專利名稱：光電倍增管的制作方法
技術領域：
本發明涉及檢測來自外部的入射光的光電倍增管。
背景技術：
一直以來，利用了微細加工技術的小型光電倍增管的開發不斷取得進展。已知的有，例如在透光性的絕緣基板上配置有光電面、倍增極以及陽極的平面型光電倍增管(參 照下述專利文獻1)。利用這樣的結構，可以高可靠性地檢測出微弱光，并且也可以實現裝置 的小型化。然而，在如上所述的現有的光電倍增管中，各級倍增極被配置在由絕緣基板以及 罩(cap)部件構成的箱體的絕緣基板上，隨著通過各級倍增極的二次電子面之間而軌道有 所擴大的倍增電子會易于入射到箱體的絕緣基板。在為了實現微細化而使箱體小型化的情 況下，這種趨勢尤為顯著。因此，存在箱體帶電而導致耐受電壓(withstand voltage)降低 的情況。專利文獻1 美國專利第5264693號的說明書
發明內容
因此，本發明正是鑒于上述問題，其目的在于提供一種光電倍增管，可以防止電子 向倍增極之間的箱體的絕緣部分入射，從而改善耐受電壓。為了解決上述問題，本發明的光電倍增管的特征在于，具備彼此相對地配置且各 自的相對面由絕緣材料構成的第1以及第2基板；與第1以及第2基板共同構成箱體的側 壁部；多級電子倍增部，該多級電子倍增部從第1基板的相對面上的一端側向另一端側依 次間隔地排列，且各自具有在與該相對面交叉的方向上延伸的二次電子面；光電面，該光電 面被配置于一端側且與電子倍增部相間隔，將來自外部的入射光變換為光電子并釋放光電 子；以及陽極部，該陽極部被配置于另一端側且與電子倍增部相間隔，將被電子倍增部倍增 的電子作為信號取出，第2基板的相對面被形成為覆蓋多個電子倍增部，在該相對面上，在 與多個電子倍增部的每一個相對的部位上，沿著相對面設置有多個導電部件，該多個導電 部件彼此電獨立并且被設定為與各自相對的電子倍增部等電位。根據這樣的光電倍增管，入射光入射到光電面而被變換為光電子，該光電子依次 入射到第1基板的相對面上的多級電子倍增部而被倍增，被倍增了的電子作為電信號而從 陽極部被取出。此時，在與第1基板相對的第2基板的相對面上，在與多極電子倍增部的每 一個相對的部位上，與各自相對的電子倍增部等電位的導電部件被設置為多個且彼此電獨 立，因此，能夠防止通過多級電子倍增部的級間的電子向第2基板的相對面入射。由此，能 夠防止由基板表面的帶電所導致的耐受電壓的降低。優選多個導電部件分別被形成為與相對的電子倍增部的另一端側的端部相比， 其另一端側的端部更向另一端側突出。在這種情況下，能夠更加可靠地防止通過電子倍增 部的級間的電子向第2基板的相對面入射。
此外，優選多個導電部件分別被形成為與相對的電子倍增部的一端側的端部相 比，其一端側的端部更靠近另一端側。采用這樣的結構，能夠通過確保鄰接的導電部件間的 距離從而抑制導電部件間的漏電流，從而可以提高耐受電壓。此外，還優選多個導電部件被連接于設置在第2基板上的多個給電部，多個電子 倍增部通過電連接于各自相對的導電部件，從而從多個給電部被給電。在這種情況下，經由 導電部件而向電子倍增部給電，從而可以使將導電部件設定為與電子倍增部等電位的情況 下的結構簡單。
圖1為本發明的一個優選實施方式所涉及的光電倍增管的立體圖。圖2為圖1的光電倍增管的分解立體圖。圖3為表示從圖1的光電倍增管的上側框架側看到的內部結構的部分截斷立體 圖。圖4為表示從圖1的光電倍增管的下側框架側看到的內部結構的部分截斷立體 圖。圖5為在圖3的電子倍增部以及下側框架上安裝有上側框架的狀態下沿V-V線的 部分放大截面圖。圖6為從上側框架側看到的圖3的聚焦電極以及電子倍增部的透視圖。圖7為表示圖5的導電膜的變形例的部分放大截面圖。圖8為表示圖5的導電膜的變形例的部分放大截面圖。