ЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ Российский патент 2021 года по МПК H01J43/24 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к электронному умножителю, который испускает вторичные электроны в результате падения заряженных частиц.

Предпосылки создания

[0002] В качестве электронных умножителей с функцией умножения электронов известны электронные устройства, такие как электронный умножитель с канальной и микроканальной пластиной (называемой здесь «МКП»). Они используются во вторично-электронном умножителе, масс–спектрометре, усилителе изображения, фотоэлектронном умножителе (называемым здесь «ФЭУ») и тому подобном. В качестве материала основы вышеупомянутого электронного умножителя использовалось свинцовое стекло. Однако в последнее время возникла потребность в электронном умножителе, который не использует свинцовое стекло, и существует возрастающая потребность в точном формировании пленки, такой как поверхность эмиссии вторичных электронов на канале, предусмотренном на подложке без свинца.

[0003] В качестве методик, которые обеспечивают такое точное управление формированием пленки, известен, например, метод атомно-слоевого осаждения (называемый здесь «АСО»), и МКП (называемая здесь «АСО–МКП»), изготовленная с использованием такой методики формирования пленки, раскрыта, например, в следующем патентном документе 1. В МКП по патентному документу 1 слой сопротивления со слоистой структурой, в которой методом АСО образовано множество проводящих слоев CZO (наносплав оксида меди, легированного цинком) с помещенным между ними изолирующим слоем Al₂O₃, применяется в качестве способного регулировать значение сопротивления слоя сопротивления, образуемого непосредственно под поверхностью эмиссии вторичных электронов. Кроме того, патентный документ 2 раскрывает методику формирования пленки сопротивления со слоистой структурой, в которой поочередно располагаются изолирующие слои и множество проводящих слоев, выполненных из W (вольфрама) и Mo (молибдена), для того, чтобы формировать пленку, значение сопротивления которой может быть отрегулировано методом АСО.

Список ссылок

Патентная литература

[0004] Патентный документ 1: US 8237129

Патентный документ 2: US 9105379

Сущность изобретения

Техническая проблема

[0005] Авторы изобретения исследовали обычную АСО–МКП, в которой слой эмиссии вторичных электронов или тому подобное образуется методом АСО, и в результате обнаружили следующие проблемы. Таким образом, путем исследования, проведенного авторами изобретения, было обнаружено, что АСО–МКП, использующая пленку сопротивления, образованную методом АСО, не обладает идеальной температурной характеристикой значения сопротивления по сравнению с обычной МКП, использующей Pb-(свинцовое)-стекло, хотя это и не указано ни в одном из вышеупомянутых патентных документов 1 и 2. В частности, существует потребность в разработке АСО–МКП, которая обеспечивает широкий диапазон температурных условий эксплуатации ФЭУ, содержащего усилитель изображения и МКП, от низкой температуры до высокой температуры, и уменьшает влияние рабочей температуры окружающей среды.

[0006] В данном случае одним из факторов, на который влияет рабочая температура окружающей среды МКП, является вышеописанная температурная характеристика (колебание значения сопротивления в МКП). Такая температурная характеристика является показателем, указывающим на то, как сильно ток (полосовой ток), протекающий в МКП, изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха во время использования МКП. По мере того, как температурная характеристика значения сопротивления становится более идеальной, изменение полосового тока, протекающего через МКП, становится меньше, когда рабочая температура окружающей среды меняется, и температурные условия эксплуатации МКП становятся шире.

[0007] Настоящее изобретение было выполнено для решения вышеописанных проблем и его цель состоит в предоставлении электронного умножителя со структурой, подавляющей и стабилизирующей изменение значения сопротивления в более широком диапазоне температур.

Решение проблемы

[0008] Чтобы решить вышеописанные проблемы, электронный умножитель в соответствии с настоящим вариантом осуществления может применяться к электронному устройству, такому как микроканальная пластина (МКП), и канальному электронному умножителю, где слой эмиссии вторичных электронов и тому подобное, составляющий канал умножения электронов, образован с использованием метода АСО, и включает по меньшей мере подложку, слой эмиссии вторичных электронов и слой сопротивления. Подложка имеет поверхность формирования канала, на которой расположены стопкой слой эмиссии вторичных электронов, слой сопротивления и тому подобное. Слой эмиссии вторичных электронов имеет нижнюю поверхность, обращенную к поверхности формирования канала, и поверхность эмиссии вторичных электронов, которая находится напротив нижней поверхности и испускает вторичные электроны в результате падения заряженных частиц. Слой сопротивления является слоем, проложенным между подложкой и слоем эмиссии вторичных электронов и включает слой Pt (платины), в котором на поверхности формирования слоя, которая совпадает с или по существу параллельна поверхности формирования канала, двумерно расположено множество частиц Pt в состоянии, при котором они отделены друг от друга, значения сопротивления которых обладают положительными температурными характеристиками,. В этой конфигурации слой сопротивления предпочтительно обладает температурной характеристикой в пределах диапазона, в котором значение сопротивления при -60°C кратно 10 или менее, а значение сопротивления при +60°C кратно 0,25 или более по отношению к значению сопротивления при температуре 20°C.

