光电倍增器的制作方法

专利名称：光电倍增器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电倍增器，其具有对由光电面生成的光电子进 行级联倍增的电子倍增部。
W思处 眾汉不
目前，光电倍增器(PMT: Photo-Multiplier Tube)作为光传感器 已被人所知。光电倍增器构成为，具有将光变换为电子的光电面 (Photocathode)、聚焦电极、电子倍增部以及阳极，并且，这些被收 容在真空容器中。光电倍增器中，当光向光电面入射时，光电子从光 电面被释放到真空容器中。该光电子被聚焦电极导入到电子倍增部， 并被该电子倍增部级联倍增。阳极将已倍增的电子中到达此处的电子 作为信号而输出(例如，参照下述专利文献l以及专利文献2)。
专利文献1:日本国特许第3078卯5号公报
专利文献2:日本国特开平4-359855号公报

发明内容
发明者们对目前的光电倍增器进行研讨的结果发现了以下问题。 即，随着光传感器用途的多样化，需要更小型的光电倍增器。另 一方面，伴随着这种光电倍增器的小型化，对于构成该光电倍增器的 部件也要求使用高精度的加工技术。特别是随着部件自身的微细化的 进展，该部件之间的精密配置变得越来越难以实现，因此无法获得高 检测精度，而且，每个被制造出来的光电倍增器的检测精度的偏差也 变大。
例如，对应于分别构成电子倍增通道的多个电子倍增结构，而通 过微细加工制造具备多个阳极的多阳极型光电倍增器时，由于阳极的 间隔显著变窄，因而各通道间的串扰(crosstalk)引起检测精度的降低 或引起制造出的每个光电倍增器的检测精度的偏差的可能性增大。本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能 获得更高检测精度的微细结构的光电倍增器。
本发明涉及的光电倍增器是具有电子倍增部的光传感器，该电子 倍增部对由光电面生成的光电子进行级联倍增，根据该光电面的配置 位置，光电倍增器分为，沿着与光入射方向相同的方向释放光电子的 具有透过型光电面的光电倍增器、以及沿着与光入射方向不同的方向 释放光电子的具有反射型光电面的光电倍增器。尤其是电子倍增部具 有分别成为电子倍增通道的多个沟部，该光电倍增器是对应于这些多 个沟部(电子倍增通道)具备多个阳极的多阳极型光电倍增器。
具体地说，该光电倍增器具有将该光电倍增器内部维持在真空 状态的外围器、被容纳于该外围器内的光电面、被容纳于该外围器内 的电子倍增部、以及至少一部分被容纳于该外围器内的阳极。上述外 围器由玻璃材料制的下侧框架(frame),电子倍增部和阳极被一体地蚀 刻加工的侧壁框架，以及玻璃材料或硅材料制的上侧框架构成。
上述电子倍增部具有沿着电子的行进方向延伸的多个沟部或多个 贯通孔。各沟部被通过蚀刻技术微细加工而成的一对壁部所规定，在 规定该沟部的一对壁部各自的表面上，形成有用于对来自光电面的光 电子进行级联倍增的二次电子释放面，作为1个电子倍增通道而起作 用。同样地，各贯通孔也被通过蚀刻技术微细加工而成的壁部所规定， 在规定该贯通孔的壁部的表面上，形成有用于对来自光电面的光电子 进行级联倍增的二次电子释放面，作为l个电子倍增通道而起作用。
尤其是在本发明所涉及的光电倍增器中，上述阳极由多个通道电 极构成，这些通道电极分别对应于设置在电子倍增部的多个沟部而设 置，并且这些通道电极的至少一部分被配置在被规定相应的沟部的一 对壁部夹着的空间内。而且，作为电子倍增通道在电子倍增部设置多 个贯通孔的构成的情况下，上述阳极由多个通道电极构成，这些通道 电极分别对应于设置在电子倍增部的多个贯通孔而设置，并且这些通 道电极的至少一部分被配置在被规定相应的贯通孔的壁部夹着的空间 内。无论在哪一种结构中，各通道电极均作为被分配到某个电子倍增 通道的阳极而起作用。
