DE1138482B - Emissionselektrode - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

W29612Vinc/21g

ANMELDETAG: 7. MÄRZ 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 25. OKTOBER 1962

Die Erfindung betrifft in elektronischen Entladungsgefäßen angebrachte Bauteile, die Elektronen emittieren, wenn sie mit Primärelektronen beschossen oder bestrahlt werden. Solche Bauteile sind als Sekundäremissionselektroden oder Dynoden bekannt. Unter Emission wird nachstehend nicht nur der Austritt von Elektronen in den freien Raum, sondern auch der Übergang der Elektronen vom emittierenden Element in ein unmittelbar benachbartes festes Element verstanden.

Es sind viele Anstrengungen gemacht worden, die Sekundärelektronenausbeute, d. h. die Anzahl der für ein auftreffendes Primärelektron ausgesandten Sekundärelektronen zu steigern. Das Ergebnis dieser Anstrengungen sind die Sekundärelektronenvervielfacher, die zahlreiche Anwendungen gefunden haben. Es besteht jedoch immer noch das Bedürfnis nach Dynoden (Prallanoden) mit höheren Ausbeuten, um die bekannten Elektronenvervielfacher zu verbessern und ihnen neue Anwendungsgebiete zu erschließen.

Zu den bekannten Dynoden gehört die sogenannte Vorderflächendynode. Diese besteht aus einer massiven Metallplatte, auf der sich eine Schicht aus elektronenemittierendem Material befindet. Die Metallplatte befindet sich im allgemeinen auf einem positiveren Potential als die Quelle der Primärelektronen, ist aber stärker negativ als die Sammelelektrode für die Sekundärelektronen. Bei diesen Anordnungen prallen die Primärelektronen auf die freie Oberfläche des elektronenemittierenden Materials auf, und die Sekundärelektronen werden von der gleichen Oberfläche emittiert. Derartige Anordnungen stellen ganz bestimmte geometrische Anforderungen, die bei gewissen Anwendungen unerwünscht sind. Man hat diesen Nachteil durch Anwendung von jalousieartig angeordneten oder netzförmigen Dynoden zu vermeiden gesucht. Diese Elektroden emittieren ebenfalls Sekundärelektronen an der gleichen Fläche, auf welche die Primärelektronen aufprallen, aber wegen der durchbrochenen Bauart kann die Bahn der Sekundärelektronen durch Anlegung eines kräftigen elektrischen Feldes umgelenkt werden. Derartige Elektronenvervielfacher werden z. B. in den Bildaufnahmeröhren vom Image-Orthicontyp verwendet.

Ein wesentlicher Fortschritt wurde durch die Durchlaßdynoden erzielt. Sie besitzen eine Schicht aus Sekundärelektronen emittierendem Material, auf das auf der einen Seite die Primärelektronen auftreffen und Sekundärelektronen auslösen, welche an der anderen Seite emittiert werden. Derartige Dynoden haben verschiedene Vorteile und weitere Anwendungsmöglichkeiten gegenüber den bekannten Prall-Emissionselektrode

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation, East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt, München 22, Widenmayerstr. 46

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 11. März 1960

Robert Schneeberger, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

anöden. Ein grundsätzlicher Vorteil der Verwendung solcher Anordnungen in Bildverstärkern liegt z. B. darin, daß die Bildauflösung in der Art erhalten bleibt, in welcher das Elektronenbild den Raum zwischen der Photokathode und der ersten Dynode oder weiteren Dynoden durchquert.

Derartige Prallanoden vom Durchlaßtyp stellen also zwar in vieler Hinsicht einen wesentlichen Fortschritt gegenüber den Vorderflächenelektroden dar, haben aber bisher noch zwei erhebliche Nachteile.

