專利名稱：透射型二次電子面及電子管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種讓所入射的一次電子生成的二次電子射出的透射型二次電子面及具備透射型二次電子面的電子管。
背景技術(shù)：
近年來，作為電子管所用的二次電子面，采用金剛石的二次電子面受到關(guān)注。其原因在于，金剛石具有負(fù)值的電子親和力，其二次電子射出效率高。文獻(xiàn)″Thin Solid Films(固體薄膜)253(1994)p151″中報(bào)導(dǎo)了一例采用這樣的金剛石作為射出二次電子的出射面和一次電子入射的入射面為同一面的反射型二次電子面的材料的例子。該二次電子面中，在Mo、Pd、Ti、或AlN等制成的基板上，形成有其表面具有氫終端的多晶金剛石薄膜，使其二次電子射出效率得以提高。

發(fā)明內(nèi)容
反射型二次電子面如上所述，入射面和出射面為同一面。因此，隨著一次電子的入射，便發(fā)生氫終端脫離等出射面狀態(tài)變化，而使其二次電子射出效率降低。為了消除這種缺點(diǎn)，已經(jīng)有專利披露了入射面和出射面采用不同面的透射型二次電子面的技術(shù)(日本特開平10-144251號公報(bào)、美國專利U.S.Pat.5,986,387號)。
圖11示出一例具備已有的透射型二次電子面的電子管的構(gòu)成圖。該電子管包括光電子射出面構(gòu)成的陰極101、透射型二次電子面102、以及陽極103。而且，透射型二次電子面102由金剛石薄膜102a和用于加強(qiáng)其剛性的增增強(qiáng)裝置102b組成。這種構(gòu)成中，一旦由于光的入射而有光電子從陰極101射出，該光電子便入射到透射型二次電子面102上而有二次電子生成，并向陽極103射出。于是，涂覆在玻璃面板103b上的熒光體103a便隨著入射到陽極103的二次電子而發(fā)光。
而且，如圖12所示，還披露了在與作為采用金剛石的透射型二次電子面的出射面對置的陽極上加上電壓，使二次電子加速的透射型二次電子面(美國專利U.S.Pat.6,060,839號)。在該透射型二次電子面中，一旦一次電子通過電極105入射到金剛石薄膜106，便有二次電子生成并射出。該二次電子在陽極107上所加的電壓形成的電場的作用下，朝陽極107的方向加速。
但對于以上所示的透射型二次電子面，目前尚未實(shí)現(xiàn)其二次電子射出效率足以實(shí)際應(yīng)用的二次電子面。其理由如下。具體地說，透射型二次電子面中，由一次電子入射生成的二次電子必須移動至入射面的相反一側(cè)的出射面，從其表面射出。為此，需要將金剛石膜厚做得相當(dāng)薄，薄到電子擴(kuò)散長度(平均自由程)的大小。
而且，由本申請發(fā)明人所進(jìn)行的光電子射出實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，金剛石膜內(nèi)的電子擴(kuò)散長為0.05μm左右。所以，為了在透射型二次電子面上使二次電子高效率射出，需要使金剛石薄膜的膜厚與擴(kuò)散長度大約相同，即達(dá)到0.05μm左右。但實(shí)際上這樣的非常薄的金剛石膜，由于機(jī)械強(qiáng)度不足、均勻性差，難以實(shí)現(xiàn)如上所述的透射型二次電子面。
另一方面，為了使金剛石薄膜具有充分的機(jī)械強(qiáng)度，要求至少有數(shù)μm的膜厚，但就這樣的厚膜來說，由一次電子入射所生成的二次電子幾乎無法到達(dá)入射面的相反一側(cè)的出射面。因此其結(jié)果是，二次電子射出效率非常低，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)用的透射型二次電子面。
本發(fā)明正是為了解決上述問題而作出的，其目的在于提供一種可相對于一次電子的入射使二次電子高效率射出的透射型二次電子面及使用它的電子管。
為了達(dá)成這種目的，本發(fā)明的透射型二次電子面，能夠使所入射的一次電子生成的二次電子射出，其特征在于，包括二次電子射出層，由金剛石或以金剛石為主要成分的材料制成，其中一面為使所述一次電子入射的入射面，另一面為使二次電子射出的出射面形成；以及電壓施加裝置，對所述二次電子射出層在入射面和出射面之間加以規(guī)定電壓。
利用這種構(gòu)成，便可通過形成為二次電子射出層其中一面為入射面，另一面為出射面的透射型二次電子面，來避免出射面的表面狀態(tài)隨一次電子的入射而變化，防止二次電子的射出效率降低。而且，可通過將金剛石或以金剛石為主要成分的材料用于二次電子射出層，來提高相對于一次電子的，二次電子射出效率。而且，可通過電壓施加裝置在二次電子射出層內(nèi)部形成電場，來使二次電子容易到達(dá)出射面，使其能夠高效率射出。