[0009] В данном случае каждый вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением может быть в достаточной мере понят из последующего подробного описания и сопроводительных чертежей. Эти примеры приведены исключительно с целью иллюстрации и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.

[0010] Кроме того, дополнительный применимый объем настоящего изобретения станет очевидным из последующего подробного описания. Между тем подробное описание и конкретные примеры иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, но приведены исключительно с целью иллюстрации, и несомненным является то, что специалистам в данной области техники из этого подробного описания очевидны различные модификации и улучшения в пределах объема настоящего изобретения.

Преимущественные эффекты изобретения

[0011] В соответствии с настоящим вариантом осуществления, можно эффективно улучшить температурную характеристику значения сопротивления в слое сопротивления путем конфигурирования слоя сопротивления, формируемого непосредственно под слоем эмиссии вторичных электронов, так, чтобы он включал слой Pt, в котором множество металлических частиц, выполненных из металлического материала, значение сопротивления которого обладает положительной температурной характеристикой, такого как Pt, расположено двумерно в состоянии, при котором они отделены друг от друга.

Краткое описание чертежей

[0012] Фиг. 1A и 1B являются видами, иллюстрирующими конструкции различных электронных устройств, к которым может быть применен электронный умножитель в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

Фиг. 2A-2C являются видами, иллюстрирующими примеры различных структур поперечного сечения электронных умножителей в соответствии с настоящим вариантом осуществления и сравнительным примером соответственно.

Фиг. 3A-3C являются видами для количественного описания отношения между температурой и электрической проводимостью в электронном умножителе в соответствии с настоящим вариантом осуществления, в частности, слоя сопротивления.

Фиг. 4 является графиком, иллюстрирующим температурную зависимость электрической проводимости для каждого образца, включающего единственный слой Pt разной толщины в качестве слоя сопротивления.

Фиг. 5 является графиком, иллюстрирующим температурную характеристику (при n-ой операции с 800 В) нормированного сопротивления в каждом из образца МКП, к которому применяется электронный умножитель в соответствии с настоящим вариантом осуществления, и образца МКП, к которому применяется электронный умножитель по сравнительному примеру.

Фиг. 6A и 6B являются спектрами, полученными путем рентгеновского дифракционного (XRD) анализа каждого из образца измерения, соответствующего электронному умножителю в соответствии с настоящим вариантом осуществления, образца измерения, соответствующего электронному умножителю в соответствии со сравнительным примером, и образца МКП, применяемого к электронному умножителю в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

Описание вариантов осуществления

[0013] [Описание варианта осуществления изобретения по настоящей заявке]

Сначала будет отдельно перечислено и описано содержимое варианта осуществления изобретения по настоящей заявке.

[0014] (1) В качестве одного аспекта, электронный умножитель в соответствии с настоящим вариантом осуществления применим к электронному устройству, такому как микроканальная пластина (МКП), и канальному электронному умножителю, где слой эмиссии вторичных электронов и тому подобное, составляющий канал умножения электронов, образован с использованием метода АСО, и включает по меньшей мере подложку, слой эмиссии вторичных электронов и слой сопротивления. Подложка имеет поверхность формирования канала, на которой расположены стопкой слой эмиссии вторичных электронов, слой сопротивления и тому подобное. Слой эмиссии вторичных электронов выполнен из первого изолирующего материала и имеет нижнюю поверхность, обращенную к поверхности формирования канала, и поверхность эмиссии вторичных электронов, которая находится напротив нижней поверхности и испускает вторичные электроны в результате падения заряженных частиц. Слой сопротивления является слоем, проложенным между подложкой и слоем эмиссии вторичных электронов, и включает слой Pt, в котором на поверхности формирования слоя, которая совпадает с или по существу параллельна поверхности формирования канала, двумерно расположено множество частиц Pt в состоянии, при котором они отделены друг от друга, которые служат в качестве материалов, значения сопротивления которых обладают положительными температурными характеристиками,. В частности, слой сопротивления обладает температурной характеристикой в пределах диапазона, в котором значение сопротивления слоя сопротивления при -60°C кратно 10 или менее, а значение сопротивления слоя сопротивления при +60°C кратно 0,25 или более по отношению к значению сопротивления слоя сопротивления при температуре 20°C.

