画像増強装置及びそのための電子増倍装置
画像増強装置（３００）及びそのための電子増倍装置（３１２）が開示されている。１つの画像の光子（３０８）が光電陰極（３０６）に衝突し、これが光子を電子に転換させる。電子増倍装置が光電陰極からの電子を増倍させて増大した数の電子を作り出す。センサー（３１４）は該増大した数の電子を捕捉して増強した画像を生成する。電子増倍装置は、半導体構造（３２０）を収納する電子ボンバードデバイス（ＥＢＤ）である。半導体構造は、電子を受け入れるための入力表面（３２０ａ）及び増大した数の電子を通過させるための発出表面（３２０ｂ）を有する。半導体構造は、該半導体構造を通って発出表面上の発出領域まで電子の流れを導くようにドープされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像増強装置、より特定的にはその中で使用される電子増倍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像増強装置は、周囲光を有用な画像に増幅するために暗視／微光視の利用分野において使用される。図１は、既知の画像増強管１００を描いている。例示された画像増強管１００においては、光子は光電陰極１０２に衝突し、かくして電子／ホール対を生成する。マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）１０４が、光電陰極１０２により生成された電子を受け入れるために位置づけされる。ＭＣＰ１０４は、光電陰極１０２から受け入れた各々の電子に対して増大した数の電子を生成する。増大した数の電子を受け入れて画像増強管１００による表示のための画像を生成するように、蛍光スクリーン１０６が位置づけされる。光電陰極１０２、ＭＣＰ１０４及び蛍光スクリーン１０６は、それらの間の電子の流れを容易にするべく真空下でこれらのデバイスの間にギャップを維持する真空ハウジング１０８によって支持されている。
【０００３】
電子ボンバードデバイス（ＥＢＤ）は、電子を増倍させる能力をもつ。図２は、入力表面２０２と入力表面２０２の反対側の発出表面２０４を有する半導体構造に基づいているＥＢＤ２００を描いている。加速電子２０６は、入力表面２０２に衝突して半導体構造内で増大した数の自由電子２０８を生成する。増大した数の電子２０８は、入力表面と発出表面の間で半導体構造を横断し、そこで発出される。ＥＢＤに関する付加的な情報は、R.U. Martinelliによる「シリコンからの反射及び透過二次放出」（Appl. Phys. Lett.，第１７巻，第６号，ｐ３１３〜３１４，１９７０）及び R.U.Martinelli et al., によるＧａＡｓからの反射及び透過二次放出（J. Appl. Phys.，第４３巻，第１１号，ｐ４８０３〜４８０４，１９７２）の中に見い出すことができる。
【０００４】
ＥＢＤ２００は半導体構造であることから、成熟し実績のある半導体製造技術を用いて廉価に生産され得、所要電力は少ない。しかしながら、ＥＢＤは標準的に、電子増倍に使用される場合、低い画像転送特性を有する。
【０００５】
従って、改善された画像転送能力をもつ廉価で低電力電子増倍装置が、画像増強装置といったようなデバイスの中で使用するために必要とされている。本発明は、なかでもこのニーズを満たすものである。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、画像増強装置及びそのための電子増倍方法及び装置を提供する。本発明に従った方法には、入力表面及び該入力表面とは反対側の発出表面を有する半導体デバイス内で増大した数の電子を作り出す段階、及び該増大した数の電子を発出表面からの発出のため発出領域に導く段階を含む。本発明に従った装置は、電子を受け入れるための入力表面及び該入力表面と反対側の発出表面を有する半導体構造を含み、該半導体構造は、受け入れた電子に応答して増大した数の電子を生成する。該半導体構造は、発出表面上の少なくとも１つの発出領域に該増大した数の電子を導くようにドープされ、該少なくとも１つの発出部域の各々は、入力表面の対応する領域と結びつけられている。
【０００７】
本発明は、添付図面と結びつけて以下の詳細な説明を読むことにより、最も良く理解できる。このことは、一般的な実践方法に従って、図面のさまざまな特長が一定のスケールで拡大縮小して描かれてはいない、ということを強調している。むしろ、さまざまな特長の寸法は、明確さを期して任意に拡大又は縮小されている。図面間で同じ要素を表わすのに同じ番号が用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図３は、本発明の実施例に従った、表示デバイス３０４上で表示するべき画像３０２を増強するための画像増強管（image intensifier tube）３００（以下「画像増強装置（image intensifier）」と呼ぶ）の概略的表示である。総括的には、例示された画像増強装置３００は、１つの画像３００の光子３０８を自由電子３１０に転換するための光電陰極３０６、自由電子の数を増大させるための電子ボンバードデバイス（ＥＢＤ）３１２及び表示デバイス３０４上で増強された画像３１８を生成するべく増大した数の自由電子３１６を検知するためのセンサー３１４を含む。本発明のＥＢＤ３１２は電子増倍が必要とされる基本的にあらゆる利用分野で使用され得るが、それは、従来技術の暗視デバイス内に見い出される画像増強装置において特に有用である。従って、本発明は、暗視デバイス内で使用されるものといったような画像増強装置３００におけるその使用と併せて記述される。
【０００９】
光電陰極３０６は、入力表面３０６ａ及び出力表面３０６ｂを含んでいる。光子３０８が光電陰極３０６の入力表面３０６ａに衝突するとき、各々の衝突する光子３０８が自由電子を作り出す可能性がある。衝撃する光子３０８の結果生じる自由電子３１０は、光電陰極３０６を通過し、出力表面３０６ｂから発出される。出力表面３０６ｂは、光電陰極３０６の出力表面３０６ｂからの電子３１０の流れを容易にするため周知の要領で負の電子親和性（ＮＥＡ）状態まで活性化される。光電陰極３０６の周辺表面は、光電陰極３０６に対し電気接触を提供するべく、クロムといったような導電性材料（図示せず）でコーティングされる。
【００１０】
１つの実施例においては、光電陰極３０６は、光電子放出効果を示すガリウムヒ素（ＧａＡｓ）といったような半導体材料から作られた従来の光電陰極デバイスである。ＧａＰ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＩｎＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓなどといったようなその他のＩＩＩ−Ｖ材料も使用できるということに留意されたい。代替的には、光電陰極は、既知のバイアルカリ（Ｂｉ−ａｌｋａｌｉ）であり得る。光電陰極３０６の一例においては、光電子放出性半導体材料は光子を吸収する。吸収された光子は、半導体材料のキャリア密度を増加させ、かくして、出力表面３０６ｂからの発出のため光電陰極３０６を通過する電子３１０のフォト電流を該材料に生成させる。
【００１１】