如上所述，作为多阳极型光电倍增器，通过阳极由多个通道电极 构成，且以通道电极各自的一部分插入到沟部内或贯通孔内的状态进 行配置，由此，使在各沟部中倍增的二次电子或在各贯通孔中倍增的 二次电子，可靠地到达对应的通道电极(降低电子倍增通道间的串扰), 并得到更高的检测精度。
这里，在电子倍增部作为电子倍增通道的具有多个沟部的情况下, 构成上述阳极的各通道电极优选具有，其前端插入到被规定相应的沟 部的一对壁部夹着的空间内的突起部。另外，在电子倍增部作为电子 倍增通道具有多个贯通孔的情况下，构成上述阳极的各通道电极优选 具有，其前端插入到被规定相应的贯通孔的壁部夹着的空间内的突起 部。
这时，优选具有如下结构构成上述阳极的各通道电极的本体部 分被固定在外围器的一部分上，突起部在距离外围器规定距离的状态 下被该本体部分支撑。
本发明涉及的光电倍增器中，优选构成上述阳极的各通道电极， 山作为容易进行微细加工的材料的硅形成。
再者，本发明涉及的各实施例通过下面的详细说明以及附图将变 得更为清楚。这些实施例仅用于示范，不能被认为是对本发明的限定。
并且，本发明的更广泛的应用范围将由于以下的详细说明而变得 清楚。然而，虽然详细的说明和特定的事例介绍了本发明的合适的实 施例，但是这些仅仅是例示。本领域技术人员从该详细说明能够清楚 地知道本发明的思想以及范围中的各种变形以及改良。
如上所述，根据本发明，由于分别对应于相当于电子倍增通道的 多个沟部或贯通孔而设置的、且构成阳极的多个通道电极，以其各自 的一部分插入到对应的沟部或贯通孔中的状态配置，因而有效地减小 了通道间的串扰，结果获得了高检测精度。


图1是本发明涉及的光电倍增器的一实施例的构成的立体示意图。
图2是图1所示的光电倍增器的组装工序图。
图3是沿着图1中的I-I线的光电倍增器的结构的截面示意图。
图4是图l所示的光电倍增器中电子倍增部的结构的立体示意图。 图5是电子倍增部中的沟部和阳极的有效的位置关系的说明图。 图6是图1所示的光电倍增器的制造工序的说明图(其l)。 图7是图1所示的光电倍增器的制造工序的说明图(其2)。 图8是本发明涉及的光电倍增器的第2实施例的结构示意图。 图9是采用本发明涉及的光电倍增器的检测模块的构成示意图。
符号说明
la…光电倍增器，2…上侧框架，3…侧壁框架，4…下侧框架(玻 璃基板)，22…光电面，31*"电子倍增部，32…阳极，42…阳极端子， 320…通道电极。
具体实施例方式
下面，使用图1 图9详细地说明本发明涉及的光电倍增器的各个 实施例。而且，在附图的说明中使用相同的符号标记相同的部分，省 略重复的说明。
图1是本发明涉及的光电倍增器的一个实施例的结构的立体示意 图。该图1中所示的光电倍增器la是具有透过型光电面的光电倍增器, 具有由上侧框架2 (玻璃基板)、侧壁框架3 (硅基板)、下侧框架4 (玻璃基板)构成的外围器。该光电倍增器la是多阳极型光电倍增器, 如果光向着光电面入射的方向和在电子倍增部中的电子的运动方向相 交叉，即光从图1中的箭头A所示的方向入射，那么，通过从光电面 释放出的光电子入射到电子倍增部，该光电子沿着箭头B所示的方向 运动，从而在每个电子倍增通道内对二次电子进行级联倍增，在对应 于各通道的阳极检测信号。接着对各构成要素进行说明。
图2是将图1所示的光电倍增器la分解为上侧框架2、侧壁框架 3、以及下侧框架4的立体示意图。上侧框架2以矩形平板状的玻璃基 板20作为基体材料而构成。在玻璃基板20的主面20a上形成有矩形 的凹部201,凹部201的外周沿着玻璃基板20的外周而形成。在凹部 201的底部形成有光电面22。该光电面22形成在凹部201的长度方向 的一端附近。在与玻璃基板20的主面20a相对的面20b上设置有孔202，
该孔202直通到光电面22。在孔202内配置有光电面端子21,该光电 面端子21与光电面22电接触。另外，该第l实施例中，由玻璃材料 构成的上侧框架2自身作为透过窗而起作用。
侧壁框架3以矩形平板状的硅基板30作为基体材料而构成。从硅 基板30的主面30a向着与其相对的面30b形成有凹部301以及贯通部 302。凹部301以及贯通部302的开口均为矩形，凹部301以及贯通部 302互相连接，其外周沿着硅基板30的外周而形成。