而且，本發(fā)明的電子管，其特征在于，包括上述透射型二次電子面；使一次電子向透射型二次電子面方向釋放的電子源；用以收集從所述透射型二次電子面射出的所述二次電子的陽極；以及容納透射型二次電子面、電子源、及陽極的容器。采用使用透射型二次電子面的這種電子管，可相對于一次電子的入射高效率地獲得二次電子。


圖1是透射型二次電子面第一實(shí)施方式的構(gòu)成的側(cè)向剖面圖；圖2是圖1中所示透射型二次電子面的立體圖；圖3A～圖3E是示出圖1中所示透射型二次電子面的制造工序的工序圖；圖4是示出透射型二次電子面第二實(shí)施方式的構(gòu)成的側(cè)向剖面圖；圖5是示出透射型二次電子面第三實(shí)施方式的構(gòu)成的側(cè)向剖面圖；圖6A和圖6B是示出透射型二次電子面第四實(shí)施方式的構(gòu)成的(A)側(cè)向剖面圖和(B)底面圖；圖7是作為電子管的第一實(shí)施方式，示意性示出光電倍增管一實(shí)施方式的構(gòu)成的剖面圖；圖8是作為電子管的第二實(shí)施方式，示意性示出光電倍增管另一實(shí)施方式的構(gòu)成的剖面圖；圖9是作為電子管的第三實(shí)施方式，示意性示出圖像增強(qiáng)管(像增強(qiáng)器)的構(gòu)成的剖面圖；圖10是作為電子管的第四實(shí)施方式，示意性示出平面顯示裝置的構(gòu)成的剖面圖；圖11是示出一例配備現(xiàn)有的透射型二次電子面的電子管的構(gòu)成圖；圖12是示出另一例現(xiàn)有透射型二次電子面的構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明透射型二次電子面和電子管的優(yōu)選實(shí)施方式。另外，對附圖的說明中同一組成注上相同標(biāo)號，并省略重復(fù)說明。而且，附圖中的尺寸比例不一定與所說明內(nèi)容一致。
圖1是示出本發(fā)明透射型二次電子面第一實(shí)施方式構(gòu)成的側(cè)向剖面圖。而且，圖2是圖1中所示透射型二次電子面的立體圖。
圖1所示的透射型二次電子面由二次電子射出層1、支持框21、第一電極31、以及第二電極32所構(gòu)成。該透射型二次電子面，是由于一次電子的入射而在二次電子射出層1內(nèi)部生成二次電子，并使該二次電子射出至外部的二次電子面。而且，具有二次電子射出層1其中一面(圖1中的上表面)為讓一次電子入射的入射面，而作為其相反一側(cè)的面的另一面(圖1中的下表面)為使二次電子射出的出射面所形成的透射型構(gòu)成。
二次電子射出層1由金剛石或以金剛石為主要成分的材料形成的金剛石膜制成。該二次電子射出層1，最好是形成得比一次電子入射的入射深度大足夠多。而且，二次電子射出層1最好是出射面經(jīng)過終端處理而氧終端化或氫終端化。
支持框21為加強(qiáng)形成得較薄的二次電子射出層1的機(jī)械強(qiáng)度的支持裝置。該支持框21由Si等材料制成，并設(shè)置于二次電子射出層1的出射面上的外緣部。
第一電極31為與二次電子射出層1的入射面相對設(shè)置的入射面?zhèn)入姌O。本實(shí)施方式中，如圖2所示在二次電子射出層1的入射面上以格子形狀形成有第一電極31。而且，第二電極32為與二次電子射出層1的出射面相對設(shè)置的出射面?zhèn)入姌O。本實(shí)施方式中，支持框21的二次電子射出層1一側(cè)的相反側(cè)整個(gè)面上形成有第二電極32。上述第一電極31和第二電極32設(shè)置為在二次電子射出層1的入射面與出射面之間施加電壓，在二次電子射出層1內(nèi)部形成電場的電壓施加手段。
而且，二次電子射出層1的出射面上形成有用以使出射面的功函數(shù)降低的活性層11。
上述透射型二次電子面構(gòu)成中，一旦一次電子從二次電子射出層1的入射面入射，便在二次電子射出層1內(nèi)部生成與一次電子的入射能量相應(yīng)的二次電子。而且，由于由在第一電極31和第二電極32兩者間連接的電源33加上規(guī)定電壓，二次電子射出層1內(nèi)部形成有出射面一側(cè)為正，入射面一側(cè)為負(fù)這樣的電場。二次電子射出層1內(nèi)部生成的二次電子因該電場而向出射面方向加速，到達(dá)出射面后，通過活性層11射出到透射型二次電子面的外部。
本實(shí)施方式的透射型二次電子面可得到以下所述的效果。
圖1所示的透射型二次電子面，具有二次電子射出層1其中一面為入射面，另一面為出射面的透射型構(gòu)成。這樣，由于采用透射型構(gòu)成，而非以一次電子所入射的入射面作為二次電子射出的出射面這種反射型構(gòu)成，可防止由于一次電子入射而造成出射面表面狀態(tài)發(fā)生變化。以此可使出射面的功函數(shù)的變化受到抑制，因而可防止二次電子射出效率降低。
而且，二次電子射出層1用金剛石或以金剛石為主要成分的材料形成。金剛石由于具有負(fù)值的電子親和力，因而二次電子射出效率高。因此，二次電子射出層1可相對于一次電子的入射高效率地使二次電子射出。
