通道型电子倍增体及离子检测器的制作方法

1.本发明关于一种通道型电子倍增体及含有该通道型电子倍增体的离子检测器。


背景技术：

2.作为可以用于质量分析设备等的检测装置，例如，日本特开昭52-26150号公报(专利文件1)及日本特开平3-53443号公报(专利文件2)中公开的具有通道型电子倍增体(channel electron multiplier，以下，记为“cem”)、被设置于该cem的输入端面一侧的输入侧电极(以下，记为“in电极”)、被设置于该cem的输出端面一侧的输出侧电极(以下，“out电极”)、和捕捉从该cem的输出端面被放出的电子的阳极的离子检测器被人所知。另外，上述cem具有在通道内壁面上电阻层、电子放出面被依次层叠的连续型(通道型)的倍增电极构造。特别地，上述专利文件1及专利文件2中，为了获得从外部电极被导向至离子检测器的带电粒子(离子)到达的通道开口的面积，以沿离子的行进方向其截面积缓慢变小的方式被锥形加工的内壁面的开口部(以下，记为“锥形开口部”)被设置于通道的输入侧端部。
3.此外，日本特开2011-181336号公报(专利文件3)中公开有作为上述外部电极被设定在接地电位(gnd)中的网格电极。


技术实现要素：

4.发明者们对上述现有技术进行研究结果发现以下问题。即，近年在用于个数计数的质量分析设备中，检测效率的改善渐渐变为重要的要求，由如上所述的现有技术得到的检测灵敏度不能满足这样的要求。
5.特别地，在cem中，为了获得通道开口的面积(检测可能区域)，在通道的输入一侧的端部设置特殊形状的开口部(截面积从输入侧向输出侧缓慢变小的锥形开口部)的方法是有效的。但是，对于外部电场锥形开口部若是在静电场方面暴露，由于该外部电场的侵入会引起该锥形开口部内部的静电场的扰乱。这种情况下，将锥形开口部内部产生的电子(二次电子)吸引至通道的输出侧的效率低下，结果发生检测灵敏度的降低。加之，由于cem具有使用电阻膜的连续型(通道型)的倍增电极构造，在该锥形开口部内部也发生电压下降。在像这样的状況下，离子到达锥形开口部中的输入侧的情况下，虽然能够最大限度利用能够对倍增有贡献的电压(高灵敏度检测)，在离子到达锥形开口部中的输出侧的情况下，能够对倍增有贡献的电压发生损失(低灵敏度检测)。
6.本发明为解决如上所述的问题而实施，目的是提供一种具备用于实现比现有技术高灵敏度的离子检测的构造的cem，及含有该cem的离子检测器。
7.本实施方式涉及的cem(通道型电子倍增体)为了解决上述问题，具备：通道主体、输入侧导电层、输出侧导电层、及电极。通道主体具有：带电粒子(离子)到达的输入端面、与该输入端面相对的输出端面、及连接该输入端面和该输出端面的至少一条通道。另外，通道的内壁面上形成有第一电阻层及第一电子放出层。输入侧导电层以连续地覆盖输入端面和通道的内壁面的一部分的方式被设置。输出侧导电层以至少一部分位于通道的开口端的方
式被设置于输出端面上。电极被配置于相对于输入端面的输出端面的相反侧，具有用于使朝向该输入端面的带电粒子通过的至少一个开口。特别地，通道包含锥形开口部，该锥形开口部具有与输入端面一致的开口端、且以从该输入端面朝向输出端面截面积减少的方式成形有内壁面。另外，输入侧导电层和电极被设定为相同电位。在本说明书中，锥形开口部等的“截面积”在与从输入端面朝向输出端面延伸的通道主体的中心轴垂直的平面上被定义。
8.本实施方式涉及的离子检测器，至少包含具有如上所述的构造的通道型电子倍增体(本实施方式涉及的通道型电子倍增体)。
9.此外，本发明涉及的各实施方式，由以下的详细说明及附图可得到更充分的理解。这些实施例仅为示例，不应认为是对本发明的限定。
10.另外，本发明的进一步的应用范围，由以下的详细说明变得清晰。但是，虽然详细说明及特定的事例示出该发明适合的实施方式，但仅为示例的展示，从业者可从该详细说明发现在本发明的范围内的各种变形及改良。
附图说明
11.图1(a)及图1(b)为用于说明含有cem的主要部分的仿真
·
模型的构造的图。
