Elektrodensystem mit unsymmetrischer Leitfähigkeit mit Steuergitter. Die Erfindung bezieht sich auf ein Elek- trodensystem mit unsymmetrischer Leitfähig keit, das durch zwei Schichten mit verschie denem Emissionsvermögen gebildet wird, die durch eine nicht genetische Sperrschicht von einander getrennt sind.
Unter einer "nicht genetischen Sperr schicht" soll eine Sperrschicht verstanden werden, welche nicht durch chemische Um wandlung einer anliegenden Elektrode gebil det ist.
Es ist bereits bekannt, wenn von Kupfer- oxydulgleichrichtern ausgegangen wird, ein Dreielektrodensystemdadurch herzustellen, dass in der halbleitenden Oxydschicht ein Gitter angebracht wird, an das eine Hilfs spannung angelegt wird, um den von der Kupferelektrode zum Halbleiter fliessenden Elektronenstrom zu beeinflussen. Auf die sem Wege konnten jedoch, .soweit der An- melderin bekannt, keine befriedigenden Re sultate erzielt werden.
Es wurde ferner bereits vorgeschlagen, den von einer Metallelektrode über eine Schicht aus Isoliermaterial auf einen Halb leiter übergehenden Elektrodenstrom durch Änderung der Feldstärke eines das System durchsetzenden magnetischen Feldes zu be- .einflussen. Man muss damit rechnen, .dass eine solche Einrichtung viel Raum bean sprucht und nicht auf einfache Weise be dient werden kann.
Die Erfindung hat den Zweck, Strom-, steuerungseinrichtungen zu schaffen, .die, bei spielsweise als Verstärker oder als audion- artig wirkende Detektoren benutzt, die ge genwärtigen Röhren mit thermischer Emis sion ersetzen sollen, die verwickelt und in der Anschaffung sowie im Betrieb, zum Bei spiel durch Stromverbrauch zur Heizung,der Kathode, teuer sind.
Bei einem Elektrodensystem unsymme trischer Leitfähigkeit, das durch zwei Schich ten mit verschiedenem Emissionsvermögen gebildet wird, die durch eine nicht genetische Sperrschicht voneinander getrennt. sind, ist erfindungsgemäss in der Sperrschicht ein mit einem Zuführungsleiter versehenes leitendes Gitter vorgesehen.
Unter Emissionsvermögen wird hier die Fähigkeit. verstanden, Elek tronen in die Sperrschicht zu senden, und zwar wird sie dann als verschieden zu be trachten sein, wenn der in ein und dasselbe Sperrschichtmaterial, bei der Arbeitstempera tur des Systems, abgegebene Elektronenstrom verschieden ist. Es hat beispielsweise ein Metall ein wesentlich höheres Emissionsver mögen als ein Halbleiter, etwa Selen, und zwar in einem weiten Temperaturgebiet und bezüglich sehr verschiedener Sperrschicht materialien.
Als "leitend" soll ein Gitter bezeichnet werden, wenn es ein, wenn auch geringes Mass von Elektronenleitfähigkeit besitzt.
Ein derartiges System kann also eine üb liche Detektor- oder Verstärkerröhre ersetzen; denn er weist gleichfalls eine emittierende, sowie eine nicht oder fast nicht emittierende Elektrode und zwischen diesen beiden ein Gitter auf, das einem in einer Röhre im Vakuum zwischen Kathode und Anode an geordneten Gitter entspricht.
Weil das Gitter sich erfindunb gemäss in der nicht genetischen isolierenden Schicht befindet, kann .der Aufbau in einfacher Weise statt- finden und kann ein brauchbares Ergebnis erzielt werden, wie aus dem im Unterstehen den gegebenen Ausführungsbeispiel hervor geht. Überdies ist es möglich in ganz ein facher Weise im System mehrere Gitter an zuordnen. Man hat ja die Dicke der nicht genetischen Schicht selbst und die Lage der darin angeordneten Gitter völlig in der Hand.
Das Elektrodensystem könnte zum Bei spiel dadurch erhalten werden, dass auf die eine der beiden, Endschichten mit verschie denen Emissionsvermögen abwechselnd eine isolierende und eine gelochte leitende ein Gitter bildende Schicht, auf die letzte ge lochte leitende Schicht noch eine isolierende Schicht und auf diese schliesslich die andere Endelektrode aufgebracht wird. Ein solches Elektrodensystem würde den jetzigen Radio- röhren mit drei oder mehr Elektroden ent sprechen.