Der eine dieser Nachteile beruht darin, daß wegen der stark verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten der leitenden Schicht auf der mit Elektronen beschossenen Seite und der mehr oder weniger kristallinen Sekundäremissionsschicht starke Temperaturschwankungen, insbesondere während der Röhrenfertigung und Formierung, häufig zu Schäden führen. Es zeigen sich Kristallwachstum, Umorientierangen der Kristalle und schließlich Rißbildung, wobei zu beachten ist, daß die einzelnen Emissionsschichten eine Dicke in der Größenordnung von 1000 Ängström oder noch weniger aufweisen. Der zweite Nachteil der bisherigen Durchlaßschichten besteht darin, daß für viele Anwendungen die Sekundäremissionsausbeute, also bei Bildverstärkern die Helligkeit, noch zu klein ist.

Hauptziel der Erfindung ist die Beseitigung des ersten genannten Nachteils, wobei, wenn möglich, auch noch die Ausbeute erhöht werden soll.

Die Emissionselektrode, die Elektronen auf einer Seite emittiert, wenn sie auf der anderen Seite mit

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Elektronen beschossen oder bestrahlt wird, bestehend aus einer für Elektronen oder Bestrahlung durchlässigen Schicht aus leitendem Material und einer Emissionsschicht aus Isolierstoff, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus schwammigem Material mit einer Dichte besteht, die sehr gering im Vergleich zu der Dichte des Isolierstoffes in kompakter Form ist.
Verfahren zur Herstellung poröser Schichten

unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes auf die Dynode 10 gerichtet werden. Als Elektronenquelle 13 können z. B. punktförmige Kathoden, ausgedehnte Kathoden, Kaltkathoden, Glühkathoden oder Photo-5 kathoden dienen. Auch bei den Fig. 2 bis 5 ist natürlich eine solche Elektronenquelle 13 vorgesehen.

Die Emissionsschicht 14 besteht aus Isolierstoffen, die durch eine verhältnismäßig breite Lücke im Elektronenenergieband gekennzeichnet sind. Diese

Schichten schon zum Aufbau von photoleitenden Schirmen angewandt. Diese haben aber in Aufbau und Wirkungsweise nichts mit Prallanoden, insbesondere vom Durchlaßtyp, zu tun.

Andererseits ist bekannt, daß Metallplatten mit isolierender rauher Oberfläche höhere Sekundäremission haben als solche mit glatter Oberfläche. Dies bezieht sich aber nur auf Vorderflächenelektro-

durch Aufdampfen unter geringem Druck sind an io Bandlücke bezieht sich auf die kleinste Energie, die sich bekannt. Man hat auch derartige schwammige erforderlich ist, um ein Elektron aus dem vollen

Valenzband des Stoffes in das Leitungsband zu heben. Die Stoffe, aus denen die Schwammschicht 14 besteht, haben eine Bandlücke von etwa 3 Elektronen-15 volt oder mehr. Es wurde gefunden, daß die günstigsten Ergebnisse gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erzielt werden, wenn Isolierstoffe verwendet werden, bei denen die Bandlücke im Bereich von etwa 5 bis 10 Elektronenvolt liegt. Die obere Grenze den, bei denen sekundäre Feldemission auftritt. Da 20 ist aber nur dadurch bestimmt, daß bis jetzt keine hier die Primärelektronen die Trägerplatte nicht Stoffe zur Verfügung stehen, die größere Bandlücken durchdringen müssen, ist deren Dicke nicht durch aufweisen.

Rücksicht auf die Elektronenenergie begrenzt. Dem- Unter den für die Schwammschicht 14 geeigneten

zufolge ist die Vorderflächenelektrode ein mecha- Stoffen befinden sich Bariumfluorid (BaF₂), Lithiumnisch kräftiger Teil im Gegensatz zur sehr zerbrech- 25 fluorid (LiF), Magnesiumfluorid (MgF₂), Magnesiumlichen Durchlaßelektrode. Die Trägerplatte einer oxyd (MgO), Aluminiumoxyd (Al₂O₃), Caesiumjodid Vorderflächenelektrode kann durch Temperatur- (CsJ), Kaliumchlorid (KCl) und Natriumchlorid Schwankungen nicht beschädigt werden, wogegen (NaCl). Nach einer bevorzugten Ausführungsform bei den bekannten Durchlaßelektroden Trägerfilme der Erfindung besteht die Emissionsschicht 14 im mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen 30 wesentlichen aus Bariumfluorid, da dieser Stoff gute 100 Angstrom Verwendung finden. Hier treten also elektrische Eigenschaften, Stabilität unter thermiweit schwierigere mechanische Probleme auf.

