透射型光电阴极和电子管 技术领域
本发明涉及吸收待检测光，激发光电子，放射出到外部的光电阴极及具备光电阴极的电子管。
背景技术
以往已知有用于检测规定波长的待检测光的光电阴极及具备这种阴极的电子管。光电阴极具有吸收规定波长的光线、放射出光电子的光吸收层，可通过待检测光入射光吸收层、该待检测光变换为光电子，来检测出待检测光。光吸收层可采用各种半导体材料，而日本特开平10-149761号公报则公开了多晶金刚石作为对于紫外光有较高光电变换量子效率的材料。
近年来，随着半导体的高度集成，半导体集成电路的精细化也迅速发展。当前，光刻技术被认为是有希望的微细半导体集成电路的制造方法，对其光源的研究，正在从ArF准分子激光向F2激光等短波长方向发展。而且随着这种利用紫外光等短波长光技术的发展，要求有监视紫外光用的光检测器。
发明内容
以往作为紫外光等光检测器所用的Si光敏二极管等内部光电效应元件，存在着因强紫外光入射造成p/n结和肖特基结变差，工作不稳定这种问题。
另一方面，使用光电阴极的电子管等外部光电效应元件，通常不具有上述p/n结或肖特基结，因此不存在这些变差的问题。而且光电阴极存在这样两种类型，即使待检测光入射的入射面与放射出光电子地出射面为同一面的反射型和上述入射面与出射面不同的透射型。
由本申请发明人的实验可知，用金刚石构成的反射型的光电阴极随强紫外光的入射致使其表面状态发生变化，因此可观察到光电子的发射效率随功函数的变化而降低。
另一方面，由金刚石构成的透射型光电阴极的情况下，随待检测光入射产生的光电子必须从相反侧的出射面发出，需要比较薄的金刚石薄膜。由本发明人的金刚石薄膜的光电子发射试验可知，金刚石薄膜内的光电子的扩散长度为0.05微米左右。而且，为了高效率地发射光电子，需要将金刚石薄膜的膜厚做成与扩散长度为相同量级。但实际上难以将膜厚这样薄的金刚石薄膜形成于对紫外光透明的基板、例如MgF2、蓝宝石、石英基板上，很难实现金刚石构成的透射型光电阴极。因此，不能够实现对紫外光等短波长光具有充分灵敏度的透射型光电阴极。
本发明正是要消除上述问题，其目的在于，提供一种对紫外光等短波长光具有充分灵敏度，同时能够高效率发出光电变换生成的光电子的透射型光电阴极以及采用这种光电阴极的电子管。
为了实现这样的目的，本发明的透射型光电阴极，是放射出由所入射的待检测光激发的光电子的光电阴极，其特征在于，具备：由金刚石或以金刚石为主要成分的材料形成，其中一面形成让待检测光入射的入射面，另一面形成发出光电子的出射面的光吸收层；以及对光吸收层，在入射面和出射面两者之间施加规定电压的电压施加装置。
通过形成为光吸收层其中一面为入射面、另一面为出射面的透射型光电阴极，可以避免出射面的表面状态随强紫外光的入射而变化，防止光电子的发射效率降低。而且，由于光吸收层由金刚石或以金刚石为主要成分的材料制成，能够提高紫外光等短波长的待检测光变换为光电子的效率。此外，通过电压施加装置在光吸收层内部形成电场，能够使得光电子容易达到出射面，以高效率放射出光电子。
又，透射型光电阴极最好是具备增强光吸收层机械强度的支持结构。以此可以增强做得比较薄的光吸收层的机械强度。
又，光吸收层最好是由多晶金刚石或以多晶金刚石为主要成分的材料构成。多晶金刚石由于在薄膜内部存在晶粒界面，能够以高于单晶金刚石的效率放射出电子。而且多晶金刚石比单晶金刚石容易形成，因此制造成本低。
又，在光吸收层由多晶金刚石构成的情况下，其晶粒界面最好是经过氧终端处理。这样一来，这些面就可以得到稳定，其电气特性能够持久保持下去。
