JP4410027B2 - Photocathode and electron tube - Google Patents

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本発明は、入射光を吸収して光電子を励起し、光電子を放出する光電陰極、及び光電陰極を備えた電子管に関するものである。   The present invention relates to a photocathode that absorbs incident light, excites photoelectrons, and emits photoelectrons, and an electron tube including the photocathode.

従来より、所定波長の光を検知するために用いられる光電陰極及びそれを備えた電子管が知られている。光電陰極は、所定波長の光を吸収して光電子を放出する光吸収層を有しており、光吸収層に光が入射されてこの光が光電子に変換されることによって、光を検知することができる。   Conventionally, a photocathode used for detecting light of a predetermined wavelength and an electron tube including the photocathode are known. The photocathode has a light absorption layer that absorbs light of a predetermined wavelength and emits photoelectrons. Light is incident on the light absorption layer and this light is converted into photoelectrons to detect light. Can do.

従来の光電陰極としては、Ｃｓといったアルカリ金属を含む光吸収層を備えるもののほか、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰによるｐｎ接合を用いたもの（特許文献１参照）が実用化されている。図５は、特許文献１に開示された光電陰極１００の構成を示す断面図である。光電陰極１００は、ｐ型ＩｎＰからなる半導体基板１０１と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなり半導体基板１０１の表面上に形成された光吸収層１０２と、ｐ型ＩｎＰからなり光吸収層１０２上に形成された電子放出層１０３と、ｎ型ＩｎＰからなり電子放出層１０３上に所定のパターンで形成されたコンタクト層１０４と、コンタクト層１０４上に形成された電極１０５と、半導体基板１０１の裏面上に形成された電極１０６とを備える。そして、電極１０５と電極１０６との間に電源１０７によって電圧が印加されることにより、光電陰極１００内部に電界が形成される。光吸収層１０２に光が入射すると、光吸収層１０２内部において光電子が励起される。光電子は電界によって加速され、電子放出層１０３を介して光電陰極１００の外部へ放出される。   As conventional photocathodes, in addition to those having a light absorption layer containing an alkali metal such as Cs, those using a pn junction made of InP / InGaAsP (see Patent Document 1) have been put into practical use. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the photocathode 100 disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. The photocathode 100 was formed on the semiconductor substrate 101 made of p-type InP, the light absorption layer 102 made of p-type InGaAsP and formed on the surface of the semiconductor substrate 101, and the light absorption layer 102 made of p-type InP. The electron emission layer 103, the contact layer 104 made of n-type InP and formed on the electron emission layer 103 in a predetermined pattern, the electrode 105 formed on the contact layer 104, and the back surface of the semiconductor substrate 101 are formed. Electrode 106. Then, a voltage is applied between the electrode 105 and the electrode 106 by the power source 107, whereby an electric field is formed inside the photocathode 100. When light enters the light absorption layer 102, photoelectrons are excited inside the light absorption layer 102. Photoelectrons are accelerated by the electric field and are emitted to the outside of the photocathode 100 through the electron emission layer 103.

なお、本発明に関連する技術としては、特許文献１の他にも例えば特許文献２〜４に開示されたものが挙げられる。
特許第２９２３４６２号公報 特開２００１−１７６３７８号公報 特開２００１−２０２８７３号公報 特開２００２−２７０８６１号公報 In addition, as a technique relevant to this invention, what was disclosed by patent document 2-4 other than patent document 1 is mentioned, for example.
Japanese Patent No. 2923462 JP 2001-176378 A JP 2001-202873 A JP 2002-270861 A

例えば特許文献１に開示された光電陰極では、光吸収層１０２において励起された光電子が、電子放出層１０３とコンタクト層１０４との間のｐ／ｎ接合によって生じる電界により光電陰極１００外部へ放出される。このとき、光電子の放出効率が高いほど、光電陰極における光電変換効率を高めることができる。本発明者らは、鋭意研究の末、効率よく光電子を放出可能な構造を見出した。   For example, in the photocathode disclosed in Patent Document 1, photoelectrons excited in the light absorption layer 102 are emitted outside the photocathode 100 by an electric field generated by a p / n junction between the electron emission layer 103 and the contact layer 104. The At this time, the higher the photoelectron emission efficiency, the higher the photoelectric conversion efficiency in the photocathode. As a result of intensive studies, the present inventors have found a structure capable of efficiently emitting photoelectrons.

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、入射光により励起された光電子を効率よく放出できる光電陰極及び電子管を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a photocathode and an electron tube that can efficiently emit photoelectrons excited by incident light.

上記した課題を解決するために、本発明による光電陰極は、入射光に応じて光電子を放出する光電陰極であって、入射光によって励起されて光電子を生成する光吸収層と、光吸収層の表面上に形成され、光吸収層から光電子を受け取って該光電子を放出する電子放出層とを備え、電子放出層がカーボンナノチューブを含み、該カーボンナノチューブの先端における電界の集中を利用して光電子を放出することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a photocathode according to the present invention is a photocathode that emits photoelectrons in response to incident light, and includes a light absorption layer that is excited by incident light to generate photoelectrons, and a light absorption layer. formed on the surface, and an electron emission layer that emits photoelectrons receive photoelectrons from the light-absorbing layer, viewed including the electron-emitting layer is a carbon nanotube, photoelectrons by utilizing the electric field concentration at the tip of the carbon nanotube Is released .

上記した光電陰極では、光吸収層に光を入射させることにより生じた光電子が電子放出層に移動する。光電子は、電子放出層の内部に電界が印加されると、電子放出層に含まれるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Carbon NanoTube）内部を移動する。電子放出層の表面すなわちＣＮＴの先端部分には電界が集中するので、光電子は、ＣＮＴの先端部分から光電陰極外部へ向けて容易に放出される。従って、上記した光電陰極によれば、入射光により励起された光電子を効率よく放出することができる。   In the above-described photocathode, photoelectrons generated by making light incident on the light absorption layer move to the electron emission layer. When an electric field is applied to the inside of the electron emission layer, the photoelectrons move inside the carbon nanotube (CNT: Carbon NanoTube) contained in the electron emission layer. Since the electric field concentrates on the surface of the electron emission layer, that is, the tip portion of the CNT, photoelectrons are easily emitted from the tip portion of the CNT toward the outside of the photocathode. Therefore, according to the above-described photocathode, photoelectrons excited by incident light can be efficiently emitted.

なお、本発明において、ＣＮＴは主に単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ：Single Wall Carbon NanoTube）または多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ：Multi Wall Carbon NanoTube）のいずれを含んでもよい。また、ＣＮＴとして、直径が長手方向に変化するもの、先端が閉じているもの或いは開いているもの、中心に空洞が有るもの或いは無いもの等、様々な形状のものを用いてもよい。また、ＣＮＴの長手方向が揃っていても（いわゆる配向性ＣＮＴ）、或いは揃っていなくてもよいが、少なくとも一部のＣＮＴの長手方向が互いに揃っていれば、ＣＮＴの先端部分に電界を効果的に集中できるので、より好ましい。   In the present invention, the CNT may mainly include either a single-walled carbon nanotube (SWCNT) or a multi-walled carbon nanotube (MWCNT). In addition, CNTs having various shapes such as those whose diameter changes in the longitudinal direction, those whose tip is closed or open, those having a cavity at the center or those having no cavity may be used. Further, the longitudinal direction of the CNTs may be aligned (so-called oriented CNT) or may not be aligned. However, if at least some of the CNTs are aligned with each other in the longitudinal direction, an electric field is applied to the tip portion of the CNT. It is more preferable because it can concentrate on the target.

また、光電陰極は、電子放出層の表面に設けられ、電子放出層表面の仕事関数を低下させる活性層をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、光電子をさらに効率よく放出できるので、光電陰極の光電変換効率を高めることができる。   The photocathode may further include an active layer that is provided on the surface of the electron emission layer and that lowers the work function of the surface of the electron emission layer. Thereby, since photoelectrons can be emitted more efficiently, the photoelectric conversion efficiency of the photocathode can be increased.

また、光電陰極は、電子放出層に電界を印加する電界印加手段をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、電子放出層の内部に電界を好適に印加することができる。   The photocathode may further include an electric field applying unit that applies an electric field to the electron emission layer. Thereby, an electric field can be suitably applied to the inside of the electron emission layer.