Durch die Erfindung wird die mechanische Stabilität der Durchlaßelektroden bei Temperaturschwankungen ganz wesentlich verbessert, da die schwam- 35
migen und stark porösen Sekundäremissionsschichten
sich leicht an jede thermisch bedingte geometrische
Veränderung anpassen, ohne zur Rißbildung zu neigen. Auch können die erfindungsgemäßen Sekundäremissionsschichten im Gegensatz zu den bekannten 40 Struktur. Der Stoff ist darin fein verteilt und besitzt Durchlaßelektroden ohne weiteres längere Zeit hohe losen Zusammenhang. Grob gesehen ähnelt die Betriebstemperaturen aushalten, wodurch die Lebens- Schwammschicht 14 einem Niederschlag von sehr feidauer der betreffenden Röhren wesentlich erhöht nem Staub oder Ruß und wird demgemäß manchmal wird.

Überraschenderweise wird durch die erfindungs- 45
gemäßen Schichten aber nicht nur die mechanische
Stabilität verbessert, sondern es ergibt sich auch eine
starke Ausbeutesteigerang gegenüber den bekannten
Durchlaßelektroden unter sonst gleichen Bedingungen. Es wurde gefunden, daß die Ausbeute etwa um 5° Natur und enthält mehr oder weniger große Kristalle das 2,5fache steigt. mit bestimmter Molekülorientierung, die eng anein-

anderliegen, so daß nahezu keine Hohlräume zwischen ihnen vorhanden sind. Feste Stoffe haben demgemäß eine ziemlich genaue definierte Dichte. Bei diesem Dichtewert wird angenommen, daß der ganze Raum mit dem Stoff angefüllt ist und daß keine

sehen Wechselbeanspruchungen und Elektronenbeschuß und leichte Herstellungsmöglichkeit vereinigt.

Die Sekundäremissionsschicht 14 besteht, wie gesagt, aus einem der vorhergenannten Stoffe in Schwammform. Die Schwammschicht 14 ist also von weicher Beschaffenheit und weist zahlreiche Hohlräume und Poren auf. Sie hat eine offene, lose

auch als Rauchschicht bezeichnet.

Materie in Schwammform und insbesondere der für die Schwammschicht 14 verwendete Stoff hat eine Dichte, die weit geringer als die Dichte des gleichen Stoffes im kompakten Zustand ist. Material im kompakten Zustand ist im aUgemeinen kristalliner

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden
an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin ist

Fig. 1 ein Teilschnitt durch eine Sekundäremissionseinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Teilschnitt einer Abänderung der
Dynode nach Fig. 1,

Fig. 3 bis 7 Teilschnitte weiterer Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Dynoden und

Hohlräume vorhanden sind. Im Vergleich mit dieser Dichte der Stoffe in kompaktem Zustand beträgt die Dichte der Schwammschicht nur etwa 2% oder

Fig. 8 ein Schnitt durch einen Bildverstärker mit So weniger. Vorzugsweise hat sie einen Wert von etwa

durchlässigen Dynoden gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Dynode 10 gezeigt, die einen
Haltering 11 besitzt, der eine Trägerschicht 12 trägt.
Auf der Trägerschicht befindet sich eine Schicht 14

1 ^fl/o der kompakten Dichte. Es wurde gefunden, daß Schichten mit dieser Dichte eine hohe Ausbeute liefern.

