CN1918686A - 光电倍增器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有用于可容易地实现高检测精度和微细加工的构造的光电倍增器及其制造方法。该光电倍增器(1a)具备内部维持在真空的***器(2，3，4)，在该***器(2，3，4)内配置有根据入射光而放出电子的光电面(22)、将从该光电面(22)放出的电子串级倍增的电子倍增部(31)、用于取出由该电子倍增部(31)生成的二次电子的阳极(32)。上述***器(2，3，4)的一部分由具有平坦部的玻璃基板(20，40)构成，在该玻璃基板(20，40)上的平坦部上以二维方式分别配置有上述电子倍增部(31)和阳极(32)。

Description

光电倍增器及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有使由光电面生成的光电子串级倍增的电子倍增部的光电倍增器及其制造方法。

背景技术

在现有技术中，作为光传感器已知有光电倍增管(PMT：Photo-Multiplier Tube)。光电倍增管具备将光变换为电子的光电面(Photocathode)、聚焦电极、电子倍增部和阳极，并被构成为将它们收容在真空容器中。在光电倍增管中，光入射到光电面时从光电面向真空容器中放出光电子。该光电子由聚焦电极被引导至电子倍增部，并由该电子倍增部进行串级倍增。阳极在倍增了的电子中将到达的电子作为信号输出(例如，参照下述专利文献1和专利文献2)。

专利文献1：日本特许第3078905号公报

专利文献2：日本特开平4-359855号公报

发明内容

本发明的发明人们研究了现有的光电倍增器，结果发现了以下的课题。

即，随着光传感器的用途多样化，需要更小型的光电倍增器。而伴随着这样的光电倍增器的小型化，对于构成该光电倍增器的部件要求高精度的加工技术。特别是，如果进行部件自身的微细化，则由于难以实现该部件间的精密的配置，所以不能得到高检测精度，此外，制造的每个光电倍增器的检测精度的偏差也会变大。

本发明是为了解决上述课题而做出的，其目的在于提供一种光电倍增器及其制造方法，该光电倍增器具备在维持高检测精度的状态下比现有技术可以更容易地实现小型化、且微细加工容易的结构。

本发明相关的光电倍增器，是具有将由光电面生成的光电子串级倍增的电子倍增部的光传感器，包括：具有根据该光电面的配置位置、沿着与光的入射方向相同的方向放出光电子的透过型光电面的光电倍增器，和具有沿着与光的入射方向不同的方向放出光电子的反射型光电面的光电倍增器。

具体来说，该光电倍增器具备：光电倍增器内部维持在真空状态的***器；被收纳在该***器内的光电面；被收纳在该***器内的电子倍增部；以及，至少一部分被收纳在该***器内的阳极。上述***器，至少其一部分由具有平坦部的玻璃基板构成。此外，上述光电面根据通过***器取入的光，向该***器的内部放出光电子。上述电子倍增部配置在上述玻璃基板上的平坦部的规定区域上，对从光电面放出的光电子进行串级倍增。上述阳极配置在玻璃基板上的平坦部中除了配置有电子倍增部的区域的区域上，作为将由电子倍增部串级倍增的电子中到达的电子作为信号取出的电极而发挥功能。这样，上述电子倍增部和上述阳极以二维方式配置在上述玻璃基板中的平坦部上，可以进行装置整体的小型化。

此外，优选上述***器具备：玻璃基板下侧框；相对于该下侧架的上侧框；以及，设置在该上侧框和下侧框之间、具有包围上述电子倍增部和阳极的形状的侧壁框。特别优选上述侧壁框是通过对一个硅基板进行蚀刻加工而与电子倍增部和阳极一起形成为一体。由这样的结构，可以容易地实现微细加工，可以得到更小型的光电倍增器。此时，与侧壁框一体地形成的电子倍增部和阳极也由硅材料构成。此外，这些电子倍增部和阳极向上述玻璃基板的固定，优选用熔接以外的方法进行。例如，优选通过阳极接合以及扩散接合的任何一种接合方式将将由硅材料构成的电子倍增部和阳极固定在玻璃基板上。当然，侧壁框和玻璃基板(下侧框)的接合也通过阳极接合以及扩散接合的任一种来接合。通过由这样的阳极接合和扩散接合的固定，可以尽量避免在熔接等时生成异物等的情况的发生。

此外，上述电子倍增部具有以沿着与光电面放出光电子的方向交叉的方向使电子行进的方式延伸的多个槽部。由于电子倍增部的槽部以沿着与光电面放出光电子的方向交叉的方向使电子行进的方式延伸，所以与沿着光电面放出光电子的方向形成电子倍增部的结构相比较，可以实现小型化。

在本发明相关的电子倍增管中，电子倍增部使电子分别冲撞在规定各槽部的一对侧壁上而进行串级倍增。通过使电子分别冲撞在规定各槽部的一对侧壁上，可以有效地进行串级倍增。在本发明相关的光电倍增器中，优选在规定各槽部的侧壁上设置有凸部。由于在侧壁上设置凸部，电子在规定的距离内冲撞在侧壁上，所以可以进行更有效的串级倍增。