ＥＢＤ３１２は、光電陰極３０６の出力表面３０６ｂから発出される電子を増倍させる。例示されたＥＢＤ３１２は、ドープされた半導体構造３２０（以下「半導体構造」と呼ぶ）及び遮断構造３２２を含む。半導体構造３２０は、入力表面３２０ａ及びこの入力表面３２０ａと反対側の発出表面３２０ｂを有する。以下で詳細に記述するように、半導体構造３２０は、例えば第１のドープされた領域３２８及び第２のドープされた領域３３０内でドープされて、発出表面３２０ｂ上の発出領域（発出領域３２４により代表される）まで電子３１６の流れを導く。かくして、ドープされた領域は、発出領域３２４を予め画定する。発出領域３２４は、半導体構造３２０の発出領域３２４からの電子の流れを容易にするべく周知の要領で負の電子親和性（ＮＥＡ）状態まで活性化される。１つの実施例では、半導体構造３２０はシリコンであり、厚みは約２０〜３０ミクロンである。代替的には、半導体構造３２０は、ＧａＡｓといったようなもう１つのタイプの半導体材料でありうる。
【００１２】
遮断構造３２２は、発出表面３２０ｂ上に遮断領域（遮断領域３２６に代表される）を生成する。遮断領域３２６は、発出表面３２０ｂを通って半導体構造３２０内に及びその外への電子の流れを阻止し、かくして空間忠実度を維持する。また、以下で記述されているように、利用される場合、該遮断構造３２２は、電子の流れを遮断することに加えていくつかの機能を実施することができる。いくつかの実施例では、半導体構造３２０が遮断構造３２２なしで適切な電子増倍を提供することになるように考慮されている。これらの実施形態に従うと、遮断構造３２２を削除することができる。
【００１３】
ＥＢＤ３１２には、ＥＢＣ３３２に代表される複数の電子ボンバードセル（ＥＢＣ）が含まれる。図３Ａは、半導体構造３２０及び遮断構造３２２を詳述する上で使用するための１つのＥＢＣ３３２の半分の拡大断面図を描いている。例示されたＥＢＣ３３２においては、第１のドープされた領域３２８が半導体構造３２０の入力表面３２０ａと接触しており、第２のドープされた領域３３０が発出表面３２０ｂと接触し、入力表面３２０ａに向かって延びている。遮断構造３２２は、第２のドープされた領域３３０に対応する、遮断領域３２６内の半導体構造３２０の発出表面３２０ｂ上に配置されている。
【００１４】
ＥＢＣ３３２の入力表面３２０ａに衝突する電子３１０は、増大した数の電子３１６を作り出す。第１のドープされた領域３２８は、該増大した数の電子３１６を入力表面３２０ａから離して半導体構造３２０内へと強制するようにドープされ、かくして入力表面３２０ａにおける電子の再結合を阻止する。入力表面での電子の再結合を阻止することによって、より多くの電子が半導体構造を通って発出表面３２０ｂまで流れかくして効率を高めることができる。１つの実施例においては、第１のドープされた領域３２８は、シリコンの半導体構造３２０のためのホウ素又はアルミニウムといったような従来のｐ型ドーパントでドープされる。該実施例においては、第１のドープされた領域３２８は、例えば１立方センチメートルあたり１０18又は１０19パーツといったように高レベルでドープされ、深さは約１００〜３００ナノメートルである。例えばＧａＡｓといったようなシリコン半導体及びその他の半導体材料を用いた用途のためのその他の適切なドーパント、濃度及び寸法は、半導体製造の当業者には容易に明らかになるだろう。一実施例では、ＥＢＤ３１２（図３）の周辺表面は、ＥＢＤ３１２の前面に対する電気的接触を提供するべく第１のドープされた領域３２８に隣接してクロムといったような導電性材料（図示せず）でコーティングされている。
【００１５】
第２のドープされた領域３３０は、増大した数の電子３１６を発出領域３２４に向かって導くようにドープされる。第２のドープされた領域３３０は、発出表面３２０ｂ上の発出領域３２４に対し、入力表面３２０ａ上の基本的に任意の場所に衝突する電子から生成され得る増大した数の電子３１６を導くための漏斗として作用する。ドープされた領域３３０は、入力表面３２０ａから発出領域３２４まで延びるチャンネル領域３３１を画定する。チャンネル領域３３１は、入力表面３２０ａ近くで比較的広い断面積を有し、この断面積は、それが発出領域３２４に近づくにつれて狭まる。１実施例では、第２のドープされた領域３３０は、例えば１立方センチメートルあたり１０17パーツといったシリコン半導体構造用のホウ素又はアルミニウムといったような従来のｐ型ドーパントで適度にドープされており、ＥＢＣ間の交差部３３４での約２４ミクロンから発出領域３２４近くのゼロまで変動する厚みを有する。例えばＧａＡｓといったようなシリコン半導体及びその他の半導体材料を用いた用途のためのその他の適切なドーパント、濃度及び寸法は、半導体製造の当業者には容易に明らかになるだろう。
【００１６】
１実施例では、第１のドープされた領域３２８と第２のドープされた領域３３０の間にはギャップ３３６が存在する。ギャップ３３６は、第２のドープされた領域３３０が入力表面３２０ａでの増大した数の電子３１６の生成と干渉しないようにサイズ決定され、かくしてＥＢＣ３３２が例えば最高１００％といった１００％に近い有効電子増倍面積を有することができるようになっている。１実施例では、ギャップ３３６はおよそ１ミクロンである。
【００１７】
例示された遮断構造３２２は、半導体構造３２０の発出表面３２０ｂ上に配置された第１の酸化物層３３８、第１の酸化物層３３８上に配置された例えばアルミニウムなどの金属層３４０、及び該金属層３４０上に配置された第２の酸化物層３４２を含む。１つの実施例では、遮断構造３２２の各層は、当業者にとっては直ちに明らかである従来の製造技術を用いて半導体構造３２０上に製造される。１つの実施例では、第１の酸化物層３３８は、厚みがおよそ１００〜３００ナノメートルであり、金属層３４０の厚みは約１００〜３００ナノメートル、第２の酸化物層３４２の厚みは約１００〜３００ナノメートルである。この実施形態に従うと、遮断構造３２２の全厚みは、およそ３００〜９００ナノメートルである。
【００１８】
例示された遮断構造３２２の各層は、実施例においてさまざまな機能を果たしている。第１の酸化物層３３８は、デポジットされた領域内の半導体構造３２０の発出表面３２０ｂからの電子の発出を禁止し、かくして第１の酸化物層３３８すなわち遮断領域３２６によって遮断された面積と発出表面３２０ｂと合計面積の比によりあらゆる「暗電流」を削減する。暗電流は、ＥＢＤ３１２内でノイズを作り出す、半導体構造３２０の熱変動により生成された半導体構造３２０内の電子の流れである。
【００１９】
１実施例では、金属層３４０は、半導体構造３２０を通ってそれに向かって増大した数の電子３１６を引き寄せるようにバイアスされる。一実施例では、金属層３４０は、半導体構造の厚みが電子拡散長まで減少するような形でバイアスされる。該実施例においては、バイアスは、電子が第２のドープされた領域３３０に進入するのに充分なエネルギーを獲得するのを防ぎかつ半導体構造３２０に対する損傷を防ぐべく例えば１ボルト未満といったように、低いものである。さらに、金属層３４０は、光電子エミッタ又は蛍光スクリーンがセンサー３１４として用いられる実施形態においては、光フィールドバックのための遮断層として作用する（図３）。金属層３４０は、この金属層３４０によって遮断された領域内で半導体構造３２０の発出表面３２０ｂを通って光子が光電陰極３０６に到達するのを防ぐように、かかるデバイスに由来する光子を吸収し反射し、かくして、センサー３１４からの光フィードバックに起因するノイズを削減する。
【００２０】
第２の酸化物層３４２は、金属層３４０による電子の発出を阻止するべく金属層３４０上に配置される。かくして、金属層３４０に起因するノイズは削減される。
【００２１】