Wegen ihrer geringen Dichte im Vergleich zu den

aus Sekundäremissionsmaterial in Schwammform ge- 65 gleichen Stoffen im kompakten Zustand hat die

maß der Erfindung. Schwammschicht 14 einen Dichtewert von nur etwa

Links von der Dynode 10 ist eine Elektronenquelle 0,01 bis 0,1 g/cm³. Es ist gewöhnlich bequemer,

13 angeordnet, die Elektronen aussendet, welche nicht diesen Wert der Volumendichte, sondern die

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Flächendichte der Schwammschicht 14 anzugeben. von solcher Dicke sein, daß die auftreffenden Primär-Diese kann sich im Bereich von etwa 50 · 10~⁶ bis elektronen hindurchdringen können, etwa 200 · 10~^fi g/cm² bewegen. Die Dicke der Beispielsweise kann die Tragschicht 12 aus einem

Schwammschicht befindet sich im allgemeinen im dünnen selbsttragenden Aluminiumfilm bestehen. Die-Bereich zwischen etwa 0,01 und 0,1 mm. 5 ser kann durch Niederschlagen von Aluminium im

Bei genauerer Prüfung im optischen oder Elek- Vakuum auf einen Film aus in der Wärme entferntronenmikroskop findet man, daß die Schwamm- barem organischem Stoff, wie Cellulosenitrat, gebildet schicht 14 einzelne Teilchen in größeren Klumpen werden. Die Dicke des Aluminiums beträgt z. B. etwa enthält. Die einzelnen Teilchen sind wahrscheinlich 140 bis 1000 Angström. Eine möglichst dünne Schicht kleine Zusammenlagerungen zahlreicher feinster io wird bevorzugt, damit die Spannungen, durch welche Kristalle und bestehen nicht aus einem Einkristall. die Primärelektronen beschleunigt werden, nicht über-Ihre Größe liegt etwa zwischen 100 und 500 Ang- mäßig groß werden müssen, um das Durchdringen ström im Durchmesser. Die größeren Klümpchen, der Tragschicht 12 und das Eindringen der Primärdie nicht unbedingt kugelförmig sind, sondern ganz elektronen in die Schwammschicht 14 zu ermöglichen, unregelmäßig oder flockig aussehen, haben einen 15 Die Tragschicht kann auch aus Aluminiumoxyd beDurchmesser von etwa 1 bis 10 · 10~³ mm. Sie be- stehen.

stehen aus zahlreichen kleinen Teilchen, die lose zu- Die Tragschicht 12 soll aber ausreichende Leit-

sammenliegen. fähigkeit aufweisen, damit die von der Dynode emit-

Eine schwammförmige Sekundäremissionsschicht tierenden Elektronen ersetzt werden können. Andern-14 wird durch Niederschlag aus der Gasphase auf 20 falls wird sich die Emissionsschicht 14 nach längerem dem Träger gebildet. Es wurde gefunden, daß im Betrieb aufladen und hierdurch die Anzahl der emit-Vakuum niedergeschlagenes Material Kristallstruktur tierten Sekundärelektronen erheblich absinken lassen, aufweist und auch in anderer Hinsicht sich nicht von Eine ausreichende Leitfähigkeit kann durch ein leitendem gewöhnlichen festen Material unterscheidet. des Netz als Träger gesichert werden. Infolge des Wenn der Gasdruck gesteigert wird, findet man, daß 25 schwammigen Aufbaues der Schicht 14 muß aber im die niedergeschlagene Schicht geringere Dichte auf- allgemeinen eine zusammenhängende Tragschicht vorweist und allmählich mehr die Eigenschaften einer gesehen sein.