在本发明相关的光电倍增器中，优选上述电子倍增部和阳极，以与构成***器的一部分的侧壁框间距规定距离的状态，分别配置在玻璃基板的平坦部上。此时，电子倍增部和阳极分别可以尽量减少通过侧壁框的外部杂音的影响，可以得到高检测精度。

在本发明相关的电子倍增器中，上述上侧框优选由玻璃材料以及硅材料的任意一种材料构成。上述上侧框由玻璃材料构成时，与上述玻璃基板(下侧框)和侧壁框的接合同样地，上侧框以与下侧框一起夹着侧壁框的方式，也通过阳极接合或扩散接合而被接合在侧壁框上。这样，由于通过阳极接合以及扩散接合的任意一种方式(下侧框与侧壁框的接合、以及、侧壁框与上侧框的接合)真空密封***器，所以可以容易地加工该***器。此外，由玻璃材料构成的上侧框，其自身可以发挥作为透过窗的功能。

此外，上述上侧框也可以由硅材料构成。此时，为使规定波长的光朝向收纳在***器内的光电面通过，所以在该上侧框上形成透过窗。该透过窗也可以设置在侧壁框上。

制造具有上述那样的结构的光电倍增器的方法(本发明相关的光电倍增器的制造方法)中，首先准备：构成上述***器的一部分的由玻璃材料构成的下侧框；和构成上述***器的一部分的侧壁框，其通过对一个硅基板进行刻蚀加工而与电子倍增部和阳极形成在一起；以及，构成上述***器的一部分的上侧框。

接着，上述侧壁框与电子倍增部和阳极一起，通过阳极接合和扩散接合的任一种接合方式，而一体地固定在上述下侧框上。

此外，本发明相关的光电倍增器的制造方法中，上述那样的侧壁框不需要是与电子倍增部和阳极一体地形成的硅树脂框。该制造方法可以适用于制造具备：由下侧框、侧壁框和上侧框构成，且内部维持在真空状态的***器；收纳在该***器内的光电面；收纳在该***器内的电子倍增部；以及，至少一部分收纳在该***器内的阳极，的光电倍增器。此时，首先，分别准备：构成上述***器的一部分的由玻璃材料构成的下侧框；和构成上述***器的一部分的由硅材料构成的侧壁框；以及，构成上述***器的一部分的上侧框。然后，该侧壁框通过阳极接合以及扩散接合的任一种方式而被固定在下侧框上。

这里，当上述上侧框由玻璃材料构成时，以与上述下侧框一起夹着侧壁框的状态，该上侧框通过阳极接合以及扩散接合的任一种方式而被接合在侧壁框上。

另一方面，当上述上侧框由硅材料构成时，在该上侧框上形成透过窗。此外，形成透过窗的位置不限于上侧框，例如，也可以在上述侧壁框上形成透过窗。

此外，本发明相关的各实施例，可以通过以下的详细说明和附图更充分地理解。这些实施例仅仅是用作示例，不应视为是对本发明的限定。

此外，本发明的进一步的应用范围由以下的详细说明将变得明确。但是，详细的说明和特定的事例虽是表示本发明的优选的实施例，但是只用于示例。显然，由该详细的说明，在本发明的思想和范围中的各种变形和改进对本领域技术人员而言是显而易见的。

根据本发明可以得到具有在维持高检测精度的状态下可容易地实现微细加工的结构的光电倍增器。

附图说明

图1是表示本发明相关的光电倍增器的第1实施例(透过型)的结构的立体图。

图2是在图1中所示的第1实施例相关的光电倍增器的装配工序图。

图3是表示沿着图1中的I-I线的第1实施例相关的光电倍增器的结构的截面图。

图4是表示第1实施例相关的光电倍增器中的电子倍增部的结构的立体图。

图5是用于说明第1实施例相关的光电倍增器的制造方法的图(其1)。

图6是用于说明第1实施例相关的光电倍增器的制造方法的图(其2)。

图7是表示本发明相关的光电倍增器的第2实施例(反射型)的结构的图。

图8是表示本发明相关的光电倍增器的第3实施例(反射型)的结构的界面图。

图9是表示本发明相关的光电倍增器的第4实施例的结构的图。

图10是用于说明透过窗的形成方法的图(其1)。

图11是用于说明透过窗的形成方法的图(其2)。

图12是用于说明透过窗的形成方法的图(其3)。

图13是表示本发明相关的光电倍增器的第5实施例的结构的图。

图14是用于分别说明阳极接合和扩散接合的图。

图15是表示可用本发明相关的光电倍增器的制造方法制造的光电倍增器的其它结构的图。

图16是表示应用本发明相关的光电倍增器的检测模件的结构的图。

符号说明

1a…光电倍增器，2…上侧框，3…侧壁框，4…下侧框(玻璃基板)，22…光电面，31…电子倍增部，32…阳极，42…阳极端子。

具体实施方式

以下，用图1～图16详细说明本发明相关的光电倍增器及其制造方法。另外，在附图的说明中，对相同部分标注相同符号，省略重复的说明。

(第1实施例)

