專利名稱：光電倍增管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一將面板上的微弱的入射光轉(zhuǎn)變成電子并利用多級(jí)疊放的打拿極(dynode)產(chǎn)生的電子倍增效應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)的光電倍增管。
鑒于前述，本發(fā)明的目的在于提供一種能抑制由毛刺所產(chǎn)生的噪音的光電倍增管。
本發(fā)明的光電倍增管包括一面板；一光陰極，裝在一密閉容器內(nèi)，在光入射到面板上時(shí)用來(lái)發(fā)射電子；一電子倍增部分，用來(lái)倍增從光陰極發(fā)射的電子；以及一陽(yáng)極，傳送基于被該電子倍增部分倍增的電子的一些輸出信號(hào)。該電子倍增部分包括多個(gè)按層疊放的平板形打拿極。用腐蝕技術(shù)每個(gè)打拿極被形成有一些電子倍增孔，而且有一個(gè)提供有連接橋的剩余部分(bridge remainder)的邊緣部分。上述連接橋的剩余部分被這樣定位，使得平行于打拿極疊放方向延伸并通過(guò)相鄰打拿極上的連接橋的剩余部分的直線不互相重疊。
在這種類型的光電倍增管中，利用腐蝕技術(shù)在上述以多層堆疊的平板形打拿極內(nèi)形成一些電子倍增孔。為了實(shí)施這種腐蝕過(guò)程，制備了一將平板形打拿極包圍在內(nèi)并通過(guò)一連接橋部分與該打拿極相連的基片。在該打拿極基片上形成掩模并實(shí)施腐蝕過(guò)程，以便在該打拿極上形成多個(gè)電子倍增孔。緊接著，將該連接橋部分切斷，以形成一能裝進(jìn)該光電倍增管中的打拿極。不可避免地，部分連接橋?qū)?huì)殘留在該打拿極的邊緣上。已證實(shí)，當(dāng)該打拿極帶著這連接橋的剩余部分疊放時(shí)，如將該連接橋的剩余部分在該疊放方向排列時(shí)，則就會(huì)在連接橋的剩余部分之間發(fā)生放電。當(dāng)打拿極之間的間隔越小時(shí)，這種現(xiàn)象就越顯著，而且本發(fā)明者通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這種現(xiàn)象在該光電倍增管中會(huì)產(chǎn)生噪音。因而，應(yīng)將相鄰打拿極上的連接橋的剩余部分安置在這樣的位置上，使得平行于打拿極的疊放方向并通過(guò)每個(gè)連接橋的剩余部分的直線都不重疊，因而，使得該光電倍增管的基本特性得到進(jìn)一步改善。在生產(chǎn)薄型的電子倍增部分時(shí)這種技術(shù)特別有效。本發(fā)明就是以打拿極上毛刺(連接橋的剩余部分)的存在為基礎(chǔ)的，而且認(rèn)識(shí)到，在企圖制造一種精確的光電倍增管時(shí)，這些毛刺就是一不可忽略的重要因素。
在本發(fā)明的光電倍增管中，該連接橋的剩余部分是沿打拿極的邊緣部分形成在邊沿上。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，為了適應(yīng)各種情形，可形成很多種連接橋的剩余部分的排列。例如，所有的連接橋的剩余部分可這樣定位，使得平行于打拿極疊放方向并通過(guò)每個(gè)連接橋的剩余部分的直線都不重疊。
在本發(fā)明的光電倍增管中，該連接橋的剩余部分是形成于沿著打拿極的邊緣部分的拐角處。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，這些連接橋的剩余部分可以安置在疊放方向上每隔一層打拿極的拐角處。
在本發(fā)明的光電倍增管中，該連接橋的剩余部分可被這樣定位，使得平行于打拿極的疊放方向并通過(guò)每隔一層打拿極的連接橋的剩余部分的直線彼此重疊。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，上述連接橋的剩余部分就可被分開至少一塊打拿極的厚度。
