RU2622397C2 - High-voltage hybrid photosensitive device for detecting low-intensity radiation - Google Patents
High-voltage hybrid photosensitive device for detecting low-intensity radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2622397C2 RU2622397C2 RU2015134781A RU2015134781A RU2622397C2 RU 2622397 C2 RU2622397 C2 RU 2622397C2 RU 2015134781 A RU2015134781 A RU 2015134781A RU 2015134781 A RU2015134781 A RU 2015134781A RU 2622397 C2 RU2622397 C2 RU 2622397C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photocathode
- voltage
- grid
- photosensitive device
- hybrid photosensitive
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 2
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гибридным фоточувствительным приборам, предназначенным для регистрации излучения малой интенсивности. Данные системы могут бы же в гражданской индустрии.The invention relates to hybrid photosensitive devices for detecting low-intensity radiation. These systems could be in the civilian industry.
Из уровня техники известны гибридные фоточувствительные приборы, служащие для регистрации излучения и усиления изображения. Например, известен патент на твердотельный измерительный преобразователь, усиливающий яркость изображения RU 2297070 от 09.10.2002, МПК H01J 31/50. Твердотельный измерительный преобразователь, усиливающий яркость изображения, содержит фотокатод, микроканальную пластину (МКП), твердотельный формирователь сигналов изображения, первый электрический вывод для приложения напряжения между фотокатодом и микроканальной пластиной, второй электрический вывод для приложения напряжения между микроканальной пластиной и твердотельным формирователем сигналов изображения; электрический вывод для выведения усиленного сигнала изображения с твердотельного формирователя сигналов изображения; вакуумный корпус, содержащий собранные в единый блок фотокатод, микроканальную пластину и твердотельный формирователь сигналов изображения.Hybrid photosensitive devices are known in the art for detecting radiation and enhancing an image. For example, a patent is known for a solid-state measuring transducer that enhances image brightness RU 2297070 from 10/09/2002, IPC H01J 31/50. The solid-state measuring transducer that enhances the brightness of the image contains a photocathode, a microchannel plate (MCP), a solid-state imager, a first electrical output for applying voltage between the photocathode and a microchannel plate, a second electrical output for applying voltage between the microchannel plate and a solid-state imager; an electrical terminal for outputting the amplified image signal from the solid-state imager; a vacuum housing containing the photocathode assembled into a single unit, a microchannel plate, and a solid-state imager.
Как правило, напряжение между фотокатодом и входом МКП используется в подобных приборах для включения и выключения прибора, а также для осуществления режима стробирования. Когда напряжение на фотокатоде смещено в отрицательную сторону относительно входа МКП, то поток электронов выходит из фотокатода, поступает в МКП, и на выход прибора поступает усиленный сигнал. Если же напряжение на фотокатоде положительно по отношению ко входу МКП и его значение превышает начальную энергию вылетевших фотоэлектронов, то фотоэлектроны не могут преодолеть потенциальный барьер (фототок не попадет в МКП) и прибор будет заперт.As a rule, the voltage between the photocathode and the input of the MCP is used in such devices to turn the device on and off, as well as to implement the gating mode. When the voltage at the photocathode is shifted in the negative direction relative to the input of the MCP, the electron flow leaves the photocathode, enters the MCP, and an amplified signal is supplied to the output of the device. If the voltage at the photocathode is positive with respect to the input of the MCP and its value exceeds the initial energy of the emitted photoelectrons, then the photoelectrons cannot overcome the potential barrier (the photocurrent will not enter the MCP) and the device will be locked.
Известен фотодетектор для регистрации излучения малой интенсивности (заявка US 2011/0256655, от 20.10.2011, МПК H01L 31/18). Данное устройство содержит фотокатод, электронно-чувствительную матрицу формирования изображения, расположенную на малом расстоянии от фотокатода, и источник создания электрического поля между фотокатодом и матрицей.A known photodetector for detecting low-intensity radiation (application US 2011/0256655, dated 10.20.2011, IPC H01L 31/18). This device contains a photocathode, an electron-sensitive image forming matrix located at a small distance from the photocathode, and a source of creating an electric field between the photocathode and the matrix.