12.图2为用于说明本实施方式涉及的离子检测器的第一构造的截面图。
13.图3为用于说明本实施方式涉及的离子检测器的第二构造的截面图。
14.图4为用于说明本实施方式涉及的cem中通道主体的构造的一个示例的组装工序图。
15.图5(a)～图5(e)为示出本实施方式涉及的cem中通道主体的外观和各种变形例的图。
16.图6(a)及图6(b)为示出本实施方式涉及的cem中通道主体中的锥形开口部附近的截面构造的图。
17.图7(a)～图7(c)为示出本实施方式涉及的可以适用于cem的in电极附近的各种截面构造的图。
18.图8(a)及图8(b)为示出关于适用于图3中示出的离子检测器的各种cem构造，检测效率改善率及灵敏度改善率的测定结果的图表。
具体实施方式
19.图1(a)及图1(b)为示出得到上述“发明要解决的技术问题”一栏中所示的发明者们的结论的、含有为现有技术的研究而准备的cem(通道型电子倍增体)的主要部分的仿真
·
模型的构造的图。在具体实施的仿真中，作为用于改善cem的检测效率及灵敏度的因素，关于“输入侧开口部附近的外部电位”，“覆盖输入侧开口部的金属网格(电极)的有无”，及“设置于输入侧开口部内的插入电极部分(输入侧导电层的一部分)的有无”三要素进行了静电场解析。此外，图1(a)为，仿真
·
模型(基本模型)1的立体图，图1(b)为沿如图1(a)中所示的i-i线的仿真
·
模型的截面图。
20.如图1(a)及图1(b)所示，仿真
·
模型1例如具备由陶瓷材料构成的模型主体2。模型主体2中，作为cem的主要部分设置有通道20。该通道20具有离子到达的输入端和与该输入端相对且响应离子的输入而被倍增的电子最终被放出的输出端。另外，在通道20的内壁
面上，电阻层、电子放出层被依次层叠。此外，电阻层及电子放出层例如通过原子堆积法(ald:atomic layer deposition)等被形成。进一步，通道20由位于输入端的锥形开口部20c，和分别被设置于该锥形开口部20c和输出端之间的第一及第二通路20a、20b构成。锥形开口部20c具有与输入端一致的开口端且具有以从该输入端向输出端截面积变小的方式成形的内壁面构造。第一及第二通路20a、20b为连接锥形开口部20c的输出口和通道20的输出端的两条通路，各自的输入口同时被连接至锥形开口部20c的输出口。另外，通道20的输入端(与锥形开口部20c的开口端一致)上设置有连接至用于设定规定的电位的in电极的输入侧导电层21a，通道20的输出端(与第一及第二通路20a、20b各自的输出端一致)上设置有与out电极连接的输出侧导电层21b。进一步，模型主体2内设置有用于将离子导向通道20的锥形开口部20c的外部电极30。此外，在如图1(b)所示的例子中，区域40为锥形开口部20c的内壁面中的可以配置输入侧导电层21a的一部分的区域。
21.该仿真
·
模型1中，外部电极30的电位被设定为接地电位(gnd)，输入侧导电层21a的电位被设定为-2000v，输出侧导电层21b的电位被设定为-100v。外部电极30到通道20的输入端(锥形开口部20c的开口端)的距离为2mm，从锥形开口部20c的开口端到该锥形开口部20c的输出口的距离(以下，记为“锥形长”)为6mm。锥形开口部20c的开口端的面积(cem的有效区域)为8mm
×
7.2mm。另外，锥形角θ为64
°
。
22.对由具有如上所述的构造的仿真
·
模型1变形而来的第一～第三cem构造进行静电场解析。此外，在第一cem结构中，锥形开口部20c的开口端上未配置网格电极。另外，区域40上也未配置输入侧导电层21a的一部分(插入电极)。在第二cem结构中，锥形开口部20c的开口端上未配置网格电极。但是，区域40上配置有锥形开口部20c的内壁与电阻层之间的输入侧导电层21a的一部分(插入电极)。在第三cem结构中，锥形开口部20c的开口端上配置有网格电极。但是，区域40上未配置输入侧导电层21a的一部分(插入电极)。
