特許 6817160 電子増倍体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6817160

(24)【登録日】2020年12月28日

(45)【発行日】2021年1月20日

(54)【発明の名称】電子増倍体

(51)【国際特許分類】

   H01J 43/24 20060101AFI20210107BHJP

【ＦＩ】

   H01J43/24

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-129419(P2017-129419)

(22)【出願日】2017年6月30日

(65)【公開番号】特開2019-12657(P2019-12657A)

(43)【公開日】2019年1月24日

【審査請求日】2020年2月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】増子 太地

(72)【発明者】

【氏名】浜名 康全

(72)【発明者】

【氏名】西村 一

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 宏之

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５２５２９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ４３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャネル形成面を有する基板と、
前記チャネル形成面に対面する底面と、前記底面に対向するとともに荷電粒子の入射に応答して二次電子を放出する二次電子放出面と、を有し、かつ、第１の絶縁材料からなる二次電子放出層と、
前記基板と前記二次電子放出層に挟まれた抵抗層と、
を備え、
前記抵抗層は、その抵抗値が正の温度特性を有する金属材料からなる複数の金属塊が、前記第１の絶縁材料の一部を介して互いに隣接した状態で、前記チャネル形成面に一致または実質的に平行な層形成面上に二次元的に配置された金属層を含むとともに、
前記チャネル形成面と前記二次電子放出面との間に存在する前記金属層の層数が１に制限された、
電子増倍体。

【請求項2】

前記基板と前記二次電子放出層との間に設けられ、前記二次電子放出層の前記底面に対面する位置に前記層形成面を有し、かつ、第２の絶縁材料からなる下地層を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子増倍体。

【請求項3】

前記第１の絶縁材料と前記第２の絶縁材料とは、互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の電子増倍体。

【請求項4】

前記第２の絶縁材料は、前記第１の絶縁材料と同じ絶縁材料であることを特徴とする請求項２に記載の電子増倍体。

【請求項5】

前記第１の絶縁材料はＭｇＯであり、前記第２の絶縁材料はＡｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２であることを特徴とする請求項２に記載の電子増倍体。

【請求項6】

前記チャネル形成面から前記二次電子放出面に向かう積層方向に沿って規定される各層の厚みに関して、前記二次電子放出層は、前記下地層よりも厚いことを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の電子増倍体。

【請求項7】

前記チャネル形成面から前記二次電子放出面に向かう積層方向に沿って規定される各層の厚みに関して、前記二次電子放出層は、前記下地層よりも薄いことを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の電子増倍体。

【請求項8】

前記金属層を構成する前記複数の金属塊のうち、前記第１の絶縁材料の一部を介して互いに隣接する少なくとも１組の金属塊は、前記１組の金属塊の最小距離が前記チャネル形成面から前記二次電子放出面に向かう積層方向に沿って規定される金属塊の平均厚みよりも短い関係を満たすことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の電子増倍体。

【請求項9】

抵抗層は、温度２０℃における当該抵抗層の抵抗値に対して、−６０℃における当該抵抗層の抵抗値が２．７倍以下であり、かつ、＋６０℃における当該抵抗層の抵抗値が０．３倍以上の範囲に収まる温度特性を有することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の電子増倍体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子の入射に応答して二次電子を放出する電子増倍体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電子増倍機能を有する電子増倍体として、チャネルを有する電子増倍体やマイクロチャネルプレート（Micro-ChannelPlate、以下、「ＭＣＰ」と記す）等の電子デバイスが知られている。これらは、電子増倍管（Electron Multiplier Tube）、質量分析計、イメージインテンシファイヤ、光電子増倍管（Photo-MultiplierTube、以下、「ＰＭＴ」と記す）等において使用される。上記の電子増倍体の基体としては鉛ガラスが使用されてきたが、近年、鉛ガラスを使用しない電子増倍体が求められており、鉛フリーの基体に設けられたチャネルに対して二次電子放出面等の成膜を精度よく行う必要性が増してきた。

【0003】

このような精密な成膜制御を可能にする技術としては、例えば原子層堆積法（Atomic Layer Deposition、以下、「ＡＬＤ」と記す）が知られており、係る成膜技術を用いて製造されたＭＣＰ（以下、「ＡＬＤ−ＭＣＰ」と記す）が、例えば以下の特許文献１に開示されている。特許文献１のＭＣＰには、二次電子放出面の直下に形成される抵抗値調整が可能な抵抗層として、Ａｌ_２Ｏ_３絶縁層を介して複数のＣＺＯ（亜鉛ドーピング酸化銅ナノ合金）導電層がＡＬＤ法により形成された積層構造を有する抵抗層が採用されている。また、特許文献２には、抵抗値調整可能な膜をＡＬＤ法により生成するため、絶縁層とＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）からなる複数の導電層とが交互に配置された積層構造を有する抵抗膜の生成技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１１−５２５２９４号公報

