Photoelektrische Kathode und Verfahren zu deren Herstellung. Die Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrische Kathode mit einer grossen Empfindlichkeit im sichtbaren Lichtspek trum.
Es ist bekannt, zur Erhaltung einer photoelektrischen Kathode mit grosser Emp findlichkeit für grüne und blaue Lichtstrah len ein Alkalimetall auf eine Unterlage aus Antimon oder Wismut aufzudampfen. Es wird auf diese Weise eine photoelektrische Schicht erhalten, die ihre höchste Empfind lichkeit im Bereich zwischen 4000 und 5000 Ä besitzt. Diesen bekannten Kathoden haftet jedoch der .Übelstand an, dass der spezifische Widerstand derartiger Schichten ziemlich gross ist, so dass sie für grosse Oberflächen, wie sie zum Beispiel bei Bildverstärker röhren benutzt werden, weniger geeignet sind.
Ausserdem hat Antimon eine ziemlich hohe Dampfspannung, so dass bei der Erhitzung der Schicht während der Herstellung eine ziemlich grosse Antimonmenge verdampft.
Diesen Übelständen wird durch die photo elektrische Kathode gemäss der Erfindung ab- geholfen, die eine Unterlage aus einer Silber Antimonlegierung aufweist, die mit einem Alkalimetall, z. B. Cäsium, lichtempfindlich gemacht worden ist.
Derartige Schichten aus einer Silber-An- timonlegierung haben den Vorteil, dass einer seits ihr Widerstand erheblich kleiner ist als der der obenerwäbnten Schichten, so dass auch bei sehr dünnen, durchsichtigen Schichten eine grosse Kathodenoberfläche benutzt wer den kann, anderseits ist die Dampfspannung der Silber-Antimonlegierung wesentlich nie driger als die des freien Antimons, so dass während der Herstellung weniger Metall von der Unterlage verdampft.
Die photoelek trische Kathode gemäss der Erfindung eignet sich daher insbesondere zur Anwendung bei Bildverstärkerröhren, bei denen eine ziemlich grosse durchsichtige Kathode erwünscht ist. Die spektrale Empfindlichkeit liegt im Be reich zwischen 4000 und 5000 Ä, so dass die Bilder mit der gleichen Schärfe übermittelt werden, mit der sie vom menschlichen Auge wahrgenommen werden. Vorzugsweise wird eine Silber-,-#.iititnon- legierung benutzt, die höchstens<B>17</B> Gewichts prozente Antimon enthält.
Die Dampfspan nungen der beiden Metalle dieser Legierung sind nämlich bei niedrigem Druck und bei einer Temperatur, die bei der Herstellung vorkommt, ungefähr proportional zu dem Legierungsverhältnis, so dass die Zusammen setzung der Legierung sich während der Her stellung nicht ändert.
Die Photokathode kann aus einer Unter lage derart geringer Stärke bestehen, dass die Kathode wenigstens<B>30%</B> des sichtbaren Lichtes durchlässt. Das Aufdampfen des Al kalimetalles zur Erhaltung der Lichtemp findlichkeit ändert die Lichtdurchlässigkeit praktisch durchaus nicht.
Die Photokathode gemäss der Erfindung bietet den zusätzlichen Vorteil, dass sich eine absichtliche intensive Oxydation der Unter lage, die bei Silberunterlagen üblich ist, er übrigt. Es ist -vvohl möglich, nach dem Auf bringen des lichtempfindlichmachenden Al kalimetalles, eine sehr leichte Oxydation der fertigen Schicht in der Weise herbeizuführen, dass bei Zimmertemperatur Sauerstoff unter sehr niedrigem Drucke in. das Gefäss einge bracht wird, in dem die Kathode angeordnet ist. Dies bewirkt eine geringe Verschiebung der spektralen Empfindlichkeit.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der beiliegenden Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In Fig. 1 ist im Schnitt eine Bildverstär- kerröhre dargestellt, die eine photoelektrische Kathode gemäss der Erfindung enthält.
Fig. 2 ist ein Schnitt durch die photoelek trische Kathode für sich allein.