在凹部301内形成有电子倍增部31。电子倍增部31具有从凹部 301的底部301a互相沿着竖立设置的多个壁部311。如此，在壁部311 彼此之间形成有作为电子倍增通道的沟部。在该壁部311的侧壁(规 定各沟部的侧壁)以及底部301a上形成有由二次电子释放材料构成的 二次电子释放面。壁部311沿着凹部301的长度方向设置，其一端配 置成隔开凹部301的一端具有规定的距离，另一端配置在面临贯通部 302的位置上。在贯通部302内配置有阳极32。另外，作为电子倍增 通道，除了壁部311彼此之间的沟部之外，还可以利用侧壁框架2的 内壁(外围器内侧)的对应于电子倍增部31的部位和相邻于该部位的 壁部311之间的沟部。
另外，阳极32由分别对应于上述沟部而设置的多个通道电极320 (分别电分离)构成，这些通道电极320被配置为在与贯通部302的 内壁之间设有空隙部，其本体部分通过阳极接合、扩散接合、以及使 用低熔点金属(例如铟)等密封材料的接合等(下面，在仅记载接合 的情况下，指的是这些接合中的任何一种)而被固定在下侧框架4上。 另一方面，通道电极320分别具有其一部分插入到由规定沟部的壁部 311所规定的空间内的突起部，该突起部以从下侧框架4离开规定距离
的状态而被本体部分支撑。
下侧框架4以矩形平板状的玻璃基板40作为基体材料而构成。从 玻璃基板40的主面40a到与此相对的面40b之间，分别设有孔401 、 孔402、以及孔403。在孔401、孔402、孔403内分别插入并固定有 光电面侧端子41、阳极端子42、阳极侧端子43。而且，阳极端子42 与侧壁框架3的阳极32电接触。
阁3是沿着图1中的I-I线的光电倍增器la的结构的截面示意图。
如前所述,在上侧框架2的凹部201的一端的底部上形成有光电面22。 光电面端子21和光电面22电接触，通过光电面端子21向光电面22 施加规定电压。通过接合上侧框架2的主面20a (参照图2)和侧壁框 架3的主面30a (参照图2)，将上侧框架2固定在侧壁框架3上。
在与上侧框架2的凹部201相对应的位置上配置有侧壁框架3的 凹部301以及贯通部302。在侧壁框架3的凹部301上配置有电子倍增 部31,在凹部301的一端的壁和电子倍增部31之间形成有空隙部301b。 这种情况下，侧壁框架3的电子倍增部31的一端位于上侧框架2的光 电面22的正下方。侧壁框架3的贯通部302内分别配置有构成阳极32 的通道电极320。由于各通道电极320的突起部被配置为不与贯通部 302的内壁相接触，因而在各通道电极320的突起部和贯通部302之间 形成有空隙部302a。而且，各通道电极320的突起部和对应的沟部以 在图3中为--部分重合的状态而配置(突出部的一部分插入到相对应 的沟部)。
通过接合侧壁框架3的面30b(参照图2)和下侧框架4的主面40a (参照图2),将下侧框架4固定在侧壁框架3上。这时，侧壁框架3 的电子倍增部31也通过接合在下侧框架4上而被固定。分别由玻璃材 料构成的上侧框架2以及下侧框架4以夹着侧壁框架3的状态，通过 分别接合于该侧壁框架，得到该电子倍增器la的外围器。另外，在该 外围器的内部形成有空间，在组装由这些上侧框架2、侧壁框架3、以 及下侧框架4构成的外围器时，进行真空气密处理，将该外围器的内 部维持在真空状态。(详细情况在后面描述)
由于下侧框架4的光电面侧端子401以及阳极侧端子403分别电 接触于侧壁框架3的硅基板30,因而通过分别向光电侧面端子401以 及阳极侧端子403施加规定的电压，能够在硅基板30的长度方向(与 从光电面22释放出光电子的方向相交叉的方向，二次电子在电子倍增 部31中的运动方向)上产生电位差。而且，下侧框架4的阳极端子402 针对侧壁框架3的每个通道电极320而配置(与阳极32电接触)，能 够将到达通道电极320的电子作为信号而取出。