Schwammschicht annimmt. Die Schicht erhält so die Nachstehend wird ein Beispiel einer Sekundär-

Eigenschaften eines Niederschlags aus einem Rauch. emissionselektrode gemäß der Erfindung und ihres Je größer der Gasdruck ist, desto geringer wird im 30 Herstellungsverfahrens beschrieben. Es wurde eine allgemeinen die Dichte der niedergeschlagenen Aluminiumfolie gebildet, die in der oben beschriebe-Schicht. Es wurde gefunden, daß eine Schicht mit nen Weise über einen Haltering gespannt war. Der einer Dichte in der Größenordnung von 1% der Durchmesser der Tragschicht des Aluminiums von Dichte im kompakten Zustand gebildet wird, wenn kreisförmiger Gestalt betrug etwa 1,8 cm. Dieser Trader Gasdruck etwa 1 bis 2 mm Hg beträgt und der 35 ger wurde in eine Glocke gebracht, in die Argon unter Abstand zwischen dem Verdampfer und dem Emp- einem Druck von etwa 1 mm Hg eingelassen wurde, fänger etwa 75 mm beträgt. Es ergibt sich im allge- Ferner fand sich in der Glocke ein Tantalschiffchen meinen eine dichtere Schicht, wenn Verdampfer und mit einem Heizwiderstand, das etwa 16 mg Barium-Empfänger geringeren Abstand haben. Der Druck fluorid in fester bzw. pulverförmiger Form enthielt, kann aber gesteigert werden, um dies wieder auszu- 40 Das Schiffchen war in einem Abstand von etwa gleichen. Das beim Aufdampfen verwendete Gas 75 mm unter dem Elektrodenhalter angebracht. Der wird im allgemeinen so gewählt, daß es gegen das Heizwiderstand wurde mit Strom versorgt und die Erniederzuschlagende Material neutral ist. Gegebenen- wärmung fortgesetzt, bis beobachtet wurde, daß das falls kann man aber auch ein Gas verwenden, das Bariumfluorid gerade geschmolzen war. Dann wurde mit dem verdampften Stoff sich verbindet und so 45 das Material auf dieser Temperatur gehalten. Der eine Schicht des Reaktionsproduktes erzeugt, wenn Stoff befand sich also unter den herrschenden Bedindieses Reaktionsprodukt die gewünschten Eigen- gungen, nämlich einem Gasdruck von etwa 1 mm Hg, schäften aufweist. beim Schmelzpunkt. Diese Temperatur ist erheblich

Der emittierende Stoff wird im allgemeinen in ein geringer als der Schmelzpunkt unter Atmosphären-Schiffchen eingebracht, das mit einem Heizwider- 50 druck, der etwa 1280° C beträgt. Der Dampfdruck stand versehen ist. Der Stoff befindet sich hierbei des Bariumfluorids bei seinem Schmelzpunkt unter noch in festem und kompaktem Zustand. In ge- diesen Umständen reicht aus, um das Material geeignetem Abstand von dem Schiffchen wird der nügend schnell zu verdampfen. Das Bariumfluorid Dynodenträger oder sonstige Empfänger für das wurde vollständig verdampft, und es wurde gefunden, aufgedampfte Material angebracht. Um gleichmäßige 55 daß die Flächendichte des aufgedampften Stoffes auf Auf dampf ung zu sichern, kann ein umlaufender dem Elektronenträger etwa 87-10-« g/cm² betrug. Empfänger verwendet werden. Eine solche Anord- Die Schicht hatte hierbei eine Dicke von etwa nung läßt sich auch zum Niederschlagen mehrerer 0,02 mm. Während also kompaktes Bariumfluorid Emissionsschichten in einem Arbeitsgang verwenden. eine Dichte von etwa 4,838 g/cm³ aufweist, hat die in Der in Fig. 1 gezeigte Träger ist so gewählt, daß er 60 der beschriebenen Weise gebildete Schwammschicht den Betrieb der Schwammschicht 14 als durchlässige nur eine Dichte von etwa 0,04 g/cm³. Sekundäremissionsschicht gestattet. Der Haltering 11 Ein weiteres Herstellungsverfahren für die Dynode

