Mcp單元、mcp檢測器和飛行時(shí)間型質(zhì)譜分析器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的MPC單元具有具備了不依賴于MCP的通道直徑所引起的限制而實(shí)現(xiàn)所期望的時(shí)間響應(yīng)特性的構(gòu)造的三極管構(gòu)造，具備MCP群、第1電極、第2電極、陽極、以及加速電極。特別地，該MCP單元具備用于將響應(yīng)于來自MCP群的二次電子的入射而從陽極放出的反射電子局限在加速電極與陽極之間的空間的電子透鏡構(gòu)造。
【專利說明】MCP單元、MCP檢測器和飛行時(shí)間型質(zhì)譜分析器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及作為飛行時(shí)間型質(zhì)量分析法等所利用的檢測器的主要部分并具有電子或離子等的荷電粒子的培增功能的MCP單元、包含該MCP單元的MCP檢測器以及包含該MCP檢測器的飛行時(shí)間型分析器。
【背景技術(shù)】
[0002]作為檢測高分子的分子量的方法，眾所周知的有飛行時(shí)間型質(zhì)量分析法(T0F-MS:Time of Flight Mass Spectrometry)。圖1是用于說明利用該TOF-MS的分析裝置(以下，稱為TOF-MS裝置)的構(gòu)造的圖。
[0003]如圖1所示，TOF-MS裝置中，在真空容器110內(nèi)的一端配置有檢測器100，在該真空容器110內(nèi)的另一端配置有樣品(作為試樣的離子源)120。在兩者之間，配置有具有開口的環(huán)狀的電極130 (離子加速器)。當(dāng)電極130接地并從離子抽出系統(tǒng)(包含激光光源)對(duì)被施加了規(guī)定電壓的樣品120照射激光束時(shí)，從樣品120放出的離子被樣品120與電極130之間所形成的電場加速，向檢測器100撞擊。在樣品120到電極130之間賦予離子的加速能量由離子電荷決定。因此，若離子電荷相同，則通過電極130時(shí)的速度依賴于離子的質(zhì)量。另外，由于在電極130與檢測器100之間離子以固定速度飛行，因而電極130與檢測器100之間的飛行時(shí)間與速度成反比例。即，分析部通過求出從該電極130到檢測器100的飛行時(shí)間來決定離子的質(zhì)量(用示波器監(jiān)測來自檢測器100的輸出電壓)?？梢栽谝曈X上從示波器上所表示的輸出電壓的時(shí)間譜所呈現(xiàn)的峰值的產(chǎn)生時(shí)間來進(jìn)行離子的質(zhì)量判定。
[0004]作為可以適用于這樣的TOF-MS裝置的檢測器，眾所周知的有例如美國專利第7564043號(hào)(專利文獻(xiàn)I)所公開的MCP檢測器。圖2是作為可以適用于TOF-MS裝置的檢測器的一個(gè)例子，專利文獻(xiàn)I所公開的具有三極管構(gòu)造(Triode-structure)的MCP檢測器的等效電路圖。圖2所示的MCP檢測器IOOa容納在將內(nèi)部維持在規(guī)定的真空度的真空容器內(nèi)。再有，真空容器由導(dǎo)電材料構(gòu)成(金屬筐體)，設(shè)定在地電位。MCP檢測器IOOa中，2塊微通道板(MCP =Micro Channel Plate)20, 21 (以下，稱為MCP群2)用在各自的中央設(shè)置有開口的IN電極I與OUT電極3夾入。在OUT電極3的后方配置有陽極4，而且在OUT電極3與陽極4之間配置有具有金屬網(wǎng)的加速電極5。另外，真空容器連接于信號(hào)讀出用的BNC端子(Bayonet Neil-Concelman connector) 6的屏蔽側(cè)，而BNC端子6的芯線經(jīng)由電容器62而連接于陽極4。在該電容器62，有通過使輸出絕緣而將信號(hào)輸出電平設(shè)為GND電平的功能。此外，在BNC端子6的屏蔽側(cè)與OUT電極3之間、以及BNC端子6的屏蔽側(cè)與加速電極5之間也分別配置有電容器80，90。加速電極5與陽極4的間隔B比MCP群2與加速電極5的間隔A設(shè)定得更寬。
[0005]在具有上述那樣的構(gòu)造的MCP檢測器IOOa中，以IN電極I所設(shè)定的負(fù)電位為基準(zhǔn)，OUT電極3設(shè)定在比IN電極I高的負(fù)電位。加速電極5和陽極4設(shè)定在比OUT電極3高的負(fù)電位。再有，加速電極5與陽極4可以設(shè)定在同一電位。如此，MCP檢測器IOOa具有陽極電位不接地的浮動(dòng)陽極構(gòu)造。[0006]經(jīng)由BNC端子6的芯線而取出的來自陽極4的信號(hào)被放大器(Amp)放大后，被取到分析部。具體而言，MCP檢測器IOOa中，當(dāng)荷電粒子入射到MCP群2時(shí)，響應(yīng)于此而從MCP群2放出大量電子(在MCP各個(gè)中被倍增的二次電子)。這樣所放出的二次電子到達(dá)陽極4，作為電壓或電流變化被變換成電信號(hào)(從BNC端子6的芯線輸出信號(hào))。此時(shí)，通過設(shè)置在陽極4與芯線之間的電容器62，檢測信號(hào)在接地電位被輸出到外部，另外，通過分別設(shè)置在BNC端子6的屏蔽側(cè)與OUT電極3之間、以及BNC端子6的屏蔽側(cè)與加速電極5之間的電容器80，90,抑制輸出信號(hào)的波形失真或過沖(overshoot)(瞬變(ringing))的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]近年來，TOF-MS中，由于起因于離子化方法或離子光學(xué)的發(fā)展的從離子源到檢測器的領(lǐng)域的特性改善、或起因于電子學(xué)的發(fā)展的解析系統(tǒng)的特性改善，逐漸要求檢測器進(jìn)一步的特性提高。上述的專利文獻(xiàn)I所公開的三極管構(gòu)造的MCP檢測器作為響應(yīng)這樣的要求的電子器件，不依賴MCP的通道直徑所引起的限制而實(shí)現(xiàn)所期望的時(shí)間響應(yīng)特性，因而可以任意地控制時(shí)間譜的檢測峰值的上升沿時(shí)間和下降沿時(shí)間。然而，通過
【發(fā)明者】等的研究發(fā)現(xiàn)，即使是這樣具有優(yōu)異的檢測特性的三極管構(gòu)造的MCP檢測器，根據(jù)使用環(huán)境的不同，會(huì)有其檢測特性的穩(wěn)定性受損的可能性。
[0008]即，三極管構(gòu)造的MCP檢測器的時(shí)間響應(yīng)特性的評(píng)價(jià)，如圖3A所示，在容納該MCP檢測器的真空容器等的不易受外部電位源的影響的環(huán)境下進(jìn)行。如此，在不易受到外部電位源的影響的環(huán)境下(圖3A)，得到圖3B所示那樣的陽極輸出(電壓信號(hào))的信號(hào)波形。另一方面，實(shí)際上，如圖4A所示的那樣，陽極4設(shè)定在負(fù)電位的MCP檢測器在設(shè)定在地電位的容納在金屬筐體內(nèi)的環(huán)境下使用。特別地，在使用MCP檢測器時(shí)，得到與筐體內(nèi)壁充分相離的狀態(tài)下使用該MCP檢測器的情況下穩(wěn)定的時(shí)間響應(yīng)特性，但出于近年來裝置小型化要求，而處在難以充分確保該MCP檢測器與筐體內(nèi)壁的距離的情況。因此，在MCP檢測器的近旁配置有作為外部電位源而設(shè)定在地電位的金屬筐體的環(huán)境下(圖4A)中，得到圖4B所示那樣的陽極輸出的信號(hào)波形。