在本發(fā)明的光電倍增管中，所有的連接橋剩余部分都被這樣定位，使得平行于打拿極的疊放方向并通過(guò)上述連接橋的剩余部分的直線彼此都不重疊。對(duì)于這樣的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，連接橋的剩余部分之間的間隔就可被增大在本發(fā)明的光電倍增管中，連接橋的剩余部分按一階梯形排列偏移。對(duì)于這樣的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，連接橋的剩余部分之間的間隔可增大不止一打拿極的厚度。


圖1是一按照本發(fā)明表示的光電倍增管的透視圖。圖2是圖1所示的光電倍增管的橫截面視圖。示于這些附圖中的光電倍增管1包括一側(cè)管(side tube)2，它具有一基本上做成方形的筒狀(squaredcylindrical)并由金屬材料(如科伐合金和不銹鋼)做成。將一玻璃面板3融接在該側(cè)管2的一開口端A上。在該面板3的內(nèi)表面上形成一能將光轉(zhuǎn)變成電子的光陰極3a。該光陰極3a是通過(guò)使堿金屬蒸氣與預(yù)先沉積在該面板3上的銻反應(yīng)形成的。由金屬材料(如科伐合金和不銹鋼)做的管座板(stem plate)4被焊接在該側(cè)管2的另一開口端B上。該側(cè)管2、面板3、以及管座板4的組合形成一密封容器5。該容器5是超薄的而且具有大約10mm的高度。
在該管座板4的中心安置有一突出的金屬制的抽空管6。在將該光電倍增管裝配好后，該抽空管6有助于用真空泵(未畫出)對(duì)該容器5進(jìn)行抽真空。該抽空管6還可用作一引入管，在形成該光陰極3a時(shí)，用來(lái)將堿金屬蒸氣引入該容器6中。
呈塊形的分層的電子倍增器7就安放在該容器5中。該電子倍增器7具有一電子倍增部分9，其中疊放有10層(級(jí))打拿極8，每層都具有相同的形狀。由科伐合金形成的管座管腳10穿過(guò)該管座板4，支撐著該容器5內(nèi)的電子倍增器7。每根管座管腳10都與每塊打拿極8是電連接的。針孔4a形成于管座板4上，使管座管腳10能夠穿過(guò)該管座板4。每個(gè)管腳孔4a都用一小塊科伐合金11充填，用以形成密封。各管座管腳10都是通過(guò)該小塊科伐合金11固定在該管座板4上。該管座管腳10包括分別與每塊打拿極8相連的打拿極管腳10A和分別與每個(gè)陽(yáng)極12相連的陽(yáng)極管腳10B，下面將作介紹。
在該電子倍增器7中陽(yáng)極12被放置在電子倍增部分9的下面，而且固定在陽(yáng)極管腳10B的頂端。在電子倍增器7的頂級(jí)，一平面的聚焦電極板13被放置在該光陰極3a和電子倍增部分9之間。在該聚焦電極板13中做有多個(gè)狹縫形開口13a。這些開口13a直線地排列在一個(gè)方向上。在該電子倍增部分9的每塊打拿極8上開有一些狹縫形的電子倍增孔8a，這種孔的數(shù)目與上述狹縫開口13a的數(shù)目相同。這些電子倍增孔8a直線地排列在與該圖頁(yè)面垂直的方向上。
將每塊打拿極8上的電子倍增孔8a排列起來(lái)以構(gòu)成一些沿著該疊層方向延伸的電子倍增路徑L，使得這些路徑L與該聚焦電極板13上形成的每一開口13a一一對(duì)應(yīng)，這樣就在該電子倍增器7中形成了多條通道。該陽(yáng)極12具有8×8的配置，因而每個(gè)陽(yáng)極12都與一規(guī)定的通道數(shù)相應(yīng)。因?yàn)槊總€(gè)陽(yáng)極12都與一個(gè)陽(yáng)極管腳10B對(duì)應(yīng)，所以可通過(guò)每個(gè)陽(yáng)極管腳10B取出單獨(dú)的輸出信號(hào)。