また、本発明による電子管は、上記したいずれかの光電陰極と、光電陰極から放出された光電子を直接または間接に収集するための陽極と、光電子の経路を真空状態に保持する真空容器とを備えることを特徴とする。この電子管によれば、入射光により励起された光電子を光電陰極から真空容器内に効率よく放出することができる。   In addition, an electron tube according to the present invention includes any one of the above-described photocathodes, an anode for collecting photoelectrons emitted from the photocathodes directly or indirectly, and a vacuum container that holds a path of photoelectrons in a vacuum state. It is characterized by that. According to this electron tube, photoelectrons excited by incident light can be efficiently emitted from the photocathode into the vacuum vessel.

本発明によれば、入射光により励起された光電子を効率よく放出できる光電陰極及び電子管を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photocathode and electron tube which can discharge | release efficiently the photoelectron excited by incident light can be provided.

以下、添付図面を参照しながら本発明による光電陰極及び電子管の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of a photocathode and an electron tube according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

（第１の実施の形態）
図１は、本発明による光電陰極の第１実施形態の構成を示す断面図である。この光電陰極は、所定波長の入射光Ｌ１に応じて光電子ｅ１を放出する装置であり、入射光Ｌ１を受ける面と光電子ｅ１を放出する面とが同じ面である、いわゆる反射型の光電陰極である。図１を参照すると、本実施形態の光電陰極１は、光吸収層２、電子放出層３、活性層４、及びゲート電極（引出し電極）５を備えている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a first embodiment of a photocathode according to the present invention. This photocathode is a device that emits photoelectrons e1 in response to incident light L1 having a predetermined wavelength, and is a so-called reflective photocathode in which the surface that receives incident light L1 and the surface that emits photoelectrons e1 are the same surface. is there. Referring to FIG. 1, the photocathode 1 of this embodiment includes a light absorption layer 2, an electron emission layer 3, an active layer 4, and a gate electrode (extraction electrode) 5.

光吸収層２は、入射光Ｌ１によって励起されて光電子ｅ１を生成するための光電面である。光吸収層２は、例えばｐ型の半導体によって構成される。半導体はその材料により固有のエネルギーギャップを有しているので、入射光Ｌ１の波長に合うエネルギーギャップを有する半導体材料を適宜選択するとよい。また、半導体では、入射光Ｌ１により励起された光電子ｅ１の拡散長が比較的長いので、光電子ｅ１を効率よく電子放出層３へ移動させることができる。光吸収層２の半導体材料としては、例えばＳｉ，Ｇｅなどが好適である。また、光吸収層２の半導体材料としては化合物半導体を用いることもできる。特に、Ｇａ，Ａｌ，ＩｎなどのIII族元素とＮ，Ａｓ，Ｐ，ＳｂなどのＶ族元素の組み合わせによるいわゆるIII−Ｖ族化合物半導体またはこれらの混晶半導体、或いはそれらのヘテロ構造を用いると、所望の波長に感度を有する光吸収層２を容易に得られるので好適である。光吸収層２は、光電陰極１の外部に設けられる電源６のマイナス側端子に電気的に接続されており、この電源６から光吸収層２へ電子が供給される。   The light absorption layer 2 is a photocathode for generating photoelectrons e1 when excited by the incident light L1. The light absorption layer 2 is made of, for example, a p-type semiconductor. Since the semiconductor has an inherent energy gap depending on the material, a semiconductor material having an energy gap matching the wavelength of the incident light L1 may be appropriately selected. In the semiconductor, since the diffusion length of the photoelectrons e1 excited by the incident light L1 is relatively long, the photoelectrons e1 can be efficiently moved to the electron emission layer 3. As a semiconductor material of the light absorption layer 2, Si, Ge, etc. are suitable, for example. A compound semiconductor can also be used as the semiconductor material of the light absorption layer 2. In particular, when a group III element such as Ga, Al, In or the like and a group III element such as N, As, P, or Sb, a so-called III-V compound semiconductor or a mixed crystal semiconductor thereof, or a heterostructure thereof is used. It is preferable because the light absorption layer 2 having sensitivity to a desired wavelength can be easily obtained. The light absorption layer 2 is electrically connected to a negative terminal of a power source 6 provided outside the photocathode 1, and electrons are supplied from the power source 6 to the light absorption layer 2.

電子放出層３は、光吸収層２から光電子ｅ１を受け取り、この光電子ｅ１を光電陰極１の外部へ向けて放出するための層である。電子放出層３は、光吸収層２の表面上に形成されており、主にＣＮＴを含んで構成される。ＣＮＴは、主として炭素からなり、直径の平均が１μｍ未満のチューブ状の物質である。なお、光電陰極１は、光吸収層２と電子放出層３との間に、光吸収層２と電子放出層３との電気的接続を補助するコンタクト層（図示せず）をさらに備えてもよい。   The electron emission layer 3 is a layer for receiving the photoelectrons e1 from the light absorption layer 2 and emitting the photoelectrons e1 to the outside of the photocathode 1. The electron emission layer 3 is formed on the surface of the light absorption layer 2 and mainly includes CNTs. CNT is a tube-shaped substance mainly made of carbon and having an average diameter of less than 1 μm. The photocathode 1 further includes a contact layer (not shown) for assisting electrical connection between the light absorption layer 2 and the electron emission layer 3 between the light absorption layer 2 and the electron emission layer 3. Good.

電子放出層３のＣＮＴは、光吸収層２上に炭素が化学気相堆積（ＣＶＤ）法などにより成長されることによって形成される。なお、ＣＮＴの形成方法はＣＶＤに限らず、例えばアーク放電、レーザアブレーション法、またはレーザ蒸着法などを用いても良い。また、ＣＮＴを光吸収層２上に成長させる以外にも、ＣＮＴを含む溶媒を光吸収層２に塗布したり、或いはバインダー（接着剤）によってＣＮＴを光吸収層２に固定してもよい。   The CNT of the electron emission layer 3 is formed by growing carbon on the light absorption layer 2 by a chemical vapor deposition (CVD) method or the like. Note that the CNT formation method is not limited to CVD, and for example, arc discharge, laser ablation, laser vapor deposition, or the like may be used. In addition to growing CNTs on the light absorption layer 2, a solvent containing CNTs may be applied to the light absorption layer 2, or the CNTs may be fixed to the light absorption layer 2 with a binder (adhesive).

活性層４は、電子放出層３の表面の仕事関数を低下させるための層である。活性層４は、電子放出層３の表面に形成されるので、電子放出層３に含まれるＣＮＴの先端部分に形成されることとなる。活性層４は、例えばアルカリ金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のフッ化物、またはアルカリハライド化合物を含む。本実施形態では、活性層４はアルカリ金属であるＣｓまたはその酸化物が電子放出層３の表面に薄く塗布されることにより形成されている。活性層４の材料としては、ＣｓやＣｓ酸化物以外にも、例えばＫ、Ｒｂ、Ｎａ、Ｌｉ、或いはこれらの酸化物を好適に用いることができる。活性層４は、これらのような材料を含むことによって、電子放出層３表面付近のバンド構造を湾曲させ、電子放出層３表面の仕事関数を低下させる。   The active layer 4 is a layer for reducing the work function of the surface of the electron emission layer 3. Since the active layer 4 is formed on the surface of the electron emission layer 3, it is formed at the tip portion of the CNT included in the electron emission layer 3. The active layer 4 includes, for example, an alkali metal, an alkali metal oxide, an alkali metal fluoride, or an alkali halide compound. In the present embodiment, the active layer 4 is formed by thinly applying an alkali metal Cs or its oxide to the surface of the electron emission layer 3. As a material for the active layer 4, for example, K, Rb, Na, Li, or an oxide thereof can be suitably used in addition to Cs and Cs oxide. By including such materials, the active layer 4 bends the band structure near the surface of the electron emission layer 3 and lowers the work function of the surface of the electron emission layer 3.