而且，二次電子射出層1的入射面一側(cè)設(shè)置第一電極31，出射面一側(cè)設(shè)置第二電極32，在二次電子射出層1內(nèi)部形成電場。以此可使二次電子射出層1內(nèi)部生成的二次電子高效率地到達(dá)出射面，從而可提高二次電子射出到透射型二次電子面外部的效率。
通常，為了使二次電子射出層1內(nèi)部所生成的二次電子射出到二次電子射出層1外部，需要將二次電子射出層1的厚度形成為與二次電子的擴(kuò)散長(平均自由程)為大約相同，以便使二次電子射出到外部。但將這樣的厚度的二次電子射出層1做成以金剛石或以金剛石為主要成分的金剛石膜很困難。
反之，本實(shí)施方式的透射型二次電子面，在二次電子射出層1內(nèi)部形成電場，使二次電子射出層1內(nèi)部所生成的二次電子向出射面方向加速。這樣，即使是二次電子射出層1的厚度為例如約數(shù)μm，比擴(kuò)散長厚的情況下，也可以使二次電子高效率射出。
這里，作為二次電子射出層1的材料來說，最好是采用多晶金剛石或以多晶金剛石為主要成分的材料。多晶金剛石由粒狀晶體構(gòu)成，因而內(nèi)部有粒狀晶體表面即晶界面。而且，在二次電子射出層1內(nèi)部生成的二次電子從其擴(kuò)散的全部方向上存在的晶界面射出。
因此，多晶金剛石中，二次電子從生成至射出的移動距離較短，所射出的二次電子數(shù)目較多。其結(jié)果是，可得到較高的射出效率。而且，多晶金剛石與單晶金剛石相比可低成本、大量地制造，所以采用多晶金剛石作為二次電子射出層1材料的話，便可抑制透射型二次電子面的制造成本。
而且，二次電子射出層1出射面上的外緣部設(shè)置有支持框21作為支持裝置。二次電子射出層1為了使內(nèi)部所生成的二次電子射出，因此做得較薄，因而有時(shí)機(jī)械強(qiáng)度不充分。象這樣需要加強(qiáng)二次電子射出層1的機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，可以將支持框21這樣的支持裝置設(shè)置于出射面上的外緣部等適當(dāng)位置。以此可以加強(qiáng)二次電子射出層1的機(jī)械強(qiáng)度。
而且，最好是對二次電子射出層1的出射面進(jìn)行氧終端化處理。二次電子射出層1的出射面通過氧終端化處理，二次電子射出層1的出射面變得穩(wěn)定，可使電氣特性長期保持?；蛘?，也可以對二次電子射出層1的出射面表面進(jìn)行氫終端化處理。即便是氫終端化時(shí)也可以使二次電子射出層1的出射面的功函數(shù)降低，從而可使到達(dá)出射面的二次電子很容易射出到透射型二次電子面的外部。
而且，二次電子射出層1由多晶金剛石或以多晶金剛石為主要成分的材料制成時(shí)，最好是對二次電子射出層1的多晶金剛石的表面和晶界面進(jìn)行氧終端化處理。通過使上述面氧終端化，二次電子射出層1的出射面變得穩(wěn)定，可使電氣特性長期保持。
另外，圖1所示的透射型二次電子面具有透射型構(gòu)成，因而一次電子不入射至出射面，上述終端處理所形成的表面狀態(tài)保持不變。借助于此可通過終端處理維持較高的二次電子射出效率。
而且，二次電子射出層1的出射面上較好形成一具有使金剛石功函數(shù)減低這種性質(zhì)的活性層11。通過使二次電子射出層1的出射面的功函數(shù)降低，可使到達(dá)二次電子射出層出射面的二次電子更加容易從二次電子射出層1的出射面射出。而且，該活性層可通過用堿金屬、堿金屬的氧化物、堿金屬的氟化物等形成，來優(yōu)化上述效果。
下面說明圖1所示的透射型二次電子面的制造方法和具體構(gòu)成之一例。圖3A～圖3E是示出圖1中所示透射型二次電子面的制造工序的工序圖。
首先，在Si制成的基板20其中一面上沉積約5μm厚度的多晶金剛石制成的二次電子射出層1(圖3A)。作為形成這樣薄的多晶金剛石層的方法，可以采用基于用熱燈絲或微波等離子體的化學(xué)氣相沉積法(CVD)、激光消融法等的合成方法。而且，基板20的材料不限于Si，也可以用鉬或鉭這種高熔點(diǎn)金屬、石英、或藍(lán)寶石這種材料。
接著，通過蒸鍍在基板20另一面上形成第二電極32(圖3B)。接下來，從基板20另一面?zhèn)扔眠m當(dāng)尺寸的掩模蝕刻去除第二電極32和基板20兩者中的一部分，使二次電子射出層1部分露出(圖3C)。蝕刻用HF+HNO3溶液或KOH溶液進(jìn)行，一旦對基板20蝕刻使二次電子射出層1露出，蝕刻便自動停止?；?0當(dāng)中未被蝕刻去除的部分作為支持框21，具有加強(qiáng)二次電子射出層1的機(jī)械強(qiáng)度的功能。
而且，二次電子射出層1的與蝕刻露出的面(出射面)相反側(cè)的面(入射面)上，用光刻技術(shù)和提升技術(shù)形成適當(dāng)尺寸的格子形狀的第一電極31(圖3D)。接下來，在真空中保持它們，在對二次電子射出層1的出射面進(jìn)行凈化后使出射面等氧終端化或氫終端化。
