專利名稱：光檢測傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光檢測傳感器。
背景技術(shù)：
光檢測傳感器具有通過光的入射而放出光電子的陰極和收集光電子的陽極。一般有將陰極比陽極更靠近光的入射側(cè)配置的透射型和將陽極比陰極更靠近光的入射側(cè)配置的反射型。

發(fā)明內(nèi)容
但是，如上述結(jié)構(gòu)的光檢測傳感器，其中一個電極相對于另一電極配置在光的入射側(cè)，因此光檢測傳感器的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。
鑒于上述的問題，本發(fā)明的目的是簡化光檢測傳感器的結(jié)構(gòu)。
為了達(dá)到上述目的，涉及本發(fā)明的光傳感器具備具有電絕緣性的基座、通過光的入射而放出光電子的陰極、收集從陰極放出的光電子的陽極、具有容納基座、陰極和陽極的空間且空間形成真空的箱體，其特征在于，陰極和陽極被設(shè)置在基座的同一面上。
根據(jù)本發(fā)明，通過光的入射而從陰極放出的光電子在真空中被陽極收集。另外，由于陰極和陽極安裝在具有電絕緣性的基座的同一面上，因此可簡化其結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是陰極和陽極相互嚙合且呈梳齒狀。在此種結(jié)構(gòu)的情況下，由于陰極和陽極相互嚙合且呈梳齒狀，因此陰極和陽極的接近部分的面積增大，可提高靈敏度。
另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是安裝多個陽極。在此種結(jié)構(gòu)的情況下，從陰極放出的光電子可被多個陽極中的接近的陽極收集。因此，根據(jù)光線入射位置，多個陽極各自收集的光電子數(shù)有所不同。從而，可以實現(xiàn)1維傳感器或2維傳感器。
另外，在本發(fā)明中，陰極優(yōu)選通過入射紫外線而放出光電子。在此種結(jié)構(gòu)的情況下，由于光電子是通過紫外線的入射而放出的，因此可以實現(xiàn)紫外線傳感器。
另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是陰極的寬度大于陽極的寬度。在此種結(jié)構(gòu)的情況下，可以使陰極的面積相對變大，增加光電子的放出量，提高靈敏度。
還有，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是陰極包括被設(shè)置為放射狀延伸而成的多個主干陰極部分和在每個主干陰極部分上與該主干陰極部分交叉形成的分支陰極部分；陽極包括，在鄰接的主干陰極部分間被設(shè)置為放射狀延伸而成的多個主干陽極部分和在每個主干陽極部分上與該主干陽極部分交叉形成的分支陽極部分；分支陰極部分和分支陽極部分從放射狀方向觀察被設(shè)置為相互重疊狀。在此種結(jié)構(gòu)的情況下，從陰極(主干陰極部分以及分支陰極部分)放出的光電子被多個主干陽極部分及分支陽極部分中的接近的陽極部分所收集。因此，根據(jù)光線的入射位置，多個陽極各自收集的光電子數(shù)有所不同。從而，可以大概判斷出光線入射的位置，實現(xiàn)2維傳感器。