又，最好是光吸收层的出射面经过氧终端处理。这样一来，出射面就可以得到稳定，其电气特性能够持久保持下去。或者，最好是光吸收层的出射面经过氢终端处理。这样就能够降低出射面的功函数，使到达出射面的光电子容易放射出到透射型光电阴极的外部。
又，最好是光吸收层的出射面上形成使光吸收层的功函数降低用的活性层。以此可以使到达光吸收层出射面的光电子更容易放射出到透射型光电阴极的外部。该活性层如果采用碱金属、碱金属的氧化物、或碱金属的氟化物构成，则能够使上述效果更好。
又，本发明的电子管最好是具备：上述透射型光电阴极；直接或间接收集透射型光电阴极所放射出的光电子用的阳极；以及容纳透射型光电阴极和阳极的容器。采用这样的透射型光电阴极的电子管，就能够以高量子效率检测出紫外光等短波长的待检测光。
又，电子管也可以具备对透射型光电阴极所放射出的光电子进行二次电子倍增的电子倍增装置。利用这样的电子管，能够得到将微弱的待检测光作为大信号电流检测的光电倍增管。借助于此，能够以高信噪比、高精度检测出紫外光等。
又，阳极最好是由随电子入射而发光的荧光体构成。利用这样的电子管，能够得到可高精度还原待检测光的图像的显像管。
又，最好是电子管具备随电子入射而发光的荧光体，使与所述待检测光在所述透射型光电阴极上的入射位置相对应位置的荧光体发光，以显示图像。通过将电子管这样用作图像显示元件，能够使具有位置信息的光信号入射，以高于以往的高亮度、低功耗显示静止图像或活动影像。
附图说明
图1是表示本发明透射型光电阴极的第1实施方式结构的侧面剖面图；
图2是图1所示透射型光电阴极的立体图；
图3是图1所示透射型光电阴极的，表示量子效率与入射光的波长的关系的分光灵敏度特性曲线；
图4A～图4E是图1所示透射型光电阴极的制造工序图；
图5是透射型光电阴极的第2实施方式结构的侧面剖面图；
图6是透射型光电阴极的第3实施方式结构的侧面剖面图；
图7A是透射型光电阴极的第4实施方式结构的侧面剖面图，图7B为其底面图；
图8是作为本发明电子管的第1实施方式示意性表示光电倍增管一实施方式结构的剖面图；
图9是作为电子管的第2实施方式示意性表示光电倍增管的另一实施方式结构的剖面图；
图10是作为电子管的第3实施方式示意性表示图像增强管(像增强器)结构的剖面图；
图11是电子管的第4实施方式结构的示意性剖面图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的透射型光电阴极及电子管的最佳实施方式进行详细说明。还有，附图说明中，对相同的结构要素使用相同的标号，省略其重复说明。又，附图的尺寸比例不一定与所说明的组成一致。
图1是表示本发明透射型光电阴极的第1实施方式的结构的侧面剖面图。而图2是图1所示的透射型光电阴极的立体图。
图1所示的透射型光电阴极由光吸收层1、支持框21、第1电极31、以及第2电极32构成。该透射型光电阴极是随用紫外光等待检测光的入射在光吸收层内部激发光电子，使该光电子向外部放射出的光电阴极。而且具有光吸收层1的一个面(图1中的上表面)为入射待检测光的入射面、相反的另一个面(图1中的下表面)是放射出光电子的出射面这种透射型结构。
光吸收层1由金刚石或以金刚石为主要成分的材料构成的金刚石膜形成。该光吸收层1最好是形成得其厚度比待检测光的入射深度足够的厚。又，光吸收层1最好是出射面经过终端处理，成为氧终端或氢终端。
支持框21是增强做得比较薄的光吸收层1的机械强度的支持结构。该支持框21由Si等材料构成，设置于光吸收层1的出射面上的外缘部。