图1是表示本发明相关的光电倍增器的第1实施例的结构的立体图。该第1实施例相关的光电倍增器1a是透过型的电子倍增器，具备由上侧框2(玻璃基板)、侧壁框3(硅基板)和下侧框4(玻璃基板)构成的***器。该光电倍增器1a是在电子倍增部中的电子的行进方向与向光电面的光的入射方向交叉的，即，通过当光从由图1中的箭头A所示的方向入射时，从光电面放出的光电子入射到电子倍增部，该光电子沿着箭头B表示的方向行进，由此，将二次电子串级倍增的光电倍增器。紧接着说明各构成要素。

图2是将图1中所示的光电倍增器1a分解为上侧框2、侧壁框3和下侧框4而表示的立体图。上侧框2是以矩形平板状的玻璃基板20作为基材而构成的。在玻璃基板20的主面20a上形成有矩形的凹部201，凹部201的外周以沿着玻璃基板20的外周的方式形成。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，孔202到达光电面22。在孔202内配置有光电面端子21，该光电面端子21接触在光电面22上。此外，在该第1实施例中，由玻璃材料构成的上侧框2自身发挥作为透过窗的功能。

侧壁框3是以矩形平板状的硅基板30作为基材而构成的。从硅基板30的主面30a向与其相对的面30b形成有凹部301和贯通部302。凹部301和贯通部302的开口都为矩形，凹部301和贯通部302相互连结，其外周以沿着硅基板30的外周的方式而形成。

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起彼此沿着竖立的多个壁部311。这样，在各壁部311之间构成了槽部。在该壁部311的侧壁(规定各槽部的侧壁)和底部301a上形成有由二次电子放出材料构成的二次电子放出面。壁部311沿着凹部301的长度方向而设置，其一端以离开凹部301的一端规定的距离地配置，另一端配置在靠近贯通部302的位置上。在贯通部302内配置有阳极32。阳极32被配置成其与贯通部302的内壁之间设置有空隙部，其通过阳极接合或扩散接合而被固定在下侧框4上。

下侧框4是以矩形平板状的玻璃基板40作为基材而构成的。从玻璃基板40的主面40a朝向与其相对的面40b，分别设置有孔401、孔402以及孔403。在孔401中***固定有光电面侧端子41，在孔402中***固定有阳极端子42，在孔403中***固定有阳极侧端子43。此外，阳极端子42接触于侧壁框3的阳极32。

图3是表示沿着图1中的I-I线的第1实施例相关的光电倍增器1a的结构的剖面图。如上所述，在上侧框2的凹部201的一端的底部上形成有光电面22。在光电面22上接触有光电面端子21，通过光电面端子21向光电面22施加规定的电压。上侧框2的主面20a(参照图2)与侧壁框3的主面30a(参照图2)通过阳极接合或扩散接合而接合，由此上侧框2被固定在侧壁框3上。

在对应于上侧框2的凹部201的位置配置有侧壁框3的凹部301和贯通孔302。在侧壁框3的凹部301上配置有电子倍增部31，在凹部301的一端的壁与电子倍增部31之间形成有空隙部301b。此时，侧壁框3的电子倍增部31位于上侧框2的光电面22的正下方。在侧壁框3的贯通部302内配置有阳极32。由于阳极32以不接触于贯通部302的内壁的方式配置，所以，在阳极32与贯通部302之间形成有空隙部302a。此外，阳极32通过阳极接合或扩散接合而被固定在下侧框4的主面40a(参照图2)上。

通过阳极接合或扩散接合侧壁框3的面30b(参照图2)和下侧框4的主面40a(参照图2)，下侧框4被固定在下侧框3上。此时，侧壁框3的电子倍增部31也通过阳极接合或扩散接合而被固定在下侧框4上。分别由玻璃材料构成的上侧框2和下侧框4以夹着侧壁框3的状态，通过分别接合于该侧壁框而得到该电子倍增管1a的***器。此外，在该***器的内部形成有空间，在组装由这些上侧框2、侧壁框3和下侧框4形成的***器时，进行真空气密处理，从而使该***器的内部维持在真空状态(详细内容后述)。

由于下侧框4的光电面侧端子401和阳极侧端子403分别接触于侧壁框3的硅基板30，因此，通过在光电面侧端子401和阳极侧端子403上分别施加规定的电压，可以在硅基板30的长度方向(与从光电面22放出光电子的方向交叉的方向、二次电子在电子倍增部31中行进的方向)上产生电位差。此外，由于下侧框4的阳极端子402接触于侧壁框3的阳极32，所以可以将到达阳极32的电子作为信号而取出。

