光電倍增器的製作方法

2023-04-28 07:19:16

專利名稱：光電倍增器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光電倍增器，其具有對由光電面生成的光電子進 行級聯倍增的電子倍增部。
背景技術：
目前，光電倍增器(PMT: Photo-Multiplier Tube)作為光傳感器 已被人所知。光電倍增器構成為，具備將光變換為電子的光電面 (Photocathode)、聚焦電極、電子倍增部、以及陽極，並且，這些被 收容在真空容器中。在這種光電倍增器中，當光向光電面入射吋，光 電子從光電面被釋放到真空容器中。該光電子被聚焦電極導入到電子 倍增部，並被該電子倍增部進行級聯倍增。陽極將已倍增的電子中到 達此處的電子作為信號而輸出(例如，參照下述專利文獻1以及專利 文獻2)。
專利文獻l:日本國特許第3078905號公報(日本國特開平5-182631 號公報)
專利文獻2:日本國特開平4-359855號公報

發明內容
發明者們對目前的光電倍增器進行了研討，結果發現了以下的問 題。B卩，隨著光傳感器用途的多樣化，需要更加小型的光電倍增器。 另一方面，伴隨著這種光電倍增器的小型化，對構成該光電倍增器的 部件提出了高精度的加工技術的要求。特別是隨著部件自身的微細化 的進展，這些部件之間的精密配置變得越來越難以實現，因此無法獲 得高檢測精度，而且，每個被製造出來的光電倍增器的檢測精度的偏 差也變大。
本發明就是為了解決上述問題而提出的，其目的在於提供一種能 獲得更高倍增效率的微細結構的光電倍增器。
本發明涉及的光電倍增器是具有電子倍增部的光傳感器，該電子 倍增部對由光電面生成的光電子進行級聯倍增，根據該光電面的配置 位置，光電倍增器分為，沿著與光的入射方向相同的方向釋放光電子 的具有透過型光電面的光電倍增器、以及沿著與光入射方向不同的方 向釋放光電子的具有反射型光電面的光電倍增器。
具體地說，該光電倍增器具有外圍器，使由包括器件搭載面的 內壁面所規定的內部空間維持真空狀態；被容納於該外圍器內的光電 面；被容納於該外圍器內的電子倍增部；至少一部分被容納於該外圍 器內的陽極；以及電壓分配部。上述外圍器由玻璃材料制的下側框架 (frame),電子倍增部、陽極、電壓分配部被一體地蝕刻加工的側壁框 架，以及玻璃材料或矽材料制的上側框架構成。而且，在這種情況下， 器件搭載面相當於下側框架的上面。
上述電子倍增部由沿著電子的行進方向依次配置在器件搭載面上 的多段倍增電極構成，這些多段倍增電極分別被設定在不同的電位。 通過這種多段倍增電極的級聯倍增而實現了高倍增效率。並且，上述 電壓分配部與電子倍增部一起被配置在器件搭載面上，並向構成該電 子倍增部的多段倍增電極的每一個施加規定電壓。如此，通過將電子 倍增部和電壓分配部共同配置在同一平面上，能夠實現該光電倍增器 的小型化。
本發明涉及的光電倍增器中，由於上述電壓分配部與電子倍增部 一起被容納於外圍器的內部空間內，所以優選為具有主軸部和從該主 軸部延伸的多個連接部的形狀。該主軸部沿著電子倍增部中的電子行 進方向延伸，多個連接部的一端與多段倍增電極中相應段的倍增電極 相連。並且，優選各連接部被整形為，至少與主軸部相連的連接端部 的在該主軸部的延伸方向上規定的厚度，小於在該主軸部的延伸方向 上規定的各段倍增電極的寬度。這是因為由於在兩端被施加了規定 電壓的主軸部上形成有連續的電位梯度，因而，如果連接部的連接端 部(主軸部和連接部的連接部分)的厚度大，那麼將不能忽視在向著 該連接部的光電面側的側面和向著陽極側的側面之間產生的電位差 (相應段的倍增電極的電位控制變難)。與此相反的是，為了減小電阻， 優選增大除了該連接端部的該連接部的截面。