【特許文献2】米国特許第９，１０５，３７９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

発明者らは、ＡＬＤ法により二次電子放出層等の成膜が行われる従来のＡＬＤ−ＭＣＰについて検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記特許文献１および２の何れにも言及されていないが、ＡＬＤ法により成膜された抵抗膜を使用したＡＬＤ−ＭＣＰは、従来までのＰｂ（鉛）ガラスを使用したＭＣＰと比較して、抵抗値の温度特性が優れないことが、発明者らの検討により判った。特に、イメージインテンシファイヤや、ＭＣＰが組み込まれたＰＭＴの使用環境温度は低温から高温まで幅広く、動作環境温度の影響を小さくしたＡＬＤ−ＭＣＰの開発が求められている。

【0006】

なお、ＭＣＰの動作環境温度の影響を受ける要因の一つは、上述のような温度特性（当該ＭＣＰにおける抵抗値変動）である。このような温度特性は、ＭＣＰ使用時の外気温に依存してどの程度ＭＣＰ中を流れる電流（Strip電流）が変動するかを表わしている指標であり、抵抗値の温度特性が優れているほど、動作環境温度を変えた際にＭＣＰに流れるStrip電流の変動が小さく、ＭＣＰの使用温度環境が広くなる。

【0007】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、より広い温度範囲において抵抗値変動を抑制かつ安定させるための構造を備えた電子増倍体を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述の課題を解決するため、本実施形態に係る電子増倍体は、電子増倍チャネルを構成する二次電子放出層等の成膜がＡＬＤ法を用いて行われるマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）、チャネルトロン等の電子デバイスに適用可能であり、少なくとも、基板と、二次電子放出層と、抵抗層と、を備える。基板は、チャネル形成面を有する。二次電子放出層は、第１の絶縁材料からなるとともに、チャネル形成面に対面する底面と、該底面に対向するとともに荷電粒子の入射に応答して二次電子を放出する二次電子放出面と、を有する。抵抗層は、基板と二次電子放出層に挟まれている。特に、抵抗層は、その抵抗値が正の温度特性を有する金属材料からなる複数の金属塊が、第１の絶縁材料の一部を介して互いに隣接した状態で、チャネル形成面に一致または実質的に平行な層形成面上に二次元的に配置された金属層を含む。また、チャネル形成面と二次電子放出面との間に存在する金属層の層数が１に制限されている。

【0009】

なお、本発明に係る各実施形態は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、本発明を限定するものと考えるべきではない。

【0010】

また、本発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施形態を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、本発明の範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。

【発明の効果】

【0011】

本実施形態によれば、二次電子放出層の直下に形成される抵抗層を、その抵抗値が正の温度特性を有する金属材料からなる複数の金属塊が、絶縁材料の一部を介して互いに隣接した状態で、所定面上に二次元的に配置された金属層のみで構成することにより、当該電子増倍体における抵抗値の温度特性を効果的に向上させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態に係る電子増倍体が適用可能な種々の電子デバイスの構造を示す図である。

【図2】本実施形態および比較例それぞれに係る電子増倍体の種々の断面構造の例を示す図である。

【図3】本実施形態に係る電子増倍体、特に抵抗層の構造を示す電子伝導モデルである。

【図4】本実施形態に係る電子増倍体、特に抵抗層における温度と電気伝導度との関係を定量的に説明するための図である。

【図5】抵抗層として膜厚の異なる単一のＰｔ層を含むサンプルそれぞれについて、電気伝導度の温度依存性を示すグラフである。

【図6】図４（ａ）に示された断面構造を有する電子増倍体の断面のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡：Transmission Electron Microscope）画像および単一のＰｔ層（抵抗層）の表面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡：Scanning Electron Microscope）画像である。

【図7】本実施形態に係る電子増倍体に適用可能な種々の断面構造の例を示す図である。

【図8】比較例に係る電子増倍体の断面構造（図４（ａ）の断面に対応）の例を示す図およびそのＴＥＭ画像である。

【図9】本実施形態に係る電子増倍体が適用されたＭＣＰサンプルと比較例に係る電子増倍体が適用されたＭＣＰサンプルそれぞれにおける規格化抵抗の温度特性（８００Ｖ動作時）を示すグラフである。