図４は、ＥＢＤ３１２の底面図を描いている。例示された発出部域３２４は、遮断構造３２２により画定された幾何形状（例えば円）である。円が例示されているものの、発出領域３２４は、正方形であるか又は基本的には任意の幾何形状であってよい。１つの実施例においては、遮断構造３２２は発出領域３２４間で１０〜２０ミクロン延びており、発出領域３２４の直径は０.５〜２.０ミクロンである。かくして、この実施形態に従うと、遮断構造３２２は、半導体構造３２０の発出表面３２０ｂ（図３）の８０％を上回る割合をカバーする。
【００２２】
個々のＥＢＣ３３２は、ＥＢＤ３１２内に１つのアレイを形成する。例示されたアレイは正方形であるが、このアレイは、入力及び／又は出力電子のフォーマットに応じて、例えば円形又は矩形といったその他の幾何形状をとることができる（例えばレンズ適合性のためには円形、集積回路適合性のためには正方形／矩形）。１実施例においては、画像増強管内で使用される従来のマイクロチャンネルプレートを複製するために、３０００×３０００のＥＢＣ３３２を超える正方形のアレイが使用されることになる。ＥＢＣ３３２及びその付随する発出領域３２４の各々は、ＥＢＣ３３２のアレイが半導体構造３２０の入力表面３２０ａにおいて受け入れた電子を画素化するような形で、入力表面３２０ａの領域に対応している。１つのアレイに実際に利用されるＥＢＣ３３２の数は、個々のＥＢＣ３３２のサイズ及び画像増強装置３００の所望の解像度に応じて多少の差こそあれ、多くのものであり得る。
【００２３】
図３に戻って参照すると、センサー３１４は、入力表面３１４ａにおいてＥＢＤ３１２から増大した数の電子を受け入れる。一実施例では、センサー３１４は、従来技術の画像増強管において一般に使用される複数のコレクションウェル及びＣＭＯＳ基板をもつ従来の集積回路である。コレクションウェルで収集された電子は、出力端を通って従来の画像表示デバイス３０４に送られる増強された画像信号を生成するべくＣＭＯＳセンサ用の標準的信号処理機器を用いて処理される。一変形実施形態においては、センサー３１４は、増大した数の電子を直接光子に転換させる蛍光スクリーンである。センサー３１４の周辺表面は、センサー３１４に対する電気的接触を提供するべく、クロムといったような導電性材料（図示せず）でコーティングされる。
【００２４】
バイアス回路３５０が、画像増強装置３００に対しバイアス電流を提供する。バイアス回路３５０は、第１の電気回路３５２、第２の電気回路３５４、及び第３の電気回路３５６を含む。第１の電気回路３５２は、光電陰極３０６とＥＢＤ３１２の間にバイアス電圧を提供し、第２の電気回路３５４は、半導体構造３２０の入力表面３２０ａと遮断構造３２２の金属層３４０（図３Ａ）の間にバイアス電圧を提供し、第３の電気回路３５６は、ＥＢＤ３１２とセンサー３１４の間にバイアス電圧を提供する。
【００２５】
真空ハウジング３６０が光電陰極３０６、ＥＢＤ３１２及びセンサー３１４を収納する。好ましい１実施形態においては、光電陰極３０６及びＥＢＤ３１２は、光電陰極３０６の出力表面３０６ｂが、半導体構造３２０の入力表面３２０ａに対し例えば約１０ミクロン未満といった近接位置にあるような形で、ハウジング３６０の内部に位置づけされている。同様にして、ＥＢＤ３１２及びセンサー３１４は、半導体構造３２０の発出表面３２０ｂが、センサー３１４の入力表面３１４ａに対し、例えばセンサー３１４が集積回路である場合には１２７μｍ（５ミル）、センサー３１４が従来の蛍光スクリーンである場合には２５４μｍ（１０ミル）といった近接位置にあるような形で、ハウジング３６０の内部に位置づけされる。
【００２６】
作動中、画像３０２からの光子（すなわち光）３０８は、光電陰極３０６の入力側３０６ａを通って画像増強装置３００の中に入る。光電陰極３０６は、入射光を電子に変化させ、これらは、光電陰極３０６の出力側３０６ｂから発出される。光電陰極３０６から退出した電子３１０は、ドープされた半導体構造３２０の入力表面３２０ａを通ってＥＢＤ３１２内に入る。光電陰極３０６からの電子３１０は、ドープされた半導体構造３２０の入力表面３２０ａをボンバードし、こうして半導体構造３２０の入力表面３２０ａの近くで増大した数の電子が生成される。半導体構造３２０は、増大した数の電子を半導体構造３２０を通して発出表面３２０ｂ上の発出領域３２４まで導くためのドープされた領域を含む。半導体構造３２０上に配置された遮断構造が、発出領域３２４以外の領域内での発出表面３２０ｂからの電子の発出を阻止する。ＥＢＤ３１２は、発出表面３２０ｂの発出領域３２４から増大した数の電子を発出する。ＥＢＤ３１２は、１つの電子を受け入れる各々のＥＢＣ３３２内で数百個の電子を生成することができる。１つの電子を受け入れるＥＢＤ３１２内部の各ＥＢＣ３３２によって、数百個の電子が生成され得ることから、ＥＢＤ３１２から退出する電子の数は、ＥＢＤ３１２内に入った電子の数よりも著しく多い。発出された電子はセンサー３１４の入力表面３１４ａを打撃し、こうして、増強された画像の表現が生成されるか又は、表示デバイス３０４上での表示のために電子を増強された画像３１８の光子へと転換させる。
【００２７】
本発明の特定の実施形態が示され、詳細に記述されてきたが、当業者にとっては、適合及び修正が明白になることだろう。本発明のかかる適合及び修正は、本出願のクレームで記されている通りの範囲から逸脱することなく行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術の画像増強装置の例示である。
【図２】電子を増倍させるための半導体構造の断面図である。
【図３】本発明に従った画像増強装置の例示である。
【図３Ａ】図３の電子増倍装置の１つのセルの半分の拡大断面図である。
【図４】図３の画像増強装置の中で使用するための電子増倍装置の底面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像増強装置、より特定的にはその中で使用される電子増倍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像増強装置は、周囲光を有用な画像に増幅するために暗視／微光視の利用分野において使用される。図１は、既知の画像増強管１００を描いている。例示された画像増強管１００においては、光子は光電陰極１０２に衝突し、かくして電子／ホール対を生成する。マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）１０４が、光電陰極１０２により生成された電子を受け入れるために位置づけされる。ＭＣＰ１０４は、光電陰極１０２から受け入れた各々の電子に対して増大した数の電子を生成する。増大した数の電子を受け入れて画像増強管１００による表示のための画像を生成するように、蛍光スクリーン１０６が位置づけされる。光電陰極１０２、ＭＣＰ１０４及び蛍光スクリーン１０６は、それらの間の電子の流れを容易にするべく真空下でこれらのデバイスの間にギャップを維持する真空ハウジング１０８によって支持されている。
【０００３】