本發明涉及的光電倍增器中，優選上述多段倍增電極分別具有沿
著器件搭載面配置的多個溝部。1個倍增電極的各個溝部分別構成多個 電子倍增通道的一部分。
並且，本發明涉及的光電倍增器中，在上述電壓分配部的主軸部 的兩端上，連接有用於向電子倍增部施加規定電壓的金屬端子。這些 金屬端子插入到連接外圍器的外部和內部空間的貫通孔內。
而且，本發明涉及的光電倍增器中，從容易加工的角度考慮，優 選至少上述電子倍增部由矽構成。例如，在上述側壁框架由矽材料構 成的情況下，由於電子倍增部、陽極、以及電壓分配部能夠一體地通 過蝕刻加工而實現，因此，能夠實現在上述下側框架的器件搭載面上 的這些構成要素的二維配置，從而能夠實現該光電倍增器的小型化。
另外，通過下面的詳細說明以及附圖可以更充分地理解本發明相 關的各實施例。這些實施例僅僅是例示，不能認為是對本發明的限定。
並且，本發明的更大的應用範圍將從以下的詳細說明而變得清楚。 然而，詳細的說明和特定的事例雖然表示了本發明的優選實施例，但 是這些僅僅是為了例示而表示的。從這些詳細說明本領域技術人員顯 然可以知曉包含於本發明的思想以及範圍中的各種變形以及改良。如上所述，根據本發明，電子倍增部和電壓分配部被配置在同一 平面上，其中，電子倍增部由具有分別構成電子倍增通道的多個溝部 的多段倍增電極構成，並實現了高倍增效率，電壓分配部用於向這些 多段倍增電極施加規定的電壓。如此，由於光電倍增器的主要構成要 素能夠被二維地配置，因此能夠獲得具有更高倍增效率的微細結構的 光電倍增器。


圖1是本發明涉及的光電倍增器的一實施例的構成的立體示意圖。
圖2是圖1所示的光電倍增器的組裝工序圖。 圖3是分別沿著圖1中的I-I線和II-II線被剖開的光電倍增器的結 構的截面示意圖。
圖4是圖1所示的光電倍增器中電子倍增部的結構的立體示意圖。
圖5是用於說明電子倍增部的多種結構的平面圖。
圖6是圖1所示的光電倍增器的製造工序的說明圖(其1)。
6 圖7是圖1所示的光電倍增器的製造工序的說明圖(其2)。
圖8是採用本發明涉及的光電倍增器的檢測模塊的構成示意圖。
符號說明
la…光電倍增器，2…上側框架，3…側壁框架，4…下側框架(玻 璃基板)，22…光電面，31…電子倍增部，32…陽極，42…陽極端子， 311…電壓分配部，311a、 311b…端部。
具體實施例方式
下面，使用圖1 圖8詳細地說明本發明涉及的光電倍增器及其制 造方法。而且，在附圖的說明中，使用相同的符號標記相同的部分， 省略重複的說明。
圖1是本發明涉及的光電倍增器的一個實施例的結構的立體示意 圖。該圖1中所示的各光電倍增器la是具有反射型光電面的電子倍增 器，包括由上側框架2 (玻璃基板)、側壁框架3 (矽基板)、下側框 架4 (玻璃基板)構成的外圍器。該光電倍增器la是如下所述的光電 倍增器當光向著光電面入射的方向和電子倍增部的電子的運動方向 相交叉，即光從圖1中的箭頭A所示的方向入射，那麼通過從光電面 釋放出的光電子入射到電子倍增部，該光電子沿著箭頭B所示的方向 運動，從而將二次電子級聯倍增。接著，對各構成要素進行說明。
圖2是將圖1所示的光電倍增器la分解為上側框架2、側壁框架 3、以及下側框架4的立體示意圖。上側框架2以矩形平板狀的玻璃基 板20作為基體材料而形成。在玻璃基板20的主面20a上形成有矩形 的凹部201，凹部201的外周沿著玻璃基板20的外周形成。
側壁框架3以矩形平板狀的矽基板30作為基體材料而構成。從矽 基板30的主面30a到與其相對的面30b之間形成有貫通部301 (電子 倍增部31側)以及貫通部302 (陽極32側)。貫通部301以及貫通部 302的開口均為矩形，貫通部301以及貫通部302互相連接，其外周沿 著矽基板30的外周形成。