23.在外部电极30被除去的环境下，在第一cem结构中，通过静电场解析，能够确认在锥形开口部20c内部电压也下降了。这种情况下，可以预想到当离子到达锥形开口部20c的输出口侧，会发生数百v的电压损失。即，由于无法得到从通道20的输入端到输出端的电位差(以下，记为“cem电压”)中的可利用于电子倍增的电位差，无法得到如设计值的增益。与此相对，在外部电极30被除去的环境下，在第二cem结构中，由于在锥形开口部20c内的电压损失减小，可期望高增益。
24.另外，在配置有外部电极30的环境下，在第一cem结构中，由于锥形开口部20c内部的静电场受到来自外部电场的影响(静电场解析后，确认外部电场向锥形开口部20c内部的侵入)，死区(无法将锥形开口部20c内部发生的电子引入到第一及第二通路20a、20b内的区域)扩大，另一方面有效区域缩小(开口端的面积的1/4左右)。与此相对，在配置有外部电极30的环境下，在第三cem结构中，锥形开口部20c的开口端上配置有网格电极。这种情况下，通过静电场解析，能够确认外部电场的影响被排除(锥形开口部20c全体作为有效区域可被利用)。即，第三cem构造的情况下，可期望得到第一cem构造的4倍的检测效率。
25.通过以上考察，可确认在锥形开口部处的电压损失的抑制(高增益化)及外部电场的遮蔽(有效区域的确保)的组合对离子检测器中更高灵敏度检测的实现是有效的。
26.以下，分别对本发明的实施方式的内容个别列举进行说明。
27.(1)本实施方式涉及的cem(通道型电子倍增体)，作为其一个方式具备通道主体、
输入侧导电层、输出侧导电层、和电极。通道主体具有带电粒子(离子)到达的输入端面、与该输入端面相对的输出端面、连接该输入端面和该输出端面的至少一条通道。另外，在通道的内壁面上，形成有第一电阻层及第一电子放出层。输入侧导电层以连续地覆盖输入端面和通道的内壁面的一部分的方式被设置。输出侧导电层以至少一部分位于通道的开口端的方式被设置于输出端面上。电极被配置于相对于输入端面的输出端面的相反侧，具有用于使朝向该输入端面的离子通过的至少一个开口。特别地，通道包含锥形开口部，该锥形开口部具有与输入端面一致的开口端，且成形为从该输入端面向输出端面截面积减少的形状。另外，输入侧导电层和电极被设定为相同电位。
28.如上所述，在本实施方式涉及的cem中，输入端面上设置的输入侧导电层(用于通过in电极设定通道输入端的电位的导电体)的一部分作为插入电极被配置于锥形开口部内，因此cem电压的损失能被有效抑制。另外，锥形开口部的开口端上具有用于使离子通过的开口且配置有与输入侧导电层相同电位的电极。因此，外部电场对锥形开口部内部的静电场的影响被遮蔽，该锥形开口部内部中的足够的有效区域得以确保。
29.(2)作为本实施方式的一个方式，优选地在锥形开口部中的、至少包含与输入端面一致的开口端的输入侧区域，输入侧导电层的一部分被直接设置在锥形开口部的内壁上。
30.(3)另外，作为本实施方式的一个方式，也可以是在锥形开口部中的、至少包含与输入端面一致的开口端的输入侧区域，第一电阻层被直接设置在锥形开口部的内壁上，第一电子放出层被直接设置在第一电阻层上，输入侧导电层的一部分被直接设置在第一电子放出层上。在像这样的截面结构上，进一步，作为本实施方式的一个方式，在锥形开口部中的、至少包含与输入端面一致的开口端的输入侧区域，第二电阻层被直接设置在输入侧导电层上，第二电子放出层被直接设置在第二电阻层上。此外，作为本实施方式的一个方式，第二电子放出层，优选地由高伽马材料构成。具体地，作为本实施方式的一个方式，第二电子放出层，优选地由氟化镁构成。此外，在在第一电子放出层上直接设置输入侧导电层的一部分的结构中，由于不需要第一电阻层及第一电子放出层的图形化等，该cem的制造变得容易。
31.(4)作为本实施方式的一个方式，作为沿从输入端面向输出端面延伸的通道主体的中心轴定义的长度，位于锥形开口部内的输入侧导电层的一部分的长度(以下，记为“插入量”)优选地为锥形开口部的锥形长的1/2以下。这是因为，输入侧导电层的插入量若超过锥形长的1/2，检测效率本身会降低。