因此，該電子倍增器7就提供了多個(gè)線性通道。通過(guò)與泄放電路(未畫出)相連的規(guī)定的管座管腳10向該電子倍增部分9和上述陽(yáng)極12供給一規(guī)定電壓。光陰極3a和聚焦電極板13都被設(shè)定為相同的電位，而該等打拿極8和該等陽(yáng)極12則被設(shè)定到一些從頂層按順序增大的電位上。因此，在該面板3的入射光在該光陰極3a上被轉(zhuǎn)換成電子，這些電子又由于電子透鏡效應(yīng)而被射進(jìn)規(guī)定的通道，該透鏡效應(yīng)是由聚焦電極13和在第一級(jí)的打拿極8，也就是該電子倍增器7的最頂層所產(chǎn)生的。射入該通道的電子在通過(guò)電子倍增路徑L時(shí)，就被每一級(jí)打拿極8所倍增。然后這些電子就沖擊在各陽(yáng)極12上，因而就能從每個(gè)陽(yáng)極12上提取出單獨(dú)的輸出信號(hào)。
每個(gè)疊放在該電子倍增部分9中的平板形的打拿極8都具有一5cm×5cm的平表面和0.2mm的厚度。在每塊打拿極8上形成有多個(gè)電子倍增孔8a。這些電子倍增孔8a排列的間隔距離為0.5mm。一腐蝕技術(shù)被用來(lái)形成這些微小尺寸的電子倍增孔8a。為了實(shí)施這種腐蝕工藝，制備了一如圖3所示的底板24。該底板24具有一模式框架22包圍著平板形打拿極基片20和21，每塊基片具有的厚度為0.2mm。該模式框架22通過(guò)連接橋23分別與打拿極基片20和21的邊緣20a和21a相連。
每塊打拿極基片20和21都被兩相對(duì)著的連接橋23支撐在底板24中。因而，在該模式框架22內(nèi)該打拿極基片20和21都是在兩點(diǎn)上被支撐。按這種方式，該連接橋23就被用來(lái)支撐該打拿極基片20和21，以防止在該腐蝕過(guò)程中該打拿極基片從該模式框架中跌落下來(lái)。該底板24由沖壓方法形成。
在該打拿極基片20和21的邊緣20a和21a上做有連接端子25(參看圖3)，用來(lái)連接打拿極管腳10A。這些連接端子25設(shè)置在每一層打拿極8上的位置都是不同的，以便在平行于該打拿極疊放的方向上通過(guò)每個(gè)連接端子25的直線都不重疊。最好是將這些連接端子25形成在該底板24上的一些預(yù)定位置處。
在該打拿極基片20和21的表面上形成一光掩模后，就進(jìn)行腐蝕過(guò)程，以便在該打拿極基片20和21中形成多個(gè)間距為0.5mm的電子倍增孔8a。在該腐蝕過(guò)程之后，需要把該打拿極基片20和21從模式框架上分離出來(lái)。
如圖3和圖4所示，具有大約3mm寬度的連接橋23從模式框架22向內(nèi)伸展，該連接橋的端部與打拿極基片20，21相連。該等連接橋23在該打拿極基片20，21上的連接位置相對(duì)于該打拿極基片20，21的中心點(diǎn)是中心對(duì)稱的。在該等連接橋的端部形成有一呈三角形狀的連接部分23a。該連接部分23a的尖端23b與該打拿極基片20，21的邊緣20a，21a的側(cè)面部分S相連。該尖端23b具有大約0.2mm的寬度，以便能進(jìn)行足夠的支撐，同時(shí)又能切斷。
通過(guò)沿著虛線所示位置切斷連接橋23的尖端23b，將該打拿極基片20和21從該模式框架22上分離開來(lái)，由此，就完成了一可裝入光電倍增管1的打拿極8。在切斷該連接橋23后，該連接橋23的一小部分被殘留在該邊緣部分8b的側(cè)面部分S上。這殘留的小部分就被稱為連接橋的剩余部分8c。因?yàn)樵撨B接橋23是與該打拿極基片20，21相連在相對(duì)于該打拿極基片20，21的中心對(duì)稱位置上，所以在每個(gè)相對(duì)的邊緣部分8b上都形成有一個(gè)連接橋的剩余部分8c。
從實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，當(dāng)將具有這些連接橋的剩余部分8c的打拿極疊放在一起時(shí)，如果將這些連接橋的剩余部分8c排列起來(lái)使得在平行于疊放方向的通過(guò)每個(gè)連接橋的剩余部分8c的那些直線重疊，則相鄰的連接橋的剩余部分8c之間就會(huì)發(fā)生放電。打拿極8之間的間隔越小，這種放電現(xiàn)象就越明顯，而且還可產(chǎn)生噪音。