第1电极31是与光吸收层1的入射面相对设置的入射面侧电极。在本实施方式中，如图2所示，在光吸收层1的入射面上形成格子状的第1电极31。又，第2电极32是与光吸收层1的出射面相对设置的出射面侧电极。在本实施方式中，第2电极32形成于支持框21的光吸收层1一侧相反侧的整个面上。第1电极31和第2电极32设置作为在光吸收层1的入射面和出射面之间施加电压、在光吸收层1内部形成电场的电压施加装置。
又，光吸收层1的出射面上形成使出射面的功函数降低用的活性层11。
在上述透射型光电阴极的结构中，一旦待检测光从光吸收层1的入射面入射，在光吸收层1的内部就有与待检测光的光量相应数量的光电子产生。又，在光吸收层1的内部，由连接于第1电极31和第2电极32之间的电源33施加规定的电压，以此形成出射面侧为正、入射面侧为负的电场。利用该电场，光吸收层1内部发生的电子在出射面方向上得到加速，到达出射面之后，通过活性层11向透射型光电阴极外部放射出。
本实施方式的透射型光电阴极可以得到以下所示的效果。还有，所谓量子效率，是相对于待检测光的入射，在光吸收层1内部变换的光电子从透射型光电阴极的出射面放射出到外部的效率。
图1所示的透射型光电阴极具有光吸收层1的一个面为入射面、另一个面为出射面这种透射型结构。这样，不是采用以待检测光入射的入射面作为光电子放射出的出射面的反射型，而是通过形成为透射型的结构，可以防止强紫外光等待检测光的入射引起的出射面的表面状态变化。这样，能够抑制出射面上的功函数的变化，因此，能够防止光电子发射效率的降低。
又，光吸收层1采用金刚石或以金刚石为主要成分的材料构成。金刚石作为光电阴极的材料，比以往使用的CsI等材料具有更高的相对于紫外光的光电变换效率。具有这样性质的金刚石或以金刚石为主要成分的材料用于光吸收层1，光吸收层1能够相对于入射的紫外光等短波长的待检测光以高效率变换为光电子。
又，在光吸收层1的入射面侧设置第1电极31，在出射面侧设置第2电极32，在光吸收层1的内部形成电场。借助于此，可以使光吸收层1内部发生的光电子高效率地到达出射面，能够提高光电子向透射型光电阴极外部放射出的效率。通常，为了使光吸收层1内部发生的光电子向光吸收层外部放射出，需要使光吸收层1的厚度形成为与光电子的扩散长度相当量级。但是，将这样的厚度的光吸收层1形成为金刚石和以金刚石为主要成分的金刚石膜是困难的。本实施方式的透射型光电阴极中，在光吸收层1内部形成电场，通过使光吸收层1内部发生的光电子向出射面方向加速，在光吸收层1的厚度比例如数微米左右这种扩散长度大的情况下也能够高效率地放射出光电子。
这里，作为光吸收层1的材料，最好是采用多晶金刚石或多晶金刚石为主要成分的材料。多晶金刚石由于是由颗粒状结晶构成的，因此在内部具有作为粒状结晶表面的晶粒界面。而且，在光吸收层1内部发生的光电子从其扩散的全部方向上存在的晶粒界面放射出。因此，光电子从激发到放射出的移动距离缩短，放射出的光电子数目增加。其结果是，能够得到更高的量子效率。又，多晶金刚石与单晶金刚石相比更加便宜而且能够大量生产，因此采用单晶金刚石作为光吸收层1的材料能够抑制透光型光电阴极的制造成本。
又，在光吸收层1的出射面上的外沿部，作为支持结构设置有支持框21。光吸收层1为了使内部发生的光电子放射出而做得比较薄，因此，有时候机械强度不够充分。这样，在需要增强光吸收层1的机械强度的情况下，只要将支持框21那样的支持结构设置于出射面上的外沿部等适当的位置上即可。借助于此，可以增强光吸收层1的机械强度。