[0009]再有，圖3A和圖4A各自所示的等電位線表示加速電極5與陽極4設(shè)定在同電位的狀況下的等電位線。另外，在表示在不易受到外部電位源的影響的環(huán)境下的測量結(jié)果的圖3B中，曲線圖G310表示從具有三極管構(gòu)造的MCP檢測器所得到的陽極輸出，曲線圖G320表示從具有在MCP群2與陽極4之間不設(shè)置加速電極的二極管構(gòu)造(bipolar-structure)的MCP檢測器所得到陽極輸出。另外，在表示在容易受到外部電位源的影響的環(huán)境下的測量結(jié)果的圖4B中，曲線圖G410表示從具有三極管構(gòu)造的MCP檢測器所得到的陽極輸出，曲線圖G420作為參考例，表示具有在不易受到外部電位源的影響的環(huán)境下的三極管構(gòu)造的MCP檢測器的陽極輸出(與圖3B中的曲線圖G310 —致)。
[0010]從圖3B中的曲線圖G310與圖4B中的曲線圖G410的比較可知，在圖4A的環(huán)境下，在超過曲線圖G410的用箭頭P表示的部分即負(fù)峰值后，過沖(瞬變)會(huì)發(fā)生。過沖是指來自陽極4的電壓信號(hào)超過負(fù)的峰值后暫時(shí)上升為正的現(xiàn)象。
[0011]在驗(yàn)證過沖發(fā)生的機(jī)制時(shí)，試著比較圖3A的環(huán)境下的電場分布與圖4A的環(huán)境下的電場分布，可知在圖3A的環(huán)境下，MCP檢測器周邊的電場的散亂少，MCP檢測器內(nèi)的設(shè)定電位穩(wěn)定。在MCP群2與陽極4之間特別是加速電極5與陽極4之間的電場穩(wěn)定的情況下，可以認(rèn)為，即使通過從MCP群2放出的電子向陽極4沖擊而產(chǎn)生反射電子(主要包含在陽極4彈性散射的二次電子或由電子沖擊而新產(chǎn)生的二次電子)，所產(chǎn)生的反射電子以等速運(yùn)動(dòng)被吸收到陽極4、加速電極5，因而得到圖3B中所示的曲線圖G310那樣的陽極輸出的信號(hào)波形。另一方面，在圖4A的環(huán)境下，可知設(shè)定在負(fù)電位的陽極4與設(shè)定在地電位的筐體內(nèi)壁接近，因而MCP檢測器周邊的電場散亂，等電位線侵入加速電極5與陽極4之間的空間內(nèi)。在這種情況下，可以認(rèn)為，從陽極4放出的反射電子不被吸收到陽極4而在短時(shí)間到達(dá)筐體的內(nèi)壁的可能性增大，成為過沖發(fā)生的要因。即，當(dāng)從MCP群2放出的二次電子向陽極4沖擊時(shí)，從該陽極4放出的反射電子向筐體的內(nèi)壁飛出而導(dǎo)致陽極4內(nèi)的電子暫時(shí)不足可以認(rèn)為是過沖發(fā)生的要因之一。
[0012]本發(fā)明是為了解決上述那樣的技術(shù)問題而做出的，其目的在于提供不被外部環(huán)境影響并具備用于得到穩(wěn)定的時(shí)間響應(yīng)特性的構(gòu)造的MCP單元、包含該MCP單元的MCP檢測器以及包含該MCP檢測器的飛行時(shí)間型分析器。
[0013]由于本發(fā)明的所涉及的MCP單元不依賴于MCP的通道所引起的限制而實(shí)現(xiàn)所期望的時(shí)間響應(yīng)特性，因此，作為可以任意地控制時(shí)間譜的檢測峰值的上升沿時(shí)間和下降沿時(shí)間的MCP單元，具備MCP、第I電極、第2電極、陽極、以及加速電極。特別地，本發(fā)明所涉及的MCP單元還具備用于響應(yīng)于來自MCP的二次電子的入射而將從陽極放出的反射電子(二次電子)局限在加速電極與陽極之間的空間內(nèi)的限制構(gòu)造。再有，MCP響應(yīng)于配置在與該MCP單元的中心軸交叉的平面上的沿著該中心軸移動(dòng)的荷電粒子的入射，而放出在內(nèi)部被倍增的二次電子。另外，MCP具有入射有荷電粒子的入射面、以及與該入射面相對(duì)并且將該二次電子出射的出射面。第I電極是接觸于MCP的入射面的電極，并設(shè)定在第I電位。第2電極是接觸于MCP出射面的電極，并設(shè)定在比第I電位高的第2電位。陽極是配置在從MCP的出射面放出的二次電子到達(dá)的位置的電極。該陽極在與中心軸交叉的狀態(tài)下配置，并且設(shè)定在比第2電位高的第3電位。加速電極是配置在MCP與陽極之間的電極，并設(shè)定在比第2電位高的第4電位。另外，加速電極具有用于使從MCP的出射面向陽極的二次電子通過的多個(gè)開口。
[0014]在上述限制構(gòu)造，可以通過將加速電極與陽極之間的空間與該MCP單元周邊空間物理隔離的第I樣態(tài)、限制從陽極放出的反射電子的沿著與該MCP單元的中心軸的正交的方向的移動(dòng)的第2樣態(tài)、限制加速電極與陽極的電位差的第3樣態(tài)、控制從微通道板向陽極的二次電子的軌道的第4樣態(tài)、變更抑制來自陽極的反射電子的放出自身的構(gòu)造的第5樣態(tài)來實(shí)現(xiàn)。再有，上述限制構(gòu)造也可以通過第I?第5樣態(tài)中2個(gè)以上樣態(tài)的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0015]第I樣態(tài)所涉及的限制構(gòu)造，包含配置在加速電極與陽極之間的環(huán)型構(gòu)件。該環(huán)型構(gòu)件具有由環(huán)繞該MCP單元的中心軸的連續(xù)面規(guī)定的貫通孔，使從加速電極向陽極的二次電子通過。環(huán)型構(gòu)件具有接觸于加速電極的第I面、以及與第I面相對(duì)并且接觸于陽極的第2面，該環(huán)型構(gòu)件的貫通孔具有以連接第I面與第2面的方式延伸的形狀。
[0016]再有，對(duì)于陽極，除了可以采用僅由金屬板構(gòu)成的結(jié)構(gòu)以外，還可以采用各種各樣的構(gòu)造。例如，陽極可以具備由玻璃環(huán)氧樹脂等的絕緣材料構(gòu)成的陽極基板(絕緣性基板)。在這種情況下，對(duì)于陽極，可以采用在絕緣性基板以及該絕緣性基板上的一部分區(qū)域或整個(gè)面設(shè)置有金屬膜(箔)。對(duì)于陽極，也可以采用在絕緣性基板以及該絕緣性基板上的一部分區(qū)域或整個(gè)面固定有金屬板的構(gòu)造。在陽極具有具備了絕緣性基板的構(gòu)造的情況下，環(huán)型構(gòu)件的材料可以是金屬、絕緣性材料的任一種。但是，在陽極全體由金屬板構(gòu)成的構(gòu)造中，環(huán)型構(gòu)件根據(jù)其構(gòu)成材料的不同發(fā)揮不同的功能。例如，在將加速電極與陽極設(shè)定為同電位的情況下，環(huán)型構(gòu)件優(yōu)選由金屬材料構(gòu)成。另一方面，在將加速電極的電位與陽極的電位獨(dú)立而控制的情況下，環(huán)型構(gòu)件優(yōu)選由絕緣材料構(gòu)成。
[0017]第2樣態(tài)所涉及的限制構(gòu)件的一個(gè)例子，可以包含有助于響應(yīng)于荷電粒子的入射而放出的二次電子的倍增的、從第I電極側(cè)堵塞微通道板的有效區(qū)域的一部分的遮蓋構(gòu)件。在這種情況下，遮蓋構(gòu)件優(yōu)選具有由環(huán)繞該MCP單元的中心軸的連續(xù)面規(guī)定的貫通孔。此外，遮蓋構(gòu)件可以是第I電極的一部分。
[0018]第2樣態(tài)所涉及的限制構(gòu)造的另一個(gè)例子，可以包含與可以進(jìn)行暫時(shí)放出的反射電子的吸收的理論最大徑相比其最大徑更被擴(kuò)大的陽極，該最大徑是該MCP單元周邊的電場分布不易受到外部電位源的影響的理想環(huán)境下所算出的陽極的理論最大徑。在這種情況下，加速電極的最大徑也優(yōu)選與陽極的最大徑大體一致。
[0019]第2樣態(tài)所涉及的限制構(gòu)造的另一個(gè)例子，可以包含加速電極和陽極兩者，該加速電極和陽極被配置為，在從第2電極到加速電極的沿著所述中心軸的第I間隔比從加速電極到陽極的沿著中心軸的第2間隔設(shè)定得更狹小的狀態(tài)下，第2間隔為第I間隔的2倍以下。
[0020]第2樣態(tài)所涉及的限制構(gòu)造的另一個(gè)其他例子，可以包含通過使從該MCP單元到被設(shè)定為接地電位的筐體的距離充分遠(yuǎn)離，從而減弱從該MCP單元到該筐體為電位梯度的構(gòu)造。