本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了一種進(jìn)一步改善光電倍增管1的基本特性的方法，這里，就是使相鄰打拿極8上的連接橋的剩余部分8c這樣排列，使得在平行于疊放方向的那些通過(guò)每個(gè)連接橋的剩余部分8c的直線都不重疊。這種方法在形成一種薄的電子倍增部分9時(shí)是特別有效的。按照本方法排列連接橋的剩余部分8c的一個(gè)具體例子是將該等打拿極8疊放在一起，同時(shí)每隔一個(gè)打拿極8就圍繞一想象的平行于該打拿極疊放方向并穿過(guò)該打拿極8的中心的軸旋轉(zhuǎn)90°。由于連接橋的剩余部分8c都是形成在兩個(gè)相對(duì)著的邊緣部分8b上，所以那些平行于該打拿極的疊放方向并通過(guò)具有相鄰打拿極8的連接橋的剩余部分8c的邊緣部分8b的直線都不重疊。因此，該連接橋的剩余部分8c在該疊放方向上與隔一個(gè)的打拿極8上的另一連接橋的剩余部分8c相對(duì)，如圖6所示，因此，這時(shí)兩相對(duì)著的連接橋的剩余部分8c之間的距離就是原來(lái)距離的兩倍。因此，就能可靠地避免在連接橋的剩余部分8c之間可能出現(xiàn)的放電。
如圖3所示，在腐蝕底板24時(shí)，還可將該連接橋23預(yù)設(shè)在左邊和右邊的打拿極基片20和21的不同位置上。通過(guò)將由打拿極基片20制作的打拿極8和由打拿極基片21制作的打拿極8交替疊放的方法就可增加相鄰連接橋的剩余部分8c之間的距離，如圖7所示。雖然在圖7中沒(méi)有畫出連接端子25，但如上所述，在考慮這些打拿極8在每一級(jí)中的疊放布局時(shí)這些連接端子的位置就被決定了，這種布局應(yīng)使得從上述連接端子25向下伸展的那些打拿極管腳10a以大體相等的間隔排列在上述打拿極8的一個(gè)邊沿上。
上述結(jié)構(gòu)的效果已由實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。在該實(shí)驗(yàn)中，打拿極8的級(jí)間擊穿電壓被證實(shí)為500V。該光電倍增管1中的噪音減小也被證實(shí)。
如圖8所示，還可將由打拿極基片20制作的打拿極8和由打拿極基片21制作的打拿極8交替疊放，并同時(shí)將每隔一層的打拿極8繞一想象的中心軸旋轉(zhuǎn)90°。
如圖9所示，上述的連接橋的剩余部分8c也可按一從側(cè)面看為一階梯的模式排列。這種連接橋的剩余部分8c按階梯模式的排列也可形成在該電子倍增部分9的所有四個(gè)側(cè)面上，如圖10所示。
盡管在圖8、9、和10中沒(méi)有畫出上述連接端子25，但這些連接端子25是這樣排列的，使得在平行于疊放方向的那些通過(guò)每個(gè)連接端子25的直線彼此都不重疊。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例。圖11和圖12圖示出了該實(shí)施例的一種改進(jìn)方案。底板29包括一模式框架32，它包圍著并排安放而且具有0.2mm厚度的平板形的打拿極基片30和31。連接橋33將該模式框架32與該打拿極基片30和31的邊緣30a和31a連接起來(lái)。每個(gè)連接橋33都是定位在該打拿極基片30和31的對(duì)角線上，而且與邊緣30a和31a上的拐角P相連。
在對(duì)該打拿極基片30和31進(jìn)行腐蝕之后，就將該打拿極基片30和31從模式框架32上分離開來(lái)。因此，如圖12所示，該連接橋33的一小部分就仍留在打拿極18的拐角P上。這些小的部分就在上述打拿極18上形成連接橋的剩余部分18c。每個(gè)連接橋的剩余部分18c都呈現(xiàn)在上述打拿極18的對(duì)角線上。
當(dāng)將上述具有這些連接橋的剩余部分18c的打拿極18疊放起來(lái)時(shí)，就可將相鄰打拿極18的連接橋的剩余部分18c沿該等打拿極18的疊放方向排列在不同位置上。圖13示出一具體的例子。這里，這些連接橋的剩余部分18c被排列在打拿極18所有四個(gè)拐角上，而且在任一給定拐角的疊放方向上每隔一層打拿極就會(huì)出現(xiàn)一連接橋的剩余部分。因此，相鄰的連接橋的剩余部分18c至少被分開一打拿極18的厚度，因而就可靠地避免了在上述連接橋的剩余部分18c之間可能出現(xiàn)的放電。應(yīng)該指出，標(biāo)號(hào)35(參看圖11)代表連接該打拿極管腳10A的連接端子。