在貫通部301內形成有反射型光電面22、電子倍增部31、陽極32、 電壓分配部311。電子倍增部31由從光電面22到陽極32的被設定在
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不同電位的多段倍增電極構成。這些多段倍增電極上分別形成有含有 底部的溝部，在這些壁部(規定各溝部的側壁)以及底部上形成有由 二次電子釋放材料構成的二次電子釋放面。
而且，在貫通部302內將電壓分配部311以及陽極32配置為，在 與該貫通部302的內壁之間設置空隙部。電壓分配部311由沿著電子 倍增部31中的電子運動方向延伸的主軸部、以及從該主軸部延伸並且 一端連接於對應段的倍增電極的連接部構成。並且，在電壓分配部311 的第1端部311a和第2端部311b之間施加規定電壓，通過連接部將電 子倍增器31中的各段倍增電極設定為規定電位。光電面側端子3Ua 的一部分相對於光的入射方向(圖1中的箭頭A所示的方向)被傾斜 地切掉，從而與陽極32相對，並且在該切面上形成反射型光電面22。 陽極32與光電面22—起被配置在夾著電子倍增器31的位置上。這些 光電面22、電子倍增部31、電壓分配部311以及陽極32通過陽極接 合、擴散接合、以及使用低熔點金屬(例如銦)等密封材料的接合等 (下面，在僅記載接合的情況下，指的是這些接合中的任何一種)分 別被固定在下側框架4上，由此，二維地配置在該下側框架4的器件 搭載面上。
下側框架4以矩形平板狀的玻璃基板40作為基體材料而構成。從 玻璃基板40的主面40a (器件搭載面)到與此相對的面40b之間，分 別設有孔401、孔402、以及孔403。在孔401、孔402、孑L 403內分別 插入並固定有光電面側端子4K陽極端子42、陽極側端子43。並且， 光電面側端子41與電壓分配部311的第1端部311a電接觸，陽極端子 42與側壁框架3的陽極32電接觸，並且，陽極側端子43與電壓分配 部311的第2端部311b電接觸。
圖3是分別沿著圖1中的I-I線以及II-II線被剖開的光電倍增器 la的結構的截面示意圖。特別是在圖3中，區域(a)表示沿著I-I線
被剖開的光電倍增器(圖i)的結構，區域(b)表示沿著n-n線被剖
開的光電倍增器的結構。如前所述，在上側框架2上形成有用於規定 外圍器的內部空間的凹部201。通過接合該上側框架2的主面20a (參 照圖2)和側壁框架3的主面30a (參照圖2)，將上側框架2固定在側 壁框架3上。
如圖(3)的區域(a)所示，在與上側框架2的凹部201相對應 的位置上配置有側壁框架3的貫通部301 (電子倍增部31側)以及貫 通部302 (陽極32側)。電子倍增部31和電壓分配部311的一部分一 起被配置在側壁框架3的貫通部301中。電壓分配部311的第1端部 3Ua被配置為，在側壁框架3和該第1端部311a之間形成有空隙部 301a，在該第1端部311a和電子倍增部31之間形成有空隙部301b。 並且，在位於電子倍增部31的電子出射端側的側壁框架3的貫通部302 內配置有陽極32。由於陽極32被配置為不與貫通部302的內壁相接觸， 因此在側壁框架3和陽極32之間以及電子倍增部31和陽極32之間形 成有空隙部302a。並且，在貫通部302中還配置有包括第2端部311b 的電壓分配部311的一部分。電壓分配部3U的第1端部311a位於電 子倍增器31的電子入射端側，在形成於該第1端部311a的切面上還 設有反射型光電面即光電面22。當經過上側框架2的入射光到達光電 面22時，對應於該入射光的光電子從光電面22向著電子倍增部31釋 放。如此，在被側壁框架3的內壁所包圍的貫通部301以及貫通部302 內，配置有光電面22、電子倍增部31、電壓分配部311以及陽極32， 這些接合在下側框架4的主面40a (參照圖2)上。