最后，在二次電子射出層1的出射面上涂覆堿金屬、堿金屬的氧化物、堿金屬的氟化物等具有使金剛石表面功函數(shù)降低這種性質(zhì)的材料，以形成活性層11(圖3E)。
利用上述制造工序可制造第一實(shí)施方式的透射型二次電子面。但是透射型二次電子面的制造方法和具體構(gòu)成不限于本實(shí)施例，可以用各種方法和構(gòu)成。
圖4是示出透射型二次電子面第二實(shí)施方式構(gòu)成的側(cè)向剖面圖。
圖4所示的透射型二次電子面由二次電子射出層1、活性層11、支持框21、第一電極膜31a、輔助電極34、以及第二電極32所構(gòu)成。這當(dāng)中二次電子射出層1、活性層11、支持框21、以及第二電極32的構(gòu)成與圖1所示的透射型二次電子面相同。
第一電極膜31a在二次電子射出層1的入射面上形成為薄膜狀。第一電極膜31a形成得極薄(厚度約為30～150？)，使得二次電子射出層1內(nèi)部生成的二次電子不被第一電極31a所吸收。而且，還在第一電極膜31a的規(guī)定位置形成有輔助電極34，用于與形成為薄膜狀的第一電極膜31a電連接。
本實(shí)施方式的透射型二次電子面，具有二次電子射出層1的一面為入射面、另一面為出射面這種透射型構(gòu)成。利用這種構(gòu)成可防止出射面表面狀態(tài)發(fā)生變化，防止二次電子射出效率降低。而且，通過用金剛石或以金剛石為主要成分的材料形成二次電子射出層，二次電子射出層1可使二次電子相對于一次電子的入射高效率射出。
而且，二次電子射出層1的入射面一側(cè)設(shè)置第一電極膜31a、出射面一側(cè)設(shè)置第二電極32，在二次電子射出層1內(nèi)部形成電場。通過在二次電子射出層1內(nèi)部形成電場，使二次電子射出層1內(nèi)部生成的二次電子向出射面方向加速，可使二次電子高效率射出到透射型二次電子面的外部。
而且，第一電極膜31a在二次電子射出層1的入射面上形成為薄膜狀。構(gòu)成電壓施加裝置的電極當(dāng)中，與二次電子射出層1相接的電極，可以通過如圖1所示的第一電極31那樣形成來使透射型二次電子面能夠較適宜地工作，而需要使制造工序更為簡便時(shí)，可以通過蒸鍍等方法形成為如圖4所示的薄膜狀。
可通過這樣形成，能夠以簡便的制造工序設(shè)置用以使透射型二次電子面的二次電子射出效率提高的電壓施加裝置。而且，通過將第一電極膜31a如上所述形成得極薄，一次電子便可不被第一電極膜31a所吸收地到達(dá)二次電子射出層1。
圖5是示出透射型二次電子面第三實(shí)施方式的構(gòu)成的側(cè)向剖面圖。
圖5所示的透射型二次電子面由二次電子射出層1、活性層11、支持框22、第一電極35、以及第二電極36所構(gòu)成。這當(dāng)中二次電子射出層1、以及活性層11的構(gòu)成與圖1所示的透射型二次電子面相同。
支持框22為加強(qiáng)形成得較薄的二次電子射出層1的機(jī)械強(qiáng)度的支持裝置。該支持框22設(shè)置在二次電子射出層1入射面上的外緣部。
第一電極35為與二次電子射出層1的入射面相對設(shè)置的入射面?zhèn)入姌O。本實(shí)施方式中，支持框22的二次電子射出層1一側(cè)的相反側(cè)的整面上形成有第一電極35。而且，第二電極36為與二次電子射出層1的出射面相對設(shè)置的出射面?zhèn)入姌O。本實(shí)施方式中，二次電子射出層1的出射面上形成有格子形狀的第二電極36。上述第一電極35和第二電極36設(shè)置為在二次電子射出層1的入射面和出射面兩者間加上電壓，在二次電子射出層1內(nèi)部形成電場的電壓施加裝置。
本實(shí)施方式的透射型二次電子面，具有二次電子射出層1的其中一面為入射面、另一面為出射面的透射型構(gòu)成。利用這種構(gòu)成可防止出射面的表面狀態(tài)發(fā)生變化，防止二次電子射出效率降低。而且，通過用金剛石或以金剛石為主要成分的材料形成二次電子射出層1，二次電子射出層1可使二次電子相對于一次電子的入射高效率地射出。
而且，通過在二次電子射出層1的入射面一側(cè)設(shè)置第一電極35、出射面一側(cè)設(shè)置第二電極36，在二次電子射出層1內(nèi)部形成電場。通過在二次電子射出層1內(nèi)部形成電場，使二次電子射出層1內(nèi)部生成的二次電子向出射面方向加速，可使二次電子高效率射出到透射型二次電子面的外部。
而且，二次電子射出層1的入射面上的外緣部設(shè)置有支持框22作為支持裝置。需要加強(qiáng)形成得較薄的二次電子射出層1的機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，除了如圖1所示將支持裝置設(shè)置于出射面上以外，還像本實(shí)施方式那樣設(shè)置于入射面上，這樣也能夠適宜地加強(qiáng)二次電子射出層1的機(jī)械強(qiáng)度。