ゲート電極５は、電子放出層３に電界を印加するための電界印加手段である。ゲート電極５は、例えばメッシュ状といった所定パターンに形成されており、活性層４から離れた位置に光吸収層２の表面に対向して設けられている。また、ゲート電極５は、電源６のプラス側端子に電気的に接続されている。従って、ゲート電極５と光吸収層２との間には電源６による電界が形成されており、この電界が電子放出層３の内部に印加される。なお、ゲート電極５の形状は、光吸収層２に入射する入射光Ｌ１及び電子放出層３から放出された光電子ｅ１がそれぞれ通過するための開口を有していれば、メッシュ状以外にも様々な形状とすることができる。また、ゲート電極５は、電子放出層３（本実施形態では活性層４）に近接して配置されることが好ましい。   The gate electrode 5 is an electric field applying means for applying an electric field to the electron emission layer 3. The gate electrode 5 is formed in a predetermined pattern such as a mesh shape, for example, and is provided at a position away from the active layer 4 so as to face the surface of the light absorption layer 2. The gate electrode 5 is electrically connected to the positive terminal of the power source 6. Therefore, an electric field by the power source 6 is formed between the gate electrode 5 and the light absorption layer 2, and this electric field is applied to the inside of the electron emission layer 3. The shape of the gate electrode 5 is not limited to the mesh shape as long as it has an opening through which the incident light L1 incident on the light absorption layer 2 and the photoelectron e1 emitted from the electron emission layer 3 pass. It can be made into a simple shape. The gate electrode 5 is preferably disposed in the vicinity of the electron emission layer 3 (in this embodiment, the active layer 4).

以上の構成を有する光電陰極１は、次のように動作する。入射光Ｌ１が、ゲート電極５、活性層４、及び電子放出層３を通過或いは透過して光吸収層２に入射すると、入射光Ｌ１は光吸収層２の光電子ｅ１を励起し、光吸収層２の内部に入射光Ｌ１の光量に応じた数の光電子ｅ１が発生する。光電子ｅ１は、光吸収層２とゲート電極５との間に形成された電界によって加速され、光吸収層２から電子放出層３へ移動するとともに、電子放出層３のＣＮＴ内部をＣＮＴ先端へ向けて移動する。電子放出層３におけるＣＮＴの先端は活性層４によって仕事関数が低下されており、また光吸収層２とゲート電極５との間に形成された電界がＣＮＴの先端に集中するので、ＣＮＴの先端に達した光電子ｅ１は光電陰極１の外部に容易に放出される。光電子ｅ１は、例えば図示しない陽極に収集され、入射光Ｌ１の光量を示す信号電流として観測される。   The photocathode 1 having the above configuration operates as follows. When the incident light L1 passes through or passes through the gate electrode 5, the active layer 4, and the electron emission layer 3 and enters the light absorption layer 2, the incident light L1 excites the photoelectrons e1 of the light absorption layer 2, and the light absorption layer. The number of photoelectrons e1 corresponding to the amount of incident light L1 is generated inside 2. The photoelectrons e1 are accelerated by the electric field formed between the light absorption layer 2 and the gate electrode 5, move from the light absorption layer 2 to the electron emission layer 3, and direct the CNT inside the electron emission layer 3 toward the CNT tip. Move. Since the work function of the tip of the CNT in the electron emission layer 3 is lowered by the active layer 4 and the electric field formed between the light absorption layer 2 and the gate electrode 5 is concentrated on the tip of the CNT, the tip of the CNT The photoelectrons e1 having reached are easily emitted to the outside of the photocathode 1. The photoelectron e1 is collected, for example, at an anode (not shown) and is observed as a signal current indicating the amount of incident light L1.

本実施形態の光電陰極１による効果を説明する。光電陰極１では、電子放出層３がＣＮＴを含んでいる。この電子放出層３に電界が印加されると、上述したように電子放出層３の表面すなわちＣＮＴの先端部分に電界が集中する。これにより、光電子ｅ１は、ＣＮＴの先端部分から光電陰極１の外部へ向けて容易に放出される。従って、本実施形態の光電陰極１によれば、入射光Ｌ１により励起された光電子ｅ１を光電陰極１の外部へ効率よく放出することができる。   The effect by the photocathode 1 of this embodiment is demonstrated. In the photocathode 1, the electron emission layer 3 contains CNT. When an electric field is applied to the electron emission layer 3, as described above, the electric field concentrates on the surface of the electron emission layer 3, that is, the tip portion of the CNT. Thereby, the photoelectron e1 is easily emitted from the tip portion of the CNT toward the outside of the photocathode 1. Therefore, according to the photocathode 1 of the present embodiment, the photoelectrons e1 excited by the incident light L1 can be efficiently emitted to the outside of the photocathode 1.

また、本実施形態の光電陰極１によれば、特許文献１の光電陰極（図５参照）のような半導体の微細加工を必要としないので、製造工程が簡易になり、低コストで且つ大面積化も容易な光電陰極を提供できる。また、ＣＮＴは炭素からなるため、電子放出層３の大気安定性が良好になるとともに、自然環境への影響を低く抑えることができる。   Further, according to the photocathode 1 of the present embodiment, since the semiconductor microfabrication like the photocathode of Patent Document 1 (see FIG. 5) is not required, the manufacturing process is simplified, the cost is reduced, and the large area is obtained. A photocathode that can be easily formed can be provided. Moreover, since CNT consists of carbon, the atmospheric stability of the electron emission layer 3 becomes favorable, and the influence on natural environment can be suppressed low.

なお、上記特許文献２には、ＣＮＴを用いた電界放出電子源が開示されている。この電界放出電子源は、ＣＮＴに電界を印加することにより電子を放出させるものである。また、特許文献３には、ＣＮＴを用いた光電子又は二次電子放射用陰極が開示されている。この光電子又は二次電子放射用陰極では、ＣＮＴは光電子を放出するための材料ではなく、アルカリアンチモン化合物からなる光電面の結晶性を良くするための下地層として用いられている。また、特許文献４には、ＣＮＴを用いた光機能膜が開示されている。この光機能膜では、ＳＷＣＮＴの内部光電効果を利用してＳＷＣＮＴを光電子放出粒子としている。しかしながら、これら特許文献２〜４に開示された技術は、ＣＮＴを用いて光電子を光電陰極外部へ放出させる本発明とは構成・作用効果共に全く異なるものである。   Patent Document 2 discloses a field emission electron source using CNTs. This field emission electron source emits electrons by applying an electric field to CNTs. Patent Document 3 discloses a cathode for emitting photoelectrons or secondary electrons using CNTs. In this photoelectron or secondary electron emission cathode, CNT is not a material for emitting photoelectrons, but is used as an underlayer for improving the crystallinity of a photocathode made of an alkali antimony compound. Patent Document 4 discloses an optical functional film using CNT. In this optical functional film, SWCNT is used as photoelectron emission particles by utilizing the internal photoelectric effect of SWCNT. However, the techniques disclosed in these Patent Documents 2 to 4 are completely different from the present invention in which photoelectrons are emitted to the outside of the photocathode using CNTs in terms of configuration and operation effects.

また、電子放出層３の表面（すなわちＣＮＴの先端部分）には、本実施形態のように電子放出層３表面の仕事関数を低下させる活性層４が形成されていることが好ましい。これによって、光電子ｅ１が電子放出層３から光電陰極１外へさらに効率よく放出されるので、光電陰極１の光電変換効率をより高めることができる。なお、このような材料としては、上述したようにアルカリ金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のフッ化物、またはアルカリハライド化合物が好適である。また、本実施形態の光電陰極１は、活性層４を備えなくても電子放出層３から外部へ光電子ｅ１を放出することが可能である。このように、光電陰極１が活性層４を備えない場合には、アルカリ金属を含まない光電面（いわゆるアルカリフリー光電面）を実現できる。   Further, it is preferable that an active layer 4 that lowers the work function of the surface of the electron emission layer 3 is formed on the surface of the electron emission layer 3 (that is, the tip portion of the CNT) as in the present embodiment. As a result, the photoelectrons e1 are more efficiently emitted from the electron emission layer 3 to the outside of the photocathode 1, so that the photoelectric conversion efficiency of the photocathode 1 can be further increased. As described above, an alkali metal, an alkali metal oxide, an alkali metal fluoride, or an alkali halide compound is suitable as such a material. Further, the photocathode 1 of the present embodiment can emit photoelectrons e1 from the electron emission layer 3 to the outside without the active layer 4. Thus, when the photocathode 1 does not include the active layer 4, a photocathode that does not contain an alkali metal (so-called alkali-free photocathode) can be realized.