[0015] В частности, слой сопротивления включает один или более слоев Pt, в которых на поверхности формирования слоя, которая совпадает с или по существу параллельная поверхности формирования канала, двумерно расположено множество частиц Pt в состоянии смежно друг с другом, которые служат в качестве металлических частиц, выполненных из металлического материала, значение сопротивления которого обладает положительной температурной характеристикой, с помещенной между ними частью (изолирующим материалом) слоя эмиссии вторичных электронов, расположенного поверх слоя сопротивления. Кроме того, «металлическая частица» в настоящем техническом описании означает металлический фрагмент (кусок металла), расположенный в состоянии, когда он полностью окружен изолирующим материалом, и проявляющий четкую кристалличность, когда поверхность формирования слоя рассматривается со стороны слоя эмиссии вторичных электронов.

[0016] (2) В качестве одного аспекта настоящего варианта осуществления, слой сопротивления предпочтительно обладает температурной характеристикой в пределах диапазона, в котором значение сопротивления слоя сопротивления при -60°C кратно 2,7 или менее, а значение сопротивления слоя сопротивления при +60°C кратно 0,3 или более по отношению к значению сопротивления слоя сопротивления при температуре 20°C.

[0017] (3) В качестве одного аспекта настоящего варианта осуществления, каждая из частиц Pt, составляющих слой Pt, предпочтительно обладает такой степенью кристалличности, что в спектре, полученном путем XRD-анализа, появляются пик в плоскости (111) и пик в плоскости (200), в которых полная ширина на половине максимума составляет угол 5° или менее. Дополнительно, в качестве одного аспекта настоящего варианта осуществления, каждая из частиц Pt, составляющих слой Pt, предпочтительно обладает такой степенью кристалличности, что в спектре, полученном путем XRD-анализа, дополнительно появляется пик в плоскости (220), в котором полная ширина на половине максимума составляет угол 5° или менее.

[0018] (4) В качестве аспекта настоящего варианта осуществления, электронный умножитель может включать нижележащий слой, обеспечиваемый между подложкой и слоем эмиссии вторичных электронов. В этом случае нижележащий слой выполнен из второго изолирующего материала и имеет поверхность формирования слоя, на которой в положении, обращенном к нижней поверхности слоя эмиссии вторичных электронов, двумерно расположен слой Pt. В данном случае второй изолирующий материал может быть таким же как или отличным от первого изолирующего материала.

[0019] Как описано выше, каждый аспект, перечисленный в [Описании варианта осуществления изобретения по настоящей заявке], может быть применен к каждому из остальных аспектов или ко всем комбинациям этих остальных аспектов.

[0020] [Подробности варианта осуществления изобретения по настоящей заявке]

Конкретные примеры электронного умножителя в соответствии с настоящим изобретением будут описаны далее подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи. В данном случае настоящее изобретение не ограничено этими различными примерами, а проиллюстрировано формулой изобретения, и подразумевается, что эквивалентность и любая модификация в пределах объема формулы изобретения включены в неё. Кроме того, одни и те же элементы в описании чертежей будут обозначены одними и теми же ссылочными позициями, а избыточные описания будут пропущены.

[0021] Фиг. 1A и 1B являются видами, иллюстрирующими конструкции различных электронных устройств, к которым может быть применен электронный умножитель в соответствии с настоящим вариантом осуществления. В частности, Фиг. 1A является частичным разрезом, иллюстрирующим типичную конструкцию МКП, к которой может быть применен электронной умножитель в соответствии с настоящим вариантом осуществления, а Фиг. 1B является видом поперечного сечения канального электронного умножителя, к которому может быть применен электронный умножитель в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

[0022] МКП 1, проиллюстрированная на Фиг. 1A, включает: стеклянную подложку, которая имеет множество сквозных отверстий, функционирующих в качестве каналов 12 для умножения электронов; изолирующее кольцо 11, которое защищает боковую поверхность стеклянной подложки; электрод 13A стороны входа, который обеспечен на одном торце стеклянной подложки; и электрод 13B стороны выхода, который обеспечен на другом торце стеклянной подложки. В данном случае между электродом 13A стороны входа и электродом 13B стороны выхода источником 15 напряжения подается заданное напряжение.