圖6A和圖6B圖示的是透射型二次電子面的第四實(shí)施方式的構(gòu)成。圖6A是透射型二次電子面的側(cè)向剖面圖，圖6B是從第二電極32一側(cè)觀察透射型二次電子面的底面圖。
圖6A和圖6B所示的透射型二次電子面，由二次電子射出層1、活性層11、支持框23、第一電極31、以及第二電極32構(gòu)成。這當(dāng)中二次電子射出層1、活性層11、以及第一電極31的構(gòu)成與圖1所示的透射型二次電子面相同。
支持框23在二次電子射出層1的出射面上設(shè)置為圖6B所示的格子形狀。該支持框23形成得使得各個(gè)格子框內(nèi)的形狀和面積均等。而且，象這樣設(shè)置為格子形狀的支持框23，與二次電子射出層1一側(cè)相反側(cè)的整個(gè)面上形成有第二電極32。
本實(shí)施方式的透射型二次電子面，具有二次電子射出層1的其中一面為入射面、另一面為出射面這種透射型構(gòu)成。利用這種構(gòu)成可防止出射面的表面狀態(tài)發(fā)生變化，防止二次電子射出效率降低。而且，通過用金剛石或以金剛石為主要成分的材料形成二次電子射出層1，二次電子射出層1便可使二次電子相對于一次電子的入射高效率地射出。
而且，通過在二次電子射出層1的入射面一側(cè)設(shè)置第一電極31，出射面一側(cè)設(shè)置第二電極32，在二次電子射出層1內(nèi)部形成電場。通過在二次電子射出層1內(nèi)部形成電場，使二次電子射出層1內(nèi)部生成的二次電子向出射面方向加速，可使二次電子高效率射出到透射型二次電子面的外部。
而且，用以加強(qiáng)二次電子射出層1的機(jī)械強(qiáng)度的支持框23設(shè)置為格子形狀。在二次電子射出層1為相對較小面積時(shí)，可用圖1所示形狀的支持裝置充分加強(qiáng)強(qiáng)度。但由于二次電子射出層1的面積較大等原因，而需要進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，可通過設(shè)置如本實(shí)施方式這種形狀的支持裝置，來進(jìn)一步加強(qiáng)二次電子射出層1的機(jī)械強(qiáng)度。
這時(shí)，只要設(shè)置支持框23使得各格子框內(nèi)的形狀和面積均等，便可使機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)。另外，支持裝置的形狀不限于上述格子形狀，還可以有各種形狀。
另外，透射型二次電子面的第三和第四實(shí)施方式中，是將第二電極36和第一電極31形成為格子形狀的，但也可以如第二實(shí)施方式中第一電極膜31a那樣形成為薄膜狀。作為二次電子射出層1的表面設(shè)置的電極形狀來說，可適當(dāng)選擇格子形狀、薄膜狀、或其他形狀。
上面詳細(xì)說明的透射型二次電子面，可用于光電倍增管、圖像增強(qiáng)管等電子管。下面討論關(guān)于這種電子管的實(shí)施方式。
圖7是作為本發(fā)明電子管的第一實(shí)施方式，示意性示出光電倍增管一實(shí)施方式構(gòu)成的剖面圖。
圖7所示的光電倍增管，由將被檢測光變換為光電子放出的光電陰極41、使光電子實(shí)現(xiàn)二次電子倍增的透射型二次電子面5、用于收集經(jīng)過倍增的二次電子的陽極6、以及在真空狀態(tài)下容納這些構(gòu)件的容器即真空容器7所構(gòu)成。這些組成部分在真空容器7的內(nèi)部從被檢測光入射側(cè)開始按光電陰極41、透射型二次電子面5、陽極6的順序，保持規(guī)定間隔配置。
光電陰極41是使作為一次電子的光電子向透射型二次電子面5方向射出的電子源，本實(shí)施方式中采用的是被檢測光入射面和光電子出射面不同的透射型光電陰極。作為光電陰極41來說，不限于這種透射型，也可以采用反射型的光電陰極。
而且，相對于該光電陰極41保持規(guī)定距離設(shè)置透射型二次電子面5。作為透射型二次電子面5，采用的是用金剛石或以金剛石為主要成分的材料并具有上述構(gòu)成的透射型二次電子面。該透射型二次電子面，使光電陰極41射出的光電子作為一次電子從入射面入射，通過二次電子倍增從入射面相反一側(cè)的出射面射出二次電子。而且，相對于透射型二次電子面5的出射面保持規(guī)定距離設(shè)置陽極6。陽極6對透射型二次電子面5射出的二次電子進(jìn)行收集。
而且，光電陰極41、透射型二次電子面5、以及陽極6內(nèi)置于內(nèi)部形成為真空狀態(tài)的密閉容器即真空容器7內(nèi)。真空容器7中，與被檢測光入射的光電陰極41對置的面上設(shè)置有入射窗71。借助于此，所入射光當(dāng)中規(guī)定波長的被檢測光能夠高效率地入射到光電陰極41。而且，光電陰極41、透射型二次電子面5、以及陽極6上以光電陰極41一側(cè)為負(fù)電位、陽極6一側(cè)為正電位分段加上電壓，形成電場。