图4中显示了侧壁框架3的壁部311附近的结构。在配置于硅基 板30的凹部301内的壁部311的侧壁上形成有凸部311a。凸部3Ua
以与相对的壁部311互不相同的方式交替地配置。凸部311a从壁部311 的上端到下端同样地形成。
光电倍增器la如下地进行工作。即，分别向下侧框架4的光电面 侧端子401和阳极侧端子403施加-2000V和0V电压。另外，硅基板 30的电阻约为IOMQ。而且，硅基板30的电阻值可通过改变硅基板 30的体积例如厚度来进行调整。例如，通过减小硅基板的厚度能够提 高电阻值。这里，当光经过由玻璃材料构成的上侧框架2而入射到光 电面22时，光电子从光电面22向着侧壁框架3释放。该释放出的光 电子到达位于光电面22的正下方的电子倍增部31。由于在硅基板30 的长度方向上产生有电位差，因此到达电子倍增部31的光电子向着阳 极32侧运动。电子倍增部31中作为电子倍增通道形成有由多个壁部 311规定的沟。所以，从光电面22到达电子倍增部31的光电子轰击壁 部311的侧壁以及互相相对的侧壁311的底部301a,释放出多个二次 电子。在电子倍增部31中，在每个电子倍增部通道上依次进行二次电 子的级联倍增，从而从光电面到达电子倍增部的每1个光电子均生成 105 107个二次电子。该生成的二次电子到达相对应的通道电极320, 并作为信号从阳极端子402被取出。
接着，使用图5说明构成阳极32的通道电极320和沟部的有效的 配置关系。
首先，在图5中的区域(a)中，作为比较例显示了构成阳极32 的多个通道电极被配置在离开电子倍增部31的阳极侧端部规定距离
(该规定距离形成电位差V)的位置的结构。在如该图5中的区域(a) 所示的结构的情况下，在电子倍增通道即沟部中被级联倍增的二次电 子从该沟部的电子释放端以规定的扩散角向着阳极32侧行进。如此， 由于从某个沟部释放的电子以规定的扩散角行进，因此到达其他的通 道电极而不是到达对应于该沟部的通道电极的可能性显著提高。艮P, 在电子倍增通道之间容易发生串扰。这种情况下，具有如图5的区域
(a)中所示结构的光电倍增器有时无法得到足够的检测精度。
另一方面，如图5中的区域(b)所示，在被规定电子倍增部31 的沟部的一对壁部311夹着的空间内将构成阳极32的通道电极320各 自的一部分插入的结构中，解决了上述问题，能够显著提高检测精度。 即，在被规定1个沟部(1个电子倍通道)的一对壁部所夹着的空
间内、将相应的1个通道电极320的前端插入的结构中，由于在规定 沟部的壁部311或底部301被级联倍增的二次电子并不是从该沟部的 端部被释放，而是直接到达相应的通道电极320,因此在结构上不会产 生电子倍增通道之间的串扰。因此，来自光电面22的电子在沟部被级 联倍增后，可靠地到达对应于该沟部的通道电极320上，从而能够获 得高检测精度。
再者，图5中所示的区域(c)是从侧面观察图5中的区域(b) 的图，规定各沟部的壁部311和相应的通道电极320的突起部以从下 侧框架4隔开规定距离的状态一部分重合。即，通道电极320在其电 子倍增部31侧端部具有突起部，该突起部被空间地配置为，离开下侧 框架4规定的距离。由于这些突起部和下侧框架4处于相距规定距离 的状态，因此能够縮短壁部311和相应的通道电极320 (更详细地说是 突起部)的空间距离，并且通过这些下侧框架4的爬电距离(creepage distance)能够获得足够的长度。如该实施例所示，在将电子倍增部31 和阳极32配置在同一基板平面上且结构微细化的情况下，在决定两者 间的距离时，问题在于两者间的耐受电压和阳极32的电子收集效率呈 相反关系。然而，当处于如上所述的隔开规定距离的状态时，由于爬 电距离得到充分确保且在空间上也相近，因而在耐受电压上不会产生 问题，能够提高电子收集效率并抑制通道电极间的串扰。