Wenn man zum Beispiel jeder Gitter- schicht eine Dicke von 0,5 Mikron gibt und. jeder isolierenden Trennschicht ebenfalls eine Dicke von 0,5 Mikron, so ist man im stande in einer Gesamtdielektrikumdicke von 8;5 Mikron acht Gitter unterzubringen.
Es ist selbstverständlich sehr erwünscht, die Zwischenschicht möglichst dünn zu machen, um die elektrische Feldstärke zwi schen den Hauptelektroden möglichst zu steigern, :da dies einen starken, günstigen Einfluss auf die zu erzielende Wirkung hat. Es entsteht jedoch durch das Vorhandensein eines leitenden Gitters die Möglichkeit, @dass letzteres infolge der zu geringen Dicke der isolierenden Schicht in einem einzigen, zum Beispiel zufälligerweise vorragenden Punkt; mit einer der Elektroden Kurzschluss verur sacht.
Zur Vermeidung der Kurzschluss- gefahr kann es zweckmässig sein, einzu legende Metallgitter vorher mit einem iso lierenden Überzug zu versehen.
Bei der Wahl eines Gittermaterials ist zu berücksichtigen, dass ein Gitter aus stark emittierendem Material den Elektronenstrom zwischen Anode und Kathode der eigenen Emission wegen beeinflusst. Es kann daher zweckmässig sein, als Gittermaterial einen Halbleiter zu verwenden.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Aus führungsbeispiel des Gegenstandes der Er findung; in folgendem wird auch ein Her stellungsverfahren für dasselbe gegeben.
Die Hauptelektrode 2- besteht aus Selen, das folgendermassen zubereitet wird. Nor males Handelsselen wird geschmolzen und dann zur Erhöhung seiner Leitfähigkeit mit einer isolierenden, stabilen Metallverbindung, wie Bariumwolframat (Ba W04), in einem Gewichtsverhältnis von etwa<B>5%,</B> gemischt. Nach inniger Vermischung durch stetiges Rühren wird die Masse auf einen nicht dar gestellten Träger aus Messing (welcher Trä ger zugleich als Stromzuführungsleiter für die Selenelektrodedient), aufgetragen und ausgestrichen, wonach sie zu einer Dicke von etwa 0,05 mm flachgewalzt wird.
Hierauf bringt man den Träger mit,dem Selen .in einen Ofen und erhitzt das Ganze auf eine Tem peratur von etwa 2,00' C während ungefähr ?d Stunden. Deise Massnahme dient dazu, das Selen in die graue, halbleitende Modifi kation überzuführen.
Auf die Selenschicht wird dann eine Schicht 3- aus isolierendem Material auf gebracht. Wählt man für diese Schicht ein Kunstharz wie Polystyren, so kann man die ses in sehr geringer Dicke auftragen (z. B. in einer Dieke von 0,5 ,u), indem man es in einer leichtflüchtigen Substanz, wie Ben- zen löst.
Nach dem Auftragen der Lösung wird das Ganze erhitzt und das Benzen völlig ausgedampft, um,das Kunstharz dureh- polimerisieren zu lassen, wodurch .ei dichter wird und noch bessere dielektrische Eigen schaften erhält.
Das auf diese Schicht anzuordnende Git ter .1 kann aus Kohle, die aus einer Sus pension in Wasser niedergeschlagen wird, oder aus einem Metall, wie Silber oder Alu minium bestehen. Bekanntlich kann man diese Metalle bis zu einer ausserordentlich ge ringen Dicke (0,1,u) walzen.
Das Gitter wird so dimensioniert, dass es etwa die ganze Ober fläche der Schicht 3 bedeckt und eine Zunge 5 aufweist, beispielsweise, ebenso wie G und die folgenden Zungen, aus Silberpapier beste hend, die :das Gitter mit einem äussern Kreis verbindet. Die Gitterelektroden brauchen nicht notwendigerweise Öffnungen aufzuwei sen; doch wird man meist, um ein ungehemm- teres Durchfliessen der Elektronen zu er zielen, solche vorsehen.