また、本実施形態のように、光電陰極１は、電子放出層３に電界を印加するゲート電極５を備えることが好ましい。これによって、電子放出層３の内部に電界を好適に印加することができる。   Further, as in the present embodiment, the photocathode 1 preferably includes a gate electrode 5 that applies an electric field to the electron emission layer 3. Thereby, an electric field can be suitably applied to the inside of the electron emission layer 3.

また、本実施形態のように、光吸収層２はｐ型の半導体からなることが好ましい。これによって、入射光Ｌ１を受けて光電子ｅ１を発生する光吸収層２を好適に構成することができる。   Further, as in this embodiment, the light absorption layer 2 is preferably made of a p-type semiconductor. Thereby, the light absorption layer 2 that receives the incident light L1 and generates the photoelectrons e1 can be suitably configured.

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る電子管の構成を示す断面図である。この電子管は、所定波長の入射光Ｌ２の光量に応じた光電子ｅ２を生成することによって入射光Ｌ２を検出する装置である。図２を参照すると、本実施形態の電子管１０は、光電陰極１７、陽極１５、及び真空容器１８を備えている。光電陰極１７は、入射光Ｌ２を受ける面と光電子ｅ２を放出する面とが異なる、いわゆる透過型の光電陰極である。光電陰極１７は、基板１１、光吸収層１２、電子放出層１３、活性層１４、及び導電層１９を有している。なお、本実施形態の光吸収層１２、電子放出層１３、及び活性層１４の構成については、上記第１実施形態の光吸収層２、電子放出層３、及び活性層４の構成と同様なので詳細な説明を省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the electron tube according to the second embodiment of the present invention. The electron tube is a device that detects incident light L2 by generating photoelectrons e2 corresponding to the amount of incident light L2 having a predetermined wavelength. Referring to FIG. 2, the electron tube 10 of this embodiment includes a photocathode 17, an anode 15, and a vacuum container 18. The photocathode 17 is a so-called transmissive photocathode in which the surface that receives the incident light L2 and the surface that emits the photoelectrons e2 are different. The photocathode 17 includes a substrate 11, a light absorption layer 12, an electron emission layer 13, an active layer 14, and a conductive layer 19. The configurations of the light absorption layer 12, the electron emission layer 13, and the active layer 14 of the present embodiment are the same as the configurations of the light absorption layer 2, the electron emission layer 3, and the active layer 4 of the first embodiment. Detailed description is omitted.

基板１１は、光吸収層１２、電子放出層１３、及び活性層１４を機械的に支持するとともに、入射光Ｌ２を受けるための入射窓となる部材である。基板１１の材料は、所定波長の入射光Ｌ２を透過する材料であれば、特に限定されるものではない。基板１１の材料としては、例えばサファイア、ガラス、石英などが好適である。基板１１は光出射面１１ａ及び光入射面１１ｂを有している。入射光Ｌ２は、光入射面１１ｂに入射し、基板１１を透過して光出射面１１ａから出射する。   The substrate 11 is a member that mechanically supports the light absorption layer 12, the electron emission layer 13, and the active layer 14, and serves as an incident window for receiving the incident light L2. The material of the board | substrate 11 will not be specifically limited if it is the material which permeate | transmits the incident light L2 of a predetermined wavelength. As a material of the substrate 11, for example, sapphire, glass, quartz and the like are suitable. The substrate 11 has a light emitting surface 11a and a light incident surface 11b. The incident light L2 enters the light incident surface 11b, passes through the substrate 11, and exits from the light emitting surface 11a.

導電層１９は、後述する光吸収層１２に電気的に接続されて該光吸収層１２に電子を供給するための手段である。導電層１９は、電子管１０の外部に設けられる電源１６のマイナス側端子と電気的に接続されており、陽極１５と協働して電子放出層１３に電界を加えるための電界印加手段を構成する。導電層１９は、例えば金属といった導電性材料が基板１１上に蒸着されることにより形成される。また、導電層１９は例えばメッシュ状やストライプ状といった所定パターンで基板１１の光出射面１１ａ上に形成されている。なお、導電層１９は、これら以外にも様々なパターンで形成されてもよく、また、光吸収層１２の周囲に形成されてもよい。また、導電層１９は、基板１１の光出射面１１ａ上の全面に膜状に形成されてもよい。このとき、導電層１９は、入射光Ｌ２が導電層１９を透過できる程度に薄く形成されることが望ましい。   The conductive layer 19 is means for supplying electrons to the light absorption layer 12 by being electrically connected to the light absorption layer 12 described later. The conductive layer 19 is electrically connected to the negative terminal of the power supply 16 provided outside the electron tube 10, and constitutes an electric field applying means for applying an electric field to the electron emission layer 13 in cooperation with the anode 15. . The conductive layer 19 is formed by depositing a conductive material such as metal on the substrate 11. The conductive layer 19 is formed on the light emitting surface 11a of the substrate 11 in a predetermined pattern such as a mesh shape or a stripe shape. The conductive layer 19 may be formed in various patterns other than these, and may be formed around the light absorption layer 12. Further, the conductive layer 19 may be formed in a film shape on the entire surface of the light emitting surface 11 a of the substrate 11. At this time, the conductive layer 19 is desirably formed thin enough to allow the incident light L2 to pass through the conductive layer 19.

光吸収層１２、電子放出層１３、及び活性層１４は、基板１１の光出射面１１ａ上に導電層１９を挟んで形成される。   The light absorption layer 12, the electron emission layer 13, and the active layer 14 are formed on the light emission surface 11 a of the substrate 11 with the conductive layer 19 interposed therebetween.

陽極１５は、光電陰極１７から放出された光電子ｅ２を直接収集するとともに、導電層１９と協働して電子放出層１３に電界を印加するための手段である。陽極１５は、光電陰極１７から離れた位置に、基板１１の光出射面１１ａに対向して設けられている。なお、陽極１５は、光電陰極１７に近接した位置に配置されることが好ましい。そして、陽極１５を高電位側として陽極１５と導電層１９との間に電源１６が接続されることにより、光吸収層１２及び電子放出層１３それぞれの内部、並びに光電陰極１７と陽極１５との間に電界が形成される。光電陰極１７の光吸収層１２において発生した光電子ｅ２は、この電界によって電子放出層１３から活性層１４を介して放出され、陽極１５に収集される。   The anode 15 is a means for directly collecting the photoelectrons e2 emitted from the photocathode 17 and applying an electric field to the electron emission layer 13 in cooperation with the conductive layer 19. The anode 15 is provided at a position away from the photocathode 17 so as to face the light emitting surface 11 a of the substrate 11. The anode 15 is preferably disposed at a position close to the photocathode 17. Then, by connecting the power source 16 between the anode 15 and the conductive layer 19 with the anode 15 as a high potential side, the inside of each of the light absorption layer 12 and the electron emission layer 13 and the photocathode 17 and the anode 15 An electric field is formed between them. Photoelectrons e2 generated in the light absorption layer 12 of the photocathode 17 are emitted from the electron emission layer 13 through the active layer 14 by this electric field and collected by the anode 15.

真空容器１８は、光電子ｅ２の経路を真空に保持するための容器である。真空容器１８は、略筒状を呈しており、例えばガラス管によって構成される。真空容器１８の一端は開口しており、この開口は光電陰極１７によって閉じられている。光電陰極１７と真空容器１８との隙間は、例えばＩｎによってシールされる。また、真空容器１８の他端には、陽極１５が固定されている。   The vacuum container 18 is a container for keeping the path of the photoelectrons e2 in a vacuum. The vacuum vessel 18 has a substantially cylindrical shape, and is constituted by a glass tube, for example. One end of the vacuum vessel 18 is open, and this opening is closed by the photocathode 17. A gap between the photocathode 17 and the vacuum vessel 18 is sealed with, for example, In. An anode 15 is fixed to the other end of the vacuum vessel 18.

