(57)【要約】【課題】  高い特性を有する光電面、並びに、それを備える光電子増倍管、Ｘ線発生装置、紫外線イメージ管及びＸ線イメージインテンシファイアを提供する。【解決手段】  本発明に係る光電面は、基板上に、組成式ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ（０＜ｘ＜１）にて表わされる酸化マグネシウムと酸化亜鉛との混晶層を製膜した光電面であって、真空中に光電子を放出することを特徴とする。この光電面によれば、（１）大面積の光電面が可能、（２）湾曲した基板やプラノコン面上に曲面の光電面を作製可能、（３）低コストで作製可能であり、高い特性が得られる。また、真空中で光電子を放出するため拡張性が高く、外部光電効果を利用するため高い光電効果を得ることができる。【選択図】  図１
2007026785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、組成式ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ（０＜ｘ＜１）にて表わされる酸化マグネシウムと酸化亜鉛との混晶層を製膜した反射型光電面であって、真空中に光電子を放出することを特徴とする光電面。
【請求項２】
前記基板及び前記混晶層の間にＭｇＯ層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光電面。
【請求項３】
前記混晶層にアルカリ金属を付着して活性化させたことを特徴とする請求項１または２に記載の光電面。
【請求項４】
紫外線を透過する基板上に、組成式ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ（０＜ｘ＜１）にて表わされる酸化マグネシウムと酸化亜鉛との混晶層を製膜した透過型光電面であって、真空中に光電子を放出することを特徴とする光電面。
【請求項５】
前記混晶層にアルカリ金属を付着して活性化させたことを特徴とする請求項４に記載の光電面。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光電面、当該光電面から放出された光電子を増倍する増倍部、及び、増倍電子を捕集するアノードとを備えることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項７】
請求項４または５に記載の光電面を備え、紫外線の照射によって当該光電面から放出された光電子がＸ線ターゲットに衝突することによりＸ線を発生することを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項８】
請求項４または５に記載の光電面を備え、紫外線の照射によって当該光電面から放出された光電子が蛍光体に入射することにより像光を出力することを特徴とする紫外線イメージ管。
【請求項９】
請求項４または５に記載の光電面、及び、Ｘ線の照射により紫外線を発生させるシンチレータを備え、当該シンチレータにて発生した紫外線の照射によって当該光電面から放出された光電子が蛍光体に入射することにより像光を出力することを特徴とするＸ線イメージインテンシファイア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電面、並びに、それを備える光電子増倍管、Ｘ線発生装置、紫外線イメージ管及びＸ線イメージインテンシファイアに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の紫外線検出器には、ＩＩＩ属・V属半導体やダイヤモンドからなる結晶光電面が用いられていた。これらの光電面は、Ｐ型結晶に数分子層のアルカリ金属を付着して表面親和力を下げたものであるが、単結晶上に製膜されるため、（１）光電面の面積に制限がある、（２）光電面膜の形状が平面に制限される、（３）製膜コストが高くなるといった問題があり、ＩＩＩ属・V属半導体やダイヤモンドによらない光電面が提案されつつある。
【０００３】
酸化物からなる光電面としては、下記特許文献１及び非特許文献１に記載された技術がある。特許文献１では、ＭｇＯ、ＺｎＯを含む複数に列挙された化合物から二種以上を複合して光電面とし、空気清浄機に用いることが開示されている。また、非特許文献１では、ＺｎＯをバッファ層とした六方晶構造型のＭｇＺｎＯ混晶を光電面とし、内部光電効果を利用して検出器とすることが示されている。
【０００４】
【特許文献１】特公平７−９３０９８号公報
【非特許文献１】応用電子物性分科会誌２００５年第１１巻第１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１では、空気清浄機等のように大気中において用いることとしているため、アルカリ金属による活性といった光電効果を高める処理を行うことができず、拡張性に乏しかった。また、上記非特許文献１では、内部光電効果を用いるため、バイアス電圧５Ｖを加えた場合のＳ／Ｎ比が１０３程度と低く（同文献内図５参照）、高い光電効果を得ることが難しかった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高い特性を有する光電面、並びに、それを備える光電子増倍管、Ｘ線発生装置、紫外線イメージ管及びＸ線イメージインテンシファイア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】