【図10】本実施形態に係る電子増倍体に相当する測定用サンプル、比較例に係る電子増倍体に相当する測定サンプル、および本実施形態に係る電子増倍体に適用されたＭＣＰサンプルそれぞれの、ＸＲＤ（Ｘ線回折：X-Ray Diffraction）分析により得られたスペクトルである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の対応それぞれを個別に列挙して説明する。

【0014】

（１）本実施形態に係る電子増倍体は、その一態様として、電子増倍チャネルを構成する二次電子放出層等の成膜がＡＬＤ法を用いて行われるマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）、チャネルトロン等の電子デバイスに適用可能であり、少なくとも、基板と、二次電子放出層と、抵抗層と、を備える。基板は、チャネル形成面を有する。二次電子放出層は、第１の絶縁材料からなるとともに、チャネル形成面に対面する底面と、該底面に対向するとともに荷電粒子の入射に応答して二次電子を放出する二次電子放出面と、を有する。抵抗層は、基板と二次電子放出層に挟まれている。特に、抵抗層は、その抵抗値が正の温度特性を有する金属材料からなる複数の金属塊が、第１の絶縁材料の一部を介して互いに隣接した状態で、チャネル形成面に一致または実質的に平行な層形成面上に二次元的に配置された金属層を含む。また、チャネル形成面と二次電子放出面との間に存在する金属層の層数が１に制限されている。

【0015】

なお、本明細書において、「金属塊」は、二次電子放出層側から層形成面を見たとき、絶縁材料により完全に取り囲まれた状態で配置され、明確な結晶性を示す金属片を意味するものとする。この構成において、抵抗層は、温度２０℃における当該抵抗層の抵抗値に対して、−６０℃における当該抵抗層の抵抗値が２．７倍以下であり、かつ、＋６０℃における当該抵抗層の抵抗値が０．３倍以上の範囲内に収まる温度特性を有するのが好ましい。また、金属塊の結晶性を示す指標として、例えばＰｔ塊の場合、ＸＲＤ分析により得られるスペクトルにおいて、少なくとも（１１１）面および（２００）面において半値幅が角度５°以下となるピークが出現する。

【0016】

（２）本実施形態の一態様として、当該電子増倍体は、基板と二次電子放出層との間に設けられた、第２の絶縁材料からなる下地層を更に備えてもよい。この場合、下地層は、二次電子放出層の底面に対面する位置に層形成面を有する。

【0017】

（３）本実施形態の一態様として、第１の絶縁材料と第２の絶縁材料とは、互いに異なってもよい。逆に、本実施形態の一態様として、第２の絶縁材料は、第１の絶縁材料と同じ絶縁材料であってもよい。また、本実施形態の一態様として、チャネル形成面から二次電子放出面に向かう積層方向に沿って規定される各層の厚みに関して、二次電子放出層は、下地層よりも厚く設定されてもよい。逆に、本実施形態の一態様として、チャネル形成面から二次電子放出面に向かう積層方向に沿って規定される各層の厚みに関して、二次電子放出層は、下地層よりも薄く設定されてもよい。

【0018】

（４）本実施形態の一態様として、金属層を構成する複数の金属塊のうち、第１の絶縁材料の一部を介して互いに隣接する少なくとも１組の金属塊は、該１組の金属塊の最小距離がチャネル形成面から二次電子放出面に向かう積層方向に沿って規定される該金属塊の平均厚みよりも短い関係を満たすのが好ましい。なお、本明細書において、金属塊の「平均厚み」とは、層形成面上に二次元的に配置された複数の金属塊を平坦な膜状にならした場合の該膜の厚みを意味し、この「平均厚み」により、複数の金属塊を含む金属層の層厚が規定される。

【0019】

以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。

【0020】

[本願発明の実施形態の詳細]
本願発明に係る電子増倍体の具体例を、以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、これら例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図されている。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

【0021】

図１は、本実施形態に係る電子増倍体が適用可能な種々の電子デバイスの構造を示す図である。具体的に、図１（ａ）は、本実施形態に係る電子増倍体が適用可能なＭＣＰの代表的な構造を示す一部破断図であり、図１（ｂ）は、本実施形態に係る電子増倍体が適用可能なチャネルトロンの断面図である。