上述構(gòu)成中，被檢測光一旦通過入射窗71入射到光電陰極41的入射面，光電陰極41上便有作為一次電子的光電子產(chǎn)生，由出射面射出到真空容器7內(nèi)部的真空中。透射型二次電子面5的入射面上，相對于光電陰極41加上正電壓，形成電場，射出到真空中的光電子得到加速后入射到透射型二次電子面5。
而且，透射型二次電子面5中光電子由于電場的加速相應(yīng)得到倍增，成為二次電子后再次射入真空中。陽極6相對于透射型二次電子面5的出射面加上正電壓形成電場，從透射型二次電子面5射出的二次電子為陽極6所收集，作為入射的被檢測光的檢測信號被取出到光電倍增管的外部。
圖7所示的光電倍增管，包括具有上述構(gòu)成的透射型二次電子面5。以此可相對于光電子(一次電子)高效率地獲得二次電子，實(shí)現(xiàn)一種能夠以較高的二次電子倍增率檢測被檢測光的光電倍增管。而且，通過這樣提高二次電子倍增率，可以以高信噪比，高精度地檢測被檢測光。
圖8是作為電子管的第二實(shí)施方式示意性示出光電倍增管其他實(shí)施方式的構(gòu)成的剖面圖。
圖8所示的光電倍增管，由光電陰極41、透射型二次電子面5、陽極6、以及真空容器7構(gòu)成。這當(dāng)中光電陰極41、陽極6、以及真空容器7的構(gòu)成與圖7所示的光電倍增管相同。
本實(shí)施方式中，透射型二次電子面5使用多個(gè)(圖8中為3個(gè))。多個(gè)透射型二次電子面5分別使用采用金剛石或以金剛石為主要成分的材料并具有上述構(gòu)成的透射型二次電子面。而且，這樣的多個(gè)透射型二次電子面5以規(guī)定間隔排列為彼此的出射面與入射面相向。而且處于距光電陰極41最遠(yuǎn)端位置的透射型二次電子面5的出射面的規(guī)定距離上設(shè)置陽極6。陽極6對該透射型二次電子面5射出的二次電子進(jìn)行收集。
在上述構(gòu)成中，被檢測光一旦通過入射窗71入射到光電陰極41，光電陰極41中便有光電子產(chǎn)生，射出到真空容器7內(nèi)部的真空中。射出到真空中的光電子，作為一次電子入射到處于離光電陰極41最近的位置上的透射型二次電子面5，經(jīng)過倍增作后為二次電子放出。接著，由此后排列的多個(gè)透射型二次電子面5反復(fù)倍增。最后，經(jīng)過倍增的二次電子為陽極6所收集，作為入射的被檢測光的檢測信號取出到光電倍增管的外部。
圖8所示的光電倍增管中，通過采用多個(gè)具有上述構(gòu)成的透射型二次電子面5，可實(shí)現(xiàn)一種能夠以更高的二次電子倍增率檢測被檢測光的光電倍增管。借助于此，可以以高信噪比、高精度地檢測被檢測光。
而且，即便是像本實(shí)施方式那樣需要用多個(gè)二次電子面的情況下，只要使用上述透射型二次電子面5，就能夠?qū)⒍鄠€(gè)二次電子面迭層為薄型。
另外，上述光電倍增管的各實(shí)施方式，是屬于光電陰極41和透射型二次電子5、陽極6對置這種所謂近接型構(gòu)成的，但也可以形成為例如光電陰極41和透射型二次電子面5兩者間配備靜電透鏡來收斂光電子這種所謂靜電收斂型構(gòu)成。
而且，所配備的是用以收集二次電子的陽極6，但也可以配備光敏二極管等半導(dǎo)體元件來替代陽極6。通過使之作為將二次電子直接射入這類半導(dǎo)體元件這種所謂電子射入型光電倍增管工作，便可較適宜地實(shí)施上述光電倍增管的各實(shí)施方式。
圖9是作為電子管的第三實(shí)施方式示意性示出圖像增強(qiáng)管(像增強(qiáng)器)構(gòu)成的剖面圖。
圖9所示的圖像增強(qiáng)管，由光電陰極41、透射型二次電子面5、陽極6a、以及真空容器7構(gòu)成。這當(dāng)中光電陰極41、透射型二次電子面5、以及真空容器7的構(gòu)成與圖7所示的光電倍增管大致相同。
陽極6a具有對從透射型二次電子面5射出的二次電子進(jìn)行收集的功能，并相對于透射型二次電子面5的出射面保持規(guī)定距離設(shè)置。而且，該陽極6a具有因電子入射而發(fā)光的熒光體所制成的熒光面。
上述構(gòu)成中，構(gòu)成圖像的被檢測光一旦透射入射窗71入射到光電陰極41，在光電陰極41便有光電子產(chǎn)生并射出到真空容器7內(nèi)部。接著，射出的光電子入射到透射型二次電子面5。此時(shí)透射型二次電子面5的入射面上相對于光電陰極41加上正電壓而形成電場。光電子與該電場平行行進(jìn)，所以能夠在確保入射到圖像增強(qiáng)管時(shí)的二維信息的情況下入射到透射型二次電子面5。
入射到透射型二次電子面5的光電子經(jīng)過倍增作為二次電子射出，為具有熒光面的陽極6a所收集。此時(shí)，陽極6a上相對于透射型二次電子面5的出射面施加有正電壓。由此形成電場，從而在確保光電子所具有的二維信息的情況下由陽極6a收集二次電子，從而陽極6a的熒光面發(fā)光。通過以上動作，入射到圖像增強(qiáng)管的被檢測光的圖像便得到增強(qiáng)，可從陽極6a的熒光面作為圖像輸出。
