[发明专利]光倍增管、图像传感器及使用PMT或图像传感器的检验系统

说明书

本发明揭示一种光倍增管，其包含半导体光电阴极及光电二极管。值得注意地，所述光电二极管包含：p掺杂型半导体层；n掺杂型半导体层，其形成于所述p掺杂型半导体层的第一表面上，以形成二极管；及纯硼层，其形成于所述p掺杂型半导体层的第二表面上。在所述半导体光电阴极与所述光电二极管之间的间隙可为小于约1毫米或小于约500微米。所述半导体光电阴极可包含氮化镓，例如一或多个p掺杂型氮化镓层。在其它实施例中，所述半导体光电阴极可包含硅。此半导体光电阴极可进一步包含在至少一个表面上的纯硼涂层。

优先权申请案

此申请案主张2013年4月1日申请的标题为“PMT、图像传感器和使用PMT或图像传感器的检验系统(PMT,Image Sensor,and an Inspection System Using a PMT or ImageSensor)”的美国临时专利申请案61/807,058的优先权，且所述专利申请案以引用的方式并入本文中。

相关申请案

此申请案涉及2012年12月10日申请的标题为“电子轰击电荷耦合装置及使用EBCCD检测器的检验系统(Electron-bombarded charge-coupled device and inspectionsystems using EBCCD detectors)”的美国专利申请案13/710,315、2012年6月12日申请的标题为“电子轰击CCD及使用电子轰击CCD检测器的检验系统(Electron-bombarded CCDand inspection systems using electron-bombarded CCD detectors)”的美国临时专利申请案61/658,758、2013年3月10日申请的标题为“带有硼层的背照式传感器(Back-illuminated sensor with boron layer)”的美国专利申请案13/792,166及2013年7月22日申请的标题为“包含带有硼层的硅衬底的光电阴极(PHOTOCATHODE INCLUDING SILICONSUBSTRATE WITH BORON LAYER)”的美国专利申请案13/947,975。所有上述申请案以引用的方式并入本文中。

背景技术

在技术中已知使用碱金属光电阴极及对红外线敏感的III-V半导体(例如GaAs)光电阴极的光倍增管(PMT)及电子轰击电荷耦合装置(EBCCD)用于红外线及可见波长。仅发现碱金属光电阴极广泛用于紫外线(UV)波长。

图1说明已知PMT 100，其包含光电阴极102、聚焦电极104、多个电子倍增器电极105(出于说明性目的展示三个，但更常见数目将为五与十二之间)，及阳极106。在真空密封管109中含有所有这些组件。光电阴极102、聚焦电极104、电子倍增器电极105及阳极106具有电连接(为简明起见未展示)。每一电子倍增器电极105保持在相对于先前电子倍增器电极105(或第一电子倍增器电极的光电阴极102)的微小正电压下。阳极106保持在相对于最后电子倍增器电极的较正的电压下。

当由光电阴极102吸收入射光子101时，存在从光电阴极102射出一或多个电子103的适度高概率(在实际装置中通常在约10％与50％之间)。聚焦电极104偏转电子103以使大部分电子103将撞击第一电子倍增器电极。当电子103撞击电子倍增器电极105时，其将通常导致从所述电子倍增器电极105射出多个(通常约10个)二次电子。图1通过展示离开每一电子倍增器电极105的虚线比撞击其的虚线更多来说明此射出。从一个电子倍增器电极射出的大部分电子撞击下一个电子倍增器电极。此重复多次直到经放大的信号撞击阳极106。因此，在PMT中具有越多电子倍增器电极105，增益越大，但装置响应单一光子所需的时间越长。由于来自一个电子倍增器电极的一些电子可能错失下一个电子倍增器电极且撞击另一电子倍增器电极或阳极106，因此更多电子倍增器电极105也意味着响应于单一光子的更宽泛电脉冲，且因此意味着更慢的装置。