電子ボンバードデバイス（ＥＢＤ）は、電子を増倍させる能力をもつ。図２は、入力表面２０２と入力表面２０２の反対側の発出表面２０４を有する半導体構造に基づいているＥＢＤ２００を描いている。加速電子２０６は、入力表面２０２に衝突して半導体構造内で増大した数の自由電子２０８を生成する。増大した数の電子２０８は、入力表面と発出表面の間で半導体構造を横断し、そこで発出される。ＥＢＤに関する付加的な情報は、R.U. Martinelliによる「シリコンからの反射及び透過二次放出」（Appl. Phys. Lett.，第１７巻，第６号，ｐ３１３〜３１４，１９７０）及び R.U.Martinelli et al., によるＧａＡｓからの反射及び透過二次放出（J. Appl. Phys.，第４３巻，第１１号，ｐ４８０３〜４８０４，１９７２）の中に見い出すことができる。
【０００４】
ＥＢＤ２００は半導体構造であることから、成熟し実績のある半導体製造技術を用いて廉価に生産され得、所要電力は少ない。しかしながら、ＥＢＤは標準的に、電子増倍に使用される場合、低い画像転送特性を有する。
【０００５】
従って、改善された画像転送能力をもつ廉価で低電力電子増倍装置が、画像増強装置といったようなデバイスの中で使用するために必要とされている。本発明は、なかでもこのニーズを満たすものである。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、画像増強装置及びそのための電子増倍方法及び装置を提供する。本発明に従った方法には、入力表面及び該入力表面とは反対側の発出表面を有する半導体デバイス内で増大した数の電子を作り出す段階、及び該増大した数の電子を発出表面からの発出のため発出領域に導く段階を含む。本発明に従った装置は、電子を受け入れるための入力表面及び該入力表面と反対側の発出表面を有する半導体構造を含み、該半導体構造は、受け入れた電子に応答して増大した数の電子を生成する。該半導体構造は、発出表面上の少なくとも１つの発出領域に該増大した数の電子を導くようにドープされ、該少なくとも１つの発出部域の各々は、入力表面の対応する領域と結びつけられている。
【０００７】
本発明は、添付図面と結びつけて以下の詳細な説明を読むことにより、最も良く理解できる。このことは、一般的な実践方法に従って、図面のさまざまな特長が一定のスケールで拡大縮小して描かれてはいない、ということを強調している。むしろ、さまざまな特長の寸法は、明確さを期して任意に拡大又は縮小されている。図面間で同じ要素を表わすのに同じ番号が用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図３は、本発明の実施例に従った、表示デバイス３０４上で表示するべき画像３０２を増強するための画像増強管（image intensifier tube）３００（以下「画像増強装置（image intensifier）」と呼ぶ）の概略的表示である。総括的には、例示された画像増強装置３００は、１つの画像３００の光子３０８を自由電子３１０に転換するための光電陰極３０６、自由電子の数を増大させるための電子ボンバードデバイス（ＥＢＤ）３１２及び表示デバイス３０４上で増強された画像３１８を生成するべく増大した数の自由電子３１６を検知するためのセンサー３１４を含む。本発明のＥＢＤ３１２は電子増倍が必要とされる基本的にあらゆる利用分野で使用され得るが、それは、従来技術の暗視デバイス内に見い出される画像増強装置において特に有用である。従って、本発明は、暗視デバイス内で使用されるものといったような画像増強装置３００におけるその使用と併せて記述される。
【０００９】
光電陰極３０６は、入力表面３０６ａ及び出力表面３０６ｂを含んでいる。光子３０８が光電陰極３０６の入力表面３０６ａに衝突するとき、各々の衝突する光子３０８が自由電子を作り出す可能性がある。衝撃する光子３０８の結果生じる自由電子３１０は、光電陰極３０６を通過し、出力表面３０６ｂから発出される。出力表面３０６ｂは、光電陰極３０６の出力表面３０６ｂからの電子３１０の流れを容易にするため周知の要領で負の電子親和性（ＮＥＡ）状態まで活性化される。光電陰極３０６の周辺表面は、光電陰極３０６に対し電気接触を提供するべく、クロムといったような導電性材料（図示せず）でコーティングされる。
【００１０】
１つの実施例においては、光電陰極３０６は、光電子放出効果を示すガリウムヒ素（ＧａＡｓ）といったような半導体材料から作られた従来の光電陰極デバイスである。ＧａＰ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＩｎＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓなどといったようなその他のＩＩＩ−Ｖ材料も使用できるということに留意されたい。代替的には、光電陰極は、既知のバイアルカリ（Ｂｉ−ａｌｋａｌｉ）であり得る。光電陰極３０６の一例においては、光電子放出性半導体材料は光子を吸収する。吸収された光子は、半導体材料のキャリア密度を増加させ、かくして、出力表面３０６ｂからの発出のため光電陰極３０６を通過する電子３１０のフォト電流を該材料に生成させる。
【００１１】
ＥＢＤ３１２は、光電陰極３０６の出力表面３０６ｂから発出される電子を増倍させる。例示されたＥＢＤ３１２は、ドープされた半導体構造３２０（以下「半導体構造」と呼ぶ）及び遮断構造３２２を含む。半導体構造３２０は、入力表面３２０ａ及びこの入力表面３２０ａと反対側の発出表面３２０ｂを有する。以下で詳細に記述するように、半導体構造３２０は、例えば第１のドープされた領域３２８及び第２のドープされた領域３３０内でドープされて、発出表面３２０ｂ上の発出領域（発出領域３２４により代表される）まで電子３１６の流れを導く。かくして、ドープされた領域は、発出領域３２４を予め画定する。発出領域３２４は、半導体構造３２０の発出領域３２４からの電子の流れを容易にするべく周知の要領で負の電子親和性（ＮＥＡ）状態まで活性化される。１つの実施例では、半導体構造３２０はシリコンであり、厚みは約２０〜３０ミクロンである。代替的には、半導体構造３２０は、ＧａＡｓといったようなもう１つのタイプの半導体材料でありうる。
【００１２】
遮断構造３２２は、発出表面３２０ｂ上に遮断領域（遮断領域３２６に代表される）を生成する。遮断領域３２６は、発出表面３２０ｂを通って半導体構造３２０内に及びその外への電子の流れを阻止し、かくして空間忠実度を維持する。また、以下で記述されているように、利用される場合、該遮断構造３２２は、電子の流れを遮断することに加えていくつかの機能を実施することができる。いくつかの実施例では、半導体構造３２０が遮断構造３２２なしで適切な電子増倍を提供することになるように考慮されている。これらの実施形態に従うと、遮断構造３２２を削除することができる。
【００１３】
ＥＢＤ３１２には、ＥＢＣ３３２に代表される複数の電子ボンバードセル（ＥＢＣ）が含まれる。図３Ａは、半導体構造３２０及び遮断構造３２２を詳述する上で使用するための１つのＥＢＣ３３２の半分の拡大断面図を描いている。例示されたＥＢＣ３３２においては、第１のドープされた領域３２８が半導体構造３２０の入力表面３２０ａと接触しており、第２のドープされた領域３３０が発出表面３２０ｂと接触し、入力表面３２０ａに向かって延びている。遮断構造３２２は、第２のドープされた領域３３０に対応する、遮断領域３２６内の半導体構造３２０の発出表面３２０ｂ上に配置されている。
【００１４】