unterstützt demgemäß die Tragschicht 12 und die nach Fig. 1 ist folgendes. Eine bestimmte Menge Ma-Schwammschicht 14 nur an ihrem Umfang. Die Trag- gnesiummetall in Form eines dünnen Bändchens schicht 12 ist im allgemeinen notwendig, weil die 65 wurde am unteren Ende eines Kamins von etwa Emissionsschicht 14 schwammartigen Charakter hat, 35 cm Länge angeordnet. Ein Elektrodenhalter, der so daß sie nicht selbsttragend ausgebildet werden aus einem Aluminiumfihn in der beschriebenen Weise kann. Die Tragschicht 12 soll aus solchem Stoff und bestand, wurde am oberen Ende des Kamins ange-

bracht. Diese Anordnung wurde in Luft bei Atmosphärendruck angeordnet. Das Magnesium wurde angezündet und bildete Magnesiumoxyd, das durch den Kaminzug zum Empfänger wanderte. Auf dem Aluminiumfilm schlug sich eine Schwammschicht mit einer Flächendichte von etwa 70 · 10~⁶ g/cm² nieder. Im Betrieb prallen Primärelektronen 50 von der Elektronenquelle 13 auf die Tragschicht 12 der Dynode auf, wobei sie durch Anlegung eines entsprechenden elektrischen Feldes beschleunigt werden können. Die Primärelektronen durchdringen die Tragschicht 12, können hierbei aber etwas aus ihrer ursprünglichen Bahn abgelenkt werden. Die Primärelektronen 50 beschießen so die schwammige Sekundäremissionsschicht 14. Es wurde eine reichliche Emission von Sekundärelektronen 60 an der Fläche 15 der Schwammschicht 14 beobachtet, die der Elektronenquelle abgewandt ist. Die Ausbeute betrug etwa 5 bis 25 Sekundärelektronen je Primärelektronen. Die Primärelektronen 50 müssen ausreichende Energie haben, um die Tragschicht 12 zu durchdringen und in der Schwammschicht 14 mehrere Zusammenstöße hervorzurufen. Deshalb sind Energien erforderlich, die ein Vielfaches des Wertes der Bandlücke des Emissionsstoffes der Schicht 14 betragen. Um die Primärelektronen möglichst ausgiebig zur Erzeugung der Sekundärelektronen auszunutzen, sollen die Primärelektronen möglichst ihre gesamte Energie durch Zusammenstöße verlieren, bevor sie die emittierende Fläche 15 der Schicht 14 erreichen. Die meisten Primärelektronen werden also in der Schicht 14 absorbiert und nur Sekundärelektronen 60 von der Oberfläche 15 emittiert. Einige Primärelektronen können zwar durch beide Schichten 12 und 14 ganz hindurchdringen, aber die Anzahl dieser Primärelektronen beträgt nur etwa 10% oder weniger der insgesamt auf die Elektrode auftreffenden Elektronen.

Im Gegensatz zu den Verhältnissen bei kristallinen Stoffen können die Elektronen in der Schwammschicht 14 einen verhältnismäßig langen Weg zurücklegen, weil sie zahlreiche Hohlräume vorfinden. Im Material emittierte Sekundärelektronen können durch die Poren wandern und zusätzliche Sekundärelektronen auslösen, so daß sich ein Lawineneffekt ergibt. Nach finden. Ferner kann ein Elektronenbeschuß in bekannter Weise dazu dienen, die Fläche 15 der Emissionsschicht 14 auf gleichförmigem Potential zu halten, in gleicher Weise, wie ein Elektronenbeschuß für diesen Zweck in Speicherröhren verwendet wird.

