電子倍增管

電子倍增管原理

電子倍增管有一個高速的帶電粒子，如電子和離子撞擊偵測器表面時，可產生二次電子；再透過適當的形狀與電場的安排，產生一連串的二次電子來倍增訊號，最後到達陽極。通常一個電子加速撞極偵測器表面可以產生一到三個二次電子，多次撞擊使得電子數目倍增，其靈敏度相當高，可以用來偵測粒子的數目。　電子倍增管通常被用來偵測離子；也可以偵測光子，由光電效應產生的光電子來觸發。另一種偵測光子的元件，光電倍增管里，其二次電子是由一連串的電極，稱二次發射極，來倍增。此二次發射極為分離式的，通常每個二次發射極的電位差在 100 到 200 伏特，用來加速電子到下一個二次發射極，最後到達陽極。光電倍增管可在常壓下使用，而電子倍增管是設計在高真空環境下使用。

電子倍增管運作方式

電子倍增管一般是採用連續式的二次發射極。這是因為此電極表面的高電阻，使得二次電子和加速電場的分布可以組合在同一個元件里，而不需要分開。通常為漏斗狀，材料為鍍上一層半導體薄膜的玻璃所構成。另一種平面二維的偵測器，稱微通道板，也是運用相同的原理。有別於微通道板有上百萬個微通道，電子倍增管使用單一個通道。

通道電子倍增器

通道電子倍增器（Channel Electron Multiplier，CEM）是一種連續的電阻管，如下圖所示，管子內壁經塗敷或其他處理，內壁表面電阻很大，為l09n量級的導電層，並且二次電子發射係數δ>3。工作時管子兩端加直流電壓，如1000V，管內建立了均勻電場。入射電子進入CEM的低電位端後，與管壁內表面相撞並發射出二次電子，這些電子被管內電場沿軸向加速，從場中獲得足夠高能量後又與管壁相撞並產生更多的二次電子，這個過程被多次重複，最後在高電位端輸出增益達10⁵的電子束。

製作CEM材料應滿足下列要求：

(1)大的二次電子發射係數，一般δ>3。

(2)合適的均勻電阻層，以10⁹Ω量級為最佳。

(3)化學穩定性好，蒸氣壓低。

目前使用的材料有兩種：高鉛玻璃、陶瓷半導體。

高鉛玻璃：拉製成管後，在玻璃內表面燒H還原，生長一層厚10nm的單晶Pb或Pb0的n型半導體膜，此膜δ>3，電阻為108~1010Ω，化學穩定性好，是目前使用最多的一種材料。

陶瓷半導體：BaTiO₃或BaZnTiO₃陶瓷半導體在高溫下燒結而成，它們具有耐轟擊、耐烘烤、有正的溫度係數和壽命長等優點；但它可塑性差，成形困難，使用時為得到相同增益所加的工作電壓要比高鉛玻璃高得多。

為了傳送和增強圖像，需要很細很細的通道成束，切片加工製成微通道板，簡稱MCP，它有幾十萬個微通道電子倍增管，如下圖所示。由於圖像解析度的要求，單通道直徑為6~10μm。