而且，為了實現更高倍增率，電子倍增器31由從光電面22向著 陽極32依次配置的多段倍增電極構成。由於這些倍增電極的各段分別 被設定在不同的電位，所以這些倍增電極彼此電分離。另一方面，如 圖3中的區域(b)所示，指定段的倍增電極設有分別構成不同的電子 倍增通道的一部分的多個溝部，並以底部為共通部分。
通過接合側壁框架3的面30b(參照圖2)和下側框架4的主面40a (參照圖2)，將下側框架4固定在側壁框架3上。這時，側壁框架3 的光電面22、電子倍增部31、電壓分配部311以及陽極32也與下側 框架4相接合。由此，將該光電倍增器的主要要素即光電面22、電子 倍增部31、電壓分配部311以及陽極32被配置在相當於下側框架4的 主面40a的器件搭載面上。分別由玻璃材料構成的上側框架2以及下 側框架4以夾著側壁框架3的狀態通過分別接合於該側壁框架，得到 該電子倍增器la的外圍器。另外，在該外圍器的內部形成有空間，在 組裝由這些上側框架2、側壁框架3、以及下側框架4構成的外圍器時，進行真空氣密處理，將該外圍器的內部維持在真空狀態(詳細情況在 後面敘述)。
由於下側框架4的光電面側端子401以及陽極側端子403分別電 接觸於電壓分配部311的第1以及第2端部311a、 311b，因此，通過 分別向光電面側端子401以及陽極側端子403施加規定的電壓，能夠 在矽基板30的長度方向(從光電面22釋放出光電子的方向，也是二 次電子在電子倍增部31中的運動方向)上產生電位差。並且，由於下 側框架4的陽極端子402與側壁框架3的陽極32相接觸，因此能夠將 到達陽極32的電子作為信號而取出。
圖4中顯示了側壁框架3的壁部附近的結構。雖然在矽基板30的 貫通部301內配置有光電面22、電壓分配部311、電子倍增部31以及 陽極32，但是在該圖4中，作為立體圖主要顯示了光電面22附近的結 構。為了實現了更高的倍增率，電子倍增部31由從光電面22向著陽 極32依次配置的多段倍增電極構成。這些倍增電極由於各段設定在不 同的電位，因此彼此電分離，但是構成相同段的電子倍增通道的一部 分的多個溝部以底部為共通的部分而電相連。並且，與電子倍增部31 並排設置的電壓分配部311具有，平行於電子倍增部31設置的主軸部、 以及從主軸部伸出並分別與對應段的倍增電極相連的連接部。而且， 這些連接部從光電面22到陽極32分別彼此隔開規定的距離，如果在 第1端部311a與第2端部311b之間施加規定電壓，則由於主軸部中的 電壓下降，各段的倍增電極分別被設定在不同的規定電位。並且，在 電壓分配部311的第1端部311a的切面上設有反射型光電面即光電面 22，在該光電面22和電子倍增部31之間設有用於有效地向電子倍增 部31導入來自該光電面22的光電子的聚焦電極31a。聚焦電極31a也 和倍增電極同樣，以底部為共通部分而電相連。
光電倍增器la如下地工作。即，分別向下側框架4的光電面側端 子401和陽極側端子403施加-1000V和OV的電壓。另外，矽基板30 的電阻約為IOMQ。而且，矽基板30的電阻值可以通過改變矽基板30 的體積例如厚度進行調整。例如，通過減小矽基板的厚度和寬度可以 提高電阻值。這裡，當光經過由玻璃材料構成的上側框架2入射到側 壁框架3的反射型光電面即光電面22時，光電子從光電面22向著聚焦電極31a放出，而且，經過聚焦電極31a的光電子到達電子倍增部 31。在電壓分配部311上，由於沿著矽基板30的長度方向有電位差產 生，因此到達電子倍增部31的光電子向著陽極32側運動。電子倍增 部31由分別作為不同的電子倍增通道的一部分並具有多個溝部的多段 倍增電極構成。所以，從光電面22到達電子倍增部31的光電子在各 段倍增電極的溝部依次倍增，效率良好地釋放多個二次電子。如此， 在電子倍增部31中相繼地進行二次電子的級聯倍增，對應於從光電面 到達電子倍增部的每1個光電子，生成105 107個二次電子。這些生 成的二次電子到達陽極32，作為信號從陽極端子402被取出。