以上の構成を有する電子管１０は、次のように動作する。入射光Ｌ２が基板１１の光入射面１１ｂから入射すると、入射光Ｌ２は基板１１を透過し、導電層１９の開口部分を通過して光吸収層１２に達する。そして、入射光Ｌ２は光吸収層１２内の光電子ｅ２を励起し、入射光Ｌ２の光量に応じた数の光電子ｅ２が発生する。光電子ｅ２は、導電層１９と陽極１５との間に形成された電界によって加速され、光吸収層１２から電子放出層１３へ移動するとともに、電子放出層１３のＣＮＴ内部をＣＮＴ先端へ向けて移動する。電子放出層１３におけるＣＮＴの先端は活性層１４によって仕事関数が低下されており、また導電層１９と陽極１５との間に形成された電界がＣＮＴの先端に集中するので、ＣＮＴの先端に達した光電子ｅ２は真空中に容易に放出される。光電子ｅ２は、陽極１５に収集され、入射光Ｌ２の光量を示す信号電流として観測される。   The electron tube 10 having the above configuration operates as follows. When the incident light L2 enters from the light incident surface 11b of the substrate 11, the incident light L2 passes through the substrate 11, passes through the opening of the conductive layer 19, and reaches the light absorbing layer 12. The incident light L2 excites the photoelectrons e2 in the light absorption layer 12, and the number of photoelectrons e2 corresponding to the amount of the incident light L2 is generated. The photoelectron e2 is accelerated by the electric field formed between the conductive layer 19 and the anode 15, and moves from the light absorption layer 12 to the electron emission layer 13 and moves inside the CNT of the electron emission layer 13 toward the CNT tip. To do. The work function of the tip of the CNT in the electron emission layer 13 is lowered by the active layer 14, and the electric field formed between the conductive layer 19 and the anode 15 is concentrated on the tip of the CNT. The photoelectrons e2 are easily emitted in a vacuum. The photoelectrons e2 are collected by the anode 15 and observed as a signal current indicating the amount of incident light L2.

本実施形態による電子管１０及び光電陰極１７によれば、光電陰極１７の電子放出層１３がＣＮＴを含むことによって、上記第１実施形態と同様に、入射光Ｌ２により励起された光電子ｅ２を真空中へ効率よく放出することができる。   According to the electron tube 10 and the photocathode 17 according to the present embodiment, since the electron emission layer 13 of the photocathode 17 contains CNTs, the photoelectrons e2 excited by the incident light L2 are in vacuum as in the first embodiment. Can be released efficiently.

また、光電陰極１７は、本実施形態のように入射光Ｌ２を透過する基板１１を有してもよい。基板１１が入射光Ｌ２を透過することによって、透過型の光電陰極１７を好適に実現することができる。   Moreover, the photocathode 17 may have the board | substrate 11 which permeate | transmits incident light L2 like this embodiment. When the substrate 11 transmits the incident light L2, the transmissive photocathode 17 can be suitably realized.

また、光電陰極１７は、本実施形態のように光吸収層１２と電気的に接続された導電層１９を基板１１と光吸収層１２との間に備えることが好ましい。これによって、光吸収層１２に対して電子を好適に供給できる。また、電子放出層１３に電界を印加するための電界印加手段を陽極１５とともに好適に実現することができる。   Further, the photocathode 17 preferably includes a conductive layer 19 electrically connected to the light absorption layer 12 between the substrate 11 and the light absorption layer 12 as in the present embodiment. Thereby, electrons can be suitably supplied to the light absorption layer 12. In addition, an electric field applying means for applying an electric field to the electron emission layer 13 can be suitably realized together with the anode 15.

（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る電子管の構成を示す断面図である。この電子管は、所定波長の入射光Ｌ３の光量に応じた光電子ｅ３を生成することによって入射光Ｌ３を検出する装置である。図３を参照すると、本実施形態の電子管２０は、透過型の光電陰極２７、陽極２８、及び真空容器２９を備えている。また、光電陰極２７は、基板２１、光吸収層２２、電子放出層２３、活性層２４、絶縁層２５、ゲート電極２６、及び導電層３２を有している。なお、本実施形態の基板２１、光吸収層２２、電子放出層２３、活性層２４、陽極２８、真空容器２９、及び導電層３２の構成については、それぞれ上記第２実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。 (Third embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an electron tube according to the third embodiment of the present invention. The electron tube is a device that detects incident light L3 by generating photoelectrons e3 corresponding to the amount of incident light L3 having a predetermined wavelength. Referring to FIG. 3, the electron tube 20 of this embodiment includes a transmissive photocathode 27, an anode 28, and a vacuum container 29. The photocathode 27 includes a substrate 21, a light absorption layer 22, an electron emission layer 23, an active layer 24, an insulating layer 25, a gate electrode 26, and a conductive layer 32. Note that the configurations of the substrate 21, the light absorption layer 22, the electron emission layer 23, the active layer 24, the anode 28, the vacuum vessel 29, and the conductive layer 32 of the present embodiment are the same as those of the second embodiment, and thus detailed. Description is omitted.

絶縁層２５は、光吸収層２２及び電子放出層２３とゲート電極２６とを隔離するための層である。絶縁層２５は、基板２１の光出射面２１ａ上（本実施形態では光吸収層２２の表面上）に例えばメッシュ状やストライプ状といった所定パターンで形成されており、ＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁性材料からなる。 The insulating layer 25 is a layer for isolating the light absorption layer 22 and the electron emission layer 23 from the gate electrode 26. The insulating layer 25 is formed in a predetermined pattern such as a mesh shape or a stripe shape on the light emitting surface 21a of the substrate 21 (on the surface of the light absorbing layer 22 in this embodiment), and has an insulating property such as SiO 2 or SiN. Made of material.

ゲート電極２６は、導電層３２とともに、電子放出層２３に電界を印加するための電界印加手段を構成する。ゲート電極２６は、絶縁層２５の所定パターンに応じた形状で絶縁層２５上に形成されている。すなわち、ゲート電極２６は、導電層３２との間に電子放出層２３を挟む位置に形成されている。ゲート電極２６及び導電層３２には、ゲート電極２６を高電位側、導電層３２を低電位側として電源３１ａが電気的に接続されており、これによって光吸収層２２及び電子放出層２３に電界が印加される。また、ゲート電極２６及び陽極２８には、陽極２８を高電位側、ゲート電極２６を低電位側として電源３１ｂが電気的に接続されており、これによってゲート電極２６と陽極２８との間の真空中に電界が形成される。なお、ゲート電極２６と陽極２８とは、互いに近接して配置されることが好ましい。   The gate electrode 26 together with the conductive layer 32 constitutes an electric field applying means for applying an electric field to the electron emission layer 23. The gate electrode 26 is formed on the insulating layer 25 in a shape corresponding to a predetermined pattern of the insulating layer 25. That is, the gate electrode 26 is formed at a position where the electron emission layer 23 is sandwiched between the gate electrode 26 and the conductive layer 32. A power source 31a is electrically connected to the gate electrode 26 and the conductive layer 32 with the gate electrode 26 as a high potential side and the conductive layer 32 as a low potential side, whereby an electric field is connected to the light absorption layer 22 and the electron emission layer 23. Is applied. A power source 31b is electrically connected to the gate electrode 26 and the anode 28 with the anode 28 at a high potential side and the gate electrode 26 at a low potential side, whereby a vacuum between the gate electrode 26 and the anode 28 is connected. An electric field is formed therein. Note that the gate electrode 26 and the anode 28 are preferably disposed close to each other.

以上の構成を有する電子管２０は、次のように動作する。入射光Ｌ３が基板２１の光入射面２１ｂから入射すると、入射光Ｌ２は基板２１を透過し、導電層３２の開口部分を通過して光吸収層２２に達する。そして、入射光Ｌ３は光吸収層２２内の光電子ｅ３を励起し、入射光Ｌ３の光量に応じた数の光電子ｅ３が発生する。光電子ｅ３は、導電層３２とゲート電極２６との間に形成された電界によって加速され、光吸収層２２から電子放出層２３へ移動するとともに、電子放出層２３のＣＮＴ内部をＣＮＴ先端へ向けて移動する。電子放出層２３におけるＣＮＴの先端は活性層２４によって仕事関数が低下されており、また導電層３２とゲート電極２６との間に形成された電界がＣＮＴの先端に集中するので、ＣＮＴの先端に達した光電子ｅ３は真空中に容易に放出される。光電子ｅ３は、ゲート電極２６と陽極２８との間に形成された電界によって加速され、陽極２８に収集される。そして、光電子ｅ３は、入射光Ｌ３の光量を示す信号電流として観測される。   The electron tube 20 having the above configuration operates as follows. When the incident light L3 enters from the light incident surface 21b of the substrate 21, the incident light L2 passes through the substrate 21, passes through the opening of the conductive layer 32, and reaches the light absorbing layer 22. The incident light L3 excites the photoelectrons e3 in the light absorption layer 22, and the number of photoelectrons e3 corresponding to the amount of the incident light L3 is generated. The photoelectrons e3 are accelerated by the electric field formed between the conductive layer 32 and the gate electrode 26, move from the light absorption layer 22 to the electron emission layer 23, and direct the inside of the CNT of the electron emission layer 23 toward the CNT tip. Moving. The work function of the tip of the CNT in the electron emission layer 23 is lowered by the active layer 24, and the electric field formed between the conductive layer 32 and the gate electrode 26 is concentrated on the tip of the CNT. The reached photoelectron e3 is easily emitted into the vacuum. The photoelectrons e3 are accelerated by the electric field formed between the gate electrode 26 and the anode 28 and collected by the anode 28. Then, the photoelectron e3 is observed as a signal current indicating the amount of incident light L3.