[0023] Кроме того, канальный электронный умножитель 2 по Фиг. 1B включает: стеклянную трубку, которая имеет сквозное отверстие, функционирующее в качестве канала 12 для умножения электронов; электрод 14 стороны входа, который обеспечен на участке проема стороны входа стеклянной трубки; и электрод 17 стороны выхода, который обеспечен на участке проема стороны выхода стеклянной трубки. В данном случае между электродом 14 стороны входа и электродом 17 стороны выхода даже в канальном электронном умножителе 2 источником 15 напряжения подается заданное напряжение. Когда заряженная частица 16 падает в канал 12 из проема стороны входа канального электронного умножителя 2 в состоянии, когда заданное напряжение подается между электродом 14 стороны входа и электродом 17 стороны выхода, то в результате падения заряженной частицы 16 в канале 12 многократно испускается вторичный электрон (каскадное умножение вторичных электронов). В результате вторичные электроны, которые были каскадно-умножены в канале 12, испускаются из проема стороны выхода канального электронного умножителя 2. Это каскадное умножение вторичных электронов также выполняется в каждом из каналов 12 МКП, проиллюстрированной на Фиг. 1A.

[0024] Фиг. 2A является увеличенным видом части (область A, указанная пунктирной линией) МКП 1, проиллюстрированной на Фиг. 1A и 1B. Фиг. 2B является видом, иллюстрирующим структуру поперечного сечения области B2, проиллюстрированной на Фиг. 2A, и является видом, иллюстрирующим пример структуры поперечного сечения электронного умножителя в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Кроме того, Фиг. 2C является видом, иллюстрирующим структуру поперечного сечения области B2, проиллюстрированной на Фиг. 2A, аналогично Фиг. 2B, и является видом, иллюстрирующим другой пример структуры поперечного сечения электронного умножителя в соответствии с настоящим вариантом осуществления. В данном случае структуры поперечного сечения, проиллюстрированные на Фиг. 2B и 2C, по существу совпадают со структурой поперечного сечения в области B1 у канального электронного умножителя 2, проиллюстрированного на Фиг. 1B (однако, оси координат, проиллюстрированные на Фиг. 1B, не согласованы с осями координат на каждой из Фиг. 2B и 2C).

[0025] Как проиллюстрировано на Фиг. 2B, пример электронного умножителя в соответствии с настоящим вариантом осуществления состоит из: подложки 100, выполненной из стекла или керамики; нижележащего слоя 130, обеспеченного на поверхности 101 формирования канала подложки 100; слоя 120 сопротивления, обеспеченного на поверхности 140 формирования слоя у нижележащего слоя 130; и слоя 110 эмиссии вторичных электронов, который имеет поверхность 111 эмиссии вторичных электронов и расположен так, что между ним и нижележащим слоем 130 проложен слой 120 сопротивления. Здесь слой 110 эмиссии вторичных электронов выполнен из первого изолирующего материала, такого как Al₂O₃ и MgO. Предпочтительно использовать MgO, имеющий высокую способность к эмиссии вторичных электронов, для того, чтобы улучшить коэффициент усиления электронного умножителя. Нижележащий слой 130 выполнен из второго изолирующего материала, такого как Al₂O₃ и SiO₂. Слой 120 сопротивления, проложенным между нижележащим слоем 130 и слоем 110 эмиссии вторичных электронов, включает на поверхности 140 формирования слоя у нижележащего слоя 130 слой металла, состоящий из металлических частиц, значения сопротивления которых обладают положительными температурными характеристиками и которые имеют размеры такой величины, чтобы проявлять четкую кристалличность, и изолирующего материала (части слоя 110 эмиссии вторичных электронов), заполняющего участок между металлическими частицами.

[0026] Слой 120 сопротивления может включать множество слоев металла. Таким образом, слой 120 сопротивления может иметь многослойную структуру, в которой между подложкой 100 и слоем 110 эмиссии вторичных электронов обеспечено множество слоев металла с помещенным между ними изолирующим материалом (функционирующим в качестве нижележащего слоя с поверхностью формирования слоя). Однако, далее в качестве примера, чтобы упростить описание, будет описан слой сопротивления с однослойной структурой, в которой число слоев 120 сопротивления, существующих между поверхностью 101 формирования канала у подложки 100 и поверхностью 111 эмиссии вторичных электронов, ограничено одним.

[0027] Материал, составляющий слой 120 сопротивления, предпочтительно является материалом, значение сопротивления которого обладает положительной температурной характеристикой, таким как Pt. Здесь кристалличность металлической частицы может быть подтверждена с помощью спектра, полученного путем XRD-анализа. Например, когда металлической частицей является частица Pt, в настоящем варианте осуществления, как проиллюстрировано на Фиг. 6A, получается спектр с пиком, в котором полная ширина на половине максимума имеет угол 5° или менее в по меньшей мере плоскости (111) или плоскости (200). На Фиг. 6A и 6B плоскость (111) у Pt показана как Pt(111), а плоскость (200) у Pt показана как Pt(200).