又，光吸收层1的出射面最好经过氧终端处理。通过对光吸收层1的出射面用氧进行终端处理，光吸收层1的出射面得到稳定，能够持久保持其电气特性。或者也可以用氢对光吸收层1的出射面进行终端处理。在经过氢终端处理的情况下，可以降低光吸收层1的出射面的功函数，可以使到达出射面的光电子容易放射出到透射型光电阴极外部。
又，光吸收层1由多晶金刚石或多晶金刚石为主要成分的材料构成时，光吸收层1的多晶金刚石的表面和晶粒界面最好是经过氧终端处理。这些面通过用氧进行终端处理，光吸收层1的出射面得以稳定，能够持久保持电气特性。
还有，图1所示的透射型光电阴极，由于具有透射型结构，紫外光等待检测光不向出射面入射，上述终端处理形成的表面状态不发生变化。这样，就能够通过终端处理来维持较高的光电子发射效率。
又，在光吸收层1的出射面上，最好是形成具有使金刚石的功函数降低的性质的活性层11。通过使光吸收层1的出射面的功函数降低，能够使到达光吸收层的出射面的光电子更容易从光吸收层1的出射面放射出。又，该活性层利用碱金属、碱金属氧化物、碱金属氟化物等形成，能够得到良好的上述效果。
这里，图3是图1所示的透射型光电阴极的，表示量子效率与入射光的波长的关系的分光灵敏度特性曲线。在图3中，纵轴表示量子效率(％)，横轴表示待检测光的波长(nm)。通过将透射型光电阴极做成上述结构，对真空紫外区域的光实现高量子效率。
下面对图1所示的透射型光电阴极的制造方法和具体结构的一个例子进行总体说明。图4A～图4E是图1所示的透射型光电阴极的制造工序图。
在Si构成的基板20的一个面上，以约5微米的厚度堆积多晶金刚石形成的光吸收层1(图4A)。作为这样的形成薄的多晶金刚石层的方法，可以使用利用热灯丝或微波等离子体的化学气相沉积法(CVD法)或激光烧蚀法等的合成方法。而且，基板20的材料不限于Si，也可以采用钼、钽等高熔点金属、石英、蓝宝石等材料。
接着，在基板20的另一面上利用蒸镀方法形成第2电极32(图4B)。然后从基板20的另一面上利用适当尺寸的掩模蚀刻除去第2电极32和基板20的一部分，使光吸收层1部分露出(图4C)。蚀刻利用HF+HNO3溶液或KOH溶液进行，一旦基板20受到蚀刻使光吸收层1露出，蚀刻就自动停止。基板20中未被蚀刻除去的部分，作为支持框21具有增强光吸收层1的机械强度的功能。
而且，在光吸收层1的，与由于蚀刻而露出的面(出射面)的相反一侧的面(入射面)上，利用光刻技术和提离(lift-off)技术形成适当尺寸的格子状的第1电极31(图4D)。然后将其保持于真空中，在对光吸收层1的出射面进行净化之后，对出射面等进行氧终端处理或氢终端处理。
最后，在光吸收层1的出射面上涂布碱金属、碱金属氧化物、碱金属氟化物等具有使金刚石表面功函数降低的性质的材料，形成活性层11(图4E)。
利用上述制造工序，可以制造第1实施方式的透射型光电阴极。但是，透射型光电阴极的制造方法以及具体结构不限于本实施方式，可以使用各种方法和结构。
图5是表示透射型光电阴极的第2实施方式的结构的侧面剖面图。
图5所示的透射型光电阴极由光吸收层1、活性层11、支持框21、第1电极膜31a、辅助电极34、以及第2电极32构成。其中，光吸收层1、活性层11、支持框21、以及第2电极32的结构与图1所示的透射型光电阴极相同。
第1电极膜31a以薄膜状形成于光吸收层1的入射面上。第1电极膜31a做得极薄(厚度30～150□左右)，以避免第1电极膜31a吸收由待检测光发生的光电子。又，为了与形成为薄膜状的第1电极膜31a实现电气连接，在第1电极膜31a上形成有辅助电极34。