32.(5)作为本实施方式的一个方式，电极也可以与输入侧导电层接触。这种情况下，作为本实施方式的一个方式，电极优选地由弹性材料构成。另一方面作为本实施方式的一个方式，电极也可以被配置于相对于输入端面的输出端面的相反侧的空间内部，且从输入侧导电层隔开规定距离的位置上。这些电极由于被设定为与输入侧导电层相同的电位，不依赖于该电极的设置位置也能够回避锥形开口部内部的静电场的扰乱(来自外部电场的影响)。
33.(6)作为本实施方式的一个方式，电极优选地具有网格构造。特别地，适用于本实施方式的网格电极的开口率(形成有网格的有效区域中的开口的占有率)优选地为50％～95％。另外，网格电极的开口率也可以部分地发生变动(例如在网格的中心附近和周边开口率不同的结构)。
34.(7)本实施方式涉及的离子检测器，作为其一个方式至少具备具备如上所述的构造的cem(本实施方式涉及的cem)、和捕捉从该cem的输出端面被放出的电子的阳极。
35.(8)另外，本实施方式涉及的离子检测器，作为其一个方式也可以具备包括如上所述的构造的cem、孔部件、法拉第杯、和阳极。孔部件使离子朝向配置有cem的空间(由该离子检测器的框体定义的空间)通过。因此，孔部件构成该离子检测器的框体的一部分。另外，法拉第杯以遮蔽通过孔部件的离子中的、朝向除了cem的输入端面的空间的离子的方式发挥作用。阳极为捕捉从cem的输出端面被放出的电子的电极。
36.以上，该[本发明的实施方式的说明]一栏中列举的各方式分别对其余的全部方式，或者对这些其余的方式的全部组合均可以适用。
[0037]
以下，参照附图对本发明涉及的通道型电子倍增体及离子检测器的具体的构造进行详细地说明。此外，本发明不限定于这些示例，如权利要求的范围所示，意图与权利要求的范围相同及包含在范围内的全部变更。另外，在附图的说明中对同一要素使用同一符号，省略重复说明。
[0038]
图2为用于说明本实施方式涉及的离子检测器的第一构造的截面图。此外，图2中示出有相当于如图1(b)所示的截面的截面上的构造。具有第一构造的离子检测器100a含有cem(通道型电子倍增体)和阳极400。cem200具有：以面向用于将离子(带电粒子)导入该cem200的外部电极300(具有用于使离子通过的开口)的方式配置的输入端面210a、和相对于该输入端面210a位于外部电极300的相反侧的输出端面210b。另外，cem200由通道主体210、被设置于该通道主体210中的离子到达一侧(输入端面210a一侧)的输入侧电极(以下，记为“in电极”)150、被设置于该通道主体210中的与in电极150相反侧(输出端面210b侧)的输出侧电极(以下，记为“out电极”)160构成。阳极400被配置于通道主体210的输出端一侧。此外，离子检测器100a在质量分析设备中被使用的情况下，外部电极300为接近四极或离子阱等的质量分离部的离子检测器的电极、为了在这些质量分离部和离子检测器100a之间遮蔽外部噪声设置的开口、通过质量分离部将带电粒子导向至离子检测器的透镜等。
[0039]
通道主体210中埋有含有锥形开口部230的通道220。锥形开口部230的开口端与通道主体210的输入端面210a一致，锥形开口部230的输出口位于通道主体210内且与该通道主体210的输出端面210b连接。
[0040]
另外，包含输入端面210a的通道主体210的一个端部上安装有in电极150，含有输出端面210b的通道主体210的另一个端部上安装有out电极160。
[0041]
in电极150由金属凸缘151，金属盖152，网格电极153(具有一个以上的开口的电极)，金属衬垫154，及用于将in电极150本身固定到通道主体210上的金属环(由如图5(a)中所示的一对金属部件155a、155b构成)构成。金属凸缘151的一端被熔接至设置于通道主体210的侧面的槽中的接近输入端面210a的槽(如图5(a)所示的槽251)上安装的金属环(由一对金属部件155a、155b构成)，另外一端朝向外部电极300延伸。金属盖152的一端被熔接至金属衬垫154的一端，金属衬垫154具有可收纳包含通道主体210中的输入端面210a的前端部分的形状且被收纳至金属凸缘151内。因此，通道主体210的输入端面210a在与金属盖152接触的状态下被该金属盖152覆盖。另外，由于金属衬垫154也是在与金属凸缘151的内壁接触的状态下被固定的，金属凸缘151与金属盖152为电连接状态。金属盖152上设置有用于使通道220的锥形开口部230的开口端露出的开口，该开口上设置有具有用于使离子朝向锥形