圖1是本實施方式的紫外線傳感器及其檢測電路的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實施方式的紫外線傳感器的立體圖；圖3是本實施方式的紫外線傳感器的內(nèi)部立體圖；圖4是本實施方式的在紫外線傳感器上照射紫外線時，流過負(fù)荷電阻的光電流的值的圖表；圖5是顯示圖4中光電流峰值的圖表；圖6是本實施方式的紫外線傳感器的陰極和陽極第1變形例的結(jié)構(gòu)圖；圖7是本實施方式的紫外線傳感器的陰極和陽極第2變形例的結(jié)構(gòu)圖；圖8是本實施方式的紫外線傳感器的陰極和陽極第3變形例的結(jié)構(gòu)圖；圖9是本實施方式的紫外線傳感器的陰極和陽極第4變形例的結(jié)構(gòu)圖；圖10是本實施方式的紫外線傳感器的陰極和陽極第5變形例的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，根據(jù)本發(fā)明對光檢測傳感器的適當(dāng)?shù)膶嵤┓绞竭M(jìn)行詳細(xì)的說明。另外，在說明書中，對于相同元件或者具有相同功能的元件使用相同的符號，省略重復(fù)說明。在本實施方式中，例舉本發(fā)明適用于檢測紫外線的紫外線傳感器的實施例。
首先，根據(jù)圖1～圖3，對本實施方式的紫外線傳感器進(jìn)行說明。圖1為本實施方式的紫外線傳感器及其測量電路結(jié)構(gòu)圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的紫外線傳感器的立體圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明的紫外線傳感器的內(nèi)部立體圖。另外，圖1中為了更清楚地說明紫外線傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖示了紫外線傳感器的剖面圖。
紫外線傳感器2包括箱體10和基座18。箱體10還包括透射紫外線的、用氟化鎂制作的射入窗12、圓形底板14、被入射窗12及底板14堵住兩端的筒狀壁部16。由入射窗12、底板14、壁部16形成的空間被抽成真空。這里的真空狀態(tài)是指箱體10里的氣體不會被放出的光電子離子化的程度，且真空度在10Pa以下。例如真空度可以在10-2Pa左右，或進(jìn)一步排氣使真空度高于10-2Pa。另外，含有例如氮、氦、氖、氬等不活潑性氣體時，真空度可為1Pa左右。
基座18具有電絕緣性?；?8可以是由藍(lán)寶石、氮化鋁、氮化鎵、氟化鈣、氟化鎂、氟化鋁、水晶、鈮酸鋰、鈮酸鉭所組成的單結(jié)晶、多結(jié)晶、或是非晶體狀的離子結(jié)合固體、或是這類的粉末的燒結(jié)體。并且，在硅等半導(dǎo)體、或鋁等金屬表面上實施電絕緣化處理的材料也可以使用。
基座18從入射端觀察時的形狀，例如是正方形?；?8為正方形時，面積為100mm2(＝10mm×10mm)，厚度為0.5mm左右。這樣的基座18被焊接固定在圓形底板14的中央、被容納在箱體10的空間里。
在基座18的紫外線入射一側(cè)的平面上設(shè)置有通過紫外線的入射而放出光電子的陰極20和收集從陰極20放出的光電子的陽極22。陰極20和陽極22呈梳齒狀。即，陰極20和陽極22的形狀為具有第一部分24、28和從第一部分24、28向相同方向延伸的多個第二部分26、30。而且，第一部分24、28和第二部分26、30從紫外線入射一側(cè)觀察時，形狀為矩形。另外，圖3所示的陰極20和陽極22的第二部分26，30的數(shù)量為“3”。
均為梳齒狀的陰極20和陽極22被設(shè)置為陰極20的第二部分26插入到陽極22的第二部分30的中間且相互嚙合。即，從陰極20及陽極22的第一部分24、28所延伸的方向(矩形的長邊延伸方向)觀察時，陰極20和陽極22相互的第二部分26、30相互重疊。因此陰極20和陽極22的第二部分26、30接近。例如，接近部分(重疊部分)的面積為49mm2(＝7mm×7mm)。
另外，陰極20和陽極22的第二部分26、30的寬度為(第一部分24、28延伸方向的長度)20μm，陰極20的第二部分26和陽極22的第二部分30之間的距離(第一部分24、28延伸方向上的距離)為40μm。