接著，使用圖5說明側壁框架3中的電子倍增部31的多種結構。 首先，圖5中的區域(a)是如上所述由分別具有多個溝部的多段 倍增電極構成的多通道電子倍增部的構成的平面示意圖。在該圖5中 的區域(a)所示的電子倍增部31中，從光電面22至陽極32依次配 置有各段分別被設定在不同電位的多段倍增電極。而且，各段倍增電 極設有多個溝部，多段倍增電極各自的溝部中，由從光電面22至陽極 32排列成一列的溝部構成了 1個電子倍增通道。而且，各段倍增電極 電連接於從電壓分配部311的主軸部伸出的連接部，並通過第1以及 第2端部311a、 311b之間的電壓下降而被設定在不同的電位。這時， 各連接部的形狀為，至少和主軸部相連的連接端部的在該主軸部的延 伸方向上規定的厚度，小於在該主軸部的延伸方向上規定的各段倍增 電極的寬度。由於在兩端施加有規定電壓的電壓分配部311的主軸部 上形成有連續的電位梯度，所以，如果連接部的連接端部(主軸部和 連接部的連接部分)的厚度大，那麼，很難將各段倍增電極設定在期 望的電位，然而，通過至少減小連接端部的厚度，能夠容易地得到期 望的電壓。並且，為了減小電阻，也可以增大除了連接端部之外的該 連接部的截面積。
另一方面，雖然圖5中的區域(b)中所示的電子倍增部31也由 多段倍增電極構成，但是，其與圖5中的區域(a)中所示的結構的電 子倍增部31的不同點在於，從光電面22到陽極32的相鄰段的倍增電 極的電子入射面彼此相向。並且，在該實施例所示的結構中，在第一 段以後的各段倍增電極的電子入射開口處設有柵電極，其結構和聚焦
電極31a相同。如此，該發明涉及的光電倍增器也可以具有單通道的
電子倍增部。在該構成中也優選連接部的截面積小於主軸部的截面積。 另外，上述的實施例中雖然對反射型的光電子電子倍增器進行了 說明，但是，本發明涉及的光電倍增器也可以具有透過型光電面。例
如，通過在由玻璃材料構成的上側框架2的凹部201的底面的對應於 電子倍增部31的電子入射端的位置上形成光電面，或者在與電子倍增 部31的陽極側端相反的端部上形成透過窗、並且以覆蓋該透過窗的方 式再形成透過型光電面，從而得到具有透過型的光電面的光電倍增器。 在反射型以及透過型的任何一種結構中，在其他結構與上述的電子倍 增器la的結構相同的狀態下，可以得到本發明涉及的光電倍增器。
並且，上述的實施例中，配置在外圍器內的電子倍增部31以離開 構成側壁框架3的矽基板30的狀態下一體地形成。通常，在側壁框架 3和電子倍增部31相接觸的狀態下，該電子倍增部31受到經由側壁框 架3的外部雜音的影響，檢測精度有可能降低。因此，在該發明中， 側壁框架3和一體地形成的電子倍增部31、電壓分配部311以及陽極 32，以從該側壁框架3隔開規定距離的狀態下，分別配置在玻璃基板 40 (下側框架4)上。
並且，在上述的實施例中，構成外圍器的一部分的上側框架2由 玻璃基板20構成，該玻璃基板20自身作為透過窗而發揮作用。然而， 上側框架2也可以由矽基板構成。這種情況下，在該上側框架2或側 壁框架3的任何一個上形成透過窗。關於透過窗的形成方法，例如， 可以對以矽基板夾著玻璃層(Si02)的兩面的SOI (Silicon On Insulator) 基板的兩面進行蝕刻，然後將露出的玻璃層(Si02)的一部分作為透 過窗加以利用。而且，也可以在矽基板上形成數pm的柱狀或網眼狀的 圖案，然後熱氧化該部分使其玻璃化。而且，也可以將透過窗形成區 域的矽基板蝕刻到數pm左右的厚度，然後通過熱氧化使其玻璃化。這 種情況下，可以從矽基板的兩面進行蝕刻，也可以僅從一側進行蝕刻。