【0022】

図１（ａ）に示されたＭＣＰ１は、電子増倍用のチャネル１２として機能する複数の貫通孔を有するガラス基板と、該ガラス基板の側面を保護する絶縁性リング１１と、ガラス基板の一方の端面上に設けられた入力側電極１３Ａと、ガラス基板の他方の端面上に設けられた出力側電極１３Ｂと、を備える。なお、入力側電極１３Ａと出力側電極１３Ｂとの間には、電圧源１５により所定の電圧が印加される。

【0023】

また、図１（ｂ）のチャネルトロン２は、電子増倍用のチャネル１２として機能する貫通孔を有するガラス管と、ガラス管の入力側開口部分に設けられた入力側電極１４と、該ガラス管の出力側開口部分に設けられた出力側電極１７と、を備える。なお、このチャネルトロン２においても、入力側電極１４と出力側電極１７との間には、電圧源１５により所定の電圧が印加される。入力側電極１４と出力側電極１７との間に所定の電圧が印加された状態でチャネルトロン２の入力側開口からチャネル１２内に荷電粒子１６が入射されると、該チャネル１２内において、荷電粒子１６の入射に応じた二次電子の放出が繰り返される（二次電子のカスケード増倍）。これにより、チャネルトロン２の出射側開口部分からは、チャネル１２においてカスケード増倍された二次電子が放出される。この二次電子のカスケード増倍は、図１（ａ）に示されたＭＣＰのチャネル１２それぞれにおいても行われる。

【0024】

図２（ａ）は、図１に示されたＭＣＰ１の一部（破線で示された領域Ａの拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）中に示された領域Ｂ２の断面構造を示す図であり、本実施形態に係る電子増倍体の断面構造の一例を示す図である。また、図２（ｃ）は、図２（ｂ）と同様に、図２（ａ）中に示された領域Ｂ２の断面構造を示す図であり、本実施形態に係る電子増倍体の断面構造の他の例を示す図である。なお、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示された断面構造は、図１（ｂ）に示されたチャネルトロン２の領域Ｂ１の断面構造と実質的に一致している（ただし、図１（ｂ）中に示された座標軸は、図２（ｂ）および図２（ｃ）それぞれの座標軸と不一致である）。

【0025】

図２（ｂ）に示されたように、本実施形態に係る電子増倍体の一例は、ガラス又はセラミックからなる基板１００と、該基板１００のチャネル形成面１０１上に設けられた下地層１３０と、該下地層１３０の層形成面１４０上に設けられた抵抗層１２０と、二次電子放出面１１１を有するとともに、下地層１３０とともに抵抗層１２０を挟むよう配置された二次電子放出層１１０と、により構成される。ここで、二次電子放出層１１０は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯなどの第１の絶縁材料からなる。電子増倍体のゲイン向上のためには二次電子放出能力の高いＭｇＯを使用することが好ましい。下地層１３０は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などの第２の絶縁材料からなる。下地層１３０と二次電子放出層１１０で挟まれた抵抗層１２０は、下地層１３０の層形成面１４０上に、その抵抗値が正の温度特性を有する複数の金属塊と、これら複数の金属塊間に充填された絶縁材料（二次電子放出層１１０の一部）から構成された単一層である。本実施形態では、基板１００のチャネル形成面１０１から二次電子放出面１１１との間に存在する抵抗層１２０の層数が、１に制限されている。抵抗層１２０を構成する複数の金属塊は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗなど、その抵抗値が正の温度特性を有する材料が好ましい。発明者らは、一例として、原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）により平面的に形成された、複数のＰｔ塊を含む単一のＰｔ層で抵抗層１２０が構成された場合、絶縁材料を介して複数のＰｔ層が積層された構造と比較して、その抵抗値の温度特性の傾きが小さくなることを確認した（図９参照）。ここで、各金属塊の結晶性は、ＸＲＤ分析により得られるスペクトルで確認可能である。例えば金属塊がＰｔの場合、本実施形態では、図１０（ａ）に示されたように、少なくとも（１１１）面および（２００）面において半値幅が角度５°以下となるピークを有するスペクトルが得られる。図１０（ａ）および図１０（ｂ）中、Ｐｔの（１１１）面はＰｔ（１１１）、Ｐｔの（２００）面はＰｔ（２００）で示されている。

【0026】

なお、図２（ｂ）に示された下地層１３０の存在は、当該電子増倍体全体における抵抗値の温度依存性には影響しない。したがって、本実施形態に係る電子増倍体の構造は、図２（ｂ）の例には限定されず、図２（ｃ）に示されたような断面構造を有してもよい。図２（ｃ）に示された断面構造は、基板１００と二次電子放出層１１０との間に下地層が設けられていない点で、図２（ｂ）に示された断面構造と異なっており、基板１００のチャネル形成面１０１が、抵抗層１２０が形成される層形成面１４０として機能する。図２（ｃ）におけるその他の構造は、図２（ｂ）に示された断面構造と同じである。