[0028] В данном случае наличие нижележащего слоя 130, проиллюстрированного на Фиг. 2B, не оказывает влияния на температурную зависимость значения сопротивления во всем электронном умножителе. Вследствие этого, структура электронного умножителя в соответствии с настоящим вариантом осуществления не ограничена примером по Фиг. 2B и может иметь структуру поперечного сечения, как проиллюстрировано на Фиг. 2C. Структура поперечного сечения, проиллюстрированная на Фиг. 2C, отличается от структуры поперечного сечения, проиллюстрированной на Фиг. 2B, касательно того, что между подложкой 100 и слоем 110 эмиссии вторичных электронов нижележащий слой не предусмотрен. Поверхность 101 формирования канала подложки 100 функционирует в качестве поверхности 140 формирования слоя, на которой формируется слой 120 сопротивления. Прочие структуры на Фиг. 2C являются точно такими же, как в структуре поперечного сечения, проиллюстрированной на Фиг. 2B.

[0029] В последующем описании будет изложена конфигурация (пример единственного слоя Pt), в которой Pt применяется в качестве материала, значения сопротивления которого обладают положительными температурными характеристиками и который составляет слой 120 сопротивления.

[0030] Фиг. 3A-3C являются видами для количественного описания отношения между температурой и электрической проводимостью в электронном умножителе в соответствии с настоящим вариантом осуществления, в частности, в слое сопротивления. В частности, Фиг. 3A является схематичным видом для описания модели электронной проводимости в единственном слое Pt (слой 120 сопротивления), сформированном на поверхности 140 формирования слоя у нижележащего слоя 130. Кроме того, Фиг. 3B иллюстрирует пример модели поперечного сечения электронного умножителя в соответствии с настоящим вариантом осуществления, а Фиг. 3C иллюстрирует другой пример модели поперечного сечения электронного умножителя в соответствии настоящим вариантом осуществления.

[0031] В модели электронной проводимости, проиллюстрированной на Фиг. 3A, частицы 121 Pt, составляющие единственный слой Pt (включенный в слой 120 сопротивления), расположены в виде нелокализованных областей, в которых свободные электроны могут существовать на поверхности 140 формирования слоя у нижележащего слоя 130, разнесенных на расстояние L_I за счет помещенной между ними локализованной области, в которой не существует свободного электрона (например, части слоя 110 эмиссии вторичных электронов, находящейся в контакте с поверхностью 140 формирования слоя у нижележащего слоя 130). Кроме того, пример структуры поперечного сечения модели, определенной в качестве электронного умножителя в соответствии с настоящим вариантом осуществления, состоит из: подложки 100; нижележащего слоя 130, обеспеченного на поверхности 101 формирования канала у подложки 100; слоя 120 сопротивления, обеспеченного на поверхности 140 формирования слоя у нижележащего слоя 130; и слоя 110 эмиссии вторичных электронов (изолирующего материала), который имеет поверхность 111 эмиссии вторичных электронов и расположен так, что между ним и нижележащим слоем 130 проложен слой 120 сопротивления, как проиллюстрировано на Фиг. 3B. Фиг. 3C иллюстрирует другой пример структуры поперечного сечения у модели, предполагаемой в качестве электронного умножителя в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Пример Фиг. 3C имеет точно такую же структуру поперечного сечения, как структура поперченного сечения, проиллюстрированная на Фиг. 3B, но отличается от примера по Фиг. 3B касательно того, что каждый размер частиц 121 Pt, составляющих слой 120 сопротивления, является небольшим, а интервал между смежными частицами 121 Pt узкий.

[0032] Каждый слой Pt, сформированный на подложке 100, заполняется изолирующим материалом (например, MgO или Al₂O₃) между частицами Pt с любым энергетическим уровнем среди множества дискретных энергетических уровней, и свободные электроны в определенной частице 121 Pt (нелокализованной области) перемещаются в смежную частицу 121 Pt через изолирующий материал (локализованную область) за счет туннельного эффекта (прыжкового механизма). В такой двумерной модели электронной проводимости электрическая проводимость σ (обратная сопротивлению) по отношению к температуре T задается следующей формулой. В данном случае нижеследующее ограничено двумерной моделью электронной проводимости для того, чтобы исследовать прыжковый механизм внутри поверхности 140 формирования слоя, в которой множество частиц 121 Pt двумерно расположено на поверхности 140 формирования слоя.