接著，對圖1所示的光電倍增器la的製造方法的一個示例進行說 明。在製造該光電倍增器時，準備直徑為4英寸的矽基板(圖2的側 壁框架3的構成材料)和相同形狀的2片玻璃基板(圖2的上側框架2 以及下側框架4的構成材料)。對他們的每個微小的區域(例如，幾毫 米 幾十毫米四方)上實施在下面進行說明的加工。當下面說明的加 工完成時，按照各個區域進行分割，完成光電倍增器。接著，使用圖6 以及圖7對該加工方法進行說明。
首先，如圖6的區域(a)所示，準備厚度為0.3mm、電阻率為 301dlcm的矽基板50 (相當於側壁框架3)。該矽基板50的兩面上分 別形成有矽熱氧化膜60以及矽熱氧化膜61。矽熱氧化膜60以及矽熱 氧化膜61作為DEEP-RIE (Reactive Ion Etching)加工時的掩模而起作 用。接著，如圖6中的區域(b)所示，抗蝕劑膜70形成在矽基板50 的背面側上。在抗蝕劑膜70上形成有與圖3中所示的區域(a)的空 隙部302a相對應的除去部701。這時，還形成對應於用於將構成電子 倍增部31的各段倍增電極分離的空隙部的除去部。如果在該狀態下蝕 刻矽熱氧化膜61，那麼，在形成與圖3中所示的區域(a)的空隙302a 相對應的除去部611的同時，形成與各段的倍增電極的空隙部相對應 的除去部。
從如圖6中的區域(b)所示的狀態除去抗蝕劑膜70後，進行 DEEP-RIE加工。這時，在進一步提高DEEP-RIE加工時的選擇性(加 工處和非加工處的蝕刻速率比)的情況下，或者在要求深加工的情況 下，也可以不除去抗蝕劑膜70，將其作為掩模使用。如圖6中的區域 (c)所示，在矽基板50上形成有，與圖3中所示的區域(a)的空隙 部302a相對應的空隙部501、以及與空隙部301a、 301b相對應的空隙 部。接著，如圖6中的區域(d)所示，抗蝕劑膜71形成在矽基板50 的表面側。在抗蝕劑71上形成有，與圖3中所示的區域(a)的空隙 部301a、 301b相對應的除去部711、與圖3中所示的區域(a)的空隙 部302a相對應的除去部712、以及與各段的倍增電極間的空隙部相對 應的除去部。如果在該狀態下蝕刻矽熱氧化膜60，則形成與圖3中所 示的區域(a)的空隙部301a、 301b相對應的除去部601、與圖3中所 示的區域(a)的空隙部302a相對應的除去部602、以及與各段的倍增 電極間的空隙部相對應的除去部。
從如圖6所示的區域(d)的狀態除去矽熱氧化膜61後，玻璃基 板80 (相當於下側框架4)被陽極接合在矽基板50的背面側(參照圖 6中所示的區域(e))。在該玻璃基板80上預先加工有相當於圖2的
孔401的孔801、以及對應於圖2的孔402的孔802。另外，雖然沒有 圖示，但是還預先加工有與孔802並排且對應於圖2的孔403的孔803。 接著，在矽基板50的表面側進行DEEP-RIE加工。抗蝕劑膜71作為 DEEP-RIE加工時的掩模材料而起作用，使深寬比大的加工成為可能。 DEEP-RIE加工後除去抗蝕劑膜71以及矽熱氧化膜61。如圖7中的區 域(a)所示，通過對預先從背面進行了空隙部501的加工的部分形成 到達基板80的貫通部，形成相當於圖2的陽極32的島狀部52。相當 於該陽極32的島狀部52和玻璃基板80相接合。並且，在進行DEEP-R正 加工時，還形成相當於各段的倍增電極的部分51，和相當於電壓分配 部311的第1端部311a的島狀部503。這裡，在設置於各倍增電極部 分51的溝部以及底部上形成有二次電子釋放面。而且，這時，在島狀 部503上形成有切面，並在該切面上形成反射型光電面22 (參照圖7 中所示的區域(c))。