【0027】

以下の説明では、抵抗層１２０を構成する、抵抗値が正の温度特性を有する金属塊として、Ｐｔが適用された構成について言及するものとする。

【0028】

図３および図４（ａ）〜図４（ｂ）は、本実施形態に係る電子増倍体、特に抵抗層における温度と電気伝導度との関係を定量的に説明するための図である。特に、図３は、下地層１３０の層形成面１４０上に形成された単一のＰｔ層（抵抗層１２０）における電子伝導モデルを説明するための模式図である。また、図４（ａ）は、本実施形態に係る電子増倍体の断面モデルの例を示し、図４（ｂ）は、比較例に係る電子増倍体の断面モデルの例を示す。

【0029】

図３に示された電子伝導モデルでは、下地層１３０の層形成面１４０上に、自由電子が存在できる非局在領域として、単一のＰｔ層（抵抗層１２０）を構成するＰｔ塊１２１が、自由電子が存在しない局在領域（例えば下地層１３０の層形成面１４０に接する二次電子放出層１１０の一部）を介して距離Ｌ_Ｉだけ離れている。なお、本実施形態では、抵抗層１２０を構成するとともに、層形成面１４０上に、二次電子放出層１１０の一部（第１の絶縁材料）を介して二次元的に配置された複数のＰｔ塊１２１（抵抗値が正の温度特性を有する金属塊）の積層方向に沿った平均厚みＳは、距離（絶縁材料を介して隣接するＰｔ塊の最小距離）Ｌ_Ｉに対してＳ＞Ｌ_Ｉの関係を満たしている。なお、Ｐｔ塊の平均厚みＳは、図３に示されたように、複数のＰｔ塊を膜状にならした場合（図３中の斜線部分）の該膜の厚みで規定される。また、この平均厚みＳが抵抗層１２０の層厚に相当する。

【0030】

また、本実施形態に係る電子増倍体として想定しているモデルの断面構造は、図４（ａ）に示されたように、基板１００と、該基板１００のチャネル形成面１０１上に設けられた下地層１３０と、該下地層１３０の層形成面１４０上に設けられた抵抗層１２０と、二次電子放出面１１１を有するとともに、下地層１３０とともに抵抗層１２０を挟むよう配置された二次電子放出層１１０と、により構成されている。

【0031】

一方、比較例に係る電子増倍体として想定しているモデルの断面構造は、図４（ｂ）に示されたように、基板１００と、該基板１００のチャネル形成面１０１上に設けられた下地層１３０と、該下地層１３０の層形成面１４０上に設けられた抵抗層１２０Ａと、二次電子放出面１１１を有するとともに、下地層１３０とともに抵抗層１２０Ａを挟むよう配置された二次電子放出層（絶縁体）１１０と、により構成されている。本実施形態のモデル（図４（ａ））と比較例のモデル（図４（ｂ））との構造上の差異は、本実施形態のモデルの抵抗層１２０が単一のＰｔ層で構成されているのに対し、比較例のモデルの抵抗層１２０Ａが、絶縁体層を介して複数のＰｔ層１２０Ｂがチャネル形成面１０１から二次電子放出面１１１に向かって積層された構造を有する点である。

【0032】

基板１００上に形成された各Ｐｔ層は、離散的に存在する複数のエネルギー準位のうち何れかのエネルギー準位を有するＰｔ塊間に絶縁材料（例えばＭｇＯやＡｌ_２Ｏ_３）が充填されており、あるＰｔ塊１２１（非局在領域）内の自由電子は、トンネル効果により絶縁材料（局在領域）を介して隣接するＰｔ塊１２１に移動ことになる（ホッピング）。このような二次元の電子伝導モデルにおいて、温度Ｔに対する電気伝導度（抵抗率の逆数）σは、以下の式により与えられる。なお、層形成面１４０上に複数のＰｔ塊１２１が二次元に配置された層形成面１４０内のホッピングについて検討するため、以下、二次元の電子伝導モデルに限定して考える。