где σ: электрическая проводимость

σ₀: электрическая проводимость при T=∞

T: температура (K)

T₀: постоянная температуры

k_B: коэффициент Больцмана

N(E_F): плотность состояний

L_I: расстояние (м) между нелокализованными областями

[0033] Фиг. 4 является графиком, на котором фактические значения измерения множества фактически измеренных образцов нанесены вместе с графиками сглаживающей функции (G410 и G420), полученными на основании вышеупомянутых формул. В данном случае на Фиг. 4 график G410 показывает электрическую проводимость σ образца, в котором на поверхности 140 формирования слоя у нижележащего слоя 130, выполненного из Al₂O₃, сформирован слой Pt, толщина которого доведена путем АСО до толщины, соответствующей 7 «циклам», а Al₂O₃ (слой 110 эмиссии вторичных электронов), доведенный до толщины, соответствующей 20 «циклам», сформирован путем АСО, и символ «ο» является его фактическим значением измерения. В данном случае единица «цикл» является «циклом АСО», который означает число имплантаций атома путем АСО. Можно контролировать толщину формируемого атомного слоя путем регулирования этого «цикла АСО». Кроме того, график G420 показывает электрическую проводимость σ образца, в котором на поверхности 140 формирования слоя у нижележащего слоя 130, выполненного из Al₂O₃, сформирован слой Pt, толщина которого доведена с помощью АСО до толщины, соответствующей 6 «циклам», а Al₂O₃ (слой 110 эмиссии вторичных электронов), доведенный до толщины, соответствующей 20 «циклам», сформирован путем АСО, и символ «Δ» является его фактическим значением измерения. Как можно понять из графиков G410 и G420 на Фиг. 4, можно понять, что температурная характеристика улучшается касательно значения сопротивления слоя 120 сопротивления, когда толщина слоя 120 сопротивления (указанная как средняя толщина частиц 121 Pt в направлении укладки в стопку (пакетирования)) задается толще, даже если частицы 121 Pt, составляющие слой 120 сопротивления, располагаются в плоскости. В данном случае «средняя толщина» частиц Pt в настоящем описании означает толщину пленки, когда в форме плоской пленки сформировано множество металлических частиц, двумерно расположенных на поверхности формирования слоя.

[0034] Качественно, только единственный слой Pt формируется между поверхностью 101 формирования канала подложки 100 и поверхностью 111 эмиссии вторичных электронов в случае модели электронного умножителя в соответствии с настоящим вариантом осуществления, проиллюстрированным на Фиг. 3B. Таким образом, в настоящем варианте осуществления на поверхности 140 формирования слоя формируется частица 121 Pt с такой кристалличностью, которая позволяет подтвердить в полученном путем XRD-анализа спектре пик, в котором полная ширина на половине максимума составляет угол 5° или менее в по меньшей мере плоскости (111) и плоскости (200). Таким образом проводящая область ограничивается в пределах поверхности 140 формирования слоя, и число прыжков свободных электронов, перемещающихся между частицами 121 Pt за счет туннельного эффекта, в настоящем варианте осуществления является небольшим.

[0035] Между тем в случае модели, проиллюстрированной на Фиг. 3C, слой 120 сопротивления имеет структуру, в которой двумерно расположено множество частиц 121 Pt, каждая из который имеет небольшой размер и имеет узкий интервал между смежными частицами 121 Pt в сравнении с примером по Фиг. 3B. В частности, число прыжков свободных электронов, перемещающихся между смежными частицами 121 Pt, увеличивается в структуре, в которой двумерно расположено множество частиц 121 Pt, которые являются небольшими и имеют узкий интервал. В результате температурная характеристика по отношению к значению сопротивления имеет тенденцию к ухудшению в примере по Фиг. 3C в сравнении с примером по Фиг. 3B.

[0036] Далее со ссылкой на Фиг. 5, 6A и 6B будет приведено описание касательно сравнения результатов между образцом МКП, к которому применяется электронный умножитель в соответствии с настоящим вариантом осуществления, и образом МКП, к которому применяется электронный умножитель в соответствии со сравнительным примером.

