Un multiplicateur d’électrons est un dispositif qui augmente le taux d’émission d’électrons d’un flux d’électrons. Il bombarde un matériau émissif avec un flux d’électrons, provoquant l’émission d’électrons par le matériau. Chaque électron qui frappe le matériau émissif peut lui faire émettre jusqu’à trois électrons, multipliant ainsi le taux d’émission du flux d’électrons.
Le matériau émissif est généralement une plaque métallique, et un multiplicateur d’électrons contient généralement une série de ces plaques. L’application d’une différence de potentiel électrique entre des plaques successives fera sauter les électrons émis par la première plaque vers la deuxième plaque, ce qui provoquera l’émission de plus d’électrons par la deuxième plaque. Ce processus se poursuit à travers toute la série de plaques, entraînant l’émission de beaucoup plus d’électrons que dans le flux d’électrons initial. Une anode recueille alors les électrons produits par le multiplicateur d’électrons.
L’effet en cascade des électrons nécessite que les électrons frappent le matériau émissif avec une énergie suffisante pour induire une émission secondaire. Cette exigence permet à un multiplicateur d’électrons de fonctionner comme un détecteur d’ions. Un flux de photons peut également provoquer l’émission de photons, comme dans le cas d’un tube photomultiplicateur. Ce dispositif sépare chaque surface émissive par une série d’anodes appelées dynodes. Une série de résistances sépare les dynodes les unes des autres, de sorte que le potentiel électrique entre les dynodes successives est typiquement de +100 volts à +200 volts.
Cette structure nécessite que le matériau d’électrode ait une résistance électrique élevée pour fusionner la fonction de division de tension avec la fonction d’émission secondaire. Un multiplicateur d’électrons a généralement la forme d’un entonnoir et est construit en verre. L’entonnoir en verre a une fine couche d’une substance ayant une capacité limitée à conduire l’électricité, connue sous le nom de semi-conducteur.
Le multiplicateur d’électrons reçoit une tension négative élevée à l’extrémité large de l’entonnoir et une tension positive faible à l’extrémité étroite de l’entonnoir. Cette configuration de tensions fait que l’entonnoir émet des électrons à partir de sa surface, qui se déplacent ensuite de l’extrémité large vers l’extrémité étroite de l’entonnoir. Les électrons parcourent une courte distance avant de heurter la surface de l’entonnoir, provoquant l’émission de plus d’électrons.
Une anode à l’extrémité étroite de l’entonnoir recueille les électrons. Cet agencement est connu spécifiquement sous le nom de multiplicateur d’électrons à canal unique. Une plaque à microcanaux est un type plus complexe de multiplicateur d’électrons qui utilise un réseau bidimensionnel de multiplicateurs d’électrons à un seul canal.