在上述的实施例中对具有透过型光电面的光电子电子倍增器进行 了说明，但本发明涉及的光电倍增器也可以具有反射型光电面。例如， 通过在电子倍增部31的与其阳极侧端相反侧的端部上形成光电面，能 够得到具有反射型光电面的光电倍增器。另外，也可以通过在与电子 倍增部31的阳极侧相反的端部侧上形成与阳极侧相对的倾斜面，然后 在该倾斜面上形成光电面，而得到具有反射型光电面的光电倍增器。 无论哪一种结构，在其他结构具有和上述的电子倍增器la相同的结构 的状态下，均能得到具有反射型光电面的光电倍增器。
而且，在上述的实施例中，配置在外围器内的电子倍增部31在与 构成侧壁框架3的硅基板30相接触的状态下一体地形成。然而，在如 此側壁框架3和电子倍增部31相接触的状态下，该电子倍增部31受
到经过侧壁框架3的外部杂音的影响，检测精度有可能降低。因此， 与侧壁框架3—体地形成的电子倍增部31以及阳极32(通道电极320), 在离开该侧壁框架3规定距离的状态下，也可以分别配置在玻璃基板 40 (下侧框架4)上。具体地说，空隙部301b成为贯通部，光电面侧 端子401被配置为电接触于电子倍增部31的光电面侧端部，并且，阳 极侧端子403被配置为电接触于电子倍增部31的阳极侧端部。
并且，在上述的实施例中，构成外围器的一部分的上侧框架2由 玻璃基板20构成，该玻璃基板20自身起到作为透过窗的作用。然而, 上侧框架2也可以由硅基板构成。这种情况下，在该上侧基板2或侧 壁基板3的任何一个上形成透过窗。透过窗的形成方法如下例如， 可以对以硅基板夹着溅射玻璃基板的两面的SOI (Silicon On Insulator) 基板的两面进行蚀刻，然后将露出的溅射玻璃基板的一部分作为透过 窗予以利用。而且，也可以在硅基板上形成几um的柱状或网眼状的 图案，然后热氧化该部分使其玻璃化。而且，也可以将透过窗形成区 域的硅基板蚀刻到厚度为几ym左右，然后通过热氧化使其玻璃化。 这种情况下，可以从硅基板的两面进行蚀刻，也可以仅从一侧进行蚀 刻。
接着，对图1所示的光电倍增器la的制造方法的一个示例进行说 明。在制造该光电倍增器时，准备直径为4英寸的硅基板(图2的侧 壁框架3的构成材料)和相同形状的2片玻璃基板(图2的上侧框架2 以及下侧框架4的构成材料)。对他们的每个微小的区域(例如，几毫 米四方)上实施在下面进行说明的加工。当下面说明的加工完成时， 按照各个区域进行分割，完成光电倍增器。接着，使用图6以及图7 对该加工方法进行说明。
首先，如图6的区域(a)所示，准备厚度为0.3mm、电阻率为 30k^cm的硅基板50 (相当于侧壁框架3)。该硅基板50的两面上分 别形成有硅热氧化膜60以及硅热氧化膜61。硅热氧化膜60以及硅热 氧化膜61作为DEEP-R正(Reactive Ion Etching)加工时的掩模而起作 用。接着，如图6中的区域(b)所示，抗蚀剂膜70形成在硅基板50 的背面侧上。在抗蚀剂膜70上形成有，与图2的贯通部302和构成阳 极32的各贯通电极320之间的空隙相对应的除去部701，以及用于分
离各通道电极320的除去部(图中未显示)。当在该状态下蚀刻硅热 氧化膜61时，形成与图2的贯通部302和通道电极320之间的空隙部 相对应的除去部611以及用于分离各通道电极320的除去部(图中未 显示)。
从如图6中的区域(b)所示的状态除去抗蚀剂膜70后，进行 DEEP-R正加工。如图6中的区域(c)所示，硅基板50上形成有，与 图2的贯通部302和通道电极320之间的空隙部相对应的空隙部501, 以及用于分离各通道电极320的隔离部(图中未显示)。接着，如图6 中的区域(d)所示，抗蚀剂膜71形成在硅基板50的表面侧。在抗蚀 剂膜71上形成有，与图2的壁部311和凹部301之间的空隙相对应的 除去部711、与图2的贯通部302和通道电极320之间的空隙相对应的 除去部712、与图2的壁部311彼此之间的沟相对应的除去部(在图6 中的区域(e)中，以区域A表示的部分)，以及用于分离各通道电极 320的贯通部(在图6中的区域(e)中，以区域B表示的部分)。当 在该状态下蚀刻硅热氧化膜60时，形成与图2的壁部311和凹部301 之间的空隙相对应的除去部601、与图2的贯通部302和通道电极320 之间的空隙相对应的除去部602、与图2的壁部311彼此之间的沟相对 应的除去部，以及与彼此电分离的通道电极320相对应的除去部。