陰極20通過焊線32a與一端的引線管腳34a的一端連接，陽極22通過焊線32b與另一端的引線管腳34b的一端連接。兩根引線管腳34a，34b貫通了玻璃熔接部38a，38b。玻璃熔接部38a，38b插入在貫穿了底板14的兩個管腳孔36a，36b內(nèi)。因此，兩根引線管腳34a，34b是通過玻璃熔接部38a，38b來固定在底板14上的。
另外，陰極20是為1層或是2層的結(jié)構(gòu)。如果陰極20是相對于添加雜質(zhì)后半導(dǎo)體化的金剛石或者含有氮化鎵的半導(dǎo)體等的基座緊貼性良好的材料，則一層即可，但如果是與金基座的緊貼性不太好的材料時，則在將高熔點材料作為第一層形成后形成第二層。
雙層結(jié)構(gòu)的情況下，基座18一側(cè)的第一層為鈦、鉻或鎳等高熔點材料，并且通過激光燒蝕法、濺射法或鍍氣法等加工后形成。由此，使陰極20能夠牢牢地固定在基座18上。另外，入射窗12一側(cè)的第2層應(yīng)為紫外線入射時能放射出光電子的材料。比如金、銀、銅或鋁等金屬或者是半導(dǎo)體化的金剛石、氮化鋁等半導(dǎo)體材料。這樣的陰極20，例如，第一層的厚度為20nm，第2層的厚度為150nm。陽極22的材料可以與陰極20的材料相同，也可以不同。而且，陰極20和陽極22可以是通過光蝕刻法形成，也可以是通過在基座上形成金屬或半導(dǎo)體薄膜后，再通過激光加工除去薄膜的方法。
兩根引線管腳34a、34b的另一端與檢測電路4連接，檢測電路4是用于測量紫外線傳感器2的光電流。檢測電路4包括有負(fù)荷電阻R、電源40、限流電阻R0、電容器C以及電壓計42。
其中一根引線管腳34a的另一端與負(fù)荷電阻R的一端連接，負(fù)荷電阻R的另一端與電源40的負(fù)極相連接。電源40的正極與限流電阻R0的一端相連，限流電阻R0的另一端與另一根引線管腳34b的另一端相連接。且在測量電路4中，與電源40及限流電阻R0和電容器C并聯(lián)，負(fù)載電阻R和電壓計42并聯(lián)連接。例如限流電阻R0為1MΩ、電容器C為0.1μF、電源40在+5～100V的范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)電壓值。
在測量電路4中，通過將來自電源40的電壓值設(shè)置為規(guī)定的電壓值，可以檢測出紫外線。紫外線入射量的測量是通過利用電壓計42測定負(fù)荷電阻R兩端的電壓變化來實現(xiàn)。
在此，電源電壓值優(yōu)選在10V以上。以下，參照圖4及圖5對根據(jù)電源電壓值的光電流依存性進(jìn)行說明。圖4是表示向紫外線傳感器2照射紫外線時，流過負(fù)荷電阻R的光電流的圖表；圖5是表示圖4所示的光電流的峰值的圖表。
圖4表示相對于各電源電壓值(5V，10V，20V，40V)的光電流值隨時間的變化。在圖4中，橫軸表示時間(ns)，縱軸表示光電流的值(任意單位)。如圖4所示，在電源電壓值為10V(曲線101)、20V(曲線102)、40V(曲線103)的情況下，時間在10ns時的值為最大值。與此相比，電源電壓值為5V(曲線100)時，則在5ns時的值為最大值。因此可知，當(dāng)電源電壓值為5V時，在5ns至15ns之間光電子不能被很好地收集。
圖5表示相對于電源電壓值的光電流的峰值。圖5中，橫軸表示電壓值(V)，縱軸表示光電流的峰值(任意單位)。如圖5所示，電壓值在10～40V的區(qū)間時，當(dāng)升高電壓時峰值會比較平穩(wěn)地升高。而當(dāng)電壓值在0～10V的區(qū)間時，如升高電壓時，則峰值與電壓值在10～40V的區(qū)間相比較，急劇上升。從圖5得知當(dāng)電壓值在10V以上時，不會受電源40的電壓值影響，可以比較穩(wěn)定地測量紫外線入射量。