Fig. 3 zeigt eine Anzahl von spektralen Empfindlichkeitskurven von verschiedenen bekannten photoelektrischen Schichten sowie der photoelektrischen Schichten der Kathode gemäss den verschiedenen Ausführungsformen gemäss der Erfindung.
In Fig. 1 bezeichnet T die Glashülle einer Hochvakuumelektronenverstärkerröhre. Diese Röhre ist am einen Ende durch ein lichtdurchlässiges Fenster W und am andern Ende durch eine Wand mit einem fluoreszie renden Schirm S abgeschlossen.
Gemäss der dargestellten Ausführungs form ist die photoelektrische Kathode auf dem Fenster<B>11'</B> vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, diese Kathode auf einem durchsichtigen Schirm anzubringen, der von dieser Wand frei ist. In beiden Fällen ist die Kathodenoberfläche von einem elektrisch lei tenden Rahmen 1 umgeben, der mit Hilfe eines Leiters la mit ausserhalb der Röhre be findlichen Teilen in Verbindung gebracht werden kann. Dieser Rahmen 1 besteht zum Beispiel aus einem Silberband, das an der Wand der Hülle befestigt ist.
In der Röhre sind ferner die Elektronen- fokussierungselektroden 2, 3 und 4 sowie die zylindrische Anode 5 angeordnet, die alle gleichaehsig zueinander, zum Fensi;er W und zum Schirm S verlaufen. Die Wirkung der Röhre mit den obenbeschriebenen Elektroden wird hier als bekannt vorausgesetzt. Es ge nügt, zu erwähnen, dass Lichtstrahlen, die von aussen her auf das Fenster W fallen, aus letzterem Elektronen auslösen, die beschleu nigt werden und auf den Schirm S auftref fen, wo sie durch Fluoreszenz Licht erzeugen.
Die Elektrode 4, die an der Stelle liegt, wo sich die Elektronenbahnen kreuzen, kann gewöhnlich eine kleinere Öffnung als die an dern Elektroden aufweisen. Der ausserhalb dieser Öffnung vorhandene Raum wird zur Anordnung eines Glühdrahtes 6 benutzt. mit dessen Hilfe Silberantimonpastillen i erhitzt "erden können. Dieser Glühdraht wird durch den zylindrischen Schirm 4b von den Elektronenbahnen abgeschirmt. Zum Auf bringen eines lichtempfindlichen Metalles auf die leitende Unterlage sind mehrere Cäsium- pastillen 9 in einem röhrenförmigen Ansatz R vorhanden.
Bei dein Aufdampfen des Cäsiums auf das Fenster Il' könnte die zylindrische Elek trode 4 eine Abschirmung für den Cäsium- dampf bilden. Um dies zii verhindern, weist diese Elektrode eine trichterartig eingebaute Öffnung 4f auf. In Fig. 2 ist der Aufbau der photoelek trischen Kathode im einzelnen dargestellt. Die Unterlage 10 wird auf eine tragende Oberfläche, im vorliegenden Falle das Glas fenster W der Röhre, niedergeschlagen. Diese Schicht wird dadurch hergestellt, dass die Sil- ber-Antimonpastillen 7 der erforderlichen Zu sammensetzung mittels des sie umgebenden Glühdrahtes 6 erhitzt werden.
Die Silber- Antimonlegierung schlägt sich dann in einer sehr dünnen Schicht auf dem Fenster W nieder und macht an den Rändern Kontakt mit dem silbernen Leitungsring 1. Um das Fenster durchsichtig zu erhalten, wird eine Schicht niedergeschlagen, die wenigstens 30 sichtbares Licht durchlässt. Die nachher auf zudampfende Menge des lichtempfindlich machenden Alkalimetalles ändert an dieser Durchsichtigkeit praktisch nichts. Die Stärke dieser Schicht ist jedoch nicht zu gering zu wählen, damit die Leitfähigkeit nicht un nötig herabgesetzt wird. Es wird daher im allgemeinen keine dünnere Schicht gewählt als - bis zu einer Lichtdurchlässigkeit von 53%.