ＥＢＣ３３２の入力表面３２０ａに衝突する電子３１０は、増大した数の電子３１６を作り出す。第１のドープされた領域３２８は、該増大した数の電子３１６を入力表面３２０ａから離して半導体構造３２０内へと強制するようにドープされ、かくして入力表面３２０ａにおける電子の再結合を阻止する。入力表面での電子の再結合を阻止することによって、より多くの電子が半導体構造を通って発出表面３２０ｂまで流れかくして効率を高めることができる。１つの実施例においては、第１のドープされた領域３２８は、シリコンの半導体構造３２０のためのホウ素又はアルミニウムといったような従来のｐ型ドーパントでドープされる。該実施例においては、第１のドープされた領域３２８は、例えば１立方センチメートルあたり１０18又は１０19パーツといったように高レベルでドープされ、深さは約１００〜３００ナノメートルである。例えばＧａＡｓといったようなシリコン半導体及びその他の半導体材料を用いた用途のためのその他の適切なドーパント、濃度及び寸法は、半導体製造の当業者には容易に明らかになるだろう。一実施例では、ＥＢＤ３１２（図３）の周辺表面は、ＥＢＤ３１２の前面に対する電気的接触を提供するべく第１のドープされた領域３２８に隣接してクロムといったような導電性材料（図示せず）でコーティングされている。
【００１５】
第２のドープされた領域３３０は、増大した数の電子３１６を発出領域３２４に向かって導くようにドープされる。第２のドープされた領域３３０は、発出表面３２０ｂ上の発出領域３２４に対し、入力表面３２０ａ上の基本的に任意の場所に衝突する電子から生成され得る増大した数の電子３１６を導くための漏斗として作用する。ドープされた領域３３０は、入力表面３２０ａから発出領域３２４まで延びるチャンネル領域３３１を画定する。チャンネル領域３３１は、入力表面３２０ａ近くで比較的広い断面積を有し、この断面積は、それが発出領域３２４に近づくにつれて狭まる。１実施例では、第２のドープされた領域３３０は、例えば１立方センチメートルあたり１０17パーツといったシリコン半導体構造用のホウ素又はアルミニウムといったような従来のｐ型ドーパントで適度にドープされており、ＥＢＣ間の交差部３３４での約２４ミクロンから発出領域３２４近くのゼロまで変動する厚みを有する。例えばＧａＡｓといったようなシリコン半導体及びその他の半導体材料を用いた用途のためのその他の適切なドーパント、濃度及び寸法は、半導体製造の当業者には容易に明らかになるだろう。
【００１６】
１実施例では、第１のドープされた領域３２８と第２のドープされた領域３３０の間にはギャップ３３６が存在する。ギャップ３３６は、第２のドープされた領域３３０が入力表面３２０ａでの増大した数の電子３１６の生成と干渉しないようにサイズ決定され、かくしてＥＢＣ３３２が例えば最高１００％といった１００％に近い有効電子増倍面積を有することができるようになっている。１実施例では、ギャップ３３６はおよそ１ミクロンである。
【００１７】
例示された遮断構造３２２は、半導体構造３２０の発出表面３２０ｂ上に配置された第１の酸化物層３３８、第１の酸化物層３３８上に配置された例えばアルミニウムなどの金属層３４０、及び該金属層３４０上に配置された第２の酸化物層３４２を含む。１つの実施例では、遮断構造３２２の各層は、当業者にとっては直ちに明らかである従来の製造技術を用いて半導体構造３２０上に製造される。１つの実施例では、第１の酸化物層３３８は、厚みがおよそ１００〜３００ナノメートルであり、金属層３４０の厚みは約１００〜３００ナノメートル、第２の酸化物層３４２の厚みは約１００〜３００ナノメートルである。この実施形態に従うと、遮断構造３２２の全厚みは、およそ３００〜９００ナノメートルである。
【００１８】
例示された遮断構造３２２の各層は、実施例においてさまざまな機能を果たしている。第１の酸化物層３３８は、デポジットされた領域内の半導体構造３２０の発出表面３２０ｂからの電子の発出を禁止し、かくして第１の酸化物層３３８すなわち遮断領域３２６によって遮断された面積と発出表面３２０ｂと合計面積の比によりあらゆる「暗電流」を削減する。暗電流は、ＥＢＤ３１２内でノイズを作り出す、半導体構造３２０の熱変動により生成された半導体構造３２０内の電子の流れである。
【００１９】
１実施例では、金属層３４０は、半導体構造３２０を通ってそれに向かって増大した数の電子３１６を引き寄せるようにバイアスされる。一実施例では、金属層３４０は、半導体構造の厚みが電子拡散長まで減少するような形でバイアスされる。該実施例においては、バイアスは、電子が第２のドープされた領域３３０に進入するのに充分なエネルギーを獲得するのを防ぎかつ半導体構造３２０に対する損傷を防ぐべく例えば１ボルト未満といったように、低いものである。さらに、金属層３４０は、光電子エミッタ又は蛍光スクリーンがセンサー３１４として用いられる実施形態においては、光フィールドバックのための遮断層として作用する（図３）。金属層３４０は、この金属層３４０によって遮断された領域内で半導体構造３２０の発出表面３２０ｂを通って光子が光電陰極３０６に到達するのを防ぐように、かかるデバイスに由来する光子を吸収し反射し、かくして、センサー３１４からの光フィードバックに起因するノイズを削減する。
【００２０】
第２の酸化物層３４２は、金属層３４０による電子の発出を阻止するべく金属層３４０上に配置される。かくして、金属層３４０に起因するノイズは削減される。
【００２１】
図４は、ＥＢＤ３１２の底面図を描いている。例示された発出部域３２４は、遮断構造３２２により画定された幾何形状（例えば円）である。円が例示されているものの、発出領域３２４は、正方形であるか又は基本的には任意の幾何形状であってよい。１つの実施例においては、遮断構造３２２は発出領域３２４間で１０〜２０ミクロン延びており、発出領域３２４の直径は０.５〜２.０ミクロンである。かくして、この実施形態に従うと、遮断構造３２２は、半導体構造３２０の発出表面３２０ｂ（図３）の８０％を上回る割合をカバーする。
【００２２】
個々のＥＢＣ３３２は、ＥＢＤ３１２内に１つのアレイを形成する。例示されたアレイは正方形であるが、このアレイは、入力及び／又は出力電子のフォーマットに応じて、例えば円形又は矩形といったその他の幾何形状をとることができる（例えばレンズ適合性のためには円形、集積回路適合性のためには正方形／矩形）。１実施例においては、画像増強管内で使用される従来のマイクロチャンネルプレートを複製するために、３０００×３０００のＥＢＣ３３２を超える正方形のアレイが使用されることになる。ＥＢＣ３３２及びその付随する発出領域３２４の各々は、ＥＢＣ３３２のアレイが半導体構造３２０の入力表面３２０ａにおいて受け入れた電子を画素化するような形で、入力表面３２０ａの領域に対応している。１つのアレイに実際に利用されるＥＢＣ３３２の数は、個々のＥＢＣ３３２のサイズ及び画像増強装置３００の所望の解像度に応じて多少の差こそあれ、多くのものであり得る。
【００２３】
図３に戻って参照すると、センサー３１４は、入力表面３１４ａにおいてＥＢＤ３１２から増大した数の電子を受け入れる。一実施例では、センサー３１４は、従来技術の画像増強管において一般に使用される複数のコレクションウェル及びＣＭＯＳ基板をもつ従来の集積回路である。コレクションウェルで収集された電子は、出力端を通って従来の画像表示デバイス３０４に送られる増強された画像信号を生成するべくＣＭＯＳセンサ用の標準的信号処理機器を用いて処理される。一変形実施形態においては、センサー３１４は、増大した数の電子を直接光子に転換させる蛍光スクリーンである。センサー３１４の周辺表面は、センサー３１４に対する電気的接触を提供するべく、クロムといったような導電性材料（図示せず）でコーティングされる。
【００２４】