圖9所示的圖像增強(qiáng)管中，通過采用具有上述構(gòu)成的透射型二次電子面5，可實(shí)現(xiàn)一種能夠相對于被檢測光的入射高效率獲得二次電子的圖像增強(qiáng)管。由此可獲得高亮度的圖像，所以即便是所入射的圖像很微弱的情況下，也能夠以高信噪比、高精度地還原圖像。
另外，上述圖像增強(qiáng)管中，盡管是用熒光面作為利用二次電子發(fā)光的手段，但這種手段只要是可將電子變換為圖像的手段就行。例如，也可配備電荷耦合元件(CCD)等攝像元件來替代具有熒光面的陽極6a，通過使二次電子直接射入攝像元件形成圖像來得到同樣效果。
圖10是作為電子管的第四實(shí)施方式示意性示出平面顯示裝置的構(gòu)成的剖面圖。
圖10所示的平面顯示裝置為由場致發(fā)射電子源陣列42、透射型二次電子面5、陽極6b、以及真空容器7所構(gòu)成的場致發(fā)射顯示器。這當(dāng)中透射型二次電子面5及真空容器7的構(gòu)成與圖9所示的圖像增強(qiáng)管大致相同。
陽極6b具有對二次電子進(jìn)行收集的功能，相對于透射型二次電子面5的出射面保持規(guī)定距離設(shè)置。該陽極6b具有因電子入射而發(fā)光的熒光體所制成的熒光面。熒光面排列有RGB像素，通過電子的入射顯示圖像。
場致發(fā)射電子源陣列42具有將許多場致發(fā)射電子源43排列為陣列狀的構(gòu)成。場致發(fā)射電子源43分別射出在平面顯示裝置中與輸出的圖像的RGB各個(gè)像素相對應(yīng)的電子。
在上述構(gòu)成中，與輸出圖像的各個(gè)像素相對應(yīng)的電子，從場致發(fā)射電子源43射出到真空容器7內(nèi)部。而且，所射出的電子入射到透射型二次電子面5。此時(shí)，透射型二次電子面5的入射面上相對于場致發(fā)射電子源陣列42加上有正電壓而形成電場。電子與該電場平行行進(jìn)，所以能夠在確保場致發(fā)射電子源43射出時(shí)的二維信息的情況下入射到透射型二次電子面5。
由入射到透射型二次電子面5的這種電子生成二次電子并射出，并由具有熒光面的陽極6b收集。此時(shí)，陽極6b相對于透射型二次電子面5的出射面加上有正電壓。由此形成電場，在確保電子所具有的二維信息的情況下由陽極6b收集二次電子。接著，陽極6b的熒光面上，規(guī)定的像素發(fā)光。通過以上動作，使得與輸出的圖像的各個(gè)像素相對應(yīng)的電子從場致發(fā)射電子源43中射出，透射型二次電子面5中生成的二次電子使熒光面發(fā)光。以此可輸出規(guī)定圖像。
圖10所示的平面顯示裝置中，通過采用具有上述構(gòu)成的透射型二次電子面5，可相對于電子(一次電子)的輸入高效率獲得二次電子，可實(shí)現(xiàn)使熒光面發(fā)光的平面顯示裝置。以此可以進(jìn)一步使平面顯示裝置的圖像輸出達(dá)到高亮度。而且，通過使大量電子在得到加速后入射至熒光面所產(chǎn)生的離子無法直接到達(dá)場致發(fā)射元件，所以能夠延長平面顯示裝置的壽命，并使之穩(wěn)定工作。
在這里，本實(shí)施方式中，配備了將許多場致發(fā)射電子源43排列為陣列狀的場致發(fā)射電子源陣列42，作為用以放出與圖像輸出相對應(yīng)的電子的電子源。作為本實(shí)施方式所用的電子源，除此以外還可形成為控制電極、集束電極、或其他電子源。以此可實(shí)現(xiàn)具有與上述平面顯示裝置相同效果的熒光顯示管。
另外，第三實(shí)施方式的圖像增強(qiáng)管和第四實(shí)施方式的平面顯示裝置中，如前文所述的第二實(shí)施方式的光電倍增管那樣需要用多個(gè)二次電子面時(shí)，通過采用上述透射型二次電子面5，可將多個(gè)二次電子面迭層為薄型，并且熒光面中能夠獲得所需的亮度。
本發(fā)明的透射型二次電子面和電子管，不限于上述實(shí)施方式，可有種種變形。例如，透射型二次電子面的各個(gè)實(shí)施方式中，在二次電子射出層1機(jī)械強(qiáng)度充分等情況下，也可以形成沒有用以加強(qiáng)該機(jī)械強(qiáng)度的支持框21～23的構(gòu)成。而且，在可以以足夠高效率從二次電子射出層1放出二次電子等情況下，也可以形成不設(shè)置使二次電子射出層1的出射面的功函數(shù)降低的活性層11的構(gòu)成。
而且，電子管的各個(gè)實(shí)施方式中，為了大型化而需要加強(qiáng)真空容器7機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，也可以在電子源和透射型二次電子面之間，或者透射型二次電子面和陽極之間等的真空容器7內(nèi)部，配備墊塊等加強(qiáng)裝置。