Ohne dass jetzt das übliche Oxydations verfahren folgt, wird durch Erhitzung der Cäsiumpastillen 9 im röhrenförmigen Ansatz 8 die lichtempfindlichmachende Schicht 11 auf die Unterlage 10 aufgebracht. Es findet darauf eine Erhitzung der ganzen Röhre bis zu etwa 160 C statt, bis die photoelektrische Wirkung bis auf etwa 15 Mikroampere je Lumen, mit Hilfe einer Wolframlichtquelle gemessen, angestiegen ist.
Während des letztgenannten Heizverfah- rens verdampft unvermeidlich ein Teil des auf das Fenster aufgedampften Silberanti mons, und zwar um so mehr, je grösser die Dampfspannung des betreffenden Metalles ist. Die Dampfspannung des Antimons ist wesentlich höher als die des Silbers, so dass die aufgebrachte Legierung im allgemeinen ärmer an Antimon wird.
Eine<B>17%</B> Anti mon und 83% Silber enthaltende Legierung bleibt jedoch auch während des Heizverfah- rens von derselben Zusammensetzung, da sich dann die Dampfspannungen ungefähr wie die Legierungsprozentsätze verhalten. Durch Anwendung von geringeren Antimonprozent- sätzen lässt sich eine Verschiebung der höch sten spektralen Empfindlichkeit erzielen.
Obwohl das eigentliche Verfahren zur Oxydation der Unterlage bei dem genannten Verfahren überflüssig ist, kann gegebenen falls eine geringe Oxydation der bereits licht empfindlich gemachten Schicht erfolgen, wo durch eine Verschiebung der spektralen Emp findlichkeit erhalten wird. Diese Oxydation findet jedoch statt bei Zimmertemperatur und während des kurzen Vorhandenseins einer sehr geringen Sauerstoffmenge, zum Beispiel unter einem Druck von 10-s mm Quecksilbersäule.
Fig. 3 zeigt einige spektrale Empfind lichkeitskurven, die bei Anwendung von be kannten photoelektrischen Kathoden erhalten werden, sowie von einigen Ausführungsbei spielen der Erfindung. Die Kurve A zeigt eine spektrale Empfindlichkeit der üblichen undurchsichtigen Photokathode mit oxydier ter Silberunterlage. Die Kurve B gilt für durchsichtige Photokathoden der gleichen Zusammensetzung. Die höchste Empfindlich keit dieser photoelektrischen Schichten liegt bei 7500 Ä, also in einem Bereich, wo das menschliche Auge nicht empfindlich ist.
Würden derartige Kathoden in einer Bild verstärkerröhre benutzt, so würde das Bild auf dem Schirm S unscharf.
Die Kurve C stellt die spektrale Emp findlichkeit einer bekannten photoelektri schen Schicht dar, bei der nach dem Licht empfindlichmachen der Schicht eine zusätz liche Silbermenge zugesetzt worden ist. Die höchste Empfindlichkeit liegt bei etwa 6000 Ä, also noch im Bereich des roten Lichtes.
Die Kurve D stellt die Empfindlichkeit einer erfindungsgemäss hergestellten Photo kathode dar, bei der die Unterlage<B>13%</B> An timon und 87 % Silber enthält. Die Empfind lichkeit im Infrarot ist wesentlich geringer als die der bekannten Kathoden; die höchste Empfindlichkeit liegt im Bereich des Blau grünen. Die Kurve E stellt die Empfindlich- keit einer Schicht dar, die ]@) , , Antimon und 85 % Silber enthält. Die Empfindlich keit im langwelligen Teil des Spektrums nimmt in erheblichem Masse ab, und die Bild schärfe nimmt mithin zu.
Die Empfindlich keit entspricht mehr derjenigen des menscli- liehen Auges. Wird eine derartige. Schicht nach dem Lichtempfindlichmachen auf die oben beschriebene Weise mit Sauerstoff unter geringem Druck behandelt, so wird die Licht- empfindlichkeitskurve F erhalten. Die Emp findlichkeit im infraroten Licht ist völlig ver schwunden.