圖9為表示圖5的電子倍增部、下側框架以及上側框架的比較例的部分放大截面圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發明所涉及的光電倍增管的優選實施方式。其中，在附 圖的說明中，對相同或相當的部分賦予同一符號并省略重復的說明。圖1為本發明的一個優選實施方式的光電倍增管1的立體圖，圖2為圖1的光電 倍增管1的分解立體圖。圖1所示的光電倍增管1為具有透過型光電面的光電倍增管，具有由上側框架 2 (第2基板)、側壁框架3 (側壁部)、與上側框架2夾持側壁框架3而相對的下側框架4 (第 1基板)構成的箱體。該光電倍增管1為電子管，其中，光向光電面入射的方向與電子倍增 部中的電子的倍增方向交叉，即若光從圖1的箭頭A所示的方向入射，則從光電面釋放的光 電子入射到電子倍增部，在箭頭B所示的方向上將二次電子級聯放大，并從陽極部取出信 號。此外，在以下的說明中，沿著電子倍增方向，將電子倍增路徑的上游側(光電面 側)作為“一端側”，而將下游側(陽極部側)作為另一端側。接著，詳細說明光電倍增管1 的各構成要素。如圖2所示，上側框架2被構成為以配線基板20為基材，該配線基板20為矩形平 板狀并且以絕緣性陶瓷為主要材料。這樣的配線基板使用可以進行微細的配線設計并且可以自由設計表面以及背面的配線圖案的LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics 低溫 共燒結陶瓷)等的多層配線基板。在配線基板20上，在其主面20b上，設置有與后述的光 電面22和聚焦電極37、電子倍增部31以及陽極部32電連接從而進行從外部給電和信號 的取出的多個導電性端子(給電部)201。該導電性端子201與在配線基板20的內部與主 面20b相對的絕緣性的相對面20a上的導電性端子(圖中沒有表示)相互連接，這些導電 性端子與光電面22、聚焦電極37、電子倍增部31以及陽極部32相連接。此外，在圖1以及 圖2中，為了簡化附圖，省略了導電性端子201的一部分。此外，上側框架2并不限于設置 有導電性端子201的多層配線基板，也可以為用于進行從外部給電和信號的取出的導電性 端子所貫通設置的由玻璃基板等的絕緣材料形成的板狀部件。此外，在光電面22與聚焦電 極37等電位的情況下，也可以設置共同的導電性端子。側壁框架3以矩形平板狀的硅基板30為基材。從硅基板30的主面30a向與之相 對的面30b形成有被框狀的側壁部302包圍的貫通部301。該貫通部301的開口為矩形，其 外周邊沿硅基板30的外周邊而形成。在該貫通部301的內部，從一端側向另一端側形成有聚焦電極37、電子倍增部31 以及陽極部32。這些聚焦電極37、電子倍增部31以及陽極部32通過利用RIE(ReaCtive Ion Etching，反應離子蝕刻)加工等對硅基板30進行加工而形成，以硅為主要材料。聚焦 電極37是用于將從后述的光電面22釋放的光電子向電子倍增部31引導的電極，被設置于 光電面22與電子倍增部31之間。電子倍增部31由沿著從光電面22向陽極部32的電子 倍增方向被設定為不同電位的N級(N為2以上的整數)倍增極(電子倍增部)構成，在各 級上具有多個電子倍增路(通道)。陽極部32被配置于與光電面22 —起夾持電子倍增部 31的位置。這些聚焦電極37、電子倍增部31以及陽極部32通過陽極接合、擴散接合、或者 利用低熔點金屬(例如銦)等的密封材的接合等而分別被固定于下側框架4，由此被二維 地配置于該下側框架4上(后面將詳細敘述)。此外，在貫通部301內，也同樣地形成電連 接光電面22以及光電面22用導電性端子201的柱狀部(圖中沒有表示)。此外，電子倍 增部31、聚焦電極37以及陽極部32也在貫通部301內分別與對應的導電性端子201相連 接(后面將詳細敘述)，且通過導電性端子201而被設定為規定電位。