从如图6中所示的区域(d)的状态除去硅热氧化膜61后，玻璃 基板80 (相当于下侧框架4)被阳极接合在硅基板50的背面侧(参照 图6中所示的区域(e))。在该玻璃基板80上预先加工有相当于图2 的孔401的孔801、对应于图2的孔402的孔802、以及对应于图2的 孔403的孔803。接着，在硅基板50的表面侧进行DEEP-RIE加工。 抗蚀剂膜71作为DEEP-R正加工时的掩模材料而起作用，使深宽比大 的加工成为可能。DEEP-R正加工后除去抗蚀剂膜71以及硅热氧化膜 60。如图7中的区域(a)所示，通过预先对进行了隔离部的加工(用 于使空隙部501以及各通道电极320与背面隔离)的部分形成到达玻 璃基板80的贯通部，形成相当于图2的通道电极320的岛状部52。相 当于该通道电极320的岛状部52通过阳极接合固定在玻璃基板80上。 并且，在进行DEEP-RIE加工时，还形成相当于图2的壁部311间的 沟的沟部51，和相当于图2的壁部311与凹部301之间的空隙的凹部
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503。这里，在沟部51的侧壁以及底部301a上形成有二次电子释放面。 而且，相当于壁部311间的沟的沟部51和相当于通道电极320的岛状 部52成为从侧面看重叠一部分的状态，由此实现在沟部内插入对应的 通道电极320的一部分的结构。
接着，如图7中的区域(b)所示，准备相当于上侧框架2的玻璃 基板卯。在玻璃基板卯上通过沉孔加工形成有凹部卯l (相当于图2 的凹部201)，设有从玻璃基板卯的表面直到凹部901的孔卯2 (相 当于图2的孔202)。如图7中的区域(c)所示，相当于图2的光电 面端子21的光电面端子92插入并固定在孔卯2中，同时，在凹部卯l 上形成光电面91。
加工进行到图7中所示的区域(a)的硅基板50以及玻璃基板80, 和加工进行到如图7中所示的区域(c)的玻璃基板90,如图7中的区 域(d)所示，以真空气密的状态接合。然后，将相当于图2的光电面 侧端子41的光电面侧端子81插入并固定在孔801内，将相当于图2 的阳极端子42的阳极端子82插入并固定在孔802内，将相当于图2 的阳极端子43的阳极侧端子83插入并固定在孔803内，形成图7中 的区域(e)所示的状态。然后，通过以芯片单位进行切割，得到具有 如图1以及图2所示结构的光电倍增器。
图8是本发明涉及的光电倍增器的第2实施例的结构的示意图。 在该图8中显示了光电倍增器10的截面结构。如图8中的区域(a) 所示，光电倍增器10由上侧框架11、侧壁框架12 (硅基板)、第1 下侧框架13 (玻璃部件)、第2下侧框架14 (基板)分别接合而构成。 上侧框架11由玻璃材料构成，在其与侧壁框架12相对的面上形成有 凹部llb。在该凹部llb的几乎整个底部上形成有光电面112。向光电 面112施加电位的光电面电极113和与后述的表面电极相接触的表面 电极端子111分别配置在凹部lib的一端以及另一端。
侧壁框架12在硅基板12a上设有与管轴方向平行的多个孔121。 在该孔121的内表面上设有用于使电子冲突的凸部121a,在包括该凸 部121a的该孔121的内面上形成有二次电子释放面(各孔121成为电 子倍增通道)。另外，也可以将侧壁框架12的内壁(外围器内侧)作 为电子倍增通道壁的一部分予以利用。而且，在孔121各自的两端的 开口部附近配置有表面电极122以及背面电极123。在该图8中的区域 (b)显示了孔121以及表面电极122的位置关系。如该图8中的区域 (b)所示，配置表面电极122使其面临孔121。另外，背面电极123 也与此相同。表面电极122与表面电极端子111相接触，背面电极123 接触于背面电极端子143。所以，在侧壁框架12中在孔121的轴方向 上产生电位，从光电面112释放出的光电子在孔121内向图中的下方 行进。