在如上所述的紫外線傳感器2中，如紫外線通過入射窗12入射到梳齒狀的陰極20，則光電子被從陰極20放出到真空中。放出到真空中的光電子會被在基座18的同一面上與陰極20相互嚙合成梳齒狀的陽極22所收集。
如上所述，在本實施方式的紫外線傳感器2中，由于陰極20和陽極22被設(shè)置在具有電絕緣性的基座18的同一面上，因此可簡化其結(jié)構(gòu)。
另外，通過紫外線的入射而從陰極20放出的光電子會在真空中被陽極22所收集。此時，由于陰極20和陽極22相互嚙合成梳齒狀，因此增大了陰極20和陽極22的接近部分的面積，可以提高靈敏度。
另外，本實施方式的紫外線傳感器2，由于光電子是通過紫外線的入射而放出的，因此可以實現(xiàn)紫外線傳感器。
另外，本實施方式的紫外線傳感器2，由于從陰極20放出的光電子馬上被接近的陽極22捕獲，因此很難發(fā)生光電子粘附在入射窗12上，對施加電場產(chǎn)生影響的情況。因此，可以把基座18安裝在接近入射窗12的位置上，與透射型光電管一樣容易分辨出受光面的位置，可以提高方便性。
另外，陰極20和陽極22為金屬電極，該金屬采用了金、銀、鉑、鉭、鉬、鎢、鎳、鉻等化學(xué)性穩(wěn)定的材料，能在光刻法等電極形成的過程中防止表面氧化或變質(zhì)。而且，可以防止短波長的強光照射時，由箱體10內(nèi)殘留的氧或殘留的化學(xué)物質(zhì)引起變質(zhì)。其結(jié)果，可以進(jìn)行高可信度的強紫外·真空紫外光的光電子檢測。
上述實施方式的紫外線傳感器2中使用的陰極20及陽極22可以有多種變形。以下對于各種變形例進(jìn)行說明。
圖6為紫外線傳感器2所使用的陰極20及陽極22的第1變形例的結(jié)構(gòu)圖。圖3所示陰極20及陽極22只在基座18上設(shè)置了1組，但第1變形例中的陰極20及陽極22如圖6所示設(shè)置了多組(4組)。
陰極20和陽極22的形狀與圖6所示相同。各組的陰極20及陽極22如圖6所示相互嚙合排列。而且多個陰極20沿矩形第一部分28的延伸方向(矩形的長邊延伸方向)排列；多個陽極22與多個陰極20排列相同。即，相互嚙合的多個陰極20和陽極22在同一個方向上排列。
具有如上所述的陰極20和陽極22的紫外線傳感器2中，紫外線通過入射窗12入射后到達(dá)梳齒狀陰極20后，光電子從陰極20被放出，進(jìn)入到真空中。在真空中的光電子被最接近的陽極22收集。
如上所述，本變形例的紫外線傳感器2中，因陽極22為多個，被放出的光電子會被多個陽極22中接近的所收集。因此，根據(jù)紫外線入射位置，被多個陽極22收集到的光電子數(shù)會有不同。而且陽極22配置排列在同一方向上。從而，可實現(xiàn)1維傳感器。
另外，為了實現(xiàn)1維傳感器，多個陽極22所收集的光電子數(shù)不同是很重要的。為此，陰極20也可連接各第一部分28成為一體化。另外，在使陰極20成為一體化時，與將多個陰極20設(shè)置在基座18的情況相比較，可以減少引線管腳和焊線的數(shù)量。
圖7為紫外線傳感器2所用的陰極20和陽極22的第2變形例結(jié)構(gòu)圖。第2變形例中，如圖7所示，陰極44和陽極46的形狀與圖3中的陰極20和陽極22的形狀不同。而且，陽極46的數(shù)量也不同。第2變形例中的陽極46的數(shù)量在3個以上(圖7中陽極46的數(shù)量為8)。
陰極44具有排列在基座18上的多個第一部分48a、48b和連接這些第一部分48a、48b的第二部分50以及與第二部分50交叉形成的多個第三部分52。更詳細(xì)地，陰極44具有在基座18上平行排列的兩個第一部分48a、48b和與這些第一部分48a、48b垂直的第二部分50以及與第二部分50直交的7個第三部分52。在此，多個第一部分48a、48b和第二部分50及多個第三部分52的形狀，從紫外線入射端觀察時都為矩形。