开口部230通过的一个或者多个开口的金属部件(电极)。这是因为由于外部电极300的存在，对锥形开口部230内部的静电场的影响降低。此外，在图2的示例中，这些金属部件(电极)为被熔接至金属盖152的开口端且由弹性材料构成的网格电极153，其开口率优选地为50％～95％。另外，网格电极153也可以具有面积不同的多个种类的开口。这种情况下，例如可以适用于使在网格的中心附近的开口率比周边区域的开口率高的构造的网格电极153。
[0042]
另外，in电极150中含有用于将金属盖152和通道主体210的输入端面210a电连接的输入侧导电层510。该输入侧导电层510(构成in电极150的一部分)被设置于输入端面210a上，及锥形开口部230的内壁上。特别地，输入侧导电层510的一部分(以下记为“插入电极”)从输入端面210a朝向锥形开口部230的输出口在该锥形开口部230的内壁面上连续地延伸。此外，在含有图2的多个图所示的例子中，虽然只示出了锥形开口部230内中的插入电极(输入侧导电层510的一部分)，锥形开口部230的内壁面上设置有如图6(a)或者图6(b)所示的具体的层叠构造(由导电层，电子放出层，及电阻层构成)。
[0043]
网格电极153为由如上所述弹性材料构成的电极。金属盖152的一端由于被熔接至被收纳于金属凸缘15中的金属衬垫154中，被熔接至该金属盖152的开口上的网格电极153被挤压进通道主体210的输入端面210a中(与网格电极153和构成输入侧导电层510的一部分的插入电极部分电位相同)。特别地，网格电极153由弹性材料构成，由于网格电极153的回复力，该网格电极153和输入侧导电层510紧密连接(稳定的接触状态得以维持)。
[0044]
另一方面out电极160由金属凸缘161、金属盖162、收纳阳极400的金属容器(由中空部件163a及座部163b构成)、金属衬垫164、及用于将out电极160本身固定于通道主体210的金属环(由如图5(a)中所示的一对金属部件165a、165b构成)构成。
[0045]
金属凸缘161的一端被熔接至设置于通道主体210的侧面的槽中的与输出端面210b接近的槽(如图5(a)所示的槽252)上安装的金属环(由图5(a)中的一对金属部件165a、165b构成)。金属盖162的一端被熔接至金属衬垫164的一端，金属衬垫164具有能够收纳通道主体210中的具有输出端面210b的前端部分的形状且在与金属凸缘161接触的状态下被固定。另外，金属盖162上设置有位于输出端面210b上用于露出通道220的输出口的开口。进一步，在收纳了包含输出端面210b的通道主体210的前端部分的状态下金属盖162其一端被熔接至被固定到金属凸缘161上的金属衬垫164上。因此，输出侧导电层520和金属盖162紧密连接(输出侧导电层520和金属盖162被设定为相同电位)。
[0046]
out电极160的金属凸缘161上熔接有定义阳极400的收纳空间的盒体。该盒体由中空部件163a和座部163b构成。中空部件163a的一端被直接熔接至金属凸缘161上，另外一端被固定至座部163b上。座部163b通过绝缘材料132保持引脚131，中空部件163a内延伸的引脚131的一端上熔接有阳极400。
[0047]