[0037] Среди подготовленных с первого по третий образцов первый образец имеет структуру, в которой нижележащий слой, выполненный из Al₂O₃, единственный слой Pt, и слой эмиссии вторичных электронов, выполненный из Al₂O₃, уложены в стопку в этом порядке на подложку. Толщина нижележащего слоя первого образца доведена путем АСО до 100 [циклов], толщина слоя Pt доведена путем АСО до 14 [циклов], и толщина слоя эмиссии вторичных электронов доведена путем АСО до 68 [циклов]. Единственный слой Pt (слой 120 сопротивления) имеет структуру, в которой участок между частицами 121 Pt заполнен изолирующим материалом (частью слоя эмиссии вторичных электронов). Второй образец имеет структуру, в которой выполненная в виде стопки структура (слой 120 сопротивления) с десятью наборами из нижележащего слоя и слоя Pt, каждый из которых выполнен из Al₂O₃, и слой эмиссии вторичных электронов, выполненный из Al₂O₃, уложены в стопку в этом порядке на подложку. В каждом наборе, составляющем выполненную в виде стопки структуру второго образца, толщина нижележащего слоя, выполненного из Al₂O₃, доведена путем АСО до 20 [циклов], а толщина слоя Pt доведена путем АСО до 5 [циклов]. Кроме того, толщина слоя эмиссии вторичных электронов доведена путем АСО до 68 [циклов]. Каждый из слоев Pt имеет структуру, в которой изолирующий материал заполняет участок между частицами 121 Pt. Третий образец, который является сравнительным примером, имеет структуру, в которой выполненная в виде стопки структура (слой 120 сопротивления) с 48 наборами из нижележащего слоя, выполненного из Al₂O₃, и слоя TiO₂, и слой эмиссии вторичных электронов, выполненный из Al₂O₃, уложены в стопку в этом порядке на подложку. В каждом наборе, составляющем выполненную в виде стопки структуру по третьему примеру, толщина нижележащего слоя, выполненного из Al₂O₃, доведена путем АСО до 3 [циклов], а толщина слоя TiO₂ доведена путем АСО до 2 [циклов]. Кроме того, толщина слоя эмиссии вторичных электронов доведена путем АСО до 38 [циклов].

[0038] Фиг. 5 является графиком, иллюстрирующим температурную характеристику нормированного сопротивления (во время работы при 800 В) в каждом из первого и второго образцов по настоящему варианту осуществления и третьего образца по сравнительному примеру с вышеописанными структурами. В частности, на Фиг. 5 график G510 показывает температурную зависимость значения сопротивления в первом образце, график G520 показывает температурную зависимость значения сопротивления во втором образце, а график G530 показывает температурную зависимость значения сопротивления в третьем образце. Как видно из Фиг. 5, наклон графика G520 меньше наклона графика G530, а наклон графика G510 даже меньше наклона графика G530. Таким образом, когда слой 120 сопротивления имеет многослойную структуру, включающую единственный слой Pt или множество слоев Pt, температурная зависимость значения сопротивления улучшается в сравнении со слоем сопротивления, включающим слой металла, выполненный из другого металлического материала. Кроме того, в случае слоя сопротивления, включающего только единственный слой Pt, даже в конфигурации, в которой слой 120 сопротивления включает слой Pt, температурная зависимость значения сопротивления дополнительно улучшается (наклон графика уменьшается) в сравнении со слоем сопротивления с многослойной структурой, сконфигурированной с использованием множества слоев Pt. Таким образом, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, температурная характеристика стабилизируется в более широком диапазоне температур, чем в сравнительном примере. В частности, при рассмотрении применения электронного умножителя в соответствии с вариантом осуществления к области техники, такой как масс–спектрометрия, допустимая температурная зависимость, например, находится в диапазоне (область R1, проиллюстрированная на Фиг. 5), в котором значение сопротивления при -60°C кратно 10 или менее, а значение сопротивления при +60°C кратно 0,25 или более значению сопротивления при температуре 20°C в качестве опорного. При рассмотрении применения электронного умножителя в соответствии с настоящим вариантом осуществления к области техники, такой как усилитель изображения, предпочтительно, чтобы допустимая температурная зависимость, была диапазоном (заштрихованная область R2, проиллюстрированная на Фиг. 5), в котором значение сопротивления при -60°C кратно 2,7 или менее, а значение сопротивления при +60°C кратно 0,3 или более значению сопротивления при температуре 20°C в качестве опорного.

[0039] Фиг. 6A иллюстрирует спектр, полученный путем XRD-анализа каждого из образца, в котором в качестве образца измерения, соответствующего электронному умножителю по настоящему варианту осуществления, на стеклянной подложке формируется пленка, эквивалентная формированию пленки для МКП (модель на Фиг. 3B с использованием слоя Pt), и образца, в котором в качестве образца измерения, соответствующего электронному умножителю по сравнительному примеру, на стеклянной подложке формируется пленка, эквивалентная формированию пленки для МКП (модель на Фиг. 3C с использованием слоя Pt). С другой стороны, Фиг. 6B является спектром, полученным путем XRD-анализа образца МКП по настоящему варианту осуществления с вышеописанной структурой. В частности, на Фиг. 6A спектр G810 показывает XRD-спектр образца измерения по настоящему варианту осуществления, а спектр G820 показывает XRD-спектр образца измерения по сравнительному примеру. С другой стороны, Фиг. 6B является XRD-спектром образца МКП по настоящему варианту осуществления после удаления электрода из Ni–Cr сплава (Инконель: зарегистрированный товарный знак). В данном случае в качестве условий измерения спектра, проиллюстрированного на Фиг. 6A и 6B, напряжение трубки рентгеновского источника задавали на 45 кВ, ток трубки задавали на 200 мА, угол падения рентгеновского излучения задавали на 0,3°, интервал рентгеновского облучения задавали на 0,1°, скорость рентгеновского сканирования задавали на 5°/мин, и длину щели для рентгеновского излучения в продольном направлении задавали на 5 мм.