【０００７】
本発明に係る第１の光電面は、基板上に、組成式ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ（０＜ｘ＜１）にて表わされる酸化マグネシウムと酸化亜鉛との混晶層を製膜した反射型光電面であって、真空中に光電子を放出することを特徴とする。
【０００８】
また、この第１の光電面において、前記基板及び前記混晶層の間にＭｇＯ層を設けたことも好ましく、前記混晶層にアルカリ金属を付着して活性化させたことも好ましい。
【０００９】
本発明に係る第２の光電面は、紫外線を透過する基板上に、組成式ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ（０＜ｘ＜１）にて表わされる酸化マグネシウムと酸化亜鉛との混晶層を製膜した透過型光電面であって、真空中に光電子を放出することを特徴とする。
【００１０】
また、この第２の光電面において、前記混晶層にアルカリ金属を付着して活性化させたことも好ましい。
【００１１】
本発明に係る光電子増倍管は、上記光電面、当該光電面から放出された光電子を増倍する増倍部、及び、増倍電子を捕集するアノードとを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るＸ線発生装置は、上記第２の光電面を備え、紫外線の照射によって当該光電面から放出された光電子がＸ線ターゲットに衝突することによりＸ線を発生することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る紫外線イメージ管は、上記第２の光電面を備え、紫外線の照射によって当該光電面から放出された光電子が蛍光体に入射することにより像光を出力することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るＸ線イメージインテンシファイアは、上記第２の光電面、及び、Ｘ線の照射により紫外線を発生させるシンチレータを備え、当該シンチレータにて発生した紫外線の照射によって当該光電面から放出された光電子が蛍光体に入射することにより像光を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る第１の光電面（反射型光電面）によれば、（１）大面積の光電面が可能、（２）湾曲した基板やプラノコン面上に曲面の光電面を作製可能、（３）低コストで作製可能であり、高い特性が得られる。また、真空中で光電子を放出するため上記特許文献１と比較して拡張性が高く、外部光電効果を利用するため上記非特許文献１と比較して高い光電効果を得ることができる。
【００１６】
また、基板及び混晶層の間にＭｇＯ層を設けることにより、混晶層の結晶性を高めることができ、混晶層にアルカリ金属を付着して活性化させることにより、光電効果をさらに高めることができる。
【００１７】
本発明に係る第２の光電面（透過型光電面）によれば、（１）大面積の光電面が可能、（２）湾曲した基板やプラノコン面上に曲面の光電面を作製可能、（３）低コストで作製可能であり、高い特性が得られる。また、真空中で光電子を放出するため上記特許文献１と比較して拡張性が高く、外部光電効果を利用するため上記非特許文献１と比較して高い光電効果を得ることができる。また、混晶層にアルカリ金属を付着して活性化させることにより、光電効果をさらに高めることができる。
【００１８】
本発明に係る光電子増倍管、Ｘ線発生装置、紫外線イメージ管及びＸ線イメージインテンシファイアは、本発明に係る第１の光電面（反射型光電面）及び第２の光電面（透過型光電面）を用いるため、従来技術と比較して高い性能が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
まず、図１に示すフローチャート、及び、図２に示す断面図を参照しながら、本実施形態に係る光電面、及び、この光電面を用いたサイドオン型光電子増倍管の作製方法について説明する。
【００２０】
最初に、純度９９．９％のＭｇＯ粉体材料を準備しデシケータ内に保管する（Ｓ１）と共に、純度９９．９９％のＺｎＯ粉体材料を準備しデシケータ内に保管する（Ｓ２）。ＭｇＯ粉体とＺｎＯ粉体をそれぞれ計量容器に入れ、精密電子はかりで所望のモル比率の試料を作製する（Ｓ３）。すなわち、組成式ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏにおいて、ｘ＝０．５としたい場合にはＭｇＯ：ＺｎＯのモル比率を５：５に、ｘ＝０．７としたい場合にはＭｇＯ：ＺｎＯのモル比率を７：３にする。次いで、作製した各々の試料を圧縮ペレット製作機にて、２ｍｍφ〜５ｍｍφの円形で１．５ｍｍ〜４ｍｍ厚のペレット状の錠剤を作製する（Ｓ４）。こうして作製したペレット状の各錠剤を耐熱容器に入れ、電気炉において大気雰囲気中で１０００℃〜１５００℃の温度に保ち６０分以上焼結した後、室温まで徐冷して炉から取り出しデシケータ内に保管する（Ｓ５）。
【００２１】
