[科普中国]-电子倍增管

电子倍增管是一个能倍增入射电荷的的真空侦测器。一个高速的带电粒子，可产生二次电子，再透过适当的形状与电场的安排，产生一连串的二次电子来倍增讯号，最后到达阳极。

电子倍增管原理电子倍增管有一个高速的带电粒子，如电子和离子撞击侦测器表面时，可产生二次电子；再透过适当的形状与电场的安排，产生一连串的二次电子来倍增讯号，最后到达阳极。通常一个电子加速撞极侦测器表面可以产生一到三个二次电子，多次撞击使得电子数目倍增，其灵敏度相当高，可以用来侦测粒子的数目。 电子倍增管通常被用来侦测离子；也可以侦测光子，由光电效应产生的光电子来触发。另一种侦测光子的元件，光电倍增管里，其二次电子是由一连串的电极，称二次发射极，来倍增。此二次发射极为分离式的，通常每个二次发射极的电位差在 100 到 200 伏特，用来加速电子到下一个二次发射极，最后到达阳极。光电倍增管可在常压下使用，而电子倍增管是设计在高真空环境下使用。

电子倍增管运作方式电子倍增管一般是采用连续式的二次发射极。这是因为此电极表面的高电阻，使得二次电子和加速电场的分布可以组合在同一个元件里，而不需要分开。 通常为漏斗状，材料为镀上一层半导体薄膜的玻璃所构成。另一种平面二维的侦测器，称微通道板，也是运用相同的原理。有别于微通道板有上百万个微通道，电子倍增管使用单一个通道。

通道电子倍增器通道电子倍增器（Channel Electron Multiplier，CEM）是一种连续的电阻管，如下图所示，管子内壁经涂敷或其他处理，内壁表面电阻很大，为l09n量级的导电层，并且二次电子发射系数δ>3。工作时管子两端加直流电压，如1000V，管内建立了均匀电场。入射电子进入CEM的低电位端后，与管壁内表面相撞并发射出二次电子，这些电子被管内电场沿轴向加速，从场中获得足够高能量后又与管壁相撞并产生更多的二次电子，这个过程被多次重复，最后在高电位端输出增益达105的电子束。

制作CEM材料应满足下列要求：

(1)大的二次电子发射系数，一般δ>3。

(2)合适的均匀电阻层，以109Ω量级为最佳。

(3)化学稳定性好，蒸气压低。

目前使用的材料有两种：高铅玻璃、陶瓷半导体。

高铅玻璃：拉制成管后，在玻璃内表面烧H还原，生长一层厚10nm的单晶Pb或Pb0的n型半导体膜，此膜δ>3，电阻为108~1010Ω，化学稳定性好，是目前使用最多的一种材料。

陶瓷半导体：BaTiO3或BaZnTiO3陶瓷半导体在高温下烧结而成，它们具有耐轰击、耐烘烤、有正的温度系数和寿命长等优点；但它可塑性差，成形困难，使用时为得到相同增益所加的工作电压要比高铅玻璃高得多。

为了传送和增强图像，需要很细很细的通道成束，切片加工制成微通道板，简称MCP，它有几十万个微通道电子倍增管，如下图所示。由于图像分辨率的要求，单通道直径为6~10μm。1

电子倍增管应用最常用的检测器是电子倍增管，原理和光电倍增管很相似。一定能量的离子打到电子倍增管电极表面，产生二次电子，二次电子又经多级倍增放大，然后输出到放大器。信号经放大后由计算机处理，储存或打印出报告。

电子倍增管被广泛的运用在各种质谱仪里，用来侦测被离子化并通过分析器后的离子。通常质谱仪里都有电子倍增管和法拉第杯。在讯号很强时，使用法拉第杯；而讯号微弱时，使用电子倍增管。此外，电子倍增管也应用在电子显微镜，表面分析，x射线光电子能谱等多种需要侦测微量离子或电子的分析仪器里。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所