[0021]第3樣態(tài)所涉及的限制構(gòu)造，可以以加速電極與陽極之間的空間的電位梯度比第2電極與加速電極之間的空間的電位梯度小的方式，包含第3電位比加速電極的第4電位設(shè)定得更高的陽極。
[0022]第4樣態(tài)所涉及的限制構(gòu)造的一個(gè)例子，可以包含具有從與微通道板的入射面相對(duì)的平坦部的邊緣向陽極延伸的側(cè)壁部的第I電極作為用于控制從微通道板向陽極的二次電子的軌道的電子透鏡的構(gòu)造。
[0023]第4樣態(tài)所涉及的限制構(gòu)造的另一個(gè)例子，可以包含具有與微通道板的出射面相對(duì)的平坦部的邊緣向陽極延伸的側(cè)壁部的第2電極。
[0024]第5樣態(tài)所涉及的限制構(gòu)造，可以包含其表面用抑制二次電子的產(chǎn)生的碳等涂覆的陽極。
[0025]本發(fā)明所涉及的MCP檢測器可以通過具備上述那樣的構(gòu)造的MCP單元(本發(fā)明所涉及的MCP單元)來實(shí)現(xiàn)。S卩，該MCP檢測其具備上述MCP單元、以及以與微通道板一起夾著陽極的方式配置的信號(hào)輸出部。信號(hào)輸出部具有電連接于陽極的信號(hào)線。另外，信號(hào)輸出部可以包含具備信號(hào)線以及包圍該信號(hào)線的屏蔽部的同軸電纜，在這種情況下，該MCP檢測器優(yōu)選還具備具有與屏蔽部電連接的一個(gè)端子、以及電連接于加速電極的另一個(gè)端子的電容器。
[0026]此外，本發(fā)明所涉及的飛行時(shí)間型質(zhì)譜分析器具備:真空容器(設(shè)定在地電位的金屬筐體)、離子抽出系統(tǒng)、離子加速器、具有上述那樣的構(gòu)造的MCP檢測器(本發(fā)明所涉及的MCP檢測器)、以及至少判斷質(zhì)量作為與從試樣放出的離子相關(guān)的信息的分析部。真空容器將要作為離子源分析的試樣設(shè)置在內(nèi)部。離子抽出系統(tǒng)從設(shè)置在真空容器內(nèi)的試樣放出離子。離子加速器使配置在真空容器內(nèi)的、從試樣放出的離子加速。MCP檢測器以與試樣一起夾著離子加速器的方式配置。分析部通過基于來自MCP檢測器的檢測信號(hào)來檢測從離子加速器到MCP檢測器的飛行時(shí)間，從而決定到達(dá)該MCP檢測器的離子的質(zhì)量。
[0027]再有，本發(fā)明所涉及的各實(shí)施例還可以通過以下的詳細(xì)說明和附圖來充分地理解。這些實(shí)施例僅為了例示而示出，不應(yīng)該認(rèn)為限定了該發(fā)明。
[0028]另外，本發(fā)明的進(jìn)一步的應(yīng)用范圍從以下的詳細(xì)說明顯而易見。然而，詳細(xì)的說明和特定的事例表示本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，僅為了例示而示出，本領(lǐng)域技術(shù)人員從該詳細(xì)的說明可以顯而易見地得到本發(fā)明的范圍的各種各樣的變形和改良。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是表示TOF-MS裝置的概略構(gòu)造的圖。
[0030]圖2是表示適用于TOF-MS裝置的MCP檢測器的一個(gè)例子的等效電路圖。
[0031]圖3A是表示不易受到外部電位源的影響的環(huán)境下的MCP檢測器近旁的電場分布的圖，圖3B是表示該MCP檢測器的時(shí)間響應(yīng)特性的圖。
[0032]圖4A是表示容易受到外部電位源的影響的環(huán)境下的MCP檢測器近旁的電場分布的圖，圖4B是表示該MCP檢測器的時(shí)間響應(yīng)特性的圖。
[0033]圖5是用于說明具有三極管構(gòu)造的MCP單元所適用的MCP檢測器的構(gòu)造(本發(fā)明所涉及的MCP單元等的基本構(gòu)造)的組裝工序圖。
[0034]圖6是圖5所示的MCP檢測器的沿著Ll-Ll線的截面構(gòu)造的圖。
[0035]圖7是表示具有三極管構(gòu)造的MCP單元所適用的MCP檢測器的時(shí)間響應(yīng)特性的圖表。
[0036]圖8A是表示為了測量圖7的應(yīng)答特性而準(zhǔn)備的MCP單元的構(gòu)造的截面圖，圖8B是表示測量結(jié)果的表。
[0037]圖9A?圖9C是用于說明加速電極的構(gòu)造的圖。
[0038]圖1OA是表示適用于圖8A所示的MCP單元的加速電極的開口率(％)與上升沿時(shí)間(ps)的關(guān)系的圖表，圖1OB是表不測量條件的表。
[0039]圖11是用于說明本發(fā)明所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的特征的構(gòu)造的等效電路圖。
[0040]圖12是用于說明第I實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的構(gòu)造的
組裝工序圖。
[0041]圖13是表示圖12所示的MCP檢測器的沿著L2-L2線的截面構(gòu)造的圖。
[0042]圖14是用于說明第2實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的第I構(gòu)造的組裝工序圖。
[0043]圖15是表示圖14所示的MCP檢測器的沿著L3-L3線的截面構(gòu)造的圖。
[0044]圖16是用于說明第2實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的第2構(gòu)造的組裝工序圖。
[0045]圖17是表示圖16所示的MCP檢測器的沿著L4-L4線的截面構(gòu)造的圖。
[0046]圖18是用于說明第2實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的第3構(gòu)造的組裝工序圖。[0047]圖19是表示圖18所示的MCP檢測器的沿著L5-L5線的截面構(gòu)造的圖。
[0048]圖20是用于說明第3實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的構(gòu)造的等效電路圖。
[0049]圖21A是表示第3實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器中OUT電極-陽極間的電壓施加狀態(tài)，圖2IB是表示MCP單元的截面構(gòu)造的圖。
[0050]圖22是用于說明第4實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的第I構(gòu)造的組裝工序圖。
[0051]圖23是表示圖22所示的MCP檢測器的沿著L6-L6線的截面構(gòu)造的圖。
[0052]圖24是用于說明第4實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的第2構(gòu)造的組裝工序圖。
[0053]圖25是表示圖24所示的MCP檢測器的沿著L7-L7線的截面構(gòu)造的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]以下，一邊參照附圖一邊詳細(xì)地說明本發(fā)明所涉及的MCP單元、MCP檢測器和飛行時(shí)間型質(zhì)譜分析器的各實(shí)施方式。再有，附圖的說明中相同的要素用相同的符號(hào)表示，省略重復(fù)的說明。
[0055]本發(fā)明所涉及的飛行時(shí)間質(zhì)譜分析器，如圖1所示，具備內(nèi)部被減壓至規(guī)定的真空度的真空容器110、包含激光光源的離子抽出系統(tǒng)、作為離子加速器的環(huán)狀的電極130、檢測器100、以及分析部。本發(fā)明所涉及的MCP檢測器可以很好地適用于檢測器100，采用了三極管構(gòu)造。在以下的說明中，就作為可適用于本發(fā)明所涉及的飛行時(shí)間型質(zhì)譜分析器的檢測器，具有三極管構(gòu)造的MCP單元以及包含此的MCP檢測器的各實(shí)施方式作詳細(xì)的說明。