例如，在倍增極被構 成為10級的情況下，在10級倍增極中階梯性地施加以100V為間隔且相對于光電面22為 100 1000V的電壓，在陽極部32上施加相對于光電面22為1100V的電壓。下側框架以矩形平板狀的玻璃基板40為基材。該玻璃基板40利用作為絕緣材料 的玻璃而形成與配線基板20的相對面20a相對的相對面40a。在位于相對面40a上的與 側壁框架3的貫通部301相對的部位(與側壁部302相接合的區域以外的部位)的陽極部 32側的相反側的端部上，形成有作為透過型光電面的光電面22。以下，參照圖3以及圖4，更為詳細地說明光電倍增管1的內部結構。圖3為表示 從光電倍增管1的上側框架2側看到的內部結構的部分截斷立體圖，圖4為表示從光電倍 增管1的下側框架4側看到的內部結構的部分截斷立體圖。如圖3所示，電子倍增部31由從相對面40a上的一端側向另一端側(朝向作為電 子倍增方向的箭頭B所示的方向)依次相間隔地排列的多級倍增極構成。倍增極的級數并 不限定為規定的級數，在該圖中，例示了由第1級 第10級倍增極31a 31 j構成的情況。 在這些多級倍增極31a 31 j中，分別形成有在與相對面40a大致垂直的方向上延伸的二次電子面33。光電面22被配置在相對面40a上的一端側，與該第1級倍增極31a相間隔且中間夾持有聚焦電極37，該光電面22在玻璃基板40的相對面40a上被形成為透過型光電面。 如果從外部透過作為下側框架4的玻璃基板40的入射光到達光電面22，則釋放出與該入射 光對應的光電子，該光電子通過聚焦電極37而向電子倍增部31引導。陽極部32被配置在相對面40a上的另一端側，與第10級倍增極31 j相間隔，該陽 極部32用于將通過電子倍增部31而向箭頭B所示的方向倍增的電子作為電信號取出至外 部。此外，如圖4所示，配線基板20被配置為利用其相對面20a覆蓋聚焦電極37、電子 倍增部31以及陽極部32的前端，在相對面20a的被側壁部302包圍的范圍內，形成有多個 彼此電獨立的導電膜(導電部件)21a 21k。在與多級倍增極31a 31 j的前端相對的部 位，以沿著倍增極31a 31 j的延伸的方向的方式，導電膜21a 21 j分別沿著與倍增極的 排列方向(沿著圖4的箭頭B的方向)大致垂直的方向被形成為帶狀。此外，在與陽極部 32以及聚焦電極37的前端相對的部位上，以沿著陽極部32的延伸的方向以及聚焦電極37 的排列的方向的方式，導電膜21j、21k分別沿著與倍增極的排列方向大致垂直的方向被形 成為帶狀。圖5為在圖3的電子倍增部以及下側框架上安裝有上側框架的狀態下沿V-V線的 部分放大截面圖，且為沿著電子倍增方向的玻璃基板40的厚度方向的截面圖。使形成于配 線基板20的相對面20a上的導電膜21a的位置如下與倍增極31a的另一端側的端部34a 相比，電子倍增方向上的另一端側的端部23a更向另一端側突出，即更向后一級倍增級31b 側突出；與倍增極31a的一端側的端部35a相比，一端側的端部24a更靠近另一端側，即被 包含于與倍增極31a的前端相對的范圍內。即導電膜21a在電子倍增方向上從與倍增極 31a的前端相對的范圍偏離，橫跨與倍增極31a的前端相對的范圍以及與倍增極31a和其下 一級倍增極31b的級間39相對的范圍，同樣，導電膜21b 21j也被形成為在電子倍增方 向上從與倍增極31b 31j的前端相對的范圍偏離。在例如上側框架2、側壁框架3以及下側框架4沿光入射方向的厚度為0.5mm、 1. 0mm、0. 5mm、真空密封上側框架2與側壁框架3的密封部沿光入射方向的厚度為0. 05 0. 1mm、構成電子倍增部31的倍增極31a 31j沿電子倍增方向的寬度為約0. 2mm的情況 下，設定導電膜21a 21 j沿電子倍增方向的寬度為約0. 2mm、膜厚為約0. 02mm, 一端側以 及另一端側偏離倍增極31a 31 j的端部的量均被設定為0. 