【数1】

【0033】

図５は、上記の式に基づいて得られたフィッティング関数のグラフ（Ｇ４１０、Ｇ４２０）とともに、実際に測定された複数サンプルの実測値がプロットされたグラフである。なお、図５において、グラフＧ４１０は、Ａｌ_２Ｏ_３からなる下地層１３０の層形成面１４０上にＡＬＤにより７「cycle」分に厚みが調整されたＰｔ層が形成され、更にＡＬＤにより２０「cycle」分の厚みに調整されたＡｌ_２Ｏ_３（二次電子放出層１１０）が形成されたサンプルの電気伝導度σを示し、記号「○」は、その実測値である。なお、単位「cycle」は、ＡＬＤによる原子打ち込み回数を意味する「ＡＬＤサイクル」である。この「ＡＬＤサイクル」を調整することにより形成される原子層の層厚が制御可能になる。また、グラフＧ４２０は、Ａｌ_２Ｏ_３からなる下地層１３０の層形成面１４０上にＡＬＤにより６「cycle」分に厚みが調整されたＰｔ層が形成され、更にＡＬＤにより２０「cycle」分の厚みに調整されたＡｌ_２Ｏ_３（二次電子放出層１１０）が形成されたサンプルの電気伝導度σを示し、記号「△」は、その実測値である。図５のグラフＧ４１０およびＧ４２０から分かるように、抵抗層１２０を構成するＰｔ塊１２１が平面的に配置される構成であっても、該抵抗層１２０の厚み（積層方向に沿ったＰｔ塊１２１の平均厚みで規定）をより厚く設定された方が、抵抗層１２０の抵抗値に関して温度特性が改善されることが分かる。

【0034】

定性的には、図４（ａ）に示された本実施形態に係る電子増倍体のモデルの場合、基板１００のチャネル形成面１０１から二次電子放出面１１１との間に単一のＰｔ層のみが形成されている。すなわち、本実施形態では、ＸＲＤ分析により得られるスペクトルで少なくとも（１１１）面および（２００）面において半値幅が角度５°以下のピークが確認できる程度の結晶性を有するＰｔ塊１２１が、層形成面１４０上に形成される。このように、本実施形態では、導電領域が層形成面１４０内に制限され、かつ、Ｐｔ塊１２１間をトンネル効果により移動する自由電子のホッピング回数が少ない。

【0035】

一方、図４（ｂ）に示された比較例に係る電子増倍体のモデルの場合、基板１００のチャネル形成面１０１から二次電子放出面１１１との間に設けられる抵抗層１２０が、絶縁層を介して複数のＰｔ層１２０Ｂが配置された積層構造を有する。特に、このように複数のＰｔ層１２０Ｂが積層される構造では、各Ｐｔ塊１２１の結晶性は確認できない（ＸＲＤ分析により得られるスペクトルでは複数のピークが確認できない）。このように、図４（ｂ）の比較例では、Ｐｔ塊それぞれが小さいために結晶性が低く、加えてホッピング回数が多くなるため、また、導電領域が層形成面１４０内だけでなく積層方向にも広がるため、抵抗値に関してより強く負の温度特性を示す。これに対し、本実施形態では、導電領域の制限および平面的に形成されたＰｔ塊（単一のＰｔ層を構成する金属塊）間を電子がホッピングする回数の減少することから、抵抗値に対する温度特性が効果的に改善されることになる。

【0036】

図６（ａ）は、図４（ａ）に示された断面構造（単層構造）を有する本実施形態に係る電子増倍体の断面のＴＥＭ画像であり、図６（ｂ）は、単一のＰｔ膜（抵抗層１２０）の表面のＳＥＭ画像である。なお、図６（ａ）のＴＥＭ画像は、加速電圧３００ｋＶに設定して得られた、厚み４４０オングストローム（＝４４ｎｍ）のサンプルの多波干渉像である。ＴＥＭ画像（図６（ａ））を得た本実施形態に係る電子増倍体のサンプルは、基板１００のチャネル形成面１０１上に、下地層１３０、単一のＰｔ層で構成された抵抗層１２０、二次電子放出層１１０が順に設けられた積層構造を有する。一方、ＳＥＭ画像（図６（ｂ））を得た本実施形態に係る電子増倍体のサンプルは、Ｐｔ膜の観察のため、二次電子放出層１１０が除去されたサンプルが使用された。単一のＰｔ層（抵抗層１２０）は、ＡＬＤにより１４［cycle］分にその厚みが調整され、Ａｌ_２Ｏ_３からなる二次電子放出層１１０は、ＡＬＤにより６８［cycle］分にその厚みが調整されている。単一のＰｔ層（抵抗層１２０）は、Ｐｔ塊１２１の間に絶縁材料（二次電子放出層の一部）が充填された構造を有する。また、図６（ａ）に示されたＴＥＭ画像に示された層１５０は、ＴＥＭ測定のために二次電子放出面１１１上に設けられた表面保護層である。