Es wurde gefunden, daß mit einer Dynode aus Bariumfluorid mit einer Dicke von etwa 0,1 mm, an die ein Potential von 500 Volt angelegt ist, das eine Feldstärke von etwa 5 · 10* Volt/cm ergibt, Ausbeuten

ίο von etwa fünfundzwanzig Sekundärelektronen je einfallendes Primärelektron erreicht werden. Dies ist recht vorteilhaft im Vergleich zu kristallinen Stoffen, die etwa unter den gleichen Umständen verwendet werden und selten Elektronenausbeuten von mehr als zehn Sekundärelektronen je Primärelektron ergeben. Außer der erhöhten Ausbeute bringen die erfindungsgemäßen Sekundäremissionselektroden weitere Vorteile gegenüber den im Vakuum aufgebrachten kristallinen Stoffen mit sich. Beispielsweise wurde bereits darauf hingewiesen, daß während der Röhrenherstellung die Elektroden wechselnden thermischen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Hierbei neigen wegen der Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten der Emissionsschicht und der Träger, wegen des Kristallwachstums und der Umorientierung von Kristallen im Sekundäremissionsmaterial Dynoden aus Kristallschichten zur Rißbildung, wodurch sich eine Verschlechterung der Sekundäremissionseigenschaften ergibt. Bei Verwendung einer Schwammschicht gemaß der Erfindung ist dieses Problem vermieden, weil die feinen Teilchen sich leicht an jede thermisch bedingte geometrische Veränderung anpassen. Ferner können Erhitzungen während des Betriebs durch Anlegung der Potentiale an die Träger und Elektronenbeschuß bei kristallinen Stoffen einen ähnlichen schädigenden Einfluß haben, der durch die Verwendung der Schwammschicht 14 gemäß der Erfindung vermieden wird.

Die schwammige Sekundäremissionsschicht 14 nach Fig. 1 kann in verschiedenen Zusammenstellungen Verwendung finden, für die in den übrigen Figuren einige Anwendungsbeispiele gezeigt sind.

Fig. 2 zeigt einen Träger aus Teilen 11 und 12 wie in Fig. 1, auf dem eine Schicht 20 aus kristallinem

der Anfangsemission verbleibt vermutlich eine posi- 45 Isoliermaterial angebracht ist, die durch Aufdampfen tive Ladung auf der Fläche 15 der Schwammschicht im Vakuum hergestellt wurde. Eine Schicht 14 aus 14, die ein inneres elektrisches Feld erzeugt. Dieses

beschleunigt die Elektronen in der Emissionsschicht 14 weiter und ermöglicht weitere Sekundäremissionen.

Um weiter diesen feldabhängigen Effekt zu verstärken, kann eine zusätzliche Elektrode 16 außerhalb der Dynode angebracht sein. An diese Elektrode kann ein Beschleunigungspotential angelegt werden. Das Gitter 16 kann auch bei den übrigen Ausführungsforschwammigem Sekundäremissionsmaterial befindet sich abgewandt der Trägerschicht 12 auf der Kristallschicht 20. Die kristalline Schicht 20 kann aus der So gleichen Stoffgruppe bestehen, aus der auch das Material für die Schicht 14 ausgewählt ist. Die Schicht 20 hat z. B. eine Dicke von nur etwa 300 Angström. Die kristalline Schicht 20 kann unter Umständen vorteilhaft sein, weil sie zusätzliche Elektronen erzeugt,

men angewandt werden. Zwischen dem Gitter 16 und 55 die ihrerseits die Schwammschicht 14 bombardieren.