產(chǎn)業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的透射型二次電子面和電子管，如上述詳細(xì)說明所述，可用作可相對于一次電子入射使二次電子高效率射出的透射型二次電子面以及使用它的電子管。具體來說，通過形成為二次電子射出層其中一面為入射面，另一面為出射面這種透射型，能夠避免出射面表面狀態(tài)隨一次電子的入射而變化，防止二次電子射出效率降低。
而且，通過用金剛石或以金剛石為主要成分的材料制成二次電子射出層，可使二次電子高效率射出。而且，電壓施加裝置在二次電子射出層內(nèi)部形成電場，以此可使二次電子容易到達(dá)出射面，以高效率射出。
此外，如果將這種透射型二次電子面用于電子管，便可獲得一種能夠相對于電子源來的一次電子高效率獲得二次電子的電子管。
權(quán)利要求
1.一種透射型二次電子面，使所入射的一次電子生成的二次電子射出，其特征在于，具備二次電子射出層，由金剛石或以金剛石為主要成分的材料制成，其中一面構(gòu)成讓所述一次電子入射的入射面，另一面構(gòu)成所述二次電子射出的出射面；以及電壓施加裝置，對所述二次電子射出層，在所述入射面和所述出射面之間施加規(guī)定電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的透射型二次電子面，其特征在于，具備加強(qiáng)所述二次電子射出層的機(jī)械強(qiáng)度的支持裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的透射型二次電子面，其特征在于，所述二次電子射出層由多晶金剛石或以多晶金剛石為主要成分的材料制成。
4.如權(quán)利要求3所述的透射型二次電子面，其特征在于，所述二次電子射出層的所述多晶金剛石的表面和晶界面氧終端化。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的透射型二次電子面，其特征在于，所述二次電子射出層的所述出射面氫終端化。
6.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的透射型二次電子面，其特征在于，所述二次電子射出層的所述出射面氧終端化。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的透射型二次電子面，其特征在于，所述二次電子射出層的所述出射面上，形成有用以使所述二次電子射出層的功函數(shù)降低的活性層。
8.如權(quán)利要求7所述的透射型二次電子面，其特征在于，所述二次電子射出層的所述活性層由堿金屬、堿金屬氧化物、或堿金屬氟化物制成。
9.一種電子管，其特征在于，包括如權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的透射型二次電子面；使所述一次電子向所述透射型二次電子面方向射出的電子源；用以收集從所述透射型二次電子面射出的所述二次電子的陽極；以及容納所述透射型二次電子面、所述電子源、及所述陽極的容器。
10.如權(quán)利要求9所述的電子管，其特征在于，所述電子源由光電陰極組成，所述光電陰極將所入射的被檢測光激勵(lì)的光電子作為所述一次電子射出。
11.如權(quán)利要求9所述的電子管，其特征在于，所述電子源由光電陰極組成，所述光電陰極將所入射的被檢測光激勵(lì)的光電子作為所述一次電子射出，而所述陽極具有熒光面，所述熒光面隨所述二次電子的入射而發(fā)光。
12.如權(quán)利要求9所述的電子管，其特征在于，所述電子源由場致發(fā)射電子源組成，而所述陽極具有熒光面，所述熒光面隨所述二次電子的入射而發(fā)光。
13.如權(quán)利要求9所述的電子管，其特征在于，所述電子源由將多個(gè)場致發(fā)射電子源陣列狀排列的場致發(fā)射電子源陣列組成，而所述陽極具有熒光面，所述熒光面隨所述二次電子的入射而發(fā)光。
全文摘要
本發(fā)明的透射型二次電子面，包括下列構(gòu)成部分，即由金剛石或以金剛石為主要成分的材料所形成的二次電子射出層(1)；加強(qiáng)二次電子射出層(1)的機(jī)械強(qiáng)度的支持框(21)；與二次電子射出層(1)的入射面相對設(shè)置的第一電極(31)；以及與二次電子射出層(1)的出射面相對設(shè)置的第二電極(32)。而且，二次電子射出層(1)的入射面和出射面兩者間加上有電壓，在二次電子射出層(1)內(nèi)部形成有電場。一旦一次電子入射從而在二次電子射出層(1)內(nèi)部有二次電子生成，二次電子便被二次電子射出層(1)內(nèi)部形成的電場向出射面方向加速，射出至透射型二次電子面的外部。以此可實(shí)現(xiàn)一種可相對于一次電子的入射高效率地使二次電子射出的透射型二次電子面以及使用它的電子管。
文檔編號H01J31/50GK1639822SQ0380492
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月8日
發(fā)明者新垣實(shí), 內(nèi)山昌一, 菅博文 申請人:浜松光子學(xué)株式會社