各陽極46包括第一部分54和從第一部分54向同一方向延伸的兩個第二部分56，呈大致“コ”字狀，多個第三部分52的一個由兩個第二部分56夾住而嚙合。另外，陽極46的第一部分54和第二部分56從紫外線的入射端觀察時的形狀為矩形。
另外，陽極46安裝在陰極44的第二部分50的兩側(cè)。在此，可以安裝的陽極46的數(shù)量為，第二部分50的一側(cè)為1個以上(圖7中是4個)，另一側(cè)安裝2個以上(圖7中是4個)。即，多個陽極46在基座18的面上呈2維狀態(tài)排列。
在此，陰極44呈圖3所示的陰極20的第一部分24延伸的第二部分26向第一部分24兩側(cè)方向延伸的形狀，為一個梳齒狀。另外，各陽極46呈圖3中所示兩個第二部分30從陽極22的第一部分28延伸的形狀，所謂一個梳齒狀。
在具有上述陰極44及陽極46的紫外線傳感器2中，當(dāng)紫外線通過入射窗12入射后到達(dá)梳齒狀陰極44時，光電子從陰極44被放出，進(jìn)入真空中。放出到真空中的光電子被最近的陽極46所收集。
如此，在變形例的紫外線傳感器2中，由于陰極44被設(shè)置為多個，放出的光電子被多個陰極44中的接近的所收集。因此，根據(jù)紫外線入射位置，被多個陰極44所收集的光電子數(shù)會有不同。另外，陽極22呈2維狀態(tài)排列。從而，可實現(xiàn)2維傳感器。
圖8為紫外線傳感器2所用的陰極20和陽極22的第3變形例結(jié)構(gòu)圖。第3變形例中，如圖8所示，陰極44和陽極46的形狀與圖3中所示的陰極20和陽極22的形狀有所不同。
陰極20的第二部分26的寬度被設(shè)定為大于陽極22的第二部分30的寬度。這樣，由于陰極20的第二部分26的寬度被設(shè)定為大于陽極22的第二部分30的寬度，陰極20的面積相對加大，可增加光電子的放出量。其結(jié)果，可提高紫外線傳感器2的靈敏度。
圖9為紫外線傳感器2所用的陰極20及陽極22的第4變形例結(jié)構(gòu)圖。第4變形例中，如圖9所示的陰極60和陽極62的形狀與圖3所示的陰極20和陽極22的形狀有所不同。
陰極60包括放射狀延伸設(shè)置的多個主干陰極部分64和在每個主干陰極部分64上與該主干陰極部分64交叉(例如，垂直交叉)的分支陰極部分66。在一個主干陰極部分64上形成有連接焊線用的加寬部64a。在本變形例中，主干陰極部分64以等角度間隔(90°間隔)設(shè)置4個。另外，分支陰極部分66在每個主干陰極部分64上設(shè)置2個。
陽極62包含在鄰接的主干陰極部分64之間以放射狀延伸地設(shè)置的多個主干陽極部分68和在各主干陽極部分68上與各主干陽極部分68交叉(例如，45°交叉)設(shè)置的分支陽極部分70。在每個主干陽極部分68上有連接焊線用的加寬部68a。本在變形例中，主干陽極部分68相對于鄰接的2個主干陰極部分64呈等角度間隔(45°間隔)設(shè)置4個。另外，每個主干陽極部分68上設(shè)置有4個分支陽極部分70。
分支陰極部分66的寬度被設(shè)置為大于分支陽極部分70的寬度。而且，從放射狀方向觀察時，分支陰極部分66和分支陽極部分70相互重疊。即，分支陰極部分66和分支陽極部分70以一對分支陰極部分66夾著一個分支陽極部分70，或一對分支陽極部分70夾著一個分支陰極部分66的狀態(tài)設(shè)置。
在這樣結(jié)構(gòu)的情況下，從陰極60(主干陰極部分64和分支陰極部分66)放出到真空中的光電子被多個主干陽極部分68和分支陽極部分70中接近的部分所收集。為此，根據(jù)紫外線入射位置，被各陽極62(多個主干陽極部分68以及分支陽極部分70)所收集的光電子數(shù)有所不同。從而，可以大概判斷出紫外線的入射位置，并可實現(xiàn)2維傳感器。