本实施方式的透射型光电阴极，具有光吸收层1的一个面为入射面、另一个面为出射面的透射型结构。利用这种结构，可以防止出射面的表面状态发生变化，可以防止光电子的放射出效率降低。又，由于光吸收层1采用金刚石或以金刚石为主要成分的材料形成，因此，能够相对于紫外光等短波长的待检测光的入射以高效率变换为光电子。
又，在光吸收层1的入射面侧设置第1电极膜31a，在出射面侧设置第2电极32，在光吸收层1内部形成电场。通过在光吸收层1内部形成电场，使光吸收层1内部发生的光电子向出射面方向加速，以此能够使光电子高效率放射出到透射型光电阴极外部。
又，第1电极膜31a以薄膜状形成于光吸收层1的入射面上。构成电压施加装置的电极中，与光吸收层1连接的电极如图1所示的第1电极31那样形成，这样，就能够使透射型光电阴极适宜动作，但是，在需要使制造工序更加简便时可以利用蒸镀等方法形成如图5所示的薄膜状。这样形成，能够以简便的制造工序设置使透射型光电阴极的量子效率提高用的电压施加装置。
图6是表示透射型光电阴极的第3实施方式的结构的侧面剖面图。
图6所示的透射型光电阴极由光吸收层1、活性层11、支持框22、第1电极35、以及第2电极36所构成。其中，光吸收层1和活性层11的结构与图1所示的透射型光电阴极相同。
支持框22是对做得比较薄的光吸收层1的机械强度进行增强的支持结构。该支持框22设置于光吸收层1的入射面上的外沿部。
第1电极35是与光吸收层1的入射面相对设置的入射面侧电极。在本实施方式中，在支持框22的光吸收层1一侧相反侧的整个面上形成有第1电极35。又，第2电极36是相对于光吸收层1的出射面设置的出射面侧电极。在本实施方式中，第2电极36以格子状形成于光吸收层1的出射面。上述第1电极35和第2电极36设置作为在光吸收层1的入射面和出射面之间施加电压、在光吸收层1内部形成电场的电压施加装置。
本实施方式的透射型光电阴极，具有光吸收层的1个面为入射面、另一个面为出射面的透射型结构。利用这种结构，可以防止出射面的表面状态发生变化，可以防止光电子的放射出效率降低。又，光吸收层1采用金刚石或以金刚石为主要成分的材料形成，借助于此，光吸收层1可以相对于紫外光等短波长的待检测光的入射以高效率变换为光电子。
又，在光吸收层1的入射面侧设置第1电极35，在出射面侧设置第2电极36，在光吸收层1内部形成电场。通过在光吸收层1内部形成电场，并且使在光吸收层1内部发生的光电子向出射面方向加速，可以使光电子高效率放射出到透射型光电阴极外部。
又，在光吸收层1的入射面的外沿部设置支持框22作为支持结构。在需要增强做得薄的光吸收层1的机械强度的情况下，除了如图1所示将支持结构设置于出射面上外，像本实施方式这样设置于入射面上也可以适当增强光吸收层1的机械强度。
图7A、图7B表示透射型光电阴极的第4实施方式的结构。图7A是透射型光电阴极的侧面剖面图，图7B是从第2电极32一侧观看透射型光电阴极时的底面图。
图7A所示的透射型电阴极由光吸收层1、活性层11、支持框23、第1电极31、以及第2电极32构成。其中，光吸收层1、活性层11以及第1电极31的结构与图1所示的透射型光电阴极相同。
支持框23以图7B所示的格子状设置于光吸收层1的出射面上。该支持框23形成为各格子框内的形状和面积均匀分布的状态。又，这样设置为格子状的支持框23的，与光吸收层1一侧相反的一侧的整个面上形成有第2电极32。
本实施方式的透射型光电阴极，具有光吸收层1的一个面为入射面、而另一个面为出射面的透射型结构。借助于此，可以防止出射面的表面状态发生变化，能够防止光电子的放射出效率降低。又，由于光吸收层1采用金刚石或以金刚石为主要成分的材料形成，因而，光吸收层1能够相对于紫外光等短波长的待检测光的入射以高效率变换为光电子。