图4中表示了侧壁框3的壁部311附近的结构。在硅基板30的凹部301内配置的壁部311的侧壁上形成有凸部311a。凸部311a以与相对的壁部311互相不同的方式交替地配置。凸部311a从壁部311的上端到下端一样地形成。

光电倍增器1a如下地进行动作。即，分别在下侧框4的光电面侧端子401上施加-2000V，在阳极侧端子403上施加0V。此外，硅基板30的电阻为约10MΩ。此外，硅基板30的电阻值可以通过改变硅基板30的体积、例如厚度而进行调整。例如，可以通过使硅基板的厚度变薄而提高电阻值。这里，光通过由玻璃材料构成的上侧框2而入射到光电面22上时，从光电面22向侧壁框3放出光电子。该被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的长度方向上产生电位差，所以到达电子倍增部31的光电子朝向阳极32侧。电子倍增部31形成有由多个壁部311规定的槽。因此，从光电面22到达电子倍增部31的光电子，冲撞壁部311的侧壁和互相相对的侧壁311间的底部301a，放出多个二次电子。在电子倍增部31中接连不断地进行二次电子的串级倍增，每1个从光电面到达电子倍增部的电子生成10⁵～10⁷个二次电子。该生成的二次电子到达阳极32，从阳极端子402作为信号而被取出。

下面，说明该第1实施例相关的电子倍增管的制造方法。制造该光电倍增器时，准备直径4英寸的硅基板(图2的侧壁框3的构成材料)和同形状的2片玻璃基板(图2的上侧框2和下侧框4的构成材料)。对它们的每微小的区域(例如，几毫米方形)施行以下说明的加工。完成以下说明的加工后，按区域分割，从而完成光电倍增器。紧接着，用图5和图6说明其加工方法。

首先，如图5中的区域(a)所示，准备厚度0.3mm、比电阻30kΩ·cm的硅基板50(相当于侧壁框3)。在该硅基板50的两面分别形成硅热氧化膜60和硅热氧化膜61。硅热氧化膜60和硅热氧化膜61在DEEP-RIE(反应离子刻蚀，Reactive Ion Etching)加工时发挥作为掩模的功能。接着，如图5中的区域(b)所示，在硅基板50的背面侧形成保护膜70。在保护膜70上形成有对应于图2的贯通部302和阳极32之间的空隙的除去部701。在此状态下刻蚀硅热氧化膜61时，形成对应于图2的贯通部302和阳极32之间的空隙部的除去部611。

从图5中的区域(b)所示的状态除去保护膜70后进行DEEP-RIE加工。如图5中的区域(c)所示，在硅基板50上形成空隙部501，其对应于图2的贯通部302和阳极32之间的空隙。接着，如图5中的区域(d)所示，在硅基板50的表面侧形成保护膜71。在保护膜71上形成有除去部711、除去部712、以及除去部(未图示)，其中，除去部711对应于图2的壁部311和凹部301之间的空隙，除去部712对应于图2的贯通部302和阳极32之间的空隙，除去部对应于图2的壁部311相互之间的槽。在该状态下刻蚀硅热氧化膜60时形成除去部601、除去部602、以及除去部(未图示)，其中，除去部601对应于图2的壁部311和凹部301之间的空隙，除去部602对应于图2的贯通部302和阳极32之间的空隙，除去部(未图示)对应于图2的壁部311相互之间的槽。

从图5中的区域(d)的状态除去硅热氧化膜61之后，在硅基板50的背面侧阳极接合玻璃基板80(相当于下侧框4)(参照图5中的区域(e))。在该玻璃基板80上分别预先加工有，相当于图2的孔401的孔801、对应于图2的孔402的孔802、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。保护膜71作为DEEP-RIE加工时的掩模材料发挥功能，可以进行纵横比(aspect-ratio)高的加工。DEEP-RIE加工后，除去保护膜71和硅热氧化膜61。如图6中的区域(a)所示，通过对预先从里面进行了空隙部501的加工的部分形成到达玻璃基板80的贯通部，而形成相当于图2的阳极32的岛状部52。该相当于阳极32的岛状部52通过阳极接合被固定在玻璃基板80上。此外，在该DEEP-RIE加工时还形成槽部51和凹部503，槽部51相当于图2的壁部311间的槽，凹部503相当于图2的壁部311与凹部301的空隙。这里，在槽部51的侧壁和底部301a上形成二次电子放出面。

接着，如图6中的区域(b)所示，准备相当于上侧框2的玻璃基板90。在玻璃基板90上，通过锪孔加工形成有凹部901(相当于图2的凹部201)，设置有从玻璃基板90的表面至凹部901的孔902(相当于图2的孔202)。如图6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***并固定于孔902中，同时在凹部901中形成光电面91。