本実施形態による電子管２０及び光電陰極２７によれば、光電陰極２７の電子放出層２３がＣＮＴを含むことによって、上記各実施形態と同様に、入射光Ｌ３により励起された光電子ｅ３を真空中へ効率よく放出することができる。   According to the electron tube 20 and the photocathode 27 according to the present embodiment, since the electron emission layer 23 of the photocathode 27 contains CNTs, the photoelectrons e3 excited by the incident light L3 are put into vacuum as in the above embodiments. It can be released efficiently.

（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４実施形態に係る電子管として、画像増強管（イメージインテンシファイア）の構成を示す断面図である。この画像増強管は、入射光である光像Ｌ４の２次元情報を保持しつつ光像Ｌ４を増強するための装置である。図４を参照すると、本実施形態の画像増強管４０は、光電陰極４５、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ：Micro Channel Plate）４８、蛍光体４９、ファイバオプティックプレート（ＦＯＰ：Fiber Optic Plate）５１、及び側管部５３を備えている。 (Fourth embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of an image intensifier tube (image intensifier) as an electron tube according to the fourth embodiment of the present invention. This image intensifier tube is an apparatus for enhancing the optical image L4 while maintaining the two-dimensional information of the optical image L4 that is incident light. Referring to FIG. 4, the image intensifier tube 40 of the present embodiment includes a photocathode 45, a micro channel plate (MCP) 48, a phosphor 49, a fiber optic plate (FOP) 51, and a side. A tube portion 53 is provided.

光電陰極４５は、透過型の光電陰極である。光電陰極４５は、基板４１、光吸収層４２、電子放出層４３、活性層４４、電極４６ａ、及び導電層４７を有している。本実施形態の基板４１は、例えば硼珪酸ガラスといった光像Ｌ４を透過する材料からなる。光吸収層４２は、III−Ｖ族化合物半導体からなるヘテロ構造を有している。電子放出層４３では、少なくとも一部のＣＮＴの長手方向が互いに揃っており、且つ該長手方向が電子放出層４３の厚さ方向に沿っている。このようなＣＮＴは、配向性ＣＮＴと呼ばれる。光電陰極４５は、基板４１の光入射面４１ｂに入射した光像Ｌ４を光吸収層４２において光電子ｅ４に変換し、電子放出層４３及び活性層４４を介して真空中に放出する。電極４６ａは、基板４１と光吸収層４２との間に設けられる導電層４７を電源５４ａに電気的に接続するための電極であり、導電層４７の周囲に設けられている。なお、本実施形態の光電陰極４５に関する上記以外の構成については、上記第２実施形態の光電陰極１７の構成と同様なので詳細な説明を省略する。   The photocathode 45 is a transmissive photocathode. The photocathode 45 includes a substrate 41, a light absorption layer 42, an electron emission layer 43, an active layer 44, an electrode 46 a, and a conductive layer 47. The substrate 41 of the present embodiment is made of a material that transmits the light image L4, such as borosilicate glass. The light absorption layer 42 has a heterostructure made of a III-V group compound semiconductor. In the electron emission layer 43, the longitudinal directions of at least some of the CNTs are aligned with each other, and the longitudinal direction is along the thickness direction of the electron emission layer 43. Such CNTs are called oriented CNTs. The photocathode 45 converts the light image L4 incident on the light incident surface 41b of the substrate 41 into photoelectrons e4 in the light absorption layer 42, and emits it into the vacuum through the electron emission layer 43 and the active layer 44. The electrode 46 a is an electrode for electrically connecting the conductive layer 47 provided between the substrate 41 and the light absorption layer 42 to the power source 54 a, and is provided around the conductive layer 47. In addition, since it is the same as that of the structure of the photocathode 17 of the said 2nd Embodiment about the structure except the above regarding the photocathode 45 of this embodiment, detailed description is abbreviate | omitted.

ＭＣＰ４８は、光電陰極４５から放出された光電子ｅ４を２次電子増倍するための電子増倍手段である。ＭＣＰ４８は、光電子ｅ４を入力する入力端４８ａが基板４１の光出射面４１ａと対向するように配置されている。ＭＣＰ４８は、内壁が２次電子放出体である筒状のチャンネルを多数束ねた構成を有している。ＭＣＰ４８の、光電子ｅ４が入射する入力端４８ａの周囲には電極４６ｂが設けられている。電極４６ｂと光電陰極４５の電極４６ａとの間には、電極４６ｂが高電位側となるように電源５４ａによって所定電圧が印加されており、導電層４７とＭＣＰ４８の入力端４８ａとの間に電界が形成されている。また、２次電子ｅ５が放出される出力端４８ｂの周囲には電極４６ｃが設けられている。電極４６ｂと電極４６ｃとの間には電源５４ｂによって所定の電圧が印加されており、ＭＣＰ４８の入力端４８ａと出力端４８ｂとの間に電界が形成されている。そして、入力端４８ａ側から各チャンネルに入射した光電子ｅ４が２次電子放出体への衝突を繰り返しながら増倍され、２次電子ｅ５として出力端４８ｂ側から放出される。なお、ＭＣＰ４８の入力端４８ａ上に、イオンフィードバック防止用の保護膜が形成されていてもよい。   The MCP 48 is an electron multiplier for multiplying the photoelectrons e4 emitted from the photocathode 45 by secondary electrons. The MCP 48 is arranged so that the input end 48a for inputting the photoelectrons e4 faces the light emitting surface 41a of the substrate 41. The MCP 48 has a configuration in which a large number of cylindrical channels whose inner walls are secondary electron emitters are bundled. An electrode 46b is provided around the input end 48a of the MCP 48 where the photoelectrons e4 are incident. A predetermined voltage is applied between the electrode 46 b and the electrode 46 a of the photocathode 45 by the power source 54 a so that the electrode 46 b is on the high potential side, and an electric field is applied between the conductive layer 47 and the input end 48 a of the MCP 48. Is formed. An electrode 46c is provided around the output end 48b from which the secondary electrons e5 are emitted. A predetermined voltage is applied between the electrode 46b and the electrode 46c by the power supply 54b, and an electric field is formed between the input end 48a and the output end 48b of the MCP 48. Then, photoelectrons e4 incident on each channel from the input end 48a side are multiplied while repeatedly colliding with the secondary electron emitter, and are emitted as secondary electrons e5 from the output end 48b side. A protective film for preventing ion feedback may be formed on the input end 48 a of the MCP 48.