Man kann solche Üff- nungen dadurch zustandebringen, dass man diejenigen Stellen der Gitterelektrode wo man Öffnungen wünscht, durch einen auf alle zugänglichen Stellen wirkenden. chemi schen Angriff wegbeizt, während die Stel len, die nicht w eggebeizt werden .sollen, mit einer unangreifbaren (z. B. Wachs- oder Pa- rafin-) Schicht überzogen werden.
Nach der Herstellung des Gitters 4 wird dieses wieder mit einer Schicht 3' ebenfalls aus Polystyren überzogen. Es ist klar, dass man in der oben beschrie benen Weise die erforderliche Zahl von Git tern anbringen kann. Es muss dabei Sorge getragen werden, dass die Gitter gegenein ander und das letzte Gitter gegen die an letzter Stelle anzubringende, gutleitende Elektroden mittels einer Schicht aus isolie rendem Material getrennt sind.
Die gutleitende Elektrode 1 kann aus einem Metall wie Silber oder Gold bestehen und aus einer Suspension niedergeschlagen oder in flüssigem Zustand aufgebracht (z. B. aufgespritzt) werden.
Es ist klar, dass man die Dicke der ein zelnen isolierenden Schichten 3, 3' je nach den zu berücksichtigenden Umständen (Ka pazität zwischen den Elektroden, Potential differenz zwischen .den anliegenden Elek troden oder Gittern) wählen wird.
Die Gitter könnten auch aus durchbro chenen Platten bestehen, die zwecks Behe bung der Selbstemission und .der Gefahr des Durchbrechens der äusserst dünnen Sperr schicht vor dem Aufbringen auf die isolie renden Schichten mit einem isolierenden Überzug versehen werden können. Sie könn ten zum Beispiel aus einer gelochten, elek- trolytl-Sel1 oxydierten Aluminiumplatte oder einer mit einer dünnen Kunstharzschicht überzogenen gelochten Platte bestehen. Die Gitter könnten auch als Drahtgeflecht aus gebildet sein.
Selbstverständlich ist es ange bracht, auch die Anschlusszungen 5, 5' usw. grösstenteils mit einem isolierenden Überzug gegen gegenseitigen Kontakt zu schützen.
In vorhergehendem Ausführungsbeispiel war als Material für die Gitter in erster Linie an Kohle zu denken, und für die gut leitende Elektrode an Silber oder Gold. Nach- stehend. wird der Aufbau eines Systems, mit einem Kupferjodürgitter und einer gutleiten den Elektrode aus einer Metallegierung be schrieben.
Die halbleitende Elektrode ist, wie in vorhergehendem Ausführungsbeispiel be schrieben, gebildet und auf die freie Ober fläche des Selens ist eine dünne isolierende Schicht von etwa 0,5 Mikron aufgebracht. Hierauf wird eine äusserst dünne Schicht aus metallischem Kupfer aufgedampft.
Indem das Kupfer Joddämpfen ausgesetzt wird, wird eine halbleitende Kupferjodürverbin- dung .gebildet, welcher Stoff ausgezeichnete Eigenschaften als Gittermaterial aufweist. Das so dargestellte CuJ ist so porös, dass die Elektronen sehr leicht durch die Gitterschicht hindurch-schiessen können. Als Zuführungs leiter kann ein ganz dünner Zinnstreifen ver wendet werden.
Dieser Streifen wird nun derart auf das CuJ gelegt, dass das Gitter nur zu einem ganz ,geringen Teil bedeckt wird, weil sonst die Gitterwirkung des CuJ beeinträchtigt würde. Dieses Gitter wird nun mit einer isolierenden Schicht von eben falls zum Beispiel 0,5 Mikron bedeckt. Mau kann nun in dieser Weise so lange vorgehen,
bis die erforderliche Anzahl an Gittern unter Zwischenfügung der isolierenden Trenn schichten angeordnet ist. Schliesslich wird die letzte Isolierschicht angeordnet. Die gut leitende Elektrode besteht nun aus sogenann- tem Rose's Metall (einer Legierung von Blei, Zinn und Wiemut).
Das System, von dem im nachstehenden ,die Messergebnisse gegeben werden, besitzt ein aus CuJ bestehendes Gitter, welches von den beiden Elektroden durch je eine Polystyren- schicht von 5 Mikron getrennt wurde.