[0040] На Фиг. 6A в каждой из плоскости (111), плоскости (200) и плоскости (220) в спектре G810 образца измерения по настоящему варианту осуществления появляется пик, в котором полная ширина на половине максимума имеет угол 5° или менее. С другой стороны, в спектре G820 образца измерения по сравнительному примеру пик появляется только в плоскости (111), но полная ширина на половине максимума в этом пике много больше угла 5° (форма пика тупая (размытая)). Таким образом кристалличность каждой частицы Pt, содержащейся в слое Pt, составляющем слой 120 сопротивления, значительно улучшена в настоящем варианте осуществления в сравнении со сравнительным примером.

[0041] Очевидно, что изобретение может быть по–разному модифицировано, исходя из вышеупомянутого описания изобретения. Сложно признать, что такие модификации отклоняются от сути и объема изобретения, и все очевидные специалистам в соответствующей области техники улучшения включены в нижеследующую формулу изобретения.

Список ссылочных позиций

[0042] 1 … микроканальная пластина (МКП); 2 … канальный электронный умножитель; 12 … канал; 100 … подложка; 101 … поверхность формирования канала; 110 … слой эмиссии вторичных электронов; 111 … поверхность эмиссии вторичных электронов; 120 … слой сопротивления; 121 … частица Pt (металлическая частица); 130 … нижележащий слой; и 140 … поверхность формирования слоя.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электронному умножителю со структурой, выполненной с возможностью подавления и стабилизации изменения значения сопротивления в более широком диапазоне температур. Стабилизация полосового тока в широком диапазоне рабочей температуры является техническим результатом изобретения. Электронный умножитель включает слой сопротивления, проложенный между подложкой и слоем эмиссии вторичных электронов и выполненный с использованием слоя Pt, двумерно сформированного на поверхности формирования слоя, которая совпадает с или по существу параллельна поверхности формирования канала у подложки. Слой сопротивления обладает температурной характеристикой в пределах диапазона, в котором значение сопротивления при -60°C кратно 10 или менее, а значение сопротивления при +60°C кратно 0,25 или более по отношению к значению сопротивления при температуре 20°C. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Электронный умножитель, содержащий:

подложку с поверхностью формирования канала;

слой эмиссии вторичных электронов с нижней поверхностью, обращенной к поверхности формирования канала, и поверхностью эмиссии вторичных электронов, которая находится напротив нижней поверхности и испускает вторичный электрон в результате падения заряженной частицы; и

слой сопротивления, проложенный между подложкой и слоем эмиссии вторичных электронов, причем слой сопротивления включает слой Pt, двумерно сформированный на поверхности формирования слоя, которая совпадает с или по существу параллельна поверхности формирования канала,

при этом слой сопротивления обладает температурной характеристикой в пределах диапазона, в котором значение сопротивления слоя сопротивления при -60°С составляет в 10 или менее раза больше, а значение сопротивления слоя сопротивления при +60°С составляет 0,25 или более относительно значения сопротивления слоя сопротивления при температуре 20°С.

2. Электронный умножитель по п. 1, в котором

слой сопротивления обладает температурной характеристикой в пределах диапазона, в котором значение сопротивления слоя сопротивления при -60°С составляет в 2,7 или менее раза больше, а значение сопротивления слоя сопротивления при +60°С составляет 0,3 или более относительно значения сопротивления слоя сопротивления при температуре 20°С.

3. Электронный умножитель по п. 1 или 2, в котором

слой Pt включает частицу Pt с такой степенью кристалличности, что в полученном путем XRD-анализа спектре появляются пик в плоскости (111) и пик в плоскости (200), в которых полная ширина на половине максимума составляет угол 5° или менее.

4. Электронный умножитель по п. 3, в котором

слой Pt включает частицу Pt с такой степенью кристалличности, что в полученном путем XRD-анализа спектре дополнительно появляется пик в плоскости (220), в котором полная ширина на половине максимума составляет угол 5° или менее.

5. Электронный умножитель по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащий

нижележащий слой, обеспеченный между подложкой и слоем эмиссии вторичных электронов и имеющий поверхность формирования слоя в положении, обращенном к нижней поверхности слоя эмиссии вторичных электронов.