图3为用于说明本实施方式涉及的离子检测器的第二构造的截面图。此外，图3也示出相当于如图1(b)所示的截面的截面上的构造。具有第二构造离子检测器100b含有孔部件110、法拉第杯120、cem200、阳极400。孔部件110构成该离子检测器100b的容器的一部分，具有用于使离子从容器外部向容器内部通过的开口。法拉第杯120，以阻止通过孔部件110被吸收的离子向该离子检测器100b的外部移动的方式发挥作用。cem200被配置于法拉第杯120与阳极400之间的空间，且与图2的示例相同由in电极150、通道主体210、out电极160构成。更具体地，cem200含有构成in电极150的一部分的金属制的网格电极153，通道主体210
的输入端面210a上及锥形开口部230的内壁面上设置的输入侧导电层510(构成in电极150的一部分)，及在与通道220的输出端(开口端)接触的状态下通道主体210的输出端面210b上设置的输出侧导电层520(构成out电极160的一部分)。
[0048]
此外，法拉第杯120、cem200、及阳极400被收纳于该离子检测器100b的容器(包含孔部件110)内。
[0049]
图4为用于说明本实施方式涉及的cem(图2及图3中示出的cem200)上的通道主体210的构造的一个示例的组装工序图。
[0050]
如图4所示，通道主体210例如由陶瓷材料构成，由n(一个以上的整数)枚的平行平板2121～212n、一对辅助部件210a、210b构成。平行平板2121～212n及辅助部件210a、210b，分别通过被冲压及烧结形成一体化。此外，冲压及烧结后，沿由虚线表示的剪切线250除去平行平板2121～212n各自的不需要的周边部分。另外，平行平板2121～212n上，分别设置有含有锥形开口部230的通道220的图案。该图案由从一个的主面向另一个的主面贯通各平行平板的孔的截面形状定义。
[0051]
图5(a)～图5(e)为示出cem200中的通道主体210的外观和各种变形例的图。特别地，图5(a)中示出了含有经过如上述图4所示的组装工序得到的通道主体210的cem200的主要部分。
[0052]
平行平板2121～212n与辅助部件210a、210b被一体化的通道主体210的侧面中，设置有用于在位于锥形开口部230的开口端的输入端面210a的附近固定in电极150的槽251。另一方面通道主体210的侧面中设置有用于在输出端面210b的附近固定out电极160的槽252。在此，槽251上嵌入有用于将in电极150固定到通道主体210的金属环，在图5(a)的示例中，金属环由一对金属部件155a、155b构成。另外，槽252上嵌入有用于将out电极160固定到通道主体210上的金属环，在图5(a)的示例中，金属环由一对金属部件165a、165b构成。
[0053]
此外，通道主体210内也可以设置多个通道。图5(b)～图5(e)为观察上述如图5(a)所示的通道主体210的输入端面210a时的正面图，表示输入端面210a上的各种通道配置图案。图5(b)示出了在如图5(a)所示的通道主体210内的设置有一条通道的配置图案，在输入端面210a上，配置有一条通道220的锥形开口部230。在图5(b)的示例中，锥形开口部230的开口端形状为矩形，对其形状的选择无技术性限制(形状选择任意)。另外，图5(c)示出了通道主体210内设置有两条通道的配置图案，在输入端面210a上配置有分别具有正方形状的开口端的锥形开口部231a、231b。图5(d)也示出了通道主体210内设置有两条通道的配置图案，输入端面210a上配置有分别具有长方形状的开口端的锥形开口部232a、232b。进一步，图5(e)示出了通道主体210内设置有三条通道的配置图案，在输入端面210a上配置有分别具有长方形状的开口端的锥形开口部233a、233b、233c。
[0054]
图6(a)及图6(b)为示出本实施方式涉及的cem中通道主体210中的锥形开口部230附近的截面构造的图。此外，图6(a)及图6(b)中示出了在相当于如图1(b)所示的截面的截面上的构造。
[0055]
本实施方式涉及的cem200中可以适用于的第一层叠构造如图6(a)所示，插入电极(输入侧导电层510的一部分)，从输入端面210a朝向锥形开口部230的输出口被直接设置在该锥形开口部230的内壁上。插入电极上设置有第一电阻层610。该第一电阻层610也被直接设置在从插入电极的前端到位于输出端面210b上的通道220的输出口的该通道220的内壁