[0056]首先，就作為本發(fā)明所涉及的MCP單元等的基本構(gòu)造，具有三極管構(gòu)造的MCP單元和MCP檢測器，使用圖5?圖7和圖8A?圖1OB進(jìn)行說明。圖5是用于說明具有三極管構(gòu)造的MCP單元所適用的MCP檢測器的基本構(gòu)造的組裝工序圖，與上述專利文獻(xiàn)I所公開的三極管構(gòu)造的MCP單元的基本構(gòu)造一致。圖6是圖5所示的MCP檢測器的沿著Ll-Ll線的截面構(gòu)造的圖。再有，圖5和圖6所示的MCP檢測器的等效電路圖與圖2所示的等效電路圖一致。
[0057]圖5所示的MCP檢測器具備內(nèi)部被維持在規(guī)定的真空度的真空容器(設(shè)定在地電位的金屬筐體)，具有沿著該真空容器的管軸AX (與MCP單元的中心軸一致)依次配置有IN電極I (第I電極)、MCP群2、OUT電極3 (第2電極)、加速電極5、陽極4的構(gòu)造。MCP群2由2塊圓盤形狀的MCP20，21構(gòu)成。另外，在MCP群2的入射面(荷電粒子到達(dá)的前面)側(cè)配置有IN電極I (第I電極),而在出射面(后面)側(cè)配置有OUT電極3 (第2電極)。如此,通過MCP群2、夾入該MCP群2的IN電極I和OUT電極3而構(gòu)成了 MCP組件。另外，圖5和圖6所示的MCP檢測器中，作為向各電極的電壓施加構(gòu)造，采用了在IN電極(第I電極)1、0UT電極(第2電極)3、加速電極5 (包含加速電極基板50)、陽極4 (包含陽極基板40)的各個(gè)設(shè)置有電壓施加用引線的4端子電壓施加構(gòu)造。
[0058]IN電極I是具有在中央具有開口 10的圓環(huán)(doughnut)形狀的金屬制(例如不銹鋼制)的電極，在其盤面，設(shè)置有以管軸AX為中心每隔90度的4個(gè)插入有埋頭螺釘(countersunk head)910的孔。在IN電極I的后面，電連接有具有從后方延伸的棒形狀的導(dǎo)電性材料(例如不銹鋼制)的IN引線。IN電極I與IN引線的連接位置位于相鄰接的2個(gè)孔的中間。IN引線在被插入到絕緣性材料的IN引線用絕緣體的狀態(tài)下被保持，通過該構(gòu)造使IN引線與其他構(gòu)造要素(部件)絕緣。作為IN引線用絕緣體，適用例如加工性、耐熱性、耐沖擊性、絕緣性優(yōu)異的PEEK (PolyEtherEtherKetone)樹脂。
[0059]OUT電極3也與IN電極I同樣地，是具有在中央具有開口 30的圓環(huán)的金屬制的電極，但具有以與容納IN引線的IN引線用絕緣體不接觸的方式其一部分被切掉的構(gòu)造。再者，在OUT電極3的盤面，在與IN電極I的孔相對(duì)應(yīng)的位置，設(shè)置有同樣的孔。在OUT電極3的后面，電連接有具有從后方延伸的棒形狀的導(dǎo)電性材料(例如不銹鋼制)的OUT引線。再有，OUT引線配置在從正面看以管軸AX為中心將OUT引線向左旋轉(zhuǎn)90度后的位置。該OUT引線也與IN引線同樣地在被插入到絕緣性材料例如PEEK樹脂制的OUT引線用絕緣體的狀態(tài)下被保持(與其他構(gòu)造要素絕緣)。
[0060]再有，在IN電極I與OUT電極3之間，在與這些IN電極I和OUT電極3各自的孔相對(duì)應(yīng)的位置，配置有具有圓環(huán)形狀的絕緣性材料的MCP絕緣體901。這些MCP絕緣體901例如是PEEK樹脂制的，其厚度比MCP群2要薄些。以上那樣用IN電極I與OUT電極3夾入MCP群2的MCP組件通過以圓盤狀的MCP20，21的中心與IN電極I與OUT電極3的各個(gè)開口 10，30的中心一致的方式進(jìn)行高精度組裝而得到。
[0061]在OUT電極3的后方，隔著規(guī)定的間隔配置有加速電極基板50。該加速電極基板50是在中央具有圓形的開口的金屬制的電極，但以覆蓋該開口的方式設(shè)置有金屬網(wǎng)。通過這些加速電極基板50和金屬網(wǎng)而構(gòu)成加速電極5。加速電極基板50以與容納IN引線的IN引線用絕緣體以及容納OUT引線的OUT引線用絕緣體不接觸的方式具有切口構(gòu)造。如上述那樣，加速電極基板50相對(duì)于OUT電極3隔著規(guī)定間隔而配置，因而在該加速電極基板50，在與OUT電極3的孔相對(duì)應(yīng)的部位設(shè)置有孔，并且在與OUT電極3之間，配置有均具有圓環(huán)形狀的導(dǎo)電性材料的薄板801和絕緣性材料的絕緣體902。薄板801是用于與OUT電極3 —起夾入電容器80的一端的金屬部件。作為薄板801，適用延展性優(yōu)異的材料，優(yōu)選例如在磷青銅板實(shí)施了金或銅鍍覆的構(gòu)件。另外，作為絕緣體902，可以適用例如PEEK樹脂。再有，設(shè)置在加速電極基板50的開口規(guī)定了該加速電極5的有效區(qū)域(用于使從MCP群2放出的二次電子通過的網(wǎng)區(qū)域)，比MCP群2的有效區(qū)域(放出二次電子的區(qū)域)大。
[0062]此外，在加速電極基板50的后方，隔著規(guī)定的間隔而配置有陽極基板40。該陽極基板40具有由玻璃環(huán)氧樹脂(絕緣材料)成形的圓盤形狀，在其表面和背面形成有銅等的金屬薄膜的規(guī)定圖案。另外，表面的金屬薄膜圖案與背面的金屬薄膜圖案導(dǎo)通。再者，陽極基板40以與容納IN引線的IN引線用絕緣體以及容納OUT引線的OUT引線用絕緣體不接觸的方式具有切口構(gòu)造。如上述那樣，陽極基板40相對(duì)于加速電極基板50隔著規(guī)定間隔而配置，因而在該陽極基板40，設(shè)置有與加速電極基板50的孔相對(duì)應(yīng)的部位設(shè)置有孔，并且在與加速電極基板50之間，配置有均具有圓環(huán)形狀的導(dǎo)電性材料的薄板803和絕緣性材料的絕緣體904。薄板803是用于與加速電極基板50 —起夾入電容器90的一端的金屬部件。作為薄板803，適用延展性優(yōu)異的材料，優(yōu)選例如在磷青銅板實(shí)施了金或銅鍍覆的構(gòu)件。另夕卜，作為絕緣體904，可以適用例如PEEK樹脂。
[0063]形成在陽極基板40的表面和背面的各個(gè)的金屬薄膜圖案中，表面的金屬薄膜圖案是與OUT電極3的開口 30形狀一致的圓形，開口 30與表面的金屬薄膜圖案同軸地配置。另一方面，背面的金屬薄膜圖案是從陽極基板40的中心向徑向的一方延伸大致線狀的圖案，在外側(cè)的端部，電連接有具有從后方延伸的棒形狀的導(dǎo)電性材料(例如不銹鋼制)的陽極引線。再有，陽極引線配置在從正面看以管軸AX為中心將OUT引線向左旋轉(zhuǎn)90度后的位置。即，配置在與IN引線以管軸AX為中心對(duì)稱的位置。該陽極引線也與IN引線、OUT引線同樣地，通過在被插入到絕緣性材料例如PEEK樹脂制的陽極引線用絕緣體的狀態(tài)下被保持，從而與其他構(gòu)造要素絕緣。
[0064]在背面的金屬薄膜圖案的中央，銅制的陽極端子41被擰固。通過該陽極端子41與陽極基板40而構(gòu)成陽極4。再有，陽極4不限定于上述的構(gòu)造，也可以由例如由絕緣材料構(gòu)成的陽極基板40和固定在該陽極基板40上的一部分區(qū)域或整個(gè)面的金屬板來構(gòu)成。另夕卜，陽極4整體還可以由金屬板構(gòu)成。
[0065]在陽極4的后方,配置有后方蓋500。該后方蓋500由具有圓環(huán)形狀的基板501、圓筒部502、以及具有相同圓環(huán)形狀的基板503所構(gòu)成。圓筒部502被夾入在基板501，503之間，被螺絲920，930固定，后方蓋500通過像這樣基板501的內(nèi)周與基板503的外周通過圓筒部502而連接而成為深皿狀的構(gòu)件。基板501，503、圓筒部502均是金屬制(例如不銹鋼制)的。另外，在基板501，設(shè)置有螺絲孔，在陽極4的背面，夾著絕緣體903與薄板802而配置有后方蓋500。此時(shí)，通過將電絕緣性(例如可適用PEEK樹脂)的螺絲910緊固于螺絲孔，從而各電極1，3，4與MCP群2被固定于后方蓋500。薄板802是用于與基板501 —起夾入電容器80，90各自的另一端的金屬部件。薄板802也可以是與薄板801，803同樣的材料。例如PEEK樹脂可適用于絕緣體903。另外，基板501具有插入了各引線用絕緣體的孔。