バイアス回路３５０が、画像増強装置３００に対しバイアス電流を提供する。バイアス回路３５０は、第１の電気回路３５２、第２の電気回路３５４、及び第３の電気回路３５６を含む。第１の電気回路３５２は、光電陰極３０６とＥＢＤ３１２の間にバイアス電圧を提供し、第２の電気回路３５４は、半導体構造３２０の入力表面３２０ａと遮断構造３２２の金属層３４０（図３Ａ）の間にバイアス電圧を提供し、第３の電気回路３５６は、ＥＢＤ３１２とセンサー３１４の間にバイアス電圧を提供する。
【００２５】
真空ハウジング３６０が光電陰極３０６、ＥＢＤ３１２及びセンサー３１４を収納する。好ましい１実施形態においては、光電陰極３０６及びＥＢＤ３１２は、光電陰極３０６の出力表面３０６ｂが、半導体構造３２０の入力表面３２０ａに対し例えば約１０ミクロン未満といった近接位置にあるような形で、ハウジング３６０の内部に位置づけされている。同様にして、ＥＢＤ３１２及びセンサー３１４は、半導体構造３２０の発出表面３２０ｂが、センサー３１４の入力表面３１４ａに対し、例えばセンサー３１４が集積回路である場合には１２７μｍ（５ミル）、センサー３１４が従来の蛍光スクリーンである場合には２５４μｍ（１０ミル）といった近接位置にあるような形で、ハウジング３６０の内部に位置づけされる。
【００２６】
作動中、画像３０２からの光子（すなわち光）３０８は、光電陰極３０６の入力側３０６ａを通って画像増強装置３００の中に入る。光電陰極３０６は、入射光を電子に変化させ、これらは、光電陰極３０６の出力側３０６ｂから発出される。光電陰極３０６から退出した電子３１０は、ドープされた半導体構造３２０の入力表面３２０ａを通ってＥＢＤ３１２内に入る。光電陰極３０６からの電子３１０は、ドープされた半導体構造３２０の入力表面３２０ａをボンバードし、こうして半導体構造３２０の入力表面３２０ａの近くで増大した数の電子が生成される。半導体構造３２０は、増大した数の電子を半導体構造３２０を通して発出表面３２０ｂ上の発出領域３２４まで導くためのドープされた領域を含む。半導体構造３２０上に配置された遮断構造が、発出領域３２４以外の領域内での発出表面３２０ｂからの電子の発出を阻止する。ＥＢＤ３１２は、発出表面３２０ｂの発出領域３２４から増大した数の電子を発出する。ＥＢＤ３１２は、１つの電子を受け入れる各々のＥＢＣ３３２内で数百個の電子を生成することができる。１つの電子を受け入れるＥＢＤ３１２内部の各ＥＢＣ３３２によって、数百個の電子が生成され得ることから、ＥＢＤ３１２から退出する電子の数は、ＥＢＤ３１２内に入った電子の数よりも著しく多い。発出された電子はセンサー３１４の入力表面３１４ａを打撃し、こうして、増強された画像の表現が生成されるか又は、表示デバイス３０４上での表示のために電子を増強された画像３１８の光子へと転換させる。
【００２７】
本発明の特定の実施形態が示され、詳細に記述されてきたが、当業者にとっては、適合及び修正が明白になることだろう。本発明のかかる適合及び修正は、本出願のクレームで記されている通りの範囲から逸脱することなく行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術の画像増強装置の例示である。
【図２】電子を増倍させるための半導体構造の断面図である。
【図３】本発明に従った画像増強装置の例示である。
【図３Ａ】図３の電子増倍装置の１つのセルの半分の拡大断面図である。
【図４】図３の画像増強装置の中で使用するための電子増倍装置の底面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を受け入れるための入力表面及び該入力表面とは反対側の発出表面を有し、受け入れた電子に応答して増大した数の電子を生成し、かつ前記発出表面上の少なくとも１つの発出領域に対して増大した数の電子を導くようにドープされており、該少なくとも１つの発出領域の各々が前記入力表面の対応する領域と結びつけられている半導体構造、を含んで成る電子増倍装置。
【請求項２】
遮断領域内で前記発出表面からの電子の発出を阻止するため遮断領域内の発出表面上に配置されている遮断構造、をさらに含んで成る、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記遮断構造が少なくとも、
前記遮断領域内の発出表面からの電子の発出を阻止するため前記発出表面上に配置された第１の酸化物層、
前記半導体構造を通して電子を引き出すべく前記第１の酸化物層の上に配置された金属層、及び
前記金属層からの電子の発出を阻止するべく前記金属層上に配置された第２の酸化物層、
を含んで成る、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記遮断構造が、前記発出表面上の遮断領域を通して前記半導体構造内に光が入るのを防いでいる、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記のドープされた半導体構造が少なくとも、
前記発出表面と接触し、前記発出表面から前記入力表面に向かって延びる第１のドープされた領域、を含んで成り、
ここで該第１のドープされた領域が、少なくとも１つの発出領域に向かって増大した数の電子を導くべく少なくとも１つの発出領域と結びつけられた入力表面の対応する領域から少なくとも１つの発出領域まで延びる少なくとも１つのチャンネルを画定し、該少なくとも１つのチャンネルが、少なくとも１つの発出領域においてよりも前記入力表面に向かってさらに大きい断面積を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記半導体構造が前記入力表面近くで増大した数の電子を生成し、前記のドープされた半導体構造がさらに少なくとも、
前記入力表面と接触した第２のドープされた領域を含み、該第２のドープされた領域は、増大した数の電子を前記入力表面から離れるように強制して前記入力表面における増大した数の電子の再結合を防いでいる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記のドープされた半導体構造が、第１のドープされた領域と第２のドープされた領域の間にギャップを含み、かくして前記入力表面の１００％に近い入力表面上の有効電子増倍領域を提供している、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
入力表面及び該入力表面とは反対側の発出表面を有する半導体デバイス内で増大した数の電子を作り出す段階であって、前記入力表面に衝突した電子に応えて該増大した数の電子が生成される段階、及び
前記発出表面からの発出のため発出領域に対し増大した数の電子を導く段階、
を含んで成る電子増倍方法。
【請求項９】
前記発出領域以外の領域内で前記半導体デバイスの発出表面からの電子の発出を遮断する段階、
をさらに含んで成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記発出領域以外の領域内で前記半導体デバイスの発出表面内への電子の流れを遮断する段階、
をさらに含んで成る、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
画像の光子を受け入れるための入力表面及び光電陰極により生成された電子を発出する出力表面を有し、前記入力表面で受け入れた光子に応答して電子を生成する光電陰極、