第1下侧框架13是用于连接侧壁框架12和第2下侧框架14的部 件，与侧壁框架12和第2下侧框架14这两者相接合。
第2下侧框架14由设有多个孔141的硅基板14a构成。构成阳极 的多个通道电极142分别插入并固定在孔141内。另外，这些通道电 极142上分别设有突起部142a,以该突起部142a的一部分插入到相应 的孔121中的状态被固定。
在图8所示的光电倍增器10中，从图中的上方入射的光透过上侧 框架11的玻璃基板向光电面112入射。相应于该入射光从光电面112 向侧壁框架12释放光电子。释放出的光电子进入到第1下侧框架13 的孔121内。进入到孔121内的光电子一边轰击孔121的内壁一边生 成二次电极，生成的二次电子向第2下侧框架14运动。该二次电子作 为信号从相应的通道电极142被取出。
接着，对采用具有上述结构的光电倍增器la的光模块进行说明。 图9中所示的区域(a)是采用光电倍增器la的分析模块的结构示意 图。分析模块85具有玻璃板850、气体导入管851、气体排气管852、 溶剂导入管853、试剂混合反应通路854、检测部855、废液积存处856、 试剂通路857。气体导入管851以及气体排气管852是为了向分析模块 85导入或从其排出作为分析对象的气体而设置的。从气体导入管851 导入的气体经过在玻璃板850上形成的提取通路853a,从气体排出管 852向外部排出。所以，当被导入的气体中存在着特定的相关物质(例 如，环境荷尔蒙或微粒)时，通过使从溶剂导入管853导入的溶剂穿 过提取通路853a,能够将其提取到溶剂中。
穿过提取通路853a的溶剂以含有被提取出的相关物质的状态导入 到试剂混合反应通路854中。试剂混合反应通路854有多个，通过从
试剂通路857分别导入相应的试剂，使试剂和溶剂混合。混合有试剂 的溶剂一边进行反应， 一边在试剂混合反应通路854中向检测部855 行进。检测部855中的相关物质的检测结束后的溶剂被废弃于废液积 存处856。
参照图9中所示的区域(b)说明检测部855的构成。检测部855 具有发光二极管阵列855a、光电倍增器la、电源855c、输出电路855b。 发光二极管阵列855a中对应于玻璃板850的试剂混合反应通路854设 置有多个发光二极管。从发光二极管阵列855a出射的激发光(图中的 实线箭头)被导入到试剂混合反应通路854内。在试剂混合反应通路 854中流过能含有相关物质的溶剂，并且在试剂混合反应通路854中相 关物质与试剂发生反应之后，激发光向与检测部855相对应的试剂混 合反应通路854照射，荧光或透过光(图中的虚线箭头)到达光电倍 增器la。该荧光或透过光照射在光电倍增器la的光电面22上。
如前所述，由于光电倍增器la内设有具备多个沟(例如相当于20 个通道的分量)的电子倍增部，因此能够检测出哪个位置的(哪个试 剂混合反应通路854的)荧光或透过光发生了变化。该检测结果从输 出电路855b输出。而且，电源855c是用于驱动光电倍增器la的电源。 另外，玻璃板850上配置有玻璃薄板(图中未显示)，覆盖除了气体 导入管851、气体排气管852、溶剂导入管853和玻璃板850的接点部、 以及废液积存部856和试剂通路857的试料注入部之外的提取通路 853a、试剂混合反应通路854、试剂通路857 (除了试料注入部)等。
如上所述，根据本发明的多阳极型光电倍增器中，阳极由多个通 道电极构成，且以通道电极各自的一部分插入沟部内或贯通孔内的状 态进行配置，由此在各沟部内倍增的二次电子或在各贯通孔内倍增的 二次电子可靠地到达相应的通道电极(降低电子倍增通道间的串扰)， 并得到更高的检测精度。
而且，通过在规定电子倍增部31的沟部的壁部311的表面上设置 具有期望高度的凸部311a,能够显著提高电子倍增效率。