[0066]在基板503的中央，作為信號(hào)輸出部的BNC端子6被螺絲940固定。BNC端子6的外側(cè)600電連接于后方蓋500的基板501。另一方面，BNC端子6的內(nèi)測的芯線601經(jīng)由電容器62連接于陽極端子41。在該電容器62，有通過使輸出絕緣而將信號(hào)輸出電平設(shè)為GND電平的功能。
[0067]再有，各端子通過上述的薄板801和薄板802而電連接于這些OUT電極3和基板501的各個(gè)的4個(gè)電容器80以管軸AX為中心等間隔地配置在OUT電極與基板501之間。再有，基板501、圓筒部502和基板503分別是金屬制的，因而電容器80的一端電連接于BNC端子6的外側(cè)600。同樣地，各端子通過上述的薄板803和薄板802而電連接于加速電極基板50和基板501的各個(gè)的4個(gè)電容器90以管軸AX為中心等間隔地配置在加速電極基板50與基板501之間。因此，這些電容器90也安裝在金屬制的基板501與加速電極基板50之間，電容器90的一端電連接于BNC端子6的外側(cè)600。
[0068]另外，在上述那樣的三極管構(gòu)造的MCP檢測器中，加速電極5，如圖6所示，以到陽極4的最短距離B比到MCP群2的出射面的最短距離A長的方式配置在MCP群2與陽極4之間。即，通過以滿足A < B的條件的方式將加速電極5配置在MCP群2-陽極4間，從而可以大幅減小檢測峰值的FWHM，能夠提高時(shí)間響應(yīng)特性。這是因?yàn)?，通過調(diào)整MCP群2、加速電極5、以及陽極4的配置條件，從而可以減小所檢測的時(shí)間譜上所呈現(xiàn)的峰值的FWHM。BP, MCP群2-加速電極5間的距離A的調(diào)整有助于檢測峰值的上升沿時(shí)間的控制，加速電極5-陽極4間的距離B的調(diào)節(jié)有助于檢測峰值的下降沿時(shí)間的控制。[0069]加速電極5只要設(shè)置在比OUT電極3高的電位即可，但通過將加速電極5設(shè)定在與陽極4相同的電位，與現(xiàn)有的二極管構(gòu)造的MPC檢測器相比較，能夠任意地限制從MCP群2放出的二次電子的加速區(qū)域(由于所放出的時(shí)間增大受到抑制，因此與現(xiàn)有相比更能夠縮短檢測峰值的上升沿時(shí)間)。
[0070]圖7是表示具有三極管構(gòu)造的MCP單元所適用的MCP檢測器的時(shí)間響應(yīng)特性的圖表。另外，圖8A是表示為了測量圖7的應(yīng)答特性而準(zhǔn)備的三極管構(gòu)造的MCP單元的構(gòu)造(不易受到外部電位源所引起的影響的理想環(huán)境下的構(gòu)造)的截面圖，圖8B是表示測量結(jié)果的表。
[0071]所準(zhǔn)備的測量系統(tǒng)，如圖8A所示那樣，是在入射面?zhèn)仍O(shè)置有IN電極I并且在出射面?zhèn)仍O(shè)置有OUT電極3的由MCP群2、陽極4、以及配置在這些MCP群2與陽極4之間的加速電極5所構(gòu)成的MCP單元，設(shè)置在不易受到外部電位源的影響的理想環(huán)境。這樣的測量系統(tǒng)的MCP單元中，陽極4和加速電極5設(shè)定在地電平，OUT電極3設(shè)定在-500V，IN電極I設(shè)定在-2000V。另外，加速電極5的有效區(qū)域由開口率81%的金屬網(wǎng)(線寬40 μ m，配線間距0.4mm)構(gòu)成。
[0072]該測量通過一邊改變圖8A中所示的MCP群2_加速電極5間的最短距離A、以及加速電極5-陽極4間的最短距離B —邊監(jiān)測從陽極4得到的輸出電壓的時(shí)間變化來進(jìn)行。即，如圖8B所示那樣，就距離A為1.1mm且距離B也為1.1mm的殼體I，距離A為1.1mm且距離B為2.6mm的殼體2，距離A為2.6mm且距離B為1.1mm的殼體3進(jìn)行了測量。圖7中所示的曲線圖G810表示殼體I (A=B)的時(shí)間譜，曲線圖G820表示殼體2 (A < B)的時(shí)間譜。從圖7可知，殼體2的情況下，伴隨著檢測峰值的下降沿時(shí)間被大幅縮減，檢測峰值的半值全寬(FWHM)也被大幅縮減。另一方面，雖然圖7沒有示出，但殼體3的情況下，檢測峰值的FWHM結(jié)果上與殼體I基本不變，但與檢測峰值的下降沿時(shí)間的縮短相反，上升沿時(shí)間延長。如此，在殼體3，下降沿時(shí)間與上升沿時(shí)間聯(lián)動(dòng)地變化，因而難以進(jìn)行檢測峰值的波形的整形。
[0073]接著，圖9A?9C是用于說明加速電極5的構(gòu)造的圖。如圖9A所示，加速電極5具備在中央設(shè)置有圓形的開口 5a的加速電極基板50、以及以覆蓋開口 5a的方式貼附的金屬網(wǎng)51。金屬網(wǎng)51通過如圖9B所示那樣格子狀地排列規(guī)定線寬的金屬網(wǎng)而得到。線寬從制造上的制約或機(jī)械強(qiáng)度的觀點(diǎn)看，可以認(rèn)為40 μ m左右是界限。圖9C是表示由線寬40 μ m構(gòu)成的金屬網(wǎng)51的配線間距與開口率的關(guān)系的表。
[0074]具有上述那樣的構(gòu)造的加速電極5的有效區(qū)域的開口率(金屬網(wǎng)的開口率)優(yōu)選為60%以上95%以下。這是因?yàn)椋糸_口率低于60%，則通過電子數(shù)(加速電極的透過率)下降，從陽極得到的信號(hào)量減小；另一方面，若開口率超過95%，則實(shí)質(zhì)上不能進(jìn)行所得到的時(shí)間譜的檢測峰值的波形整形。再有，圖1OA是表示適用于圖8A所示的MCP單元的加速電極的開口率(％)與上升沿時(shí)間(ps)的關(guān)系的圖表，圖1OB是表示測量條件的表。
[0075]接著，就適用于具有上述那樣的構(gòu)造的三極管構(gòu)造的MCP單元的限制構(gòu)造進(jìn)行說明。即，本發(fā)明所涉及的MCP單元等具備上述那樣的三極管構(gòu)造作為基本構(gòu)造，此外，作為用于減少該MCP單元近旁所存在的外部電位源的影響的限制構(gòu)造，可以適用各種各樣的構(gòu)造。
[0076]圖11是用于說明本發(fā)明所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的特征的構(gòu)造的等效電路圖，其主要部分與圖2的等效電路圖重復(fù)。圖11的MCP檢測器也可以適用于TOF-MS等。圖11所示的MCP檢測器容納在內(nèi)部被維持在規(guī)定的真空度的真空容器內(nèi)。再有，真空容器由導(dǎo)電性材料構(gòu)成，并設(shè)定在地電位。在該MCP檢測器中，2塊MCP20，21 (MCP群2)在各自的中央由設(shè)置有開口的IN電極I與OUT電極3夾入。在OUT電極3的后方配置有陽極4，此外，在OUT電極3與陽極之間配置有具有金屬網(wǎng)的加速電極5。另外，在信號(hào)讀出用的BNC端子6的屏蔽側(cè)連接有真空容器，而BNC端子6的芯線經(jīng)由電容器62而連接于陽極4。在該電容器62，有通過使輸出絕緣而將信號(hào)輸出電平變成GND電平的功能。此夕卜，在BNC端子6的屏蔽側(cè)與OUT電極3之間，以及BNC端子6的屏蔽側(cè)與加速電極5之間，分別配置有電容器80，90。加速電極5與陽極4的間隔B以比MCP群2與加速電極5的間隔A寬的方式設(shè)定。