面上。进一步，第一电阻层610上设置有覆盖该第一电阻层610全体的第一电子放出层620。
[0056]
另一方面可以适用于本实施方式涉及的cem200的第二层叠构造，如图6(b)所示第一电阻层610被直接设置在从输入端面210a到输出端面210b的通道220的内壁上。进一步，第一电阻层610上，以覆盖该第一电阻层610全体的方式设置有第一电子放出层620。插入电极(输入侧导电层510的一部分)从输入端面210a朝向锥形开口部230的输出口，被直接设置在第一电子放出层620上。在插入电极上设置有第二电阻层710，进一步，第二电阻层710上设置有第二电子放出层720。在此，第二电子放出层720优选地例如由如mgf2(氟化镁)的高伽马材料(高伽马是指，以规定的电压加速的离子入射时的值(以“放出二次电子数/入射离子数”计算得出)高)构成。在图6(b)的示例中，第一电阻层610为直接覆盖通道220的内壁面全体的构造。因此，通道220的内壁面上设置的层(导电层和电阻层)的图形化变得不需要。结果，如图6(b)所示的层叠构造比如图6(a)所示的层叠构造的制造变得容易。
[0057]
在图6(a)及图6(b)的任一个示例中均有，插入电极的插入量(与锥形长同样地，沿通过输出口的锥形开口部230的中心轴定义的长度)优选地为锥形长的1/2以下。此外，锥形长如图1(b)所示，由从锥形开口部的开口端(与通道主体210的输入端面210a一致)到锥形开口部的输出口的距离定义。
[0058]
图7(a)～图7(c)为示出可以适用于本实施方式涉及的cem的in电极附近的各种截面构造的图。此外，在图7(a)～图7(c)中示出了相当于如图1(b)所示的截面的截面上的构造。另外，在图7(a)的示例中由于实质地详述如图2所示的in电极150附近的构造，示出了组装工序图。
[0059]
图7(a)中示出了在构成in电极150的金属凸缘151上熔接金属盖152的前后的状态。即，在含有输入端面210a的通道主体210的前端部(设置有槽251的位置)上，由于由一对金属部件155a、155b构成的金属环上熔接金属凸缘151的一端，该金属凸缘151被固定在通道主体210上。此时，金属凸缘151内金属衬垫154被固定(导通状态)。通道主体210的输入端面210a及锥形开口部230的内壁面(从输入端面210a到锥形开口部230的内壁中央附近)上设置有输入侧导电层510，位于锥形开口部230的内壁上的输入侧导电层510的一部分作为插入电极发挥作用。
[0060]
金属盖152上设置有用于使锥形开口部230露出的开口，网格电极153由弹性材料构成，在以朝向锥形开口部230的输出口突出的方式令其弯曲的状态下，与金属盖152的开口端熔接。在此，网格电极153的开口率优选地为50％～95％。另外，网格电极153也可以具有面积不同的多个种类的开口。例如，使在网格的中心附近的开口率比周边区域的开口率高的构造的网格电极153也可以适用。进一步，安装有这样的弯曲的网格电极153的金属盖152的一端被熔接至金属凸缘151内固定的金属衬垫154上。此时，由金属盖152被挤压进被设置于输入端面210a上的输入侧导电层510。因此网格电极153变形，通过该网格电极153的回复力网格电极153和输入侧导电层510紧密连接。
[0061]
此外，在图7(a)的示例中，网格电极153虽然通过输入侧导电层510被直接配置于通道主体210的输入端面210a上，网格电极153也可以不被直接配置于通道主体210的输入端面210a上。即，图7(b)的示例中，在网格电极153被设置于与输入端面210a只偏离规定距离的位置上这一方面，与图7(a)的示例是不同的。在图7(b)的示例中，在开口端上设置有网格电极153的金属板156未被熔接至金属盖152的开口而被熔接至金属凸缘151的另一端。由