又，在光吸收层1的入射面侧设置第1电极31，在出射面侧设置第2电极32，在光吸收层1内部形成电场。通过在光吸收层1内部形成电场，并且使在光吸收层1内部发生的光电子向出射面方向加速，可以使光电子高效率放射出到透射型光电阴极外部。
又，将增强光吸收层1的机械强度用的支持框23设置为格子状。在光吸收层1具有比较小的面积的情况下，可用图1所示形状的支持结构充分增强其强度。但由于光吸收层1的面积大等原因，需要进一步增强机械强度的情况下，设置本实施方式这种形状的支持结构，能够进一步增强光吸收层1的机械强度。这时，只要将支持框23设置为各格子框内的形状和面积均匀，便能够进一步增强机械强度。还有，支持结构的形状不限于上述格子状，可以是各种各样的形状。
还有，在透射型光电阴极的第3和第4实施方式中，第2电极36和第1电极31是形成为格子形状的，但是也可以形成为第2实施方式的第1电极膜31a那样的薄膜状。作为光吸收层1的表面上设置的电极的形状来说，可以适当选择为格子状、薄膜状、或其他形状。
以上详细说明的透射型光电阴极，可以用于光电倍增管或图像增强管等电子管。以下叙述有关这种电子管的实施方式。还有，下面对设置于透射型光电阴极的电压施加装置等省略图示。
图8是作为本发明的电子管的第1实施方式，示意性表示光电倍增管的一实施方式的结构的剖面图。
图8所示的光电倍增管，由将待检测光变换为光电子放射出的透射型光电阴极4、对光电子进行二次电子倍增的电子倍增装置5、收集所倍增的二次电子用的阳极6、以及以真空状态包容它们的容器即真空容器7所构成。这些结构要素从待检测光入射的一侧开始依照透射型光电阴极4、电子倍增装置5、阳极6的顺序，保持规定的间隔配置于真空容器7的内部。
透射型光电阴极4使用的是由金刚石或以金刚石为主要成分的材料构成的上述透射型光电阴极。而且在透射型光电阴极4的出射面侧，空开规定的距离设置有电子倍增装置5。电子倍增装置5使用微通道板(Micro-Channel Plate；以下简称“MCP”)51。MCP51具有多个内壁为二次电子发射体的筒状的通道(Channel)集束的结构。该通道的电子束入射的入射端与发射二次电子的出射端之间加上规定的电压，形成电场。于是，入射通道内的光电子在反复冲击二次电子发射体的同时实现倍增，作为二次电子放射出。
又，从MCP51的射出端起空开规定的距离设置阳极6。阳极6收集从MCP射出的二次电子，以此间接收集从透射型光电阴极4放射出的光电子。
又，透射型光电阴极4、电子倍增装置5、阳极6置于真空状态下的密封容器、即真空容器7中。真空容器7中，在待检测光入射的与透射型光电阴极4相对的面上设置有入射窗71。借助于此，入射的光中，规定波长的待检测光高效率入射到透射型光电阴极4。又在透射型光电阴极4、MCP51的输入端和输出端、以及阳极6上，分段加上电压，使透射型光电阴极4一侧为负电位，阳极6一侧为正电位，来形成电场。
在上述结构中，一旦待检测光通过入射窗71入射到透射型光电阴极4的入射面，透射型光电阴极4中就有光电子生成，从出射面放射出到真空容器7内部的真空中。MCP51的输入端加上相对于透射型光电阴极4为正的电压，形成电场，向真空中入射的光电子入射到MCP51。然后，在MCP51的通道内部，通过使光电子倍增，形成二次电子，然后再度放射出到真空中。这时，通过MCP的二次电子，倍增到例如光电子的约100万倍的程度。阳极6加上相对于MCP51的输出端为正的电压，形成电场，从MCP51射出的二次电子被阳极所收集，作为所入射的待检测光的检测信号取出到光电倍增管外部。