圖10為紫外線傳感器2所用的陰極20和陽極22的第5變形例結(jié)構(gòu)圖。在第5變形例中，如圖10所示，分支陰極部分66及分支陽極部分70的形狀與圖9中的分支陰極部分66和分支陽極部分70的形狀有所不同。
第5變形例中，分支陰極部分66和分支陽極部分70呈圓弧狀。本變形例與上述第4變形例相同，可大概判斷出紫外線的入射位置，并可實現(xiàn)2維傳感器。
而且，本發(fā)明不限于上述實施方式及變形例。例如，基座18整體都具有電絕緣性也可以，作為設(shè)置陽極22、46和陰極20、44的面也可在基座18上層疊絕緣層(薄膜等)。
另外，優(yōu)選陰極20的表面是進(jìn)行過凈化處理的。這樣可以除去陰極20上的沉積物等，使紫外線更好地入射到陰極20上。另外，更優(yōu)選是為了使凈化處理后的陰極20上不粘上污物，箱體10的空間里可以封入氫氣等氣體后進(jìn)行加熱處理提高凈化度，之后把氣體排出。
另外，主干陽極部分68和分支陽極部分70的數(shù)量也不限于上述變形例。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明可以在紫外線傳感器中使用。
權(quán)利要求
1.一種光檢測傳感器，具備具有電絕緣性的基座；通過光的入射而放出光電子的陰極；收集從所述陰極放出的光電子的陽極；具備能夠容納所述基座、所述陰極和所述陽極的空間，且所述空間為真空狀態(tài)的箱體，其特征在于，所述陰極和所述陽極被設(shè)置在所述基座的同一面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測傳感器，其特征在于，所述陰極和陽極呈相互嚙合的梳齒狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測傳感器，其特征在于，設(shè)置多個所述陽極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測傳感器，其特征在于，所述陰極通過紫外線的入射而放出光電子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測傳感器，其特征在于，所述陰極的寬度被設(shè)定為大于所述陽極的寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測傳感器，其特征在于，所述陰極包括以放射狀延伸設(shè)置的多個主干陰極部分，和在每個所述主干陰極部分上與該主干陰極部分交叉設(shè)置的分支陰極部分，所述陽極包括，在相鄰的所述主干陰極部分之間以放射狀延伸設(shè)置的多個主干陽極部分，和在每個所述主干陽極部分上與該主干陽極部分交叉設(shè)置的分支陽極部分，從所述放射狀方向觀察，所述分支陰極部分和所述分支陽極部分被相互重疊地設(shè)置。
全文摘要
基座18、陰極20和陽極22容納在由箱體10構(gòu)成的空間內(nèi)，該空間內(nèi)成為真空。陰極20和陽極22被設(shè)置在具有電絕緣性的基座18的同一面上，呈相互嚙合的梳齒狀。為此，陰極20和陽極22的接近部分的面積增加，通過紫外線的入射而從陰極20放出的光電子在真空中能很好地被陽極22收集。
文檔編號G01J1/42GK1646888SQ0380838
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月17日
發(fā)明者北原正, 野本佳朗, 市川典男 申請人:浜松光子學(xué)株式會社