05mm。在此，倍增極31a 31 j 沿電子倍增方向的寬度可以在約0. 2 約0. 5mm的范圍內進行調整，導電膜21a 21j沿 電子倍增方向的寬度也與之相應進行調整。圖6為從上側框架側看到的聚焦電極37以及電子倍增部31的透視圖。如該圖 所示，在第1級 第3級倍增級31a、31b、31c設置棱柱狀的導體部38a、38b、38c，該導體部 38a、38b、38c從基座部36a、36b、36c沿著倍增級31a、31b、31c的延伸方向延伸，該基座部 36a、36b、36c為板狀部，其上直立設置著形成有這些二次電子面33的柱狀的電極部分，并 且該基座部36a、36b、36c為向玻璃基板40的固定部且與柱狀的電極部分電氣一體化。這 些導體部38a、38b、38c分別與導電膜21a、21b、21c電連接，由此，各個倍增級31a、31b、31c 與導電膜21a、21b、21c被設定為等電位。具體而言，在相對面20a上的導電膜21a、21b、21c中的與導體部38a、38b、38c相對的部位上，分別設置有向導體部38a、38b、38c的前端突出 的導電性的凸部25a、25b、25c，各個導體部38a、38b、38c與凸部25a、25b、25c相接觸，由此， 倍增級31a、31b、31c與導電膜21a、21b、21c電連接。此外，這些導電膜21a、21b、21c通過 配線基板20的內部的配線而與導電性端子201 (參照圖2)電連接，分別經由凸部25a、25b、 25c以及導電膜21a、21b、21c而從導電性端子201向倍增級31a、31b、31c給電。此外，分別 通過相同的連接結構，經由導電膜21d 21k而從導電性端子201向第4級 第10級倍增 級31d 31 j、聚焦電極37以及陽極部32給電，并且其被設定為與導電膜21d 21k等電 位。根據以上說明的光電倍增管1，入射光向光電面22入射而被變換為光電子，該光 電子向玻璃基板40上的多級電子倍增部31入射而被倍增，被倍增了的電子作為電信號從 陽極部32被取出。此時，在與下側框架4相對的上側框架2的相對面20a上，在與多級倍 增極31a 31 j各自的前端相對的部位，設置有多個與各個多級倍增極31a 31 j等電位 的導電膜21a 21j，因此，能夠防止通過多級倍增極31a 31j的二次電子面33之間的 電子向上側框架2的相對面20a入射。這樣，能夠防止由于基板表面的帶電而導致的耐受 電壓的降低。例如，在配線基板20的相對面20a上未設置導電膜的情況下(圖9)，在通過 倍增極之間的電子的軌道從電子倍增方向朝向相對面20a側偏離時，被倍增了的電子入射 到絕緣面而導致帶電，會成為耐受電壓欠佳和由發光導致的噪音的原因。對此，在設置有導 電膜的情況下(圖5)，即使在電子的軌道從電子倍增方向朝向相對面20a側偏離時，由于 電子被推回玻璃基板40的相對面40a側，并且被倍增了的電子入射到絕緣面的面積也變小 了，因此不會產生上述問題。此外，由于防止了倍增電子的入射，因此能夠抑制倍增電子的 損失，從而能夠提高電子倍增效率。
此外，由于設置在配線基板20上的導電膜21a 21 j的各自的另一端側的端部分 別相對于倍增極31a 31 j向下一級側(或者陽極部32側)突出，并在另一端側偏離，因 此能夠進一步可靠地防止通過倍增極31a 31 j的極間的電子入射到上側框架2的相對面 20a。此外，由于導電膜21a 21 j的各自的一端側的端部相對于倍增極31a 31 j而 向另一端側偏離，從而被包含于與倍增極的前端相對的范圍內，因此能夠通過確保鄰接的 導電膜21a 21j之間的距離從而抑制導電膜間的漏電流，從而使耐受電壓更大。此外，多個導電膜21a 21 j被設定為與相對的倍增極31a 31 j等電位。假設 將導電膜設定為比相對的倍增極的電位低的電位，那么將電子推回去的力變大，但是，導致 了二次電子面的倍增效率降低。