前記光電陰極によって発出された電子を受け入れるための入力表面及び該入力表面とは反対側の発出表面を有し、受け入れた電子に応答して増大した数の電子を生成し、かつ前記発出表面上の少なくとも１つの発出領域に対して増大した数の電子を導くようにドープされており、該少なくとも１つの発出領域の各々が前記入力表面の対応する領域と結びつけられている半導体構造、及び
前記半導体構造の発出表面により発出された増大した数の電子を受け入れ、該増大した数の電子に基づいて画像の増強された表現を生成するように構成されたセンサー、
を含んで成る画像増強装置。
【請求項１２】
遮断領域内の発出表面からの電子の発出を阻止するため前記遮断領域内の前記半導体構造の発出表面上に配置されている遮断構造、
をさらに含んで成る、請求項１１に記載の画像増強装置。
【請求項１３】
前記遮断構造が少なくとも、
前記遮断領域内の発出表面からの電子の発出を阻止するため前記発出表面上に配置された第１の酸化物層、
前記半導体構造を通して電子を引き出すべく前記第１の酸化物層の上に配置された金属層、及び
前記金属層からの電子の発出を阻止するべく前記金属層上に配置された第２の酸化物層、
を含んで成る、請求項１２に記載の画像増強装置。
【請求項１４】
前記光電陰極、前記半導体構造及び画像形成デバイスを支持するための真空ハウジングをさらに含み、ここに前記光電陰極と前記半導体構造の間に第１のギャップが存在し、前記半導体構造と前記画像形成デバイスの間に第２のギャップが存在し、該真空ハウジングが真空下で前記第１及び第２のギャップを維持する能力を有する、請求項１１に記載の画像増強装置。
【請求項１５】
前記センサーが蛍光スクリーンであり、前記遮断構造は蛍光スクリーンから発出された光子が前記発出表面上の遮断領域を通して前記半導体構造に入るのを防いでいる、請求項１１に記載の画像増強装置。
【請求項１６】
前記のドープされた半導体構造が少なくとも、
前記発出表面と接触した第１のドープされた領域と、前記発出表面から前記入力表面に向かって延びた第２のドープされた領域とを含み、ここで該第１のドープされた領域が、少なくとも１つの発出領域に向かって増大した数の電子を導くべく少なくとも１つの発出領域と結びつけられた入力表面の対応する領域から少なくとも１つの発出領域まで延びる少なくとも１つのチャンネルを画定し、該少なくとも１つのチャンネルが、少なくとも１つの発出領域においてよりも前記入力表面に向かってさらに大きい断面積を有している、請求項１１に記載の画像増強装置。
【請求項１７】
前記半導体構造が前記入力表面近くで増大した数の電子を生成し、前記のドープされた半導体構造がさらに少なくとも、
前記入力表面と接触した第２のドープされた領域を含み、該第２のドープされた領域は、増大した数の電子を前記入力表面から離れるように強制して前記入力表面における増大した数の電子の再結合を防いでいる、請求項１６に記載の画像増強装置。
【請求項１８】
前記のドープされた半導体構造が、第１のドープされた領域と第２のドープされた領域の間にギャップを含み、かくして前記入力表面の１００％に近い入力表面上の有効電子増倍領域を提供している、請求項１７に記載の画像増強装置。
【請求項１９】
電子を受け入れるための入力表面及び該入力表面から離隔した発出表面を有し、受け入れた電子に応答して増大した数の電子を生成し、かつ複数のセルを形成するようにドープされた半導体構造を含む電子増倍装置において、該複数のセルの各々が前記半導体構造の入力表面上の領域に対応し、該領域と結びつけられた増大した数の電子を前記発出表面上の発出領域に導く該領域と結びつけられたチャンネル、を有する電子増倍装置。
【請求項２０】
各々のセルが少なくとも、
前記発出表面から前記入力表面に向かって延び、前記発出表面上の発出領域及びチャンネルを画定する第１のドープされた領域であって、該チャンネルが前記発出領域においてよりも大きい断面積を前記入力表面に向かって有する第１のドープされた領域、を含んで成る、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記半導体構造が前記入力表面近くで増大した数の電子を生成し、各々のセルがさらに少なくとも、
前記入力表面と接触した第２のドープされた領域を含み、該第２のドープされた領域は、増大した数の電子を前記入力表面から離れるように強制する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記複数のセルの各々に結びつけられた発出領域以外の領域内の発出表面からの電子の発出を阻止するため前記発出表面上に配置されている遮断構造、をさらに含んで成る、請求項１９に記載の装置。
【請求項１】
電子を受け入れるための入力表面及び該入力表面とは反対側の発出表面を有し、受け入れた電子に応答して増大した数の電子を生成し、かつ前記発出表面上の少なくとも１つの発出領域に対して増大した数の電子を導くようにドープされており、該少なくとも１つの発出領域の各々が前記入力表面の対応する領域と結びつけられている半導体構造、を含んで成る電子増倍装置。
【請求項２】
遮断領域内で前記発出表面からの電子の発出を阻止するため遮断領域内の発出表面上に配置されている遮断構造、をさらに含んで成る、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記遮断構造が少なくとも、
前記遮断領域内の発出表面からの電子の発出を阻止するため前記発出表面上に配置された第１の酸化物層、
前記半導体構造を通して電子を引き出すべく前記第１の酸化物層の上に配置された金属層、及び
前記金属層からの電子の発出を阻止するべく前記金属層上に配置された第２の酸化物層、
を含んで成る、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記遮断構造が、前記発出表面上の遮断領域を通して前記半導体構造内に光が入るのを防いでいる、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記のドープされた半導体構造が少なくとも、
前記発出表面と接触し、前記発出表面から前記入力表面に向かって延びる第１のドープされた領域、を含んで成り、
ここで該第１のドープされた領域が、少なくとも１つの発出領域に向かって増大した数の電子を導くべく少なくとも１つの発出領域と結びつけられた入力表面の対応する領域から少なくとも１つの発出領域まで延びる少なくとも１つのチャンネルを画定し、該少なくとも１つのチャンネルが、少なくとも１つの発出領域においてよりも前記入力表面に向かってさらに大きい断面積を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記半導体構造が前記入力表面近くで増大した数の電子を生成し、前記のドープされた半導体構造がさらに少なくとも、
前記入力表面と接触した第２のドープされた領域を含み、該第２のドープされた領域は、増大した数の電子を前記入力表面から離れるように強制して前記入力表面における増大した数の電子の再結合を防いでいる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記のドープされた半導体構造が、第１のドープされた領域と第２のドープされた領域の間にギャップを含み、かくして前記入力表面の１００％に近い入力表面上の有効電子増倍領域を提供している、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