加工进行至图6中的区域(a)的硅基板50和玻璃基板80、以及加工进行至图6中的区域(c)的玻璃基板90，如图6中的区域(d)所示，在真空气密的状态下通过阳极接合或扩散接合而被接合。然后，分别地，相当于图2的光电面侧端子41的光电面侧端子81***并固定于孔801中，相当于图2的阳极端子42的阳极端子82***并固定于孔802中，相当于图2的阳极侧端子43的阳极侧端子83***并固定于孔803中，由此，成为图6中的区域(e)所示的状态。然后，通过以芯片单元切割而得到具有如图1和图2所示的结构的光电倍增器。

(第2实施例)

图7是表示本发明相关的光电倍增器的第2实施例的结构的图。该第2实施例相关的光电倍增器，除了光电面的配置位置不同这一点之外，是具备与第1实施例相关的光电倍增器同样的结构的、具有反射型光电面的光电倍增器。此外，在图7中的区域(a)中表示有相当于表示第1实施例的组装工序的图2中所示的侧壁框的硅基板30。

在该第2实施例中，在硅基板30上，如图7中的区域(a)所示，在电子倍增部31的端部中位于与阳极32相反侧的端部上形成有光电面22。具体来说，如图7中的区域(b)所示，在与电子倍增部31的阳极32相反一侧的端部中，在规定槽部的壁部311的侧面、以及壁部间的槽部底部，形成有光电面22。

通过这样的结构，在第2实施例相关的光电倍增器中，光电面22接受以构成上侧框2的玻璃基板20为透过窗而通过的光，并使光电子从光电面22向阳极32侧放出。来自光电面22的光电子朝向阳极32在槽部中传播，在其途中冲撞于壁部311的侧面和互相相对的壁部311间的底部301a，放出二次电子。这样依次被串级倍增的电子到达阳极32(参照图7中的区域(c))。此外，在图7中的区域(c)中表示有相当于表示第1实施例的截面结构的图3的截面图。

(第3实施例)

图8是表示本发明相关的光电倍增器的第3实施例的结构的图。该第3实施例也是，除了光电面22的配置结构不同这一点之外，是具备与第1实施例相关的光电倍增器同样的结构的、具有反射型光电面的光电倍增器。

在该第3实施例相关的光电倍增器中，如图8所示，光电面22夹着电子倍增部31而设置在与阳极32相反的一侧的侧壁框3的内侧侧面上。该内侧侧面分别相对于作为透过窗发挥功能的上侧框2和电子倍增部31倾斜地设置，通过在该内侧侧面上形成光电面22而得到具有反射型光电面的光电倍增器。

通过这样的结构，在第3实施例相关的光电倍增器中，光电面22接受以构成上侧框2的玻璃基板20为透过窗而通过的光，并使光电子从光电面22向电子倍增部31放出。来自光电面22的光电子朝向阳极32而在电子倍增部31的槽部中传播，但在其途中冲撞于壁部311的侧面和互相相对的壁部311间的底部301a，放出二次电子。这样依次被串级倍增的电子到达阳极32。此外，在图8中表示有相当于表示第1实施例的截面结构的图3的截面图。

(第4实施例)

在上述的第1～第3实施例相关的透过型和反射型的各光电倍增器中，配置在***器内的电子倍增部31在与构成侧壁框3的硅基板30接触的状态下被形成为一体。但是，在这样的侧壁框3和电子倍增部31接触的状态下，该电子倍增部31会受到通过侧壁框3的外部杂音的影响，存在检测精度降低的可能性。

于是，在第4实施例相关的光电倍增器中，将与侧壁框3形成为一体的电子倍增部31和阳极32，以与该侧壁框3间距规定距离的状态，分别配置在玻璃基板40(下侧框4)上的平坦部上。此外，图9中的区域(a)表示在该第4实施例中的侧壁框的斜视图，图9中的区域(b)表示相当于表示第1实施例的截面结构的图3的截面图。从该图9也可以判断出，该第4实施例相关的光电倍增器是，除了电子倍增部31和阳极32分别固定在离开侧壁框2规定距离的下侧框4即玻璃基板40上这一点之外，与第1实施例相关的电子倍增管具备同样的结构的、具有透过型光电面的光电倍增器。

(第5实施例)

在上述的第1～第4实施例相关的透过型和反射型的各光电倍增器中，上侧框2由玻璃基板20构成，该玻璃基板20自身发挥作为透过窗的功能。但是，上侧框2也可以由硅基板构成。此时，在该上侧框2或侧壁框3的任意一个上形成有透过窗。图10和图11是用于说明设置在由硅材料构成的上侧框2或侧壁框3上的透过窗的形成方法的图。

例如，图10是表示应用SOI(Silicon On Insulator)基板作为上侧框2时的透过窗生成工序的图。该SOI基板是，如图10中的区域(a)所示，通过在基底硅基板200上成膜溅射玻璃基板210后，进一步在该溅射玻璃基板210上通过阳极接合而接合上侧硅基板200而得到的。于是，如图10中的区域(b)所示，通过从SOI基板的两面(位于溅射玻璃基板210的两面的硅基板200)向溅射玻璃基板210刻蚀而形成凹部200a、200b。由于这些凹部200a、200b而露出的溅射玻璃基板210的一部分成为透过窗。在透过型的光电倍增器的情况中，在成为***器的内侧的溅射玻璃基板210的面上形成光电面22。