接著，如圖7中的區域(b)所示，準備相當於上側框架2的玻璃 基板90。在玻璃基板卯上，通過沉孔加工形成有凹部卯l (相當於圖 2的凹部201)。
如上所述地加工進行到圖7中所示的區域(c)的矽基板50以及 玻璃基板80和加工進行到如圖7中所示的區域(b)的玻璃基板90, 如圖7中的區域(d)所示，以真空氣密的狀態接合。然後，分別地， 將相當於圖2的光電面側端子41的光電面側端子81插入並固定在孔 801內，將相當於圖2的陽極端子42的陽極端子82插入並固定在孔 802內，將相當於圖2的陽極側端子43的陽極側端子83插入並固定在 孔803內，從而形成圖7中的區域(e)中所示的狀態。然後，通過以 晶片為單位進行切割，能夠得到具有如圖1以及圖2所示結構的光電 倍增器。
接著，對採用具有上述結構的光電倍增器la的光模塊進行說明。 圖8中所示的區域(a)是採用光電倍增器la的分析模塊的結構示意 圖。分析模塊85具有玻璃板850、氣體導入管851、氣體排氣管852、 溶劑導入管853、試劑混合反應通路854、檢測部855、廢液積存處856、 試劑通路857。氣體導入管851以及氣體排氣管852是為了向分析模塊 85導入或從其排出作為分析對象的氣體而設置的。從氣體導入管851
導入的氣體經過在玻璃基板850上形成的提取通路853a從氣體排出管 852向外部排出。所以，當被導入的氣體中存在著特定的相關物質(例 如，環境荷爾蒙或微粒)時，通過使從溶劑導入管853被導入的溶劑 經過提取通路853a，能夠將其從溶劑中提取出來。
經過提取通路853a的溶劑含有被提取出的相關物質，並被導入到 試劑混合反應通路854中。試劑混合反應通路854有多個，通過從試 劑通路857分別導入相應的試劑，使試劑和溶劑混合。混合有試劑的 溶劑一邊進行反應， 一邊在試劑混合反應通路854中向檢測部855行 進。在檢測部855中結朿相關物質的檢測的溶劑廢棄於廢液積存處 856。
參照圖8中所示的區域(b)對檢測部855的構成進行說明。檢測 部855具有發光二極體陣列855a、光電倍增器la、電源855c、輸出 電路855b。發光二極體陣列855a中設有多個分別對應於玻璃板850的 試劑混合反應通路854的發光二極體。從發光二極體陣列855a出射的 激發光(圖中的實線箭頭)被導入到試劑混合反應通路854中。在試 劑混合反應通路854中流過能含有相關物質的溶劑，並且，相關物質 在試劑混合反應通路854內與試劑發生反應之後，激發光向與檢測部 855相對應的試劑混合反應通路854照射，螢光或透過光(圖中的虛線 箭頭)到達光電倍增器la。該螢光或透過光照射在光電倍增器la的光 電面22上。
如前所述，由於光電倍增器la內設有具備多個溝(例如相當於20 個通路的分量)的電子倍增部，因此能夠檢測出哪個位置的(哪個試 劑混合反應通路854的)螢光或透過光發生了變化。該檢測結果從輸 出電路855b輸出。而且，電源855c是用於驅動光電倍增器la的電源。 另外，玻璃板850上配置有玻璃薄板(圖中未顯示)，除了氣體導入 管851、氣體排氣管852、溶劑導入管853和玻璃板850的接點部、以 及廢液積存部856和試劑通路857的試料注入部之外，覆蓋提取部 853a、試劑混合反應通路854、試劑通路857 (除了試劑注入部)等。
如上所述，根據本發明，通過將構成電子倍增部31的多段倍增電 極二維地配置，能夠得到使電子倍增效率顯著提高的微細結構的光電 倍增器。
而且，通過對矽基板30a進行微細加工，能夠在電子倍增部31上 形成溝，而且，由於矽基板30a和玻璃基板40a相接合，因此沒有振 動的部分。所以，各實施例涉及的光電倍增器具有優良的抗震性、抗 衝擊性。