蛍光体４９は、ＭＣＰ４８から放出された２次電子ｅ５が入射することによって蛍光を発する材料からなる。蛍光体４９は、後述するＦＯＰ５１の光入射面５１ａ上に蛍光材料が塗布されて成り、ＭＣＰ４８の出力端４８ｂに対向するように設けられている。また、蛍光体４９は、蛍光体４９の周囲に設けられた電極４６ｄとともに陽極（アノード）を構成しており、電極４６ｄとＭＣＰ４８の出力端４８ｂ側の電極４６ｃとの間には電源５４ｃによって所定電圧が印加されている。従って、ＭＣＰ４８の出力端４８ｂと蛍光体４９との間に電界が形成される。ＭＣＰ４８から放出された２次電子ｅ５は、この電界によって加速され、蛍光体４９に入射する。蛍光体４９は２次電子ｅ５によって励起され、蛍光による光像Ｌ５を生成する。すなわち、蛍光体４９は、光電子ｅ４をＭＣＰ４８を介して間接的に収集する。なお、蛍光体４９の表面上に、例えばＡｌ等からなる薄い導電膜が、蛍光体４９のチャージアップ防止のために形成されていてもよい。   The phosphor 49 is made of a material that emits fluorescence when the secondary electrons e5 emitted from the MCP 48 enter. The phosphor 49 is formed by applying a fluorescent material on a light incident surface 51 a of the FOP 51 described later, and is provided to face the output end 48 b of the MCP 48. The phosphor 49 constitutes an anode (anode) together with the electrode 46d provided around the phosphor 49, and a predetermined amount of power is provided between the electrode 46d and the electrode 46c on the output end 48b side of the MCP 48 by a power source 54c. A voltage is applied. Accordingly, an electric field is formed between the output end 48 b of the MCP 48 and the phosphor 49. The secondary electrons e5 emitted from the MCP 48 are accelerated by this electric field and enter the phosphor 49. The phosphor 49 is excited by the secondary electrons e5 and generates a light image L5 by fluorescence. That is, the phosphor 49 indirectly collects the photoelectrons e4 via the MCP 48. In addition, a thin conductive film made of, for example, Al may be formed on the surface of the phosphor 49 to prevent the phosphor 49 from being charged up.

ＦＯＰ５１は、蛍光体４９において生じた光像Ｌ５を画像増強管４０の外部へ出射させるための部材である。ＦＯＰ５１は、光入射面５１ａ及び光出射面５１ｂを有しており、光入射面５１ａがＭＣＰ４８の出力端４８ｂに対向するように配置されている。ＦＯＰ５１は、その厚さ方向と交差する方向にガラスファイバが多数束ねられて成り、光入射面５１ａに入射した光像Ｌ５をその２次元情報を保ったまま光出射面５１ｂから出射することができる。   The FOP 51 is a member for emitting the light image L5 generated in the phosphor 49 to the outside of the image intensifier tube 40. The FOP 51 has a light incident surface 51 a and a light emitting surface 51 b, and is disposed so that the light incident surface 51 a faces the output end 48 b of the MCP 48. The FOP 51 is formed by bundling a number of glass fibers in a direction intersecting the thickness direction, and can emit the light image L5 incident on the light incident surface 51a from the light emitting surface 51b while maintaining the two-dimensional information. .

側管部５３は、光電子ｅ４及び２次電子ｅ５の経路を真空に保持するための真空容器である。側管部５３は絶縁性の材料からなり、筒状を呈している。側管部５３の一端は光電陰極４５によって閉じられており、側管部５３の他端はＦＯＰ５１によって閉じられている。側管部５３と光電陰極４５との隙間、及び側管部５３とＦＯＰ５１との隙間は、例えばＩｎなどによってシールされている。こうして、光電陰極４５、ＦＯＰ５１、及び側管部５３によって囲まれる領域は、真空状態に保持される。また、光電陰極４５、ＭＣＰ４８、及び蛍光体４９は、側管部５３によって互いに絶縁される。   The side tube portion 53 is a vacuum container for keeping the paths of the photoelectrons e4 and the secondary electrons e5 in a vacuum. The side tube portion 53 is made of an insulating material and has a cylindrical shape. One end of the side tube portion 53 is closed by the photocathode 45, and the other end of the side tube portion 53 is closed by the FOP 51. The gap between the side tube portion 53 and the photocathode 45 and the gap between the side tube portion 53 and the FOP 51 are sealed with, for example, In. Thus, the region surrounded by the photocathode 45, the FOP 51, and the side tube portion 53 is kept in a vacuum state. In addition, the photocathode 45, the MCP 48, and the phosphor 49 are insulated from each other by the side tube portion 53.

以上の構成を有する画像増強管４０は、次のように動作する。基板４１の光入射面４１ｂから光像Ｌ４が光電陰極４５に入射すると、光像Ｌ４は基板４１を透過し、導電層４７の開口部分を通過して光吸収層４２に達する。そして、光像Ｌ４は光吸収層４２内の光電子ｅ４を励起し、光像Ｌ４の光量に応じた数の光電子ｅ４が発生する。光電子ｅ４は、導電層４７とＭＣＰ４８との間に形成された電界によって加速され、光吸収層４２から電子放出層４３へ移動するとともに、電子放出層４３のＣＮＴ内部をＣＮＴ先端へ向けて移動する。電子放出層４３におけるＣＮＴの先端は活性層４４によって仕事関数が低下されており、また導電層４７とＭＣＰ４８との間に形成された電界がＣＮＴの先端に集中するので、ＣＮＴの先端に達した光電子ｅ４は真空中に容易に放出される。   The image intensifier tube 40 having the above configuration operates as follows. When the light image L4 enters the photocathode 45 from the light incident surface 41b of the substrate 41, the light image L4 passes through the substrate 41, passes through the opening of the conductive layer 47, and reaches the light absorption layer. Then, the light image L4 excites the photoelectrons e4 in the light absorption layer 42, and the number of photoelectrons e4 corresponding to the amount of light of the light image L4 is generated. The photoelectron e4 is accelerated by the electric field formed between the conductive layer 47 and the MCP 48, moves from the light absorption layer 42 to the electron emission layer 43, and moves inside the CNT of the electron emission layer 43 toward the CNT tip. . The work function of the tip of the CNT in the electron emission layer 43 is lowered by the active layer 44, and the electric field formed between the conductive layer 47 and the MCP 48 is concentrated on the tip of the CNT. The photoelectrons e4 are easily emitted into the vacuum.

放出された光電子ｅ４は、ＭＣＰ４８に入射する。このとき、光電子ｅ４は、光電陰極４５の導電層４７とＭＣＰ４８の入力端４８ａとの間に形成される電界と平行に進むので、光像Ｌ４が画像増強管４０に入射したときの２次元情報を保ちながらＭＣＰ４８に入射する。ＭＣＰ４８に入射した光電子ｅ４は各チャンネル内で約１万倍〜１００万倍程度に増倍されて２次電子ｅ５として放出され、蛍光体４９に入射する。このとき、ＭＣＰ４８の出力端４８ｂには入力端４８ａに対して正の電圧が印加され、かつ電極４６ｄ及び蛍光体４９にはＭＣＰ４８の出力端４８ｂに対して正の電圧が印加されている。これらにより電界が形成され、光電子ｅ４が有していた２次元情報を保ちながら２次電子ｅ５が蛍光体４９に入射して、蛍光体４９が光像Ｌ５を発光する。こうして生成された光像Ｌ５は、ＦＯＰ５１を通過して画像増強管４０の外部へ出射される。以上の動作によって、画像増強管４０に入射した画像（光像Ｌ４）が増強される。   The emitted photoelectrons e4 enter the MCP 48. At this time, since the photoelectron e4 travels in parallel with the electric field formed between the conductive layer 47 of the photocathode 45 and the input end 48a of the MCP 48, the two-dimensional information when the light image L4 enters the image intensifier tube 40 , And enters the MCP 48. The photoelectrons e4 incident on the MCP 48 are multiplied by about 10,000 to 1,000,000 times in each channel, emitted as secondary electrons e5, and enter the phosphor 49. At this time, a positive voltage is applied to the output end 48b of the MCP 48 with respect to the input end 48a, and a positive voltage is applied to the electrode 46d and the phosphor 49 with respect to the output end 48b of the MCP 48. As a result, an electric field is formed, and the secondary electrons e5 enter the phosphor 49 while maintaining the two-dimensional information that the photoelectrons e4 had, and the phosphor 49 emits the light image L5. The light image L5 thus generated passes through the FOP 51 and is emitted to the outside of the image intensifier tube 40. By the above operation, the image (light image L4) incident on the image intensifier tube 40 is enhanced.

本実施形態による画像増強管４０及び光電陰極４５によれば、光電陰極４５の電子放出層４３がＣＮＴ（配向性ＣＮＴ）を含むことによって、上記各実施形態と同様に、光像Ｌ４により励起された光電子ｅ４を真空中へ効率よく放出することができる光電陰極及び電子管（画像増強管）を提供できる。また、ＣＮＴの長手方向が互いに揃っていることによって、ＣＮＴを伝って放出される光電子ｅ４が光像Ｌ４の２次元情報を精度よく保持できる。   According to the image intensifier tube 40 and the photocathode 45 according to the present embodiment, the electron emission layer 43 of the photocathode 45 includes CNT (orientated CNT), and thus is excited by the light image L4 as in the above embodiments. A photocathode and an electron tube (image intensifier tube) that can efficiently emit the photoelectrons e4 into the vacuum can be provided. Further, since the longitudinal directions of the CNTs are aligned with each other, the photoelectrons e4 emitted through the CNTs can accurately hold the two-dimensional information of the optical image L4.