作为上侧框2只应用硅基板200时，首先，在准备的硅基板200的一个面上，如图11中的区域(a)所示，形成有宽度在几μm以下且适当的深度的凹部。从硅基板200的表面来看，该槽部可以形成为柱状，另外也可以形成为网眼状。然后，如图11中的区域(b)所示，通过使硅基板200的一个面中形成有槽部的区域热氧化，而使该硅基板200的一部分玻璃化。另一方面，硅基板200的另一个面，如图11中的区域(c)所示，通过刻蚀直到被玻璃化的区域而形成凹部200c，得到透过窗。透过型的光电倍增器的情况下，在通过凹部200c而露出的玻璃化区域(透过窗)上形成有光电面22。

此外，使硅基板200热氧化而形成透过窗时，也可以应用图11所示的形成方法以外的方法。即，也可以以厚度几μm左右的方式蚀刻硅基板200的透过窗形成域，通过热氧化该透过窗形成域而使其玻璃化。此时，可以从硅基板200的两面刻蚀，也可以只从单面刻蚀。具体来说，准备应该成为上侧框的硅基板200(参照图12中的区域(a))，通过从硅基板200的两面进行刻蚀而形成凹处200d、200e(参照图12中的区域(b))。此时，透过窗形成域的厚度为几μm左右，通过热氧化该刻蚀的区域而玻璃化该硅基板200的一部分，由此得到透过窗240。在透过型的光电倍增器的情况下，在通过凹部200e而露出的玻璃化区域240(透过窗)上形成光电面22(参照图12中的区域(c))。

如以上形成的透过窗也可以设置在由硅材料构成的侧壁框3上。图13是表示本发明相关的光电倍增器的第5实施例的结构的图。此外，该图13是对应于表示第1实施例相关的光电倍增器的截面结构的图3的截面图。

第5实施例相关的光电倍增器，与第1～第4实施例相关的光电倍增器相比较，不同点在于上侧框2由硅基板200构成。此外，在该第5实施例中，除了是透过窗设置在侧壁框3上、在该透过窗的内侧形成有光电面22的透过型的光电倍增器这点之外，具备与第1实施例相关的光电倍增器同样的结构。

在上述的各实施例中，硅基板和玻璃基板的接合通过阳极接合或扩散接合进行。根据这样的阳极接合或扩散接合可以尽量避免进行熔接等时产生的异物的发生等情况。

具体来说，阳极接合通过如图14中的区域(a)中所示的装置来进行。即，在金属底座510上依次设置硅基板200和玻璃基板20，进一步在其上设置金属重锤520。通过在该样态下在金属底座510和金属重锤520间施加规定电压，使硅基板200和玻璃基板20密接地接合。

另一方面，硅基板200和玻璃基板20的接合也可以通过扩散接合来实现。图14中的区域(b)是用于说明扩散接合的图。如该图14中的区域(b)所示，在接合部分分别形成有Cu膜的硅基板200和玻璃基板20之间，配置依次层叠有Au膜、In膜和Au膜的金属层，通过在比较低的温度下热压焊这些硅基板200和玻璃基板20，使硅基板200和玻璃基板20密接地接合。此外，所谓“扩散接合”，是指将在常温下不互相混合的多个金属层设置在被接合部件之间，通过向该金属层赋予热能而使特定的金属层互相交融(扩散)，通过最终形成合金而接合被接合部件间的技术。

此外，本发明相关的光电倍增器的制造方法，除了可以制造具有上述那样的构造的光电倍增器以外，还可以制造具有其它各种构造的光电倍增器。

图15是表示可由本发明相关的制造方法制造的光电倍增器的其它构造的图。在该图15中表示有可由本发明相关的制造方法制造的光电倍增器10的截面构造。光电倍增器10，如图15中的区域(a)所示，由上侧框11、侧壁框12(硅基板)、第1下侧框13(玻璃部件)、第2下侧框(基板)分别阳极接合而构成。上侧框11由玻璃材料构成，在与其侧壁框12相对的面上形成有凹部11b。在该凹部11b的底部的几乎整个面上形成有光电面112。给予光电面112电位的光电面电极113和接触于后述的表面电极的表面电极端子111，分别配置在各凹部11b的一端和另一端。

侧壁框12中以与硅基板12a在管轴方向上平行地设置有多个孔121。在该孔121的内面上形成有二次电子放出面。此外，在孔121各自两端的开口部附近配置有表面电极122和里面电极123。在图15中的区域(b)中表示了孔121和表面电极122的位置关系。如该图15中的区域(b)所示，以接近于孔121的方式配置有表面电极122。此外，关于里面电极123也同样。表面电极122接触于表面电极端子111，在里面电极123上接触有里面电极端子143。因此，在侧壁框12中在孔121的轴方向上产生电位，从光电面112放出的光电子在孔121内向图中下方行进。