于金属凸缘151和金属盖152的任一个也是构成in电极150的一部分的金属部件，与图7(a)的示例相同，网格电极153与输入侧导电层510被设定为相同电位。因此，锥形开口部230内部的静电场变得难以通过网格电极153受到外部电场的影响。此外，如图7(b)所示的in电极150的构造除了网格电极153的配置位置，与如图7(a)所示的in电极150的构造相同
[0062]
在图7(c)的示例中，替代图7(a)的网格电极153使用了具有用于使离子通过的开口157a的孔部件157。该孔部件157以覆盖金属盖152的开口的方式被熔接至该金属盖152上，孔部件157与输入侧导电层510被设定为同电位。特别地，到达锥形开口部230的离子轨道被限制的情况下(输入的离子束的束径比锥形开口部230的开口直径小的情况下)，由于与网格电极153相比离子透过率较好，优选地作为in电极150的构造使用像这样的孔部件157。此外，如图7(c)所示的in电极150的构造除了网格电极153和孔部件157的不同，与如图7(a)所示的in电极150的构造相同。
[0063]
图8(a)及图8(b)为关于图3中示出的离子检测器中使用的各种的构造，示出检测效率改善率及灵敏度改善率的测定结果图表。此外，在本说明书中，“检测效率”由输出电流/(输入离子电流
×
cem增益)
×
100定义。另外，“灵敏度”意味着实质地由该离子检测器得到的增益。
[0064]
图8(a)中均示出在图3中示出的离子检测器100b中，关于在锥形开口部230内未设置插入电极(输入侧导电层510的一部分)的构造的测定结果。在图8(a)中，图表g810a为除去了网格电极153的基准构造(相当于上述第一cem构造)的测定结果，图表g810b为网格电极153被设置于锥形开口部230的开口端的构造(相当于上述第三cem构造)的测定结果。此外，图8(a)的纵轴示出以图表g810a中示出的测定结果为基准的倍率。
[0065]
另一方面在图8(b)中均示出在图3中示出的离子检测器100b中，关于在锥形开口部230的开口端内设置有网格电极153的构造的测定结果。在图8(b)中，图表g820a为仅配置了网格电极153的基准构造(相当于上述第三cem构造)的测定结果，图表g820b～g820d均为关于输入侧导电层510中设置有插入电极的构造(组合了上述第二cem构造和第三cem构造的构造)的测定结果。特别地，图表g820b为插入电极的插入量被设定为锥形长的3/4的构造的测定结果，图表g820c为插入电极的插入量被设定为锥形长的1/4的构造的测定结果，图表g820d为插入电极的插入量被设定为锥形长的1/2的构造的测定结果。此外，图8(b)的纵轴示出了以图表g820a(实质上与图8(a)的图表g810b一致)中示出的测定结果为基准的倍率。
[0066]
锥形开口部230内未设置插入电极的构造的情况下，由图8(a)可知，在使用网格电极153的结构中，其检测效率相对于无网格电极153的构造平均改善了3.1倍。另外，使用网格电极153的构造的情况下，如图8(b)所示，在插入电极的插入量被设定为锥形长的1/2的结构中，其灵敏度相对于锥形开口部230内未设置插入电极的构造改善了7.4倍。从以上测定结果，通过采用“插入电极的导入”及“网格电极(具有一个以上的开口的电极)的采用”，与未采用这些插入电极及网格电极的现有的构造相比，最大可将灵敏度提高23倍左右。
[0067]
如上所述，根据本实施方式，通过在设置于通道的输入侧的锥形开口部内配置输入端面上设置的输入侧导电层的一部分(插入电极)，由in电极(输入侧电极)和out电极(输出侧电极)之间的电压差定义的cem电压的损失可以减小(增益的改善)。另外，通过将与输入侧导电层设定为相同电位的、具有一个以上的开口的电极配置于锥形开口部的开口端
侧，可变得确保该锥形开口部内有足够的有效区域(回避外部电场的影响)。
[0068]
从上述对本发明的说明，显然可以对本发明进行各种变形。像这样的变形并未偏离本发明的思想及范围，所有对于从业者显然意见的改良均在以下的权利要求的范围内。