而如果設定為等電位，則不但可以防止電子入射于基板面， 而且能夠維持電子的倍增效率。此外，由于經由導電膜21a 21j而向倍增極31a 31j 給電，因此將導電膜21a 21j設定為與倍增極等電位時的結構變得簡單了。此外，本發明并不限于上述的實施例方式。例如，形成于配線基板20上的導電膜 沿電子倍增方向的寬度可以作如下改變。例如，如圖7所示，導電膜121a也可以被形成為電子倍增方向上的一端側的端部 124a與倍增極31a的一端側的端部35a的位置一致。此外，如圖8所示，導電膜221a也可以 被形成為與倍增極31a的一端側的端部35a相比，電子倍增方向上的一端側的端部124a 更向一端側擴展。這樣，可以確保導電膜的面積足夠大，從而提高防止帶電的效果。然而，從同時維持導電膜間的耐受電壓與防止基板的帶電的觀點出發，圖7的導電膜的形狀優于圖8的導電膜的形狀，圖5所示的導電膜的兩個端部在電子倍增方向上偏離的形狀更優于 圖7的導電膜的形狀。 此外，在本實施方式中，光電面22為透過型光電面，然而其也可以為反射型光電面。此外，陽極32可以配置在倍增極31i與倍增極31j之間。
權利要求
一種光電倍增管，其特征在于，具備彼此相對地配置且各自的相對面由絕緣材料構成的第1以及第2基板；與第1以及第2基板共同構成箱體的側壁部；多級電子倍增部，所述多級電子倍增部從所述第1基板的所述相對面上的一端側向另一端側依次間隔地排列，且各自具有在與該相對面交叉的方向上延伸的二次電子面；光電面，所述光電面被配置于所述一端側且與所述電子倍增部相間隔，將來自外部的入射光變換為光電子并釋放所述光電子；以及陽極部，所述陽極部被配置于所述另一端側且與所述電子倍增部相間隔，將被所述電子倍增部倍增的電子作為信號取出，所述第2基板的所述相對面被形成為覆蓋所述多個電子倍增部，在該相對面上，在與所述多個電子倍增部的每一個相對的部位上，沿著所述相對面設置有多個導電部件，所述多個導電部件彼此電獨立并且被設定為與各自相對的所述電子倍增部等電位。
2.如權利要求1所述的光電倍增管，其特征在于，所述多個導電部件分別被形成為與相對的所述電子倍增部的所述另一端側的端部相 比，所述多個導電部件的所述另一端側的端部更向所述另一端側突出。
3.如權利要求1或者2所述的光電倍增管，其特征在于，所述多個導電部件分別被形成為與相對的所述電子倍增部的所述一端側的端部相 比，所述多個導電部件的所述一端側的端部更靠近所述另一端側。
4.如權利要求1 3中的任一項所述的光電倍增管，其特征在于，所述多個導電部件被連接于設置在所述第2基板上的多個給電部，所述多個電子倍增 部通過電連接于各自相對的導電部件，從而從所述多個給電部被給電。
全文摘要
本發明涉及一種光電倍增管，以防止電子向倍增極之間的箱體的絕緣部分入射從而改善耐受電壓為課題。該光電倍增管(1)具有彼此相對地配置且各自的相對面(20a、40a)由絕緣材料構成的基板(20、40)、與基板(20、40)共同構成箱體的基板(30)、從基板(40)的相對面(40a)上的一端側向另一端側依次間隔地排列的倍增極(31a～31j)、從倍增極(31a)向一端側間隔設置的光電面(22)以及從倍增極(31j)向另一端側間隔設置的陽極部(32)，基板(20)的相對面(20a)被形成為覆蓋倍增極(31a～31j)，在該相對面(20a)上，在與每一個倍增極(31a～31j)相對的部位上，設置有彼此電獨立且被設定為與倍增極等電位的多個導電膜(21a～21j)。
文檔編號H01J43/10GK101814414SQ20101012381
公開日2010年8月25日 申請日期2010年2月25日 優先權日2009年2月25日
發明者下井英樹, 久嶋浩之, 小玉剛史, 木下仁志 申請人:浜松光子學株式會社