Недостаток данного технического решения заключается в том, что необходимая для работы прибора разность потенциалов между фотокатодом и матрицей составляет несколько киловольт, а для запирания прибора требуется подать между ними напряжение противоположной полярности, т.е. диапазон изменения напряжения должен составить несколько киловольт. Быстрое изменение (на уровне наносекунд) напряжения в таких пределах технически очень сложно и на практике нереализуемо. Из-за этого прибор не может использоваться в режиме стробирования, что ограничивает его области применения.The disadvantage of this technical solution is that the potential difference between the photocathode and the matrix necessary for the device to operate is several kilovolts, and to lock the device it is necessary to apply a voltage of opposite polarity between them, i.e. the voltage range should be several kilovolts. A rapid change (at the nanosecond level) of the voltage within such limits is technically very difficult and unrealizable in practice. Because of this, the device cannot be used in the gating mode, which limits its scope.
Задача настоящего технического решения заключается в создании высоковольтного гибридного фоточувствительного прибора для регистрации излучений малой интенсивности. Технический результат - обеспечение функции стробирования гибридного фоточувствительного прибора при больших напряжениях.The objective of this technical solution is to create a high-voltage hybrid photosensitive device for recording low-intensity radiation. The technical result is the provision of the gating function of a hybrid photosensitive device at high voltages.
Это достигается за счет того, что высоковольтный гибридный фоточувствительный прибор для регистрации излучений малой интенсивности содержит последовательно расположенные в вакуумном корпусе фотокатод, проводящую сетку, выполненную из материала с низким коэффициентом вторичной эмиссии, и электронно-чувствительную матрицу формирования изображения, а также расположенный за пределами вакуумного корпуса блок питания для подачи напряжения на фотокатод, сетку и матрицу, обеспечивающий подачу переменного напряжения противоположных полярностей между фотокатодом и сеткой для запирания и отпирание фотокатода.This is achieved due to the fact that the high-voltage hybrid photosensitive device for detecting low-intensity radiation contains a photocathode sequentially located in the vacuum housing, a conductive grid made of a material with a low secondary emission coefficient, and an electron-sensitive image forming matrix, as well as located outside the vacuum power supply unit for supplying voltage to the photocathode, grid and matrix, providing alternating voltage alternating voltage Nost between the photocathode and the grid for locking and unlocking the photocathode.
Данное техническое решение изображено на рис. 1.This technical solution is shown in Fig. one.
Высоковольтный гибридный фоточувствительный прибор содержит герметичный вакуумный корпус 1, входное окно 2 с нанесенным на его внутреннюю сторону фотокатодом 3, проводящую сетку 4, выполненную с низким коэффициентом вторичной эмиссии, электронно-чувствительную матрицу формирования изображения (ЭЧ матрица) 5, расположенную на основании 6. В качестве матрицы формирования изображения может быть использована электронно-чувствительная ПЗС-матрица или КМОП-матрица. Вакуумный герметичный корпус 1 состоит из металлических контактных колец 7 (контакт на фотокатод) и 8 (контакт на матрицу) и керамического изолятора 9, расположенного между ними. Керамическое кольцо 9 обеспечивает необходимое расстояние между контактными кольцами 7 и 8 для подачи достаточно высоких напряжений. Благодаря специфической конструкции входного окна 2 образуется малый промежуток между фотокатодом 3 и ЭЧ матрицей 5.The high-voltage hybrid photosensitive device contains a sealed