【0037】

なお、上述の二次電子放出層１１０を構成する第１の絶縁材料と、下地層１３０を構成する第２の絶縁材料は、互いに異なっていてもよく、また、同じであってもよい。更に、基板１００のチャネル形成面１０１上に設けられる抵抗層の位置は、任意に設定可能である。例えば図７（ａ）に示された例では、下地層１３０とともに抵抗層１２０を挟む二次電子放出層１１０の厚みＳ１は、該下地層１３０の厚みＳ２よりも大きい。この場合、抵抗層１２０は、チャネル形成面１０１よりも二次電子放出面１１１に近い位置に形成される。下地層１３０を厚く形成することで、ＡＬＤによる成膜安定性が低い材料を抵抗層１２０として使用する場合に、抵抗層１２０の成膜安定性を向上させることができる。逆に、図７（ｂ）に示された例では、下地層１３０とともに抵抗層１２０を挟む二次電子放出層１１０の厚みＳ１は、該下地層１３０の厚みＳ２よりも小さい。この場合、抵抗層１２０の位置は、二次電子放出面１１１よりもチャネル形成面１０１に近い位置に形成される。二次電子放出層１１０を厚く形成することで、電子増倍体のゲインを向上させることができる。

【0038】

一方、図８（ａ）は、比較例に係る電子増倍体の断面構造（図４（ｂ）の断面に対応）の例を示す図であり、図８（ｂ）は、そのＴＥＭ画像である。比較例に係る電子増倍体の断面構造は、図８（ａ）に示されたように、基板１００と、該基板１００のチャネル形成面１０１上に設けられた下地層１３０と、該下地層１３０の層形成面１４０上に設けられた抵抗層１２０Ａと、二次電子放出面１１１を有するとともに、下地層１３０とともに抵抗層１２０Ａを挟むよう配置された二次電子放出層１１０と、により構成されている。また、比較例のモデル（図８（ａ））において、抵抗層１２０Ａは、絶縁体層を介して複数のＰｔ層１２０Ｂがチャネル形成面１０１から二次電子放出面１１１に向かって積層された多層構造を有する。なお、Ｐｔ層１２０Ｂそれぞれは、Ｐｔ塊１２１の間に絶縁材料（二次電子放出層の一部）が充填された構造を有する。

【0039】

図８（ｂ）のＴＥＭ画像は、加速電圧３００ｋＶに設定して得られた、厚み４４０オングストローム（＝４４ｎｍ）のサンプルの多波干渉像であり、抵抗層１２０ＡはＡｌ_２Ｏ_３からなる絶縁材料を介して１０層のＰｔ層１２０Ｂで構成されている。Ｐｔ層１２０Ｂ間に位置する各絶縁層は、ＡＬＤにより２０［cycle］分にその厚みが調整され、各Ｐｔ層１２０Ｂは、ＡＬＤにより５［cycle］分に厚みが調整され、更に、Ａｌ_２Ｏ_３からなる二次電子放出層１１０は、ＡＬＤにより６８［cycle］分に厚みが調整されている。なお、図８（ｂ）に示されたＴＥＭ画像に示された層１５０は、二次電子放出層１１０の二次電子放出面１１１上に設けられた表面保護層である。

【0040】

次に、本実施形態に係る電子増倍体が適用されたＭＣＰサンプルと比較例に係る電子増倍体が適用されたＭＣＰサンプルの比較結果について図９および図１０を用いて説明する。

【0041】

本実施形態のサンプルは、図４（ａ）に示された断面構造を有する、厚み２２０オングストローム（＝２２ｎｍ）のサンプルである。当該サンプルは、基板１００のチャネル形成面１０１上に、下地層１３０、単一のＰｔ層で構成された抵抗層１２０、二次電子放出層１１０が順に設けられた積層構造を有する。単一のＰｔ層（抵抗層１２０）は、Ｐｔ塊１２１の間に絶縁材料（二次電子放出層の一部）が充填された構造を有し、ＡＬＤにより１４［cycle］分にその厚みが調整されている。Ａｌ_２Ｏ_３からなる二次電子放出層１１０は、ＡＬＤにより６８［cycle］分にその厚みが調整されている。