在上述實(shí)施例中，該連接橋23，33都在該打拿極基片20、21，30、31的中心對(duì)稱位置與該打拿極基片20、21，30、31相連。但是，這些位置可稍稍偏離這些對(duì)稱位置。此外，盡管上述實(shí)施例中的那些打拿極8都是做成方形的，但在形狀上這些打拿極8也可做成矩形或多邊形的。工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明的光電倍增管被廣泛地使用在一些用于低光強(qiáng)范圍的成像裝置上，如象用在監(jiān)視攝像機(jī)和夜視攝像機(jī)上。
權(quán)利要求
1.一種光電倍增管(1)，它包括一面板(3)一光陰極(3a)，當(dāng)光入射在該面板(3)上時(shí)用來(lái)發(fā)射電子；一電子倍增部分(9)，它裝在一密封容器內(nèi)，用來(lái)使該光陰極(3a)發(fā)射的電子增倍；以及一陽(yáng)極(12)；它基于電子倍增部分(9)倍增的電子發(fā)送輸出信號(hào)，其中，該電子倍增部分(9)包括多個(gè)按層疊放的平板形打拿極(8)，每個(gè)打拿極都用腐蝕形成有一些電子倍增孔(8a)，而且具有帶有連接橋的剩余部分(8c)的邊緣部分，這些連接橋的剩余部分(8c)被這樣排列，使得平行于該打拿極的疊放方向伸展并通過(guò)相鄰打拿極(8)上的各連接橋的剩余部分(8c)的直線彼此都不重疊。
2.按照權(quán)利要求1所述的光電倍增管(1)，其中，該連接橋的剩余部分(8c)形成于沿著打拿極(8)的邊緣部分(8b)的邊緣(S)上。
3.按照權(quán)利要求1所述的光電倍增管(1)，其中該連接橋的剩余部分(8c)形成于沿著打拿極(8)的邊緣部分(8b)的拐角處(P)。
4.按照1到3之任一權(quán)利要求所述的光電倍增管(1)，其中，該連接橋的剩余部分(8c)被這樣放置，使得平行于該打拿極的疊放方向伸展并通過(guò)在疊放方向上每隔一層的打拿極(8)上的各個(gè)連接橋的剩余部分(8c)的直線彼此重疊。
5.按照權(quán)利要求2所述的光電倍增管(1)，其中，所有的連接橋的剩余部分(8c)被這樣放置，使得平行于該打拿極(8)的疊放方向伸展并通過(guò)這些打拿極(8)上的各連接橋的剩余部分(8c)的直線彼此都不重疊。
6.按照權(quán)利要求2或5所述的光電倍增管(1)，其中，將上述連接橋的剩余部分(8c)按一階梯形排列錯(cuò)開。
全文摘要
在一光電倍增管1中,一種腐蝕技術(shù)被應(yīng)用在按多層模式疊放的平板形的打拿極8上形成一些電子倍增孔8a。為了實(shí)施這種腐蝕過(guò)程,圍繞平板形打拿極基片20配置了一模式框架22。提供了一連接橋部分23,用來(lái)將該模式框架22連接到該打拿極基片20的邊緣20a上。該打拿極基片20上被一掩模覆蓋,并實(shí)施腐蝕過(guò)程,以便在該打拿極基片20上形成多個(gè)電子倍增孔8a。緊接著,在靠近該打拿極基片20的位置處切斷該連接橋部分23,因而在該打拿極8的邊緣8b上殘留下一小的連接橋的剩余部分8c。為了抑制由這些連接橋的剩余部分產(chǎn)生的噪音,可將相鄰打拿極8上的連接橋的剩余部分8c排列在這樣的位置上,使得平行于該打拿極疊放方向并通過(guò)該連接橋的剩余部分8c的直線彼此都不重疊,從而使該光電倍增管1的基本特性進(jìn)一步得到改善。
文檔編號(hào)H01J43/22GK1348601SQ00806654
公開日2002年5月8日 申請(qǐng)日期2000年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月23日
發(fā)明者久嶋浩之, 下井英樹 申請(qǐng)人:濱松光子學(xué)株式會(huì)社