而且，通过对硅基板30a进行微细加工能够在电子倍增部31上形 成沟，而且，由于硅基板30a接合于玻璃基板40a,因此没有振动的部 分。所以，各实施例涉及的光电倍增器具有优良的抗震性、抗冲击性。
由于构成阳极32的多个通道电极320和玻璃基板40a相接合，因 而焊接时没有金属飞沬。因此，各实施例涉及的光电倍增器的电气稳 定性和抗震性、抗冲击性得到了提高。由于通道电极320以其整个下 面与玻璃基板40a相接合，因而阳极32不会因冲击、振动而发生振动。 因此，该光电倍增器的抗震性、抗冲击性得到了提高。
而且，在该电子倍增器的制造过程中，没有必要组装内部结构， 且操作简单，因而作业时间短。由于由上侧框架2、侧壁框架3、以及 下侧框架4构成的外围器(真空容器)和内部结构被一体地构成，因 而能够容易地实现小型化。由于在内部没有单独的部件，因而不需要 电气性的、机械性的接合。
在电子倍增部31中，电子一边轰击以壁部311构成的多个沟的侧 壁， 一边进行级联倍增。因此，由于结构简单，不需要很多的部件， 因此容易实现小型化。
根据以上的本发明的说明可知可以对本发明进行多种变形。这些 变形不能被认为脱离了本发明的思想以^:范围，对本领域技术人员来 说不言而喻的改良均被包含在本发明权利要求的范围内。
产业上利用的可能性
本发明涉及的光电倍增器能够用于需要检测微弱光的多种检测领域。
权利要求
1.一种光电倍增器，其特征在于，具有外围器，内部被维持在真空状态；光电面，被容纳于所述外围器内，相应于经过该外围器而取入的光向该外围器的内部释放电子；电子倍增部，被容纳于该外围器内，具有沿着电子的行进方向延伸的多个沟部；以及，阳极，被容纳于该外围器内，用于将在所述电子倍增部被级联倍增的电子中的到达的电子作为信号而取出，该阳极由多个通道电极构成，这些通道电极分别对应于设置在所述电子倍增部的多个沟部而设置，并且这些通道电极的至少一部分被配置在被规定相应的沟部的一对壁部夹着的空间内。
2. 根据权利要求1所述的光电倍增器，其特征在于-构成所述阳极的各通道电极具有，其前端插入到被规定所述相应的沟部的一对壁部夹着的空间内的突起部。
3. --种光电倍增器，其特征在于，具有 外围器，内部被维持在真空状态；光电面，被容納于所述外围器内，相应于经过该外围器而取入的 光向该外围器的内部释放电子；电子倍增部，被容纳于所述外围器内，具有沿着电子的行进方向 延伸的多个贯通孔；以及，阳极，被容纳于该外围器内，用于将在所述电子倍增部被级联倍 增的电子中的到达的电子作为信号而取出，该阳极由多个通道电极构 成，这些通道电极分别对应于设置在所述电子倍增部的多个贯通孔而 设置，并且这些通道电极的至少一部分被配置在被规定相应的贯通孔 的壁部夹着的空间内。
4. 根据权利要求3所述的光电倍增器，其特征在于构成所述阳极的各通道电极具有，其前端插入到被规定所述相应 的贯通孔的壁部夹着的空间内的突起部。
5. 根据权利要求2或4所述的光电倍增器，其特征在于-构成所述阳极的各通道电极的本体部分固定在所述外围器的一部分上，所述突起部在距离所述外围器规定距离的状态下被所述本体部 分支撑。
6. 根据权利要求1至5中任何一项权利要求所述的光电倍增器， 其特征在于-构成所述阳极的各通道电极由硅形成。
全文摘要
本发明涉及一种光电倍增器，其具有能有效地抑制电子倍增通道间的串扰，实现高检测精度的微细结构。该光电倍增器具有将内部维持在真空的外围器，在该外围器内配置有光电面(22)、电子倍增部(311)、阳极(32)。电子倍增部作为电子倍增通道具有用于对光电子进行级联倍增的沟部，阳极由分别与以壁部规定的沟部相对应的通道电极构成。特别是各通道电极(320)，其一部分被配置在被规定相应沟部的一对壁部夹着的空间内。
文档编号H01J43/24GK101189701SQ20068001979
公开日2008年5月28日 申请日期2006年6月1日 优先权日2005年8月10日
发明者下井英树, 久嶋浩之, 增田祐司, 大村孝幸, 木下仁志, 木村末则, 杉山浩之 申请人:浜松光子学株式会社