入力表面及び該入力表面とは反対側の発出表面を有する半導体デバイス内で増大した数の電子を作り出す段階であって、前記入力表面に衝突した電子に応えて該増大した数の電子が生成される段階、及び
前記発出表面からの発出のため発出領域に対し増大した数の電子を導く段階、
を含んで成る電子増倍方法。
【請求項９】
前記発出領域以外の領域内で前記半導体デバイスの発出表面からの電子の発出を遮断する段階、
をさらに含んで成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記発出領域以外の領域内で前記半導体デバイスの発出表面内への電子の流れを遮断する段階、
をさらに含んで成る、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
画像の光子を受け入れるための入力表面及び光電陰極により生成された電子を発出する出力表面を有し、前記入力表面で受け入れた光子に応答して電子を生成する光電陰極、
前記光電陰極によって発出された電子を受け入れるための入力表面及び該入力表面とは反対側の発出表面を有し、受け入れた電子に応答して増大した数の電子を生成し、かつ前記発出表面上の少なくとも１つの発出領域に対して増大した数の電子を導くようにドープされており、該少なくとも１つの発出領域の各々が前記入力表面の対応する領域と結びつけられている半導体構造、及び
前記半導体構造の発出表面により発出された増大した数の電子を受け入れ、該増大した数の電子に基づいて画像の増強された表現を生成するように構成されたセンサー、
を含んで成る画像増強装置。
【請求項１２】
遮断領域内の発出表面からの電子の発出を阻止するため前記遮断領域内の前記半導体構造の発出表面上に配置されている遮断構造、
をさらに含んで成る、請求項１１に記載の画像増強装置。
【請求項１３】
前記遮断構造が少なくとも、
前記遮断領域内の発出表面からの電子の発出を阻止するため前記発出表面上に配置された第１の酸化物層、
前記半導体構造を通して電子を引き出すべく前記第１の酸化物層の上に配置された金属層、及び
前記金属層からの電子の発出を阻止するべく前記金属層上に配置された第２の酸化物層、
を含んで成る、請求項１２に記載の画像増強装置。
【請求項１４】
前記光電陰極、前記半導体構造及び画像形成デバイスを支持するための真空ハウジングをさらに含み、ここに前記光電陰極と前記半導体構造の間に第１のギャップが存在し、前記半導体構造と前記画像形成デバイスの間に第２のギャップが存在し、該真空ハウジングが真空下で前記第１及び第２のギャップを維持する能力を有する、請求項１１に記載の画像増強装置。
【請求項１５】
前記センサーが蛍光スクリーンであり、前記遮断構造は蛍光スクリーンから発出された光子が前記発出表面上の遮断領域を通して前記半導体構造に入るのを防いでいる、請求項１１に記載の画像増強装置。
【請求項１６】
前記のドープされた半導体構造が少なくとも、
前記発出表面と接触した第１のドープされた領域と、前記発出表面から前記入力表面に向かって延びた第２のドープされた領域とを含み、ここで該第１のドープされた領域が、少なくとも１つの発出領域に向かって増大した数の電子を導くべく少なくとも１つの発出領域と結びつけられた入力表面の対応する領域から少なくとも１つの発出領域まで延びる少なくとも１つのチャンネルを画定し、該少なくとも１つのチャンネルが、少なくとも１つの発出領域においてよりも前記入力表面に向かってさらに大きい断面積を有している、請求項１１に記載の画像増強装置。
【請求項１７】
前記半導体構造が前記入力表面近くで増大した数の電子を生成し、前記のドープされた半導体構造がさらに少なくとも、
前記入力表面と接触した第２のドープされた領域を含み、該第２のドープされた領域は、増大した数の電子を前記入力表面から離れるように強制して前記入力表面における増大した数の電子の再結合を防いでいる、請求項１６に記載の画像増強装置。
【請求項１８】
前記のドープされた半導体構造が、第１のドープされた領域と第２のドープされた領域の間にギャップを含み、かくして前記入力表面の１００％に近い入力表面上の有効電子増倍領域を提供している、請求項１７に記載の画像増強装置。
【請求項１９】
電子を受け入れるための入力表面及び該入力表面から離隔した発出表面を有し、受け入れた電子に応答して増大した数の電子を生成し、かつ複数のセルを形成するようにドープされた半導体構造を含む電子増倍装置において、該複数のセルの各々が前記半導体構造の入力表面上の領域に対応し、該領域と結びつけられた増大した数の電子を前記発出表面上の発出領域に導く該領域と結びつけられたチャンネル、を有する電子増倍装置。
【請求項２０】
各々のセルが少なくとも、
前記発出表面から前記入力表面に向かって延び、前記発出表面上の発出領域及びチャンネルを画定する第１のドープされた領域であって、該チャンネルが前記発出領域においてよりも大きい断面積を前記入力表面に向かって有する第１のドープされた領域、を含んで成る、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記半導体構造が前記入力表面近くで増大した数の電子を生成し、各々のセルがさらに少なくとも、
前記入力表面と接触した第２のドープされた領域を含み、該第２のドープされた領域は、増大した数の電子を前記入力表面から離れるように強制する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記複数のセルの各々に結びつけられた発出領域以外の領域内の発出表面からの電子の発出を阻止するため前記発出表面上に配置されている遮断構造、をさらに含んで成る、請求項１９に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図３Ａ】
【図４】
【図２】
【図３】
【図３Ａ】
【図４】
【公表番号】特表２００６−５２１６８０（Ｐ２００６−５２１６８０Ａ）
【公表日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５０９２８１（Ｐ２００６−５０９２８１）
【出願日】平成１６年３月２５日（２００４．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／００９１４０
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０８８７０２
【国際公開日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【出願人】（５９６０２９７９７）アイティーティー・マニュファクチャリング・エンタープライジズ・インコーポレーテッド (34)
【公表日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年３月２５日（２００４．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／００９１４０
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０８８７０２
【国際公開日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【出願人】（５９６０２９７９７）アイティーティー・マニュファクチャリング・エンタープライジズ・インコーポレーテッド (34)
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