Bei einer Anodenspannung von 50 Volt und einer Schichtfläche von 0,25 cm' waren die Re sultate
EMI0004.0044
<I>Eg <SEP> i.,</I>
<tb> 0 <SEP> Volt <SEP> 2 <SEP> mA
<tb> '-15 <SEP> " <SEP> 0 <SEP> "*
<tb> -E- <SEP> 15 <SEP> " <SEP> 7 <SEP> " Von einer weiteren Entwicklung der er findungsgemässen Anordnung sind viele gün- stige Resultate zu erwarten.
Electrode system with asymmetrical conductivity with control grid. The invention relates to an electrode system with asymmetrical conductivity, which is formed by two layers with different emissivities, which are separated from one another by a non-genetic barrier layer.
A "non-genetic barrier layer" should be understood to mean a barrier layer which is not formed by chemical conversion of an adjacent electrode.
It is already known, when starting from copper oxide rectifiers, to produce a three-electrode system by attaching a grid in the semiconducting oxide layer to which an auxiliary voltage is applied in order to influence the electron current flowing from the copper electrode to the semiconductor. However, as far as the applicant is aware, no satisfactory results could be achieved in this way.
It has also already been proposed to influence the electrode current passing from a metal electrode via a layer of insulating material to a semiconductor by changing the field strength of a magnetic field penetrating the system. It must be expected that such a device will take up a lot of space and cannot be easily operated.
The purpose of the invention is to create power and control devices that are used, for example, as amplifiers or as audion-like detectors, which are intended to replace current tubes with thermal emission that are involved and involved in the purchase and operation, For example, due to power consumption for heating, the cathode, are expensive.
In the case of an electrode system with asymmetrical conductivity, which is formed by two layers with different emissivities, which are separated from one another by a non-genetic barrier layer. according to the invention, a conductive grid provided with a supply conductor is provided in the barrier layer.
Emissivity here means the ability. understood to send electrons into the barrier layer, and it will then have to be regarded as different if the electron current emitted in one and the same barrier layer material, at the working temperature of the system, is different. For example, a metal has a much higher emission capacity than a semiconductor, such as selenium, over a wide temperature range and with respect to very different barrier materials.
A grid is to be referred to as "conductive" if it has a degree of electron conductivity, albeit a low level.
Such a system can therefore replace a customary detector or amplifier tube; because it also has an emitting and a non-emitting or almost non-emitting electrode and between these two a grid that corresponds to a grid arranged in a tube in a vacuum between the cathode and anode.
Because the grid is located according to the invention in the non-genetic insulating layer, the construction can take place in a simple manner and a useful result can be achieved, as can be seen from the exemplary embodiment given below. In addition, it is possible to assign several grids in the system in a very simple way. The thickness of the non-genetic layer itself and the position of the grids arranged in it are completely in your hand.
The electrode system could be obtained, for example, by placing an insulating and a perforated conductive layer on top of one of the two end layers with different emissivities, and an insulating layer on the last perforated conductive layer and finally the other end electrode is applied. Such an electrode system would correspond to the current radio tubes with three or more electrodes.
For example, if you give each grid layer a thickness of 0.5 microns and. Each insulating separation layer also has a thickness of 0.5 microns, so one is able to accommodate eight grids in a total dielectric thickness of 8.5 microns.
It is of course very desirable to make the intermediate layer as thin as possible in order to increase the electrical field strength between the main electrodes as much as possible, since this has a strong, favorable influence on the effect to be achieved. However, the presence of a conductive grid creates the possibility that the latter, as a result of the insufficient thickness of the insulating layer, is in a single, for example accidentally protruding point; short-circuit with one of the electrodes.
To avoid the risk of short circuits, it can be useful to provide the metal grids that are to be inserted with an insulating coating beforehand.
When choosing a grid material, it must be taken into account that a grid made of highly emissive material influences the electron flow between anode and cathode because of its own emission. It can therefore be useful to use a semiconductor as the lattice material.
The drawing illustrates an exemplary embodiment from the subject matter of the invention; In the following a manufacturing process for the same is also given.
The main electrode 2- consists of selenium which is prepared as follows. Normal commercial selenium is melted and then mixed with an insulating, stable metal compound such as barium tungstate (Ba W04) in a weight ratio of about 5% to increase its conductivity. After intimate mixing by constant stirring, the mass is applied to a non-presented support made of brass (which Trä ger also serves as a power supply conductor for the selenium electrode) and spread, after which it is rolled flat to a thickness of about 0.05 mm.