[0077]在具有上述那樣的構(gòu)造的MCP檢測器中，以設(shè)定在IN電極I的負(fù)電位為基準(zhǔn)，OUT電極3設(shè)定在比IN電極I高的負(fù)電位。加速電極5和陽極4設(shè)定在比OUT電極3高的負(fù)電位。再有，加速電極5與陽極4也可以設(shè)定在同一電位。如此，MCP檢測器具有陽極電位不接地的浮動(dòng)陽極構(gòu)造。
[0078]經(jīng)由BNC端子6的芯線而被取出的來自陽極4的信號(hào)被放大器(Amp)放大后，被取到分析部。具體而言，在MCP檢測器IOOa中，當(dāng)荷電粒子入射到MCP群2時(shí)，響應(yīng)于此而從MCP群2放出大量電子。這樣放出的二次電子到達(dá)陽極4，作為電壓或電流變化被變換成電信號(hào)。此時(shí)，通過設(shè)置在陽極4與芯線之間的電容器62，檢測信號(hào)在接地電位被輸出到外部，另外，通過分別設(shè)置在BNC端子6的屏蔽側(cè)與OUT電極3之間、以及BNC端子6的屏蔽側(cè)與加速電極5之間的電容器80，90，抑制輸出信號(hào)的波形失真或過沖(瞬變)的發(fā)生(理想環(huán)境下)。
[0079]特別地，本發(fā)明所涉及的MCP單元還具備用于對(duì)來自MCP群2的二次電子的入射應(yīng)答而將從陽極4放出的二次電子(反射電子)局限在加速電極與陽極之間的空間內(nèi)的限制構(gòu)造。
[0080]作為具體的限制構(gòu)造，如圖11中所示那樣，可以通過將加速電極與陽極之間的空間與該MCP單元周邊空間物理隔離的樣態(tài)I (第I實(shí)施方式)、限制從陽極放出的反射電子的沿著與該MCP單元的中心軸正交的方向的移動(dòng)的樣態(tài)II (第2實(shí)施方式)、限制加速電極與陽極的電位差的樣態(tài)III (第3實(shí)施方式)、控制從微通道板向陽極的二次電子的軌道的樣態(tài)IV (第4實(shí)施方式)、變更抑制來自陽極的反射電子的放出自身的構(gòu)造的樣態(tài)V (第5實(shí)施方式)來實(shí)現(xiàn)。再有，上述限制構(gòu)造也可以通過樣態(tài)I?V中2個(gè)以上樣態(tài)的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0081](第I實(shí)施方式)
[0082]圖12是用于說明第I實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的構(gòu)造的組裝工序圖。另外，圖13是表示圖12所示的MCP檢測器的沿著L2-L2線的截面構(gòu)造的圖。
[0083]第I實(shí)施方式的限制構(gòu)造，如圖11中所示，通過與周邊空間隔離的構(gòu)造(樣態(tài)I)來實(shí)現(xiàn)加速電極5與陽極4之間的空間。具體而言，在第I實(shí)施方式的限制構(gòu)造，替代圖5所示的MCP檢測器的基本構(gòu)造中作為隔板的絕緣體904，而適用具有貫通孔904Aa的環(huán)型構(gòu)件 904A。
[0084]S卩，該第I實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器具有沿著管軸AX (與MCP單元的中心軸一致)依次配置有IN電極I (第I電極)、MCP群2、OUT電極3 (第2電極)、加速電極5、陽極4的構(gòu)造。再有，在IN電極I與OUT電極3之間，配置有絕緣性材料的MCP絕緣體901。在OUT電極3的后方，經(jīng)由絕緣體902而配置有加速電極5。此外，在該加速電極5的后方，配置有陽極4，在這些加速電極5與陽極4之間，配置有具有能夠使來自MCP群2的二次電子通過的貫通孔904Aa的環(huán)型構(gòu)件904A。在陽極4的后方，夾著絕緣體903與薄板802而配置有后方蓋500。該后方蓋500由基板501、圓筒部502、以及基板503構(gòu)成。在基板503的中央，固定有作為信號(hào)輸出部的BNC端子6，BNC端子6的內(nèi)側(cè)的芯線601經(jīng)由電容器62而連接于陽極端子41。
[0085]在第I實(shí)施方式，環(huán)型構(gòu)件904A具有由以使從加速電極5向陽極4的二次電子通過的方式環(huán)繞管軸AX的連續(xù)面規(guī)定的貫通孔904Aa。再有，環(huán)型構(gòu)件904A具有接觸于加速電極5的第I面、以及與第I面相對(duì)并且接觸于陽極4的第2面，該環(huán)型構(gòu)件904A的貫通孔904Aa具有以連接第I面與第2面的方式延伸的形狀。另外，環(huán)型構(gòu)件904A可以由金屬構(gòu)件、絕緣材料的其中一種所構(gòu)成。通過該構(gòu)造，加速電極5與陽極4之間的空間的與周邊空間的隔離狀態(tài)被維持。其結(jié)果，反射電子從加速電極5與陽極4之間的空間向該MCP檢測器的外部飛出的可能性有效地被減小(參照?qǐng)D4B中的曲線圖G420)。但是，陽極4全體由金屬板構(gòu)成的構(gòu)造中，環(huán)型構(gòu)件904A根據(jù)其構(gòu)成材料發(fā)揮不同的功能。即，在將加速電極5與陽極4設(shè)定在同電位的情況下,環(huán)型構(gòu)件904A優(yōu)選由金屬材料構(gòu)成。另一方面，在使加速電極5的電位與陽極4的電位獨(dú)立而進(jìn)行控制的情況下，環(huán)型構(gòu)件904A優(yōu)選由絕緣材料構(gòu)成的構(gòu)件。
[0086](第2實(shí)施方式)
[0087]第2實(shí)施方式的限制構(gòu)造，如圖11所示，通過限制從陽極4放出的反射電子的沿著與MCP檢測器的管軸AX正交的方向的移動(dòng)的構(gòu)造(樣態(tài)II)來實(shí)現(xiàn)。再有，該第2實(shí)施方式所涉及MCP單元所適用的MCP檢測器的構(gòu)造，除了相當(dāng)于該第2實(shí)施方式的限制構(gòu)造的構(gòu)造以外，與圖5所示的基本構(gòu)造實(shí)質(zhì)上一致。
[0088]S卩，第2實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器具有沿著管軸AX(與MCP單元的中心軸一致)依次配置有IN電極I (第I電極)、MCP群2、0UT電極3 (第2電極)、加速電極5、陽極4的構(gòu)造。再有，在IN電極I與OUT電極3之間，配置有絕緣性材料的MCP絕緣體901。在OUT電極3的后方，經(jīng)由絕緣體902而配置有加速電極5。此外，在該加速電極5的后方配置有陽極4，在這些加速電極5與陽極4之間，配置有作為隔板的絕緣體904。在陽極4的后方,夾著絕緣體903與薄板802而配置有后方蓋500。該后方蓋500由基板501、圓筒部502、以及基板503構(gòu)成。在基板503的中央，固定有是信號(hào)輸出部的BNC端子6，BNC端子6的內(nèi)側(cè)的芯線601經(jīng)由電容器62而連接于陽極端子41。
[0089]第2實(shí)施方式所涉及的限制構(gòu)造可以由各種各樣的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)，圖14是用于說明第2實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的第I構(gòu)造的組裝工序圖。另外，圖15是表示圖14所示的MCP檢測器的沿著L3-L3線的截面構(gòu)造的圖。