一方、基板として０．３ｍｍ厚のニッケル金属板を光電面に必要な形状にプレス加工し、製膜基板の準備を行う（Ｓ６）。ニッケル金属以外に、ＳＵＳ金属基板やタンタル金属基板など真空材料となり得る他の基板でもよい。プレス加工された金属基板を洗剤で洗浄し油分を十分に取り除き、さらに純水で洗浄して清潔な保管庫に保存する（Ｓ７）。
【００２２】
そして、ニッケル金属基板上にＭｇＯ及びＺｎＯを蒸着・製膜し、光電面１１１を作製する（Ｓ８）。具体的には、蒸着装置内にＳ７において準備した基板を基板装着ジグにセットすると共に、Ｓ５において保管されていたＭｇＯ及びＺｎＯ焼結体を蒸着源ジグにセットしてＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ層を製膜する。この際、ＭｇＯ層を要する場合には、ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ層製膜前にＭｇＯ層の製膜を行い、光電面１１０を作製する。製膜完了後、装置内温度が十分に下がってから真空装置のバルブを閉め、乾燥窒素ガスを装置内に導入し大気圧に達した後に製膜された光電面を取り出し、窒素置換のデシケータ庫に保管する。
【００２３】
以上の工程にて本実施形態に係る光電面を作製したので、これよりこの光電面を用いたサイドオン型光電子増倍管の作製方法について説明する。まず、二次電子増倍電極、アノード電極、封着システム等の他の材料を準備し（Ｓ９）、これにＳ８にて作製した光電面を加えて光電子増倍管のステムを組み立てる（Ｓ１０）。具体的には、図３に示す断面図のように、光電面１１、複数段ダイノード１２−１〜９、アノード電極１３、シールド板１４、メッシュ電極１５等を配置する。
【００２４】
また、これに併せて封着材料の準備を行う（Ｓ１１）。光電面入射窓材としては、高純度合成石英の透明面板、フッ化カルシウムの透明面板、フッ化バリウムの透明面板、フッ化マグネシウムの透明面板、人工サファイアの透明面板等の紫外線透過材を準備する。真空バルブ１０と窓材１６の融着には、インジウムシール、アルミ圧着シール、フリットガラスによる高温溶融融着が用いられる。そして、Ｓ１０において組み立てられた光電子増倍管のステムと真空バルブ１０とを封着する（Ｓ１２）。封着溶接には、レーザー加熱溶接、抵抗加熱溶接、ヘリウムアーク溶接等が用いられる。
【００２５】
この後、アルカリ金属による光電面の活性を行う（Ｓ１３）。具体的には、光電子増倍管に真空排気装置を取り付け、電気炉にて３００℃に昇温して３時間以上保持し脱ガスを行って十分な高真空を確認した後、電気炉の温度を１５０℃に設定して光電面に水銀ランプを照射し、光電面の光電流を電流計で計測しつつセシウム金属を導入し、光電流が最高値に達したところでセシウム金属の導入を止め、電気炉の温度を１４０℃〜１１０℃に設定して焼成を３０分〜６０分行った後に電気炉を徐冷する。そして、電気炉内の光電子増倍管がほぼ室温に下がった後に光電子増倍管を排気装置からチップオフする。最後に、所定の性能試験や分光感度測定を行い（Ｓ１４）、完成となる（Ｓ１５）。以上、本発明の実施形態である第１の光電面（反射型光電面）を用いたサイドオン型光電子増倍管の作製方法について説明したが、光電子増倍管としては公知の構成に第２の光電面（透過型光電面）を備える構成を採ることも可能である。
【００２６】
次に、本発明者らによる、本実施形態に係る光電面の分光感度測定の結果を示す。まず、図４は、ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ光電面においてｘ＝１、０．７及び０．５とした場合のアルカリ活性前の分光感度を示す片対数グラフである。例Ａ（ｘ＝１、すなわちＭｇＯ）と比較して、例Ｂ（ｘ＝０．７）及び例Ｃ（ｘ＝０．５）は紫外波長域において高い感度が得られることが示される。
【００２７】
図５は、ＭｇＯ層を有するアルカリ活性後の分光感度を示すグラフである。例Ｄ、例Ｅ及び例Ｆ（以上ｘ＝０．７）、並びに、例Ｇ、例Ｈ及び例Ｉ（以上ｘ＝０．５）共にアルカリ活性によってより高い感度が得られることが示される。
【００２８】
図６は、ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ光電面においてｘ＝０．７及び０．５とした場合の分光感度を、ＭｇＯ層の有無別に比較したグラフである。例Ｊ（ｘ＝０．５、ＭｇＯ層なし）及び例Ｋ（ｘ＝０．７、ＭｇＯ層なし）よりも、例Ｌ（ｘ＝０．７、ＭｇＯ層あり）及び例Ｍ（ｘ＝０．５、ＭｇＯ層あり）のほうが高い分光感度を示しており、ＭｇＯ層が分光感度の向上に有用であることが示される。これは、図７に示すＸ線回折法（ＸＲＤ）による２θ−θスペクトル測定において、ＭｇＯ岩塩構造に起因するピークが現れていて、他の結晶構造に起因するピークが現れていないことからも、結晶性の向上が感度向上に寄与したことが推測される。
【００２９】
最後に、上述した光電面を用いた本実施形態に係るＸ線発生装置、紫外線イメージ管及びＸ線イメージインテンシファイアについて説明する。
【００３０】