The carrier, the selenium, is then brought into an oven and the whole is heated to a temperature of about 2.00 ° C. for about three hours. This measure serves to convert the selenium into the gray, semiconducting modification.
A layer 3 of insulating material is then applied to the selenium layer. If you choose a synthetic resin such as polystyrene for this layer, you can apply it in a very small thickness (eg in a dieke of 0.5, u) by dissolving it in a volatile substance such as benzene.
After the solution has been applied, the whole thing is heated and the benzene is completely evaporated in order to allow the synthetic resin to polymerize, which makes it denser and has even better dielectric properties.
The grid to be arranged on this layer .1 can consist of carbon, which is precipitated from a sus pension in water, or of a metal such as silver or aluminum. It is known that these metals can be rolled up to an extraordinarily small thickness (0.1, u).
The grid is dimensioned so that it covers approximately the entire upper surface of the layer 3 and has a tongue 5, for example, as well as G and the following tongues, made of silver paper, which: connects the grid with an outer circle. The grid electrodes do not necessarily need to have openings; However, in order to achieve a more uninhibited flow of electrons, one will usually provide such.
Such openings can be created by acting on all accessible points at those points on the grid electrode where openings are desired. chemical attack, while the areas that should not be etched away are coated with an unassailable (e.g. wax or paraffin) layer.
After the grating 4 has been produced, it is covered again with a layer 3 ', likewise made of polystyrene. It is clear that you can attach the required number of grids in the manner described above. Care must be taken that the grids are separated from each other and the last grid is separated from the highly conductive electrodes to be attached at the last point by means of a layer of insulating material.
The highly conductive electrode 1 can consist of a metal such as silver or gold and be deposited from a suspension or applied in a liquid state (for example sprayed on).
It is clear that the thickness of the individual insulating layers 3, 3 'will be selected depending on the circumstances to be taken into account (capacitance between the electrodes, potential difference between the adjacent electrodes or grids).
The grids could also consist of perforated plates that can be provided with an insulating coating prior to application to the insulating layers in order to eliminate self-emission and the risk of breaking through the extremely thin barrier layer. They could, for example, consist of a perforated, electrolytically Sel1-oxidized aluminum plate or a perforated plate coated with a thin layer of synthetic resin. The grid could also be formed as a wire mesh.
Of course, it is appropriate to also protect the connecting tongues 5, 5 ', etc. for the most part with an insulating coating against mutual contact.
In the previous exemplary embodiment, carbon was primarily to be thought of as the material for the grid, and silver or gold for the highly conductive electrode. Below. the structure of a system with a copper iodine grid and a highly conductive electrode made of a metal alloy is described.
The semiconducting electrode is, as described in the previous embodiment, formed and a thin insulating layer of about 0.5 microns is applied to the free upper surface of the selenium. An extremely thin layer of metallic copper is vapor-deposited on this.
By exposing the copper to iodine vapors, a semiconducting copper iodine compound is formed, which material has excellent properties as a lattice material. The CuJ shown in this way is so porous that the electrons can shoot through the grid layer very easily. A very thin strip of tin can be used as the feed conductor.
This strip is now placed on the CuJ in such a way that the grid is only covered to a very, small part, because otherwise the grid effect of the CuJ would be impaired. This grid is now covered with an insulating layer of also if for example 0.5 microns. Mau can go on in this way for so long
until the required number of grids is arranged with the interposition of the insulating separating layers. Finally the last insulating layer is placed. The well-conducting electrode now consists of so-called Rose's metal (an alloy of lead, tin and wiemut).
The system from which the measurement results are given below has a grid made of CuJ, which was separated from the two electrodes by a polystyrene layer of 5 microns each.
With an anode voltage of 50 volts and a layer area of 0.25 cm 'the results were
EMI0004.0044
<I> Eg <SEP> i., </I>
<tb> 0 <SEP> Volt <SEP> 2 <SEP> mA
<tb> '-15 <SEP> "<SEP> 0 <SEP>" *
<tb> -E- <SEP> 15 <SEP> "<SEP> 7 <SEP>" Many favorable results can be expected from a further development of the arrangement according to the invention.