【0042】

一方、比較例のサンプルは、図４（ｂ）に示された断面構造を有する、厚み４４０オングストローム（＝４４ｎｍ）のサンプルである。当該サンプルは、基板１００のチャネル形成面１０１上に、下地層１３０、抵抗層１２０Ａ、二次電子放出面１１１が順に設けられた積層構造を有する。抵抗層１２０Ａは、１０層のＰｔ層１２０Ｂが絶縁体を介して積層された構造を有する。なお、Ｐｔ層１２０Ｂそれぞれは、Ｐｔ塊１２１の間に絶縁材料（二次電子放出層の一部）が充填された構造を有する。また、Ｐｔ層１２０Ｂ間に位置する各絶縁層は、ＡＬＤにより２０［cycle］分にその厚みが調整され、各Ｐｔ層１２０Ｂは、ＡＬＤにより５［cycle］分に厚みが調整され、更に、Ａｌ_２Ｏ_３からなる二次電子放出層１１０は、ＡＬＤにより６８［cycle］分に厚みが調整されている。

【0043】

図９は、上述のような構造を有する本実施形態のサンプルと比較例のサンプルそれぞれにおける規格化抵抗の温度特性（８００Ｖ動作時）を示すグラフである。具体的に、図９において、グラフＧ７１０は、本実施形態のサンプルにおける抵抗値の温度依存性を示し、グラフＧ７２０は、比較例のサンプルにおける抵抗値の温度依存性を示す。図９から分かるように、グラフＧ７２０の傾きに対し、グラフＧ７１０の傾きが小さくなっている。すなわち、抵抗層１２０として、単一のＰｔ層を層形成面上に二次元的に制限した状態で構成することにより、抵抗値に関して温度依存性が向上する。このように、本実施形態によれは、比較例よりも広い温度範囲において温度特性が安定する。具体的に、本実施形態に係る電子増倍体をイメージインテンシファイヤ等の技術分野への適用を考えると、例えば許容可能な温度依存性は、温度２０℃における抵抗値を基準として、−６０℃における抵抗値が２．７倍以下であり、かつ、＋６０℃における抵抗値が０．３倍以上となる範囲に収まるのが好ましい。

【0044】

図１０（ａ）は、本実施形態に係る電子増倍体に相当する測定用サンプルとして、ガラス基板上に、ＭＣＰ用の成膜と同等の膜（Ｐｔ層を用いた図４（ａ）のモデル）が成膜されたサンプル、および比較例に係る電子増倍体に相当する測定サンプルとして、ガラス基板上に、ＭＣＰ用の成膜と同等の膜（Ｐｔ層を用いた図４（ｂ）のモデル）が成膜されたサンプルそれぞれの、ＸＲＤ分析により得られたスペクトルである。一方、図１０（ｂ）は、上述のような構造を有する本実施形態のＭＣＰサンプルの、ＸＲＤ分析により得られたスペクトルである。特に、図１０（ｂ）の測定態様は、入力側電極１３Ａおよび出力側電極１３ＢとしてＮｉ−Ｃｒ系合金（インコネル：登録商標「Ｉｎｃｏｎｅｌ」）の電極が設けられたＭＣＰサンプルである。具体的に、図１０（ａ）において、スペクトルＧ８１０は、本実施形態の測定サンプルのＸＲＤスペクトルを示し、スペクトルＧ８２０は、比較例の測定サンプルのＸＲＤスペクトルを示す。一方、図１０（ｂ）のＸＲＤスペクトルは、本実施形態のＭＣＰサンプルの、Ｎｉ−Ｃｒ系合金の電極を除去した後に測定された。なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示されたスペクトルの測定条件は、Ｘ線源管電圧が４５ｋＶ、管電流２００ｍＡ、Ｘ線入射角が０．３°、Ｘ線照射間隔が０．１°、Ｘ線スキャンスピードが５°／ｍｉｎ、Ｘ線照射スリットの長手方向の長さが５ｍｍに設定された。

【0045】

図１０（ａ）において、本実施形態の測定サンプルのスペクトルＧ８１０には、（１１１）面、（２００）面、（２２０）面それぞれにおいて半値幅が角度５°以下となるピークが出現している。一方、比較例の測定サンプルのスペクトルＧ８２０には、（１１１）面のみにおいてピークが出現するが、このピークの半値幅は角度５°よりも遥かに大きくなっている（ピーク形状が鈍る）。このように、比較例と比べて本実施形態では、抵抗層１２０を構成するＰｔ層に含まれる各Ｐｔ塊の結晶性が大きく向上している。

【0046】

以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0047】

１…ＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）、２…チャネルトロン、１２…チャネル、１００…基板、１０１…チャネル形成面、１１０…二次電子放出層、１１１…二次電子放出面、１２０…抵抗層、１２１…Ｐｔ塊（金属塊）、１３０…下地層、１４０…層形成面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】