図８は、本実施形態に係るＸ線発生装置２０の構成図である。このＸ線発生装置２０は、筒状の真空容器２４内の一底面にサファイアからなる紫外線透過窓２１、ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ光電面２３が順に配置され、他底面にベリリウムからなるＸ線透過窓２７、Ｘ線ターゲット２６が順に配置されている。また、側面からゲート電極２８、フォーカス電極２９が導入されており、ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ光電面２３、ゲート電極２８、フォーカス電極２９及びＸ線ターゲット２６には駆動電源２５により電圧を加えられる構造になっている。このＸ線発生装置２０において、紫外線透過窓２１を通した紫外線の照射により光電面２３から放出された光電子が、ゲート電極２８及びフォーカス電極２９により加速・集束され、Ｘ線ターゲット２６に衝突することによりＸ線透過窓２７を通してＸ線が発生する。
【００３１】
図９は、本実施形態に係る紫外線イメージ管３０の構成図である。この紫外線イメージ管３０は、筒状のセラミック真空容器３４内の一底面に合成石英からなる紫外線透過窓３１、非常に薄いＭｇＯ層３２、ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ光電面３３が順に配置され、他底面にコバールガラスからなる出力窓３７、蛍光体３６が順に配置されている。また、側面からフォーカス電極３８及び３９が導入されており、ＭｇＯ層３２、フォーカス電極３８及び３９及び蛍光体３６には駆動電源３５により電圧を加えられる構造になっている。この紫外線イメージ管３０において、紫外線透過窓３１を通した紫外線の照射により光電面３３から放出された光電子が、フォーカス電極３８及び３９により集束され、蛍光体３６に入射することにより像光が出力窓３７を通して出力される。
【００３２】
また、図１０は、本実施形態に係るＸ線イメージインテンシファイア４０の構成図である。このＸ線イメージインテンシファイア４０は、一底面が湾曲し他底面にガラス筐体４５と凸部を有する金属真空容器４４内の一底面にアルミニウムからなるＸ線透過窓４１、紫外線シンチレータ４２、ＭｇｘＺｎ（１−ｘ）Ｏ光電面４３が順に配置され、他底面の凸部にコバールガラスからなる出力窓４８、蛍光体４７が順に配置されている。また、他底面の凸部との境目からフォーカス電極４６が導入されている。このＸ線イメージインテンシファイア４０において、Ｘ線透過窓４１を通したＸ線の照射により紫外線シンチレータ４２から紫外線が照射され、これを受けた光電面４３から放出された光電子が、フォーカス電極４６により集束され、蛍光体４７に入射することにより像光が出力窓４８を通して出力される。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、高い特性を有する光電面、並びに、それを備える光電子増倍管、Ｘ線発生装置、紫外線イメージ管及びＸ線イメージインテンシファイアを提供することができる。なお、本発明に係る光電面、並びに、それを備えるＸ線発生装置、紫外線イメージ管及びＸ線イメージインテンシファイアは上記実施形態記載の態様に限定されるものではなく、さまざまな変形態様を採ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係る光電面、及び、この光電面を用いたサイドオン型光電子増倍管の作製方法を説明するフローチャートである。
【図２】本実施形態に係る光電面の断面図である。
【図３】サイドオン型光電子増倍管の断面図である。
【図４】分光感度を示すグラフである。
【図５】分光感度を示すグラフである。
【図６】分光感度を示すグラフである。
【図７】結晶性測定の結果を示すグラフである。
【図８】本実施形態に係るＸ線発生装置の構成図である。
【図９】本実施形態に係る紫外線イメージ管の構成図である。
【図１０】本実施形態に係るＸ線イメージインテンシファイアの構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…真空バルブ、１１…光電面、１２…ダイノード１２、１３…アノード電極、１４…シールド板、１５…メッシュ電極、１６…窓材、２０…Ｘ線発生装置、２１…紫外線透過窓、２３…光電面、２４…真空容器、２５…駆動電源、２６…Ｘ線ターゲット、２７…Ｘ線透過窓、２８…ゲート電極、２９…フォーカス電極、３０…紫外線イメージ管、３１…紫外線透過窓、３２…ＭｇＯ層、３３…光電面、３４…真空容器、３５…駆動電源、３６…蛍光体、３７…出力窓、３８、３９…フォーカス電極、４０…Ｘ線イメージインテンシファイア、４１…Ｘ線透過窓、４２…紫外線シンチレータ、４３…光電面、４４…真空容器、４５…ガラス筐体、４６…フォーカス電極、４７…蛍光体、４８…出力窓
【図１】
2007026785.tif 000003
【図２】
2007026785.tif 000004
【図３】
2007026785.tif 000005
【図４】
2007026785.tif 000006
【図５】
2007026785.tif 000007
【図６】
2007026785.tif 000008
【図７】
2007026785.tif 000009
【図８】
2007026785.tif 000010
【図９】
2007026785.tif 000011
【図１０】
2007026785.tif 000012