第1下侧框13是用于连结侧壁框12和第2下侧框14的部件，阳极接合(也可以扩散接合)于侧壁框12和第2下侧框14二者上。

第2下侧框14由设置有多个孔141的硅基板14a构成。阳极142***并固定在各该孔141中。

在图15所示的光电倍增器10中，从图中上方入射的光透过上侧框11的玻璃基板而入射于光电面112。根据该入射光，从光电面112向侧壁框12放出光电子。放出的光电子进入到第1下侧框13的孔121中。进入到孔121的光电子一边冲撞于孔121的内壁、一边生成二次电子，生成的二次电子向第2下侧框14放出。阳极142将该被放出的二次电子作为信号而取出。

接着，说明本发明相关的光电倍增器的各实施例中适用的光模件。此外，在以下的说明中，为简单起见，说明应用第1实施例相关的光电倍增器1a的分析模件。图16中的区域(a)是表示应用第1实施方式相关的光电倍增器1a的分析模件的构造的图。分析模件85具备玻璃板850、气休导入管851、气体排气管852、溶剂导入管853、试剂混合反应路854、检测部855、废液集中处856、试剂通路857。气体导入管851和气体排气管852是为了将成为分析对象的气体向分析模件85中导入或排气而设计的。从气体导入管851导入的气体，通过形成在玻璃平板850上的提取通路853a，从气体排气管852向外部排出。因此，通过使从溶剂导入管853导入的溶剂通过提取通路853a，在被导入的气体中存在特定的所关心的物质(例如，环境荷尔蒙或微粒)时，可以在溶剂中提取它们。

通过提取通路853a的溶剂含有提取的关心物质，被导入到试剂混合反应通路854中。试剂混合反应通路854为多个，通过从试剂通路857导入分别对应于它们的试剂，可以在溶剂中混合试剂。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。在检测部855中结束了关心物质的检测的溶剂被废弃于废液集中处856。

参照图16中的区域(b)来说明检测部855的结构。检测部855具备发光二极管阵列855a、光电倍增器1a、电源855c、和输出电路855b。发光二极管阵列855a中，分别对应于玻璃平板850的试剂混合反应通路854而设置有多个发光二极管。从发光二极管阵列855a出射的激励光(图中实线箭头)被导入至试剂混合反应通路854。在试剂混合反应通路854中流通着含有关心物质的溶剂，在试剂混合反应通路854内，当关心物质与试剂反应之后，激励光照射在对应于检测部855的试剂混合反应通路854，荧光或透过光(图中虚线箭头)到达光电倍增器1a。该荧光或透过光照射在光电倍增器1a的光电面22上。

如上所述，由于在光电倍增器1a上设置有具有多个槽(例如相当于20道的量)的电子倍增部，所以可以检测哪个位置(哪个试剂混合反应通路854)的荧光或透过光有变化。该检测结果由输出电路855b输出。此外，电源855c是用于驱动光电倍增器1a的电源。此外，在玻璃平板850上配置有玻璃薄板(未图示)，其覆盖着除了气体导入管851、气体排气管852、溶剂导入管853与玻璃平板850的接点部、以及废液集中处856与试剂通路857的试样注入部以外的，提取通路853a、试剂混合反应通路854、试剂通路857(除了试样注入部)等。

如以上所述，根据本发明，电子倍增部31是通过在硅基板30a上进行槽加工而形成的，另外，由于硅基板30a阳极接合或扩散接合在玻璃基板40a上，所以无振动部分。因此，各实施方式相关的光电倍增器在耐震性、耐冲击性方面优异。

阳极32由于阳极接合或扩散接合在玻璃基板40a上，所以无熔接时的金属飞沫。因此，各实施例相关的光电倍增器的电稳定性和耐震动性、耐冲击性得到了提高。阳极32由于其下表面整体与玻璃基板40a阳极接合或扩散接合，所以不会由于冲击、振动而振动阳极32。因此提高了该光电倍增器的耐震性、耐冲击性。

此外，在该电子倍增管的制造中，不需要装配内部构造，处理简单因而作业时间端。由于由上侧框2、侧壁框3和下侧框4构成的***器(真空容器)与内部构造一体地构成，所以可以容易地进行小型化。由于在内部无各种部件，所以不需要电接合、机械接合。

由于在密封由上侧框2、侧壁框3和下侧框4构成的***器时不需要特别的部件，所以如本发明相关的光电倍增器那样，可以进行晶圆尺寸上的密封。密封后切割而得到多个光电倍增器，所以操作容易且可以以低成本地进行制作。

由于通过阳极接合或扩散接合进行密封，所以不产生异物。因此提高了该光电倍增器的电稳定性和耐震性、耐冲击性。

在电子倍增部31中，在由壁部311构成的多个槽的侧壁上发生电子冲撞的同时逐渐串级倍增。因此，结构简单且不需要很多部件，因此可容易地使其小型化。

根据应用具有上述那样的构造的各实施例相关的光电倍增器的分析模件85，可检测微小的粒子。此外，可以连续地进行从提取到反应、检测为止的操作。

由以上的本发明的说明可知，可以对本发明进行各种变形。那样的变形不能视为脱离了本发明的思想和范围，所有的对本领域技术人员而言显而易见的改进，包含在本发明的权利要求范围内。