Проводящая сетка 4 прикреплена к вакуумному корпусу 1 посредством узла 10, обеспечивающего контакт на сетку. Проводящая сетка 4 выполнена из материала с низким коэффициентом вторичной эмиссии, то есть малочувствительного к высокоэнергетичным электронам, например, из медно-никелевого полотна. Конфигурация проводящей сетки 4 может быть различной: например сетчатой, линейной, круговой или любой другой с различным шагом и/или размером ячейки сетки.The
Прибор работает следующим образом. Для включения прибора на промежуток между фотокатодом 3 и основанием 6 подают разность потенциалов несколько киловольт (1,5-7 кВ). Это достигается за счет того, что на контактные кольца 7 и 8 герметичного корпуса подают разное напряжения, например на контактное кольцо 7 подают отрицательное напряжение -4 кВ, на контакт сеточного узла 10 подают отрицательное напряжение, например -3.8 кВ, тогда как контактное кольцо 8 заземлено. Напряжение подается на межэлектродные промежутки (фотокатод - сетка и сетка - матрица), что обеспечивает формирование между ними ускоряющего электрического поля: 200 В между фотокатодом и сеткой и 3.8 кВ между сеткой и матрицей. За счет приложения большого ускоряющего напряжения между фотокатодом 3 и матрицей 5 достигается значительный коэффициент усиления, достаточный для регистрации изображений малой интенсивности.The device operates as follows. To turn on the device, a potential difference of several kilovolts (1.5-7 kV) is applied to the gap between the
Электромагнитное излучение, проходя через входное окно 2, поступает на фотокатод 3, где в результате фотоэффекта образуются электроны. Под действием электрического поля электроны вылетают из фотокатода 3 по направлению к сетке 4 и электронно-чувствительной матрице формирования изображения 5, проходят сквозь ячейки сетки, на промежутке между фотокатодом и ЭЧ матрицей разгоняются за счет ускоряющего напряжения и бомбардируют ЭЧ матрицу 5 со стороны утоненной подложки. В результате бомбардировки матрицы электронами большой энергии (в нашем примере это 4 кэВ) достигается значительный коэффициент усиления, достаточный для регистрации изображений малой интенсивности, и формируется усиленный электрический сигнал. Данный сигнал выводится за пределы герметичного вакуумного корпуса 1 посредством специальных электродов (на рис. не показаны).Electromagnetic radiation, passing through the
Для того чтобы запереть прибор, на проводящую сетку через контакт 10 подают отрицательное напряжение, большее, чем напряжение на фотокатоде, например -4,01 кВ. Так как начальная энергия фотоэлектронов составляет всего несколько электрон-вольт, то даже небольшая разность потенциалов (10 В) создаст непреодолимый потенциальный барьер, т.е. такое напряжение на проводящей сетке запирает фотокатод, и ток в приборе прекращает течь. Таким образом, между фотокатодом и сеткой разность потенциалов меняется в небольших пределах: в нашем примере это от ускоряющих 200 В до запирающих минус 10 В, т.е. всего на 210 В. Такие небольшие значения напряжений можно изменять быстро. При этом большая разность потенциалов между сеткой и матрицей (в нашем примере это 3,8 кВ) остается неизменной. Это позволяет использовать прибор в режиме стробирования, в том числе совместно с источником лазерного излучения. Аналогичным образом можно осуществлять запирание прибора путем изменения потенциала фотокатода, при этом потенциал сетки остается неизменным. В нашем примере в этом случае на сетке сохраняется потенциал -3,8 кВ, а на контакт фотокатода для запирания подается потенциал -3,79 кВ (вместо -4,0 кВ в открытом режиме), т.е. потенциал фотокатода изменяется всего на 210 В. Таким образом, за счет данного технического решения обеспечивается функция стробирования гибридного фоточувствительного прибора, работающего при высоких напряжениях, путем изменения потенциала на одном из электродов (фотокатод или сетка) в небольших пределах.In order to lock the device, a negative voltage higher than the voltage at the photocathode, for example, -4.01 kV, is applied to the conductive grid through