在图8所示的光电倍增管中，上述结构和动作得到以下所述的结果。也就是通过利用具有上述结构的透射型光电阴极4，能够实现可以高量子效率检测紫外光等待检测光的光电倍增管。
又，在待检测光线微弱等情况下，如果采用图8所示的电子倍增装置，就能够得到倍增的大电流的检测信号，因此能够以高信噪比、高精度地检测出待检测光。
图9是作为电子管的第2实施方式，示意性表示光电倍增管的其他实施方式的结构的剖面图。
图9所示的光电倍增管由透射型光电阴极4、电子倍增装置5、阳极6及真空容器7构成。其中，透射型光电阴极4、阳极6及真空容器7的结构与图8所示的光电倍增管相同。
作为电子倍增装置5，采用多个MCP51(图9中为3个)。各MCP51分别具有多个内壁为二次电子发射体的筒状的通道经过集束的结构。通道的入射端与出射端之间加上规定的电压，形成电场。而且，这样的多个MCP51以规定的间隔排列为彼此的输出端与输入端互相相对。又在离开最远离透射型光电阴极4的位置上的MCP51的输出端空开规定的距离，设置有阳极6。阳极6收集该MCP51放射出的二次电子。
在上述结构中，一旦待检测光通过入射窗71入射到透射型光电阴极4的入射面，透射型光电阴极4中便有光电子生成，从出射面放射出到真空容器7内部的真空中。放射出到真空中的光电子，作为初次电子入射到离透射型光电阴极最近的位置上的MCP51，经过倍增，作为二次电子放射出。而且通过其后排列的多个MCP51反复倍增。最后，经过倍增的二次电子被阳极6所收集，作为所入射的待检测光的检测信号取出到光电倍增管外部。
图9所示的光电倍增管中，上述结构和动作可得到以下所述的结果。具体来说，通过利用具有上述结构的透射型光电阴极4，能够实现可以高量子效率检测紫外光等待检测光的光电倍增管。
又，采用多个MCP51作为电子倍增装置5，可以用更高的二次电子倍增率得到大检测信号，因此能够以更高的信噪比、高精度检测待检测光。
还有，在上述光电倍增管的各实施方式中，采用的是透射型光电阴极4与MCP51、阳极6相对的所谓接近型的结构，但是，也可以采用在例如透射型光电阴极4与电子倍增装置5之间具备静电透镜使电子聚焦的所谓静电聚焦型结构。又，作为采用透射型光电阴极的电子管，除了上述光电倍增管外，也可以采用不具备电子倍增装置5的，也就是从透射型光电阴极4放射出的光电子直接为阳极收集的结构。
又，具备收集光电子或二次电子用的阳极6，但是也可以具备光电二极管等半导体元件来取代阳极6。作为将光电子或二次电子直接射入这种半导体元件中的所谓电子射入型光电倍增管通过使之动作，能够使所述光电倍增管的各实施方式顺利实施。
图10是作为电子管的第3实施方式，示意性表示图像增强管(像增强器)的结构的剖面图。
图10所示的图像增强管由透射型光电阴极4、电子倍增装置5、阳极6a以及真空容器7构成。其中透射型光电阴极4、电子倍增装置5、以及真空容器7的结构与图8所示的光电倍增管大致相同。
阳极6a具有收集MCP51所放射出的二次电子的功能，从MCP51的输出端空开规定的距离设置。又，该阳极6a由随电子入射而发光的荧光体所构成。
在上述构成中，构成图像的待检测光一旦透射入射窗71入射到透射型光电阴极，透射型光电阴极4的内部便有光电子生成并放射出到真空容器7的内部。然后，所放射出的光电子入射到MCP51。这时，MCP51的输入端加上相对于透射型光电阴极4为正的电压，形成有电场。光电子与该电场平行行进，因此，在保持入射图像增强管时的二维信息的情况下入射到MCP51。入射到MCP51的光电子经过倍增后作为二次电子放射出，被荧光体构成的阳极6a所收集。这时，MCP51的输出端加上相对于输入端为正的电压，而阳极6a加上相对于MCP51为正的电压。利用这些电压形成有电场，二次电子在保持光电子所具有的二维信息的情况下被阳极6a所收集，从而荧光体构成的阳极6a发光。通过所述的动作，入射到图像增强管的待检测光的图像得以增强，从荧光体所构成的阳极6a输出。
