電子増倍管のアノード出力電流の線形性を示すグラフである。
【図６】本発明にかかる光入射面及び光電陰極の別の実施形態を示す端面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…光電子増倍管（電子管）、３…光入射面、５…ガラスバルブ（容器）、７…光電陰極、９…コンタクト膜、１１…電子増倍部、１３…ソケット、１７…導電線、２１…導電層、２１ａ…金属膜、２１ｂ…導電体、２３…光電面。
【図１】
2005203280.tif 000003
【図２】
2005203280.tif 000004
【図３】
2005203280.tif 000005
【図４】
2005203280.tif 000006
【図５】
2005203280.tif 000007
【図６】
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