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015134781A RU2622397C2 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | High-voltage hybrid photosensitive device for detecting low-intensity radiation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015134781A RU2622397C2 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | High-voltage hybrid photosensitive device for detecting low-intensity radiation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015134781A RU2015134781A (en) | 2017-02-10 |
RU2622397C2 true RU2622397C2 (en) | 2017-06-15 |
Family
ID=58453639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015134781A RU2622397C2 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | High-voltage hybrid photosensitive device for detecting low-intensity radiation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2622397C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2297070C2 (en) * | 2001-10-09 | 2007-04-10 | Ай Ти Ти Мэньюфэкчуринг Энтерпрайзиз, Инк. | Hybrid solid-state measuring transducer for image brightness intensification |
US20100102213A1 (en) * | 2008-10-27 | 2010-04-29 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Apparatus and method for aligning an image sensor |
EP2187425A2 (en) * | 2008-10-27 | 2010-05-19 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Vented header assembly of an image intensifier device |
US20110256655A1 (en) * | 2010-02-11 | 2011-10-20 | California Institute Of Technology | Low voltage low light imager and photodetector |
RU141372U1 (en) * | 2013-12-30 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон" | HIGH VOLTAGE HYBRID PHOTOSENSITIVE INSTRUMENT FOR REGISTRATION OF RADIATION OF LOW INTENSITY |
-
2015
- 2015-08-10 RU RU2015134781A patent/RU2622397C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2297070C2 (en) * | 2001-10-09 | 2007-04-10 | Ай Ти Ти Мэньюфэкчуринг Энтерпрайзиз, Инк. | Hybrid solid-state measuring transducer for image brightness intensification |
US20100102213A1 (en) * | 2008-10-27 | 2010-04-29 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Apparatus and method for aligning an image sensor |
EP2187425A2 (en) * | 2008-10-27 | 2010-05-19 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Vented header assembly of an image intensifier device |
US20110256655A1 (en) * | 2010-02-11 | 2011-10-20 | California Institute Of Technology | Low voltage low light imager and photodetector |
RU141372U1 (en) * | 2013-12-30 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон" | HIGH VOLTAGE HYBRID PHOTOSENSITIVE INSTRUMENT FOR REGISTRATION OF RADIATION OF LOW INTENSITY |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015134781A (en) | 2017-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4810882A (en) | Mass spectrometer for positive and negative ions | |
US8288718B2 (en) | Ion mobility spectrometer and detecting method using the same | |
JP2007527601A5 (en) | ||
US10192715B2 (en) | Measurement of the electric current profile of particle clusters in gases and in a vacuum | |
US2903596A (en) | Image transducers | |
US7687992B2 (en) | Gating large area hybrid photomultiplier tube | |
RU2622397C2 (en) | High-voltage hybrid photosensitive device for detecting low-intensity radiation | |
JP5739763B2 (en) | Photoconductive element and imaging device | |
EP3350825B1 (en) | A phototube and method of making it | |
US2617058A (en) | Television transmitting tube | |
US2213173A (en) | Television transmitting tube | |
RU141372U1 (en) | HIGH VOLTAGE HYBRID PHOTOSENSITIVE INSTRUMENT FOR REGISTRATION OF RADIATION OF LOW INTENSITY | |
TWI445039B (en) | Particle detection system | |
US20070051879A1 (en) | Image Intensifier Device and Method | |
LU101359B1 (en) | Focal plane detector | |
US2749471A (en) | Electron device with semi-conductive target | |
Jaanimagi et al. | Time‐resolving x‐ray diagnostics for ICF | |
US9105459B1 (en) | Microchannel plate assembly | |
US4463253A (en) | Time dispersion sensor tube | |
JP2007184119A (en) | Electron tube | |
JP2010033738A (en) | Imaging device | |
RU2571004C2 (en) | High-voltage photosensitive device of proximity type | |
US3405309A (en) | Radiation detection system | |
WO1994007258A3 (en) | Electron energy spectrometer | |
US7639783B1 (en) | Parallax free and spark protected X-ray detector |