产业上的可利用性

本发明相关的光电倍增器可适用于需要检测微弱光的各种检测领域。

Claims (18)

1.一种光电倍增器，其特征在于，具备：

***器，内部维持在真空状态，其至少一部分由具有平坦部的玻璃基板构成；

光电面，被收纳在所述***器内，根据通过该***器取入的光而向该***器的内部放出光电子；

电子倍增部，以被收纳在所述***器内的状态配置在所述玻璃基板上的所述平坦部的规定区域上，对从所述光电面放出的光电子进行串级倍增；以及

阳极，以被收纳在所述***器内的状态配置在所述玻璃基板上的所述平坦部中除了配置有所述电子倍增部的区域的区域上，用于将由所述电子倍增部串级倍增的电子中到达的电子作为信号取出。

2.如权利要求1所述的光电倍增器，其特征在于，

所述***器具备：所述玻璃基板即下侧框；相对于该下侧框的上侧框；以及，设置在该上侧框和下侧框之间、具有包围所述电子倍增部和所述阳极的形状的侧壁框。

3.如权利要求2所述的光电倍增器，其特征在于，

所述电子倍增部和所述阳极，在与构成所述***器的一部分的所述侧壁框间距规定距离的状态下，分别配置在所述玻璃基板上的所述平坦部上。

4.如权利要求2或3所述的光电倍增器，其特征在于，

所述侧壁框由硅材料构成。

5.如权利要求2～4的任一项所述的光电倍增器，其特征在于，

所述上侧框由玻璃材料以及硅材料的任一种材料构成。

6.如权利要求1～5的任一项所述的光电倍增器，其特征在于，

所述电子倍增部由硅材料构成。

7.如权利要求1～6的任一项所述的光电倍增器，其特征在于，

所述阳极由硅材料构成。

8.如权利要求1所述的光电倍增器，其特征在于，

所述电子倍增部和所述阳极分别由硅材料构成，这些电子倍增部和阳极通过阳极接合以及扩散接合的任何一种接合方式被固定于所述玻璃基板上的所述平坦部。

9.如权利要求2所述的光电倍增器，其特征在于，

所述电子倍增部、所述阳极和所述侧壁框分别由硅材料构成，这些电子倍增部、阳极和侧壁框，通过阳极接合和扩散接合的任何一种接合方式而被固定于所述玻璃基板上的所述平坦部。

10.如权利要求4或9所述的光电倍增器，其特征在于，

所述上侧框由玻璃材料构成，

所述上侧框，以与所述下侧框一起夹着所述侧壁框的方式，通过阳极接合或扩散接合而被接合于所述侧壁框。

11.如权利要求5所述的光电倍增器，其特征在于，

所述上侧框具备用于向所述***器内取入光的透过窗。

12.如权利要求4或9所述的光电倍增器，其特征在于，

所述侧壁框具备用于向所述***器内取入光的透过窗。

13.制造如权利要求2所述的光电倍增器的方法，其特征在于，

准备构成所述***器的一部分的由玻璃材料构成的下侧框，

准备构成所述***器的一部分的侧壁框，该侧壁框是通过对一个硅基板进行刻蚀加工而与所述电子倍增部和所述阳极一起形成的，

准备构成所述***器的一部分的上侧框，然后，

将所述侧壁框与所述电子倍增部和所述阳极一起，通过阳极接合以及扩散接合的任一种方式而固定在所述下侧框上。

14.一种制造光电倍增器的方法，其特征在于，

是制造具备：***器，由下侧框、侧壁框和上侧框构成，并且其内部维持在真空状态；被收纳在该***器内的光电面；被收纳在该***器内的电子倍增部；至少一部分被收纳在该***器内的阳极，的光电倍增器的制造方法，

准备构成所述***器的一部分的由玻璃材料构成的下侧框，

准备构成所述***器的一部分的由硅材料构成的侧壁框，

准备构成所述***器的一部分的上侧框，然后，

将所述侧壁框通过阳极接合以及扩散接合的任一种接合方式而固定在所述下侧框上。

15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，

所述上侧框由玻璃材料构成，

所述上侧框，以夹着所述下侧框和所述侧壁框的方式，通过阳极接合或扩散接合而被接合于所述侧壁框。

16.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，

所述上侧框由硅材料构成，以夹着所述下侧框和所述侧壁框的方式，接合于该侧壁框。

17.如权利要求13、14或16所述的方法，其特征在于，

在所述上侧框上形成有用于向所述***器内取入光的透过窗。

18.如权利要求13、14或16所述的方法，其特征在于，

在所述侧壁框上形成有用于向所述***器内取入光的透过窗。

Images