由於陽極32和玻璃基板40a相接合，因而焊接時沒有金屬飛沫。 因此，各實施例涉及的光電倍增器的電穩定性和抗震性、抗衝擊性得 到了提高。由於陽極32以在其整個下面和玻璃基板40a相接合，因而 不會因衝擊、振動而發生振動。因此，提高了該光電倍增器的抗震性、 抗衝擊性。
而且，在該電子倍增器的製造過程中，沒有必要組裝內部結構， 且操作簡單，因而作業時間短。由於由上側框架2、側壁框架3、以及 下側框架4構成的外圍器(真空容器)和內部結構一體地構成，因而 能夠容易地實現小型化。由於在內部沒有單獨的部件，因而不需要電 氣性的、機械性的接合。
電子倍增部31由配置成平面的多段倍增電極構成，電子一邊轟擊 設置在各段的倍增電極上的多個溝部， 一邊進行級聯倍增。如此，由 於該光電倍增器是平面的結構，且不需要很多的部件，因此容易實現 小型化。
根據採用具有上述結構的光電倍增器的分析模塊85，能夠檢測微 小的粒子。而且，能夠連續地進行從提取到反應、檢測的過程。
根據以上的本發明的說明可知可以對本發明進行多種變形。這種 變形不能被認為是脫離了本發明的思想以及範圍，對本領域技術人員 來說不言而喻的改良均包含在本發明的權利要求的範圍內。
產業上利用的可能性
本發明涉及的光電倍增器能夠用於需要檢測微弱光的多種檢測領域。
權利要求
1.一種光電倍增器，其特徵在於，具備外圍器，使由包括器件搭載面的內壁面所規定的內部空間維持真空狀態；光電面，被容納於所述外圍器內，相應於經過該外圍器取入的光而向該外圍器的內部釋放電子；電子倍增部，被容納於所述外圍器內，並具有沿著電子的行進方向依次配置在所述器件搭載面上的多段倍增電極；陽極，被容納於所述外圍器內，用於將在所述電子倍增部被級聯倍增的電子中到達的電子作為信號而取出；以及，電壓分配部，被容納於所述外圍器內，用於向構成所述電子倍增部的多段倍增電極分別施加規定電壓，並且與所述電子倍增部一起被配置在所述器件搭載面上。
2. 根據權利要求l所述的光電倍增器，其特徵在於 所述電壓分配部具備主軸部，沿著所述電子倍增部中的電子行進方向延伸；多個連接部，分別從該主軸部伸出，並且一端與所述多 段倍增電極中相應段的倍增電極相連。
3. 根據權利要求2所述的光電倍增器，其特徵在於 所述多個連接部分別被整形為，至少與所述主軸部相連的連接端部的在所述主軸部的延伸方向上的規定厚度，小於在所述主軸部的延 伸方向上所規定的各段倍增電極的寬度。
4. 根據權利要求1至3中任何一項權利要求所述的光電倍增器， 其特徵在於所述多段倍增電極分別具有沿著所述器件搭載面配置的多個溝部。
5. 根據權利要求2或3所述的光電倍增器，其特徵在於在所述電壓分配部中的所述主軸部的兩端，連接有用於向所述電 子倍增部施加規定電壓的金屬端子。6根據權利要求1至5中任何一項權利要求所述的光電倍增器，其 特徵在於所述電子倍增部由矽形成。
全文摘要
本發明涉及一種光電倍增器，其具有能實現高倍增效率的微細結構。該光電倍增器具備將內部維持在真空的外圍器，在規定該外圍器的內部空間的內壁面的一部分即器件搭載面(40a)上，配置有反射型光電面即光電面(22)、電子倍增部(31)、陽極(32)、電壓分配部(311)。尤其是，電子倍增部由用於對來自光電面的光電子進行級聯倍增的多段倍增電極構成，向這些各段倍增電極分別施加相應電壓的電壓分配部，和電子倍增部一起位於同一平面上。
文檔編號H01J43/18GK101189700SQ200680019795
公開日2008年5月28日 申請日期2006年6月1日 優先權日2005年8月12日
發明者下井英樹, 久嶋浩之, 增田祐司, 大村孝幸, 木下仁志, 木村末則, 杉山浩之 申請人:浜松光子學株式會社