图10所示的图像增强管中，利用上述结构和动作得到以下所述效果。也就是说，采用具有上述结构的透射型光电阴极4，以此可以得到具有高量子效率的图像增强管。
又，相应于入射到透射型光电阴极4的待检测光的光量，以高量子效率得到的光电子，进一步得到倍增之后入射到荧光体，可得到高亮度的图像。借助于此，即便是所入射的图像微弱的情况下，也能够高精度地使图像倍增。
又，虽然在上述图像增强管中，采用荧光体作为随光电子或二次电子发光的手段，但是只要该手段是能够将电子变成图像的手段即可。例如，取代荧光体，具备电荷耦合元件(CCD)等摄像元件，通过将电子或二次电子直接射入摄像元件使其图像化，也能够得到同样的效果。
图11是电子管的第4实施方式的结构的示意性剖面图。
图11所示的电子管由透射型光电阴极4、阳极6b以及真空容器7构成。上述透射型光电阴极4、阳极6b、以及真空容器7的结构与图10所示的图像增强管相同，但是，本实施方式的电子管采用没有电子倍增装置的结构。本电子管通过使与入射到透射型光电阴极的待检测光的入射位置相对应位置上的荧光体发光，可以作为显示图像的图像显示元件使用。以下说明作为图像显示元件的电子管的动作。
作为图像信号的待检测光(l1、m1、n1)一旦透射入射窗71入射到透射型光电阴极4的规定位置，透射型光电阴极4的内部便有与待检测光的入射位置对应的光电子(e1、e2、e3)生成，放射出到真空容器7内部。放射出到真空中的光电子，由于透射型光电阴极4与阳极6b之间加有高电压而被加速直进，被收集于荧光体构成的阳极6b。也就是说，在与入射位置不同的待检测光l1、m1、n1相对应的位置上，荧光体分别放射出光l2、m2、n2。
图11所示的电子管中，利用上述结构和动作得到以下所述效果。也就是采用具有上述结构的透射型光电阴极4，以此可以实现具有高量子效率的电子管。由于这样的原因，利用相对于入射到透射型光电阴极4的图像信号的光量以高量子效率得到的光电子，能够得到高亮度的图像，因此，能够以高亮度、低电耗显示静止图像或移动图像。又，如果采用能够提供XY地址等二维位置信息的等离子体光等紫外光作为输入到电子管的图像信号，则能够实现一种与现有等离子体显示器那样直接利用等离子体使荧光体发光相比更加高亮度、低电耗的图像显示装置。
又，在第3实施方式的图像增强管和第4实施方式的图像显示元件中，在需要得到更高辉度的图像时，为了得到更多的二次电子倍增率，可以采用任意个数的MCP51。这样，能够使入射的图像进一步增强，实现高辉度。
本发明的透射型光电阴极和电子管，不限于上述实施方式，可以有各种各样的变形。例如在透射型光电阴极的各实施方式中，在光吸收层1有充分的机械强度等情况下，也可以采用不具有增强机械强度用的支持框21～23的结构。还有，在光吸收层1能够以足够高的效率发射出光电子等情况下，也可以采用不设置使光吸收层1的出射面的功函数降低的活性层11的结构。
又，在电子管的各实施方式中，在真空容器7相对于大气压没有足够的强度的情况下，也可以在真空容器7内部设置垫块等增强手段。又，作为电子倍增装置，虽然采用MCP51，但是电子倍增装置也不限于此，也可以采用一级或多级的倍增电极等。
工业应用性
本发明可使用作为例如半导体集成元件制造工序中采用光刻技术时的光监视装置。