[0090]具體而言，在實(shí)現(xiàn)第2實(shí)施方式的限制構(gòu)造的第I構(gòu)造，替代圖5所示的MCP檢測器的基本構(gòu)造中的IN電極I而適用IN電極100A。在該第I構(gòu)造中，IN電極100A，以其開口 IOOAa的直徑比圖5 (基本構(gòu)造)所示的IN電極I的開口 10的直徑小的方式設(shè)置有遮蓋構(gòu)件lOOAb。掩模構(gòu)件lOOAb，如圖14所示，具有由環(huán)繞管軸AX的連續(xù)面規(guī)定的貫通孔，并且構(gòu)成IN電極IOOA的一部分。根據(jù)該構(gòu)造，在陽極4上，從MCP群2放出的二次電子的到達(dá)區(qū)域被限制在更靠近管軸AX。因此，可以相對(duì)地?cái)U(kuò)大從陽極4放出的反射電子的產(chǎn)生位置與到該陽極4的端部的距離，反射電子從加速電極5與陽極4之間的空間向該MCP檢測器的外部飛出的可能性被有效地減小。
[0091]接著，在實(shí)現(xiàn)第2實(shí)施方式的限制構(gòu)造的第2構(gòu)造，替代圖5所示的MCP檢測器的基本構(gòu)造中的加速電極5和陽極4，適用加速電極500A和陽極400。再有，圖16是用于說明第2實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的第2構(gòu)造的組裝工序圖。另外，圖17是表示圖16所示的MCP檢測器的沿著L4-L4線的截面構(gòu)造的圖。除了加速電極500A和陽極400，具備第2構(gòu)造作為限制構(gòu)造的MCP檢測器(圖16和圖17)的構(gòu)造與圖5所示的MCP檢測器的基本構(gòu)造實(shí)質(zhì)上一致。
[0092]S卩，在該第2構(gòu)造中，加速電極500A由中央具有開口的加速電極基板500Aa、以及堵塞該開口的金屬網(wǎng)所構(gòu)成。特別地，加速電極基板500Aa的形狀具有圓形，與圖5所示的加速電極基板50相比更能擴(kuò)大其最大徑。同樣地，陽極400中，陽極基板400a的形狀也具有圓形，與圖5所示的陽極基板40相比更能擴(kuò)大其最大徑。具體而言，陽極400(陽極基板400a)具有比可以將暫時(shí)放出的反射電子吸收的理論最大徑更擴(kuò)大的最大徑，該理論最大徑是在該MCP單元周邊的電場分布不易受到外部電位源的影響的理想環(huán)境下(例如圖8A的環(huán)境)所算出的陽極的理論最大徑。同樣地，加速電極500A也具有與陽極400相同程度的最大徑。通過該第2構(gòu)造，也可以實(shí)質(zhì)上延伸陽極400放出的反射電子的行走距離(與管軸AX正交的方向)。其結(jié)果，反射電子從加速電極5與陽極4之間的空間向該MCP檢測器的外部的飛出的可能性被有效地減小。
[0093]接著，在實(shí)現(xiàn)第2實(shí)施方式的限制構(gòu)造的第3構(gòu)造，替代圖5所示的MCP檢測器的基本構(gòu)造中配置在加速電極5與陽極4之間的絕緣體904，適用絕緣體904B。再有，圖18是用于說明第2實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的第3構(gòu)造的組裝工序圖。另外，圖19是表示圖18所示的MCP檢測器的沿著L5-L5線的截面構(gòu)造的圖。除了絕緣體904B，具備作為限制構(gòu)造的第3構(gòu)造的MCP檢測器(圖18和圖19)的構(gòu)造與圖5所示的MCP檢測器的基本構(gòu)造實(shí)質(zhì)上一致。
[0094]S卩，在該第3構(gòu)造中，絕緣體904B有助于沿著從加速電極5到陽極4的管軸AX的間隔B的設(shè)定。具體而言，在從OUT電極3到加速電極5的管軸AX的間隔A比沿著從加速電極5到陽極4的管軸AX的間隔B設(shè)定得更狹小的狀態(tài)下，以間隔B為間隔A的2倍以下的方式，規(guī)定了加速電極5與陽極4的間隔B。根據(jù)該第3構(gòu)造，通過使加速電極5與陽極4的間隔更狹小，從而可以使從陽極4放出的反射電子的移動(dòng)立體角變得狹小。其結(jié)果，反射電子從加速電極5與陽極4之間的空間向該MCP檢測器的外部飛出的可能性被有效地減小。
[0095]此外，實(shí)現(xiàn)第2實(shí)施方式的限制構(gòu)造的第4構(gòu)造，該MCP檢測器自身的構(gòu)造與圖5所示的基本構(gòu)造相同，但使從MCP檢測器到設(shè)定在地電位的筐體的距離充分相離，根據(jù)該第4構(gòu)造，可以減弱從該MCP單元到筐體的電位梯度。其結(jié)果，反射電子從加速電極5與陽極4之間的空間向MCP檢測器的外部飛出的可能被有效地減小。
[0096](第3實(shí)施方式)
[0097]第3實(shí)施方式的限制構(gòu)造，如圖11所示，通過控制加速電極5與陽極4的電位差的構(gòu)造(樣態(tài)III)來實(shí)現(xiàn)。再有，該第3實(shí)施方式所涉及MCP單元所適用的MCP檢測器的基本構(gòu)造，除了相當(dāng)于該第3實(shí)施方式的限制構(gòu)造的構(gòu)造以外，與圖2和圖11所示的基本構(gòu)造實(shí)質(zhì)上一致。另外，圖20是用于說明第3實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的構(gòu)造的等效電路圖。圖21A是表示第3實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器中OUT電極3-陽極4間的電壓施加狀態(tài)，圖21B是表示MCP單元的截面構(gòu)造的圖。
[0098]S卩，該第3實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器(圖20)與圖2和圖11同樣地，容納在內(nèi)部被維持在規(guī)定的真空度的真空容器內(nèi)。再有，真空容器由導(dǎo)電性材料構(gòu)成，設(shè)定在地電位。在該MCP檢測器中，2塊MCP20，21 (MCP群2)被在各自的中央設(shè)置有開口的IN電極I與OUT電極3夾入。在OUT電極3的后方配置有陽極4，此外，在OUT電極3與陽極之間配置有具有金屬網(wǎng)的加速電極5。另外，在信號(hào)讀出用的BNC端子6的屏蔽側(cè)連接有真空容器，而BNC端子6的芯線經(jīng)由電容器62而連接于陽極4。
[0099]該第3實(shí)施方式的限制構(gòu)造，如圖20所示，通過用于將比加速電極5高的電位設(shè)定在陽極4的構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，如圖21A所示，以加速電極5與陽極4之間的空間的電位梯度比OUT電極3與加速電極5之間的空間的電位梯度小的方式，將規(guī)定的電位設(shè)定在陽極4。根據(jù)該第3實(shí)施方式的限制構(gòu)造，從陽極4放出的反射電子的軌道通過設(shè)定在加速電極5與陽極4之間的空間的電位梯度而向陽極4側(cè)彎曲。其結(jié)果，反射電子從加速電極5與陽極4之間的空間向該MCP檢測器的外部飛出的可能性有效地被減小(參照?qǐng)D21B)。
[0100](第4實(shí)施方式)
[0101]第4實(shí)施方式的限制構(gòu)造，如圖11所示，通過控制從微通道板向陽極的二次電子的軌道的構(gòu)造(樣態(tài)IV)來實(shí)現(xiàn)。再有，該第4實(shí)施方式所涉及的MCP單元所使用的MCP檢測器的構(gòu)造，除了相當(dāng)于該第4實(shí)施方式的限制構(gòu)造的構(gòu)造以外，與圖5所示的基本構(gòu)造實(shí)
質(zhì)上一致。
[0102]S卩，第4實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器具有沿著管軸AX(與MCP單元的中心軸一致)依次配置有IN電極I (第I電極)、MCP群2、0UT電極3 (第2電極)、加速電極5、陽極4的構(gòu)造。再有，在IN電極I與OUT電極3之間，配置有絕緣性材料的MCP絕緣體901。在OUT電極3的后方，經(jīng)由絕緣體902而配置有加速電極5。此外，在該加速電極5的后方配置有陽極4，在這些加速電極5與陽極4之間，配置有作為隔板的絕緣體904。在陽極4的后方,夾著絕緣體903與薄板802而配置有后方蓋500。該后方蓋500由基板501、圓筒部502、以及基板503構(gòu)成。在基板503的中央，固定有作為信號(hào)輸出部的BNC端子6，BNC端子6的內(nèi)側(cè)的芯線601經(jīng)由電容器62而連接于陽極端子41。