また、画像増強管４０は、本実施形態のように光電陰極４５から放出された光電子ｅ４を２次電子増倍する電子増倍手段（例えばＭＣＰ４８）を備えることが好ましい。これによって、高い増倍率で光電子ｅ４を増倍することができるので、高いＳ／Ｎ比で精度よく画像（光像Ｌ４）を増強することができる。なお、画像増強管４０において、さらに高輝度な光像Ｌ５を得る必要があるときには、２次電子増倍率をさらに得るためにＭＣＰ４８を複数備えても良い。このようにすれば、入射した光像Ｌ４をさらに増強し、高輝度とすることができる。   The image intensifier tube 40 is preferably provided with an electron multiplying means (for example, MCP 48) for multiplying photoelectrons e4 emitted from the photocathode 45 as secondary electrons as in the present embodiment. As a result, the photoelectron e4 can be multiplied at a high multiplication factor, and thus the image (optical image L4) can be enhanced with high accuracy at a high S / N ratio. In the image intensifier tube 40, when it is necessary to obtain a light image L5 with higher brightness, a plurality of MCPs 48 may be provided in order to obtain a secondary electron multiplication factor. In this way, the incident light image L4 can be further enhanced and the luminance can be increased.

また、画像増強管４０は、本実施形態のように２次電子ｅ５（或いは光電子でもよい）が入射することにより発光する蛍光体４９を備えることが好ましい。これにより、２次電子ｅ５または光電子を光像へ好適に変換できる。なお、上記した画像増強管４０においては、２次電子ｅ５によって発光する手段として蛍光体４９が用いられているが、この手段は２次電子または光電子を画像に変換できるものであればよい。例えば、蛍光体のかわりに電荷結合素子（ＣＣＤ）などの撮像素子を備え、光電子あるいは２次電子を直接撮像素子に打ち込み、画像化することによっても同様の効果を得ることができる。   Further, the image intensifier tube 40 is preferably provided with a phosphor 49 that emits light when secondary electrons e5 (or photoelectrons) may enter as in the present embodiment. Thereby, the secondary electron e5 or photoelectron can be suitably converted into an optical image. In the above-described image intensifier tube 40, the phosphor 49 is used as means for emitting light by the secondary electrons e5. However, this means may be any means that can convert secondary electrons or photoelectrons into an image. For example, the same effect can be obtained by providing an image pickup device such as a charge coupled device (CCD) instead of the phosphor, and directly irradiating the image pickup device with photoelectrons or secondary electrons.

本発明による光電陰極及び電子管は、上記した各実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、第２実施形態及び第３実施形態において、光電陰極と陽極との間に電子増倍手段（例えば第４実施形態に示したＭＣＰ４８）を備える構成とすれば、いわゆる光電子増倍管を実現できる。また、このような光電子増倍管においては、電子増倍手段はＭＣＰに限られるものではなく、アルカリアンチモナイド、ＣｕＢｅなどを用いた２次電子面をカスケードに構成してもよい。また、第２実施形態及び第３実施形態の電子管或いは上述したような光電子増倍管においては、加速された光電子（または２次電子）をフォトダイオードに打ち込む、いわゆる電子打ち込み型の構成としてもよい。また、第４実施形態に示した画像増強管を２次元のアレイ状に配置し、それぞれ個別に動作させることによって大画面の画像表示装置とすることもできる。また、このような画像表示装置において、蛍光体を赤、青、緑の三原色とすることによってカラー表示させることも可能である。   The photocathode and the electron tube according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible. For example, in the second and third embodiments, a so-called photomultiplier tube can be realized if the electron multiplying means (for example, the MCP 48 shown in the fourth embodiment) is provided between the photocathode and the anode. it can. In such a photomultiplier tube, the electron multiplying means is not limited to MCP, and secondary electron surfaces using alkali antimonide, CuBe or the like may be configured in cascade. The electron tube of the second and third embodiments or the photomultiplier tube as described above may have a so-called electron-injected configuration in which accelerated photoelectrons (or secondary electrons) are injected into a photodiode. . In addition, the image intensifier tubes shown in the fourth embodiment can be arranged in a two-dimensional array, and can be individually operated to provide a large screen image display device. In such an image display device, it is also possible to perform color display by using phosphors with three primary colors of red, blue, and green.

図１は、本発明による光電陰極の第１実施形態の構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a first embodiment of a photocathode according to the present invention. 図２は、本発明の第２実施形態に係る電子管の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the electron tube according to the second embodiment of the present invention. 図３は、本発明の第３実施形態に係る電子管の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an electron tube according to the third embodiment of the present invention. 図４は、本発明の第４実施形態に係る電子管として、画像増強管（イメージインテンシファイア）の構成を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of an image intensifier tube (image intensifier) as an electron tube according to the fourth embodiment of the present invention. 図５は、特許文献１に開示された光電陰極の構成を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the photocathode disclosed in Patent Document 1.

符号の説明Explanation of symbols

１，１７，２７，４５…光電陰極、２，１２，２２，４２…光吸収層、３，１３，２３，４３…電子放出層、４，１４，２４，４４…活性層、５，２６…ゲート電極、１０，２０…電子管、１１，２１，４１…基板、１５，２８…陽極、１８，２９…真空容器、１９，３２，４７…導電層、２５…絶縁層、４０…画像増強管、４８…ＭＣＰ、４９…蛍光体、５１…ＦＯＰ、５３…側管部。   1, 17, 27, 45 ... Photocathode, 2, 12, 22, 42 ... Light absorption layer, 3, 13, 23, 43 ... Electron emission layer, 4, 14, 24, 44 ... Active layer, 5, 26 ... Gate electrode, 10, 20 ... Electron tube, 11, 21, 41 ... Substrate, 15, 28 ... Anode, 18, 29 ... Vacuum container, 19, 32, 47 ... Conductive layer, 25 ... Insulating layer, 40 ... Image intensifier tube, 48 ... MCP, 49 ... phosphor, 51 ... FOP, 53 ... side tube.

Claims (5)

入射光に応じて光電子を放出する光電陰極であって、
前記入射光によって励起されて前記光電子を生成する光吸収層と、
前記光吸収層の表面上に形成され、前記光吸収層から前記光電子を受け取って該光電子を放出する電子放出層と
を備え、
前記電子放出層がカーボンナノチューブを含み、該カーボンナノチューブの先端における電界の集中を利用して前記光電子を放出することを特徴とする、光電陰極。
A photocathode that emits photoelectrons in response to incident light,
A light absorbing layer that is excited by the incident light to generate the photoelectrons;
An electron emission layer formed on the surface of the light absorption layer, receiving the photoelectrons from the light absorption layer and emitting the photoelectrons, and
The electron emission layer is observed containing a carbon nanotube, characterized in that releasing the photoelectrons by utilizing the electric field concentration at the tip of the carbon nanotube, the photocathode.
少なくとも一部の前記カーボンナノチューブの長手方向が互いに揃っていることを特徴とする、請求項１に記載の光電陰極。   The photocathode according to claim 1, wherein at least some of the carbon nanotubes are aligned in the longitudinal direction. 前記電子放出層の表面に設けられ、前記電子放出層表面の仕事関数を低下させる活性層をさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の光電陰極。   The photocathode according to claim 1, further comprising an active layer provided on a surface of the electron emission layer and reducing a work function of the surface of the electron emission layer. 前記電子放出層に電界を印加する電界印加手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電陰極。   The photocathode according to any one of claims 1 to 3, further comprising an electric field applying means for applying an electric field to the electron emission layer. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電陰極と、
前記光電陰極から放出された前記光電子を直接または間接に収集するための陽極と、
前記光電子の経路を真空状態に保持する真空容器と
を備えることを特徴とする、電子管。 The photocathode according to any one of claims 1 to 4,
An anode for directly or indirectly collecting the photoelectrons emitted from the photocathode;
An electron tube comprising: a vacuum vessel that holds the photoelectron path in a vacuum state.
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