[0103]第4實(shí)施方式所涉及的限制構(gòu)造可以由各種各樣的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)，圖22是用于說明第4實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的第I構(gòu)造的組裝工序圖。另外，圖23是表示圖22所示的MCP檢測器的沿著L6-L6線的截面構(gòu)造的圖。
[0104]具體而言，在實(shí)現(xiàn)第4實(shí)施方式的限制構(gòu)造的第I構(gòu)造，替代圖5所示的MCP檢測器的基本構(gòu)造中IN電極I而適用IN電極100B。在該第I構(gòu)造中，IN電極100B具有實(shí)現(xiàn)用于控制從MCP群2向陽極4的二次電子的軌道的電子透鏡構(gòu)造的形狀。即，IN電極100B由具有開口 IOOBa的平坦部(與MCP群2的入射面相對(duì)的部分)、以及從該平坦部的邊緣向陽極4延伸的側(cè)壁部所構(gòu)成。根據(jù)該第I構(gòu)造，即使是在從陽極4放出的反射電子沿著與管軸AX正交的方向移動(dòng)的情況下，反射電子的軌道也會(huì)向陽極4側(cè)彎曲。其結(jié)果，反射電子從加速電極5與陽極4之間的空間向該MCP檢測器的外部飛出的可能性有效地被減小。
[0105]接著，在實(shí)現(xiàn)第4實(shí)施方式的限制構(gòu)造的第2構(gòu)造，圖5所示的MCP檢測器的基本構(gòu)造，替代圖5所示的MCP檢測器的基本構(gòu)造中的OUT電極3，適用OUT電極300。再有，圖24是用于說明第4實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的第2構(gòu)造的組裝工序圖。另外，圖25是表示圖24所示的MCP檢測器的沿著L7-L7線的截面構(gòu)造的圖。
[0106]在第4實(shí)施方式的第2構(gòu)造中，OUT電極300具有實(shí)現(xiàn)用于控制從MCP群2向陽極4的二次電子的軌道的電子透鏡構(gòu)造的形狀。S卩，OUT電極300由具有開口 300a的平坦部(與MCP群2的出射面相對(duì)的部分)、以及從該平坦部的邊緣向陽極4延伸的側(cè)壁部所構(gòu)成。根據(jù)該第2構(gòu)造，即使是在從陽極4放出的反射電子沿著與管軸AX正交的方向移動(dòng)的情況下，反射電子的軌道向陽極4側(cè)彎曲。其結(jié)果，反射電子從加速電極5與陽極4之間的空間向該MCP檢測器的外部飛出的可能性有效地被減小。
[0107](第5實(shí)施方式)
[0108]第5實(shí)施方式所涉及的MCP單元所適用的MCP檢測器的構(gòu)造與圖5和圖6所示的三極管構(gòu)造的MCP檢測器的基本構(gòu)造相同。但是，該第5實(shí)施方式具備抑制來自陽極4的反射電子的放出自身的構(gòu)造。具體而言，陽極4具有在其表面涂覆有抑制二次電子(反射電子)的產(chǎn)生的碳等的構(gòu)造。如此，通過變更陽極4自身的構(gòu)造，也能夠充分地期待減少外部電位源的影響的效果。
[0109]根據(jù)本發(fā)明，在實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的時(shí)間響應(yīng)特性的三極管構(gòu)造的MCP單元，設(shè)置用于將響應(yīng)于來自MCP的二次電子的入射而從陽極放出的反射電子(二次電子)局限在加速電極與陽極之間的空間內(nèi)的限制構(gòu)造，由此不受外部電位源等的外部環(huán)境影響的而得到穩(wěn)定的時(shí)間響應(yīng)特性。
[0110]從以上的本發(fā)明的說明，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種各樣的變形是顯而易見。這樣的變形不能認(rèn)為偏移了本發(fā)明的思想和范圍，對(duì)于所有本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的改良包含在以下的權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種MCP單元，其特征在于， 具備: 微通道板，是配置在與該MCP單元的中心軸交叉的平面上的、響應(yīng)于沿著所述中心軸移動(dòng)的荷電粒子的入射而放出在內(nèi)部被倍增的二次電子的微通道板，具有該荷電粒子被入射的入射面、以及與該入射面相對(duì)并且將該二次電子出射的出射面； 第I電極，是接觸于所述微通道板的入射面的第I電極，并設(shè)定為第I電位； 第2電極，是接觸于所述微通道板的出射面的第2電極，并設(shè)定為比所述第I電位高的第2電位； 陽極，是在與所述中心軸交叉的狀態(tài)下配置在從所述微通道板的出射面放出的二次電子到達(dá)的位置的陽極，并設(shè)定為比所述第2電位高的第3電位； 加速電極，是配置在所述微通道板與所述陽極之間的加速電極，并設(shè)定為比所述第2電位高的第4電位，并且具有用于使從所述微通道板的出射面朝向所述陽極的二次電子通過的多個(gè)開口 ；以及 電子透鏡構(gòu)造，用于以將響應(yīng)于來自所述微通道板的二次電子的入射而從所述陽極放出的反射電子局限在所述加速電極與所述陽極之間的空間內(nèi)的方式，控制從所述微通道板朝向所述陽極的二次電子的軌道。
2.如權(quán)利要求1所述的MCP單元，其特征在于， 所述電子透鏡構(gòu)造包含具有從與所述微通道板的入射面相對(duì)的平坦部的邊緣向所述陽極延伸的側(cè)壁部的所述第I電極。
3.如權(quán)利要求1所述的MCP單元，其特征在于， 所述電子透鏡構(gòu)造包含具有從與所述微通道板的出射面相對(duì)的平坦部的邊緣向所述陽極延伸的側(cè)壁部的所述第2電極。
4.一種MCP檢測器，其特征在于， 具備: 權(quán)利要求1~3中的任一項(xiàng)所述的MCP單元；以及 信號(hào)輸出部，是以與所述微通道板一起夾著所述陽極的方式配置的信號(hào)輸出部，具有電連接于所述陽極的信號(hào)線。
5.如權(quán)利要求4所述的MCP檢測器，其特征在于， 所述信號(hào)輸出部包含具備所述信號(hào)線以及包圍該信號(hào)線的屏蔽部的同軸電纜，而且該MCP檢測器還具備具有與所述屏蔽部電連接的一個(gè)端子以及電連接于所述加速電極的另一個(gè)端子的電容器。
6.一種飛行時(shí)間型質(zhì)譜分析器，其特征在于， 具備: 真空容器，將要作為離子源分析的試樣設(shè)置在內(nèi)部； 離子抽出系統(tǒng)，用于從設(shè)置在所述真空容器內(nèi)的試樣放出離子； 離子加速器，配置在所述真空容器內(nèi)，用于使從所述試樣放出的離子加速； 權(quán)利要求4或5所述的MCP檢測器，以與所述試樣一起夾著所述離子加速器的方式配置；以及 分析部，是用于至少判斷作為與從所述試樣放出的離子相關(guān)的信息的質(zhì)量的分析部，通過基于來自所述MCP檢測器的檢測信號(hào)來檢測從所述離子加速器到所述MCP檢測器的飛行時(shí)間， 從而決定到達(dá)所述MCP檢測器的離子的質(zhì)量。
【文檔編號(hào)】H01J43/10GK103730323SQ201310470442
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月10日
【發(fā)明者】鈴木章夫, 鷲山雄哉 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社