der Tragschicht 12 der Dynode, die zu diesem Zweck ebenfalls leitend sein soll, kann eine Spannungsquelle mittels der Leitungen 18 und 19 eingeschaltet sein. In je größerem Abstand das Gitter 16 von der Emissionsschicht 14 befindet, desto geringer ist die Feldstärke an der Emissionsschicht 14 für eine gegebene Spannung. Deshalb soll das leitende Gitter 16 möglichst nahe oder sogar in Berührung mit der Emissionsschicht 14 angebracht sein. Wenn ständige Emission erwünscht ist, so wird man als Spannung der Spannungsquelle 17 eine Gleichspannung wählen. Für besondere Anwendungen kann aber auch eine Impulsquelle oder eine Gleichspannungsquelle Verwendung Fig. 3 zeigt eine Ausführungsart, bei der eine Schwammschicht 14 mit einer Schicht 22 aus einem Stoff bedeckt ist, der unter Elektronenbeschuß erhöhte Leitfähigkeit zeigt. Als Beispiel hierfür kann Selen dienen. Von der Emissionsschicht 14 ausgesandte Sekundärelektronen ändern die Leitfähigkeit der benachbarten Schicht 22 und machen es möglich, von dieser ein elektrisches Signal abzuleiten, das z.B. nacheinander die Elemente eines Bildes darstellt. Selbstverständlich kann die Schicht 22 mit induzierter Leitfähigkeit auch einen gewissen Abstand von der Schwammschicht haben. Aus der Ausführungsform nach Fig. 3 geht hervor, daß die Emissionsschieht 15

der Schwarnmschicht 14 keineswegs stets eine, freie Fläche darstellen muß. Die Schicht?? kann in bekannter Weise unmittelbar auf die Schwammschicht 14 aufgebracht sein.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein auf Elektronen ansprecheöder Leuchtstoff ?4 auf der Emissiojisgchicht 14 angebracht ist, um ein optisches Bild der emittierten Elektronen zu liefern. Auch hier kann natürlich die PhQsphorschieht 24 einen gewissen Abstand von der Emissionsschicht 14 haben, statt iq unmittelbar darauf angebracht zu sein.

Fig. 5 zeigt zwei Dynoden ?6 und ?7 in einer einzigen Einrichtung, um eine erhöhte Ausbeute zu liefern. Selbstverständlich braucht die Anzahl der Sekurir därelektroden nicht auf zwei beschränkt zu sein. Die Ausgangselektrode 28 kann einen Leuchtschirm 24 wie bei Fig. 4 oder eine Schicht 22 aus Material mit induzierter Leitfähigkeit durch Elektronenbeschuß wie bei Fig. 3 aufweisen. Eine Potentialquelle 30 sorgt für elektrische Felder zwischen den Dynoden 26 und 27 und zwischen der letzten Dynode 27 und der Ausgangselektrode 28, damit von der ersten und zweiten Dynode 26 und 27 emittierte Elektronen zur nächsten Elektrode beschleunigt werden. Die Potentialquelle 30 hat also eine andere Aufgabe als die Potentialquelle 17 nach Fig. 1. Die Potentialquelle 30 erhöht die Feldstärke an den Emissionsschichten 14 der betreffenden Dynoden 27 und 26 in gewissem Ausmaß, aber nicht stark, weil der Abstand zwischen den Dynoden im Vergleich zur Dicke der Emissionsschicht 14 groß ist. Auch bei einer Anordnung nach Fig. 5 können aber leitende Netze oder Gitter in unmittelbarer Nachbarschaft der emittierenden Fläche der Dynode verwendet werden, um feldverstärkte Sekundäremission zu erzeugen.

Fig. 6 zeigt eine lichtempfindliche Vorrichtung, die ein Fenster 32 mit einer darauf angebrachten durchsichtigen leitenden Schicht 34 aufweist. Auf der leitenden Schicht 34 befindet sich eine Schicht 14' aus schwammigem Sekundäremissionsmaterial, mit dem Teilchen 30 eines lichtelektrischen Stoffes, wie Caesiumantimonid, vermischt sind. Die anfängliche Elektronenemission wird durch Licht ausgelöst, das auf den Photoemissionsstoff 36 auffällt. Hierauf werden Sekundärelektronen in der Schicht 14' gebildet. Die Schwammschicht 14' kann dadurch gebildet werden, daß man das Material 36 dem aufzudampfenden Stoff gemäß den vorher erläuterten Methoden beimischt.

Fig. 7 zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 6, wobei eine getrennte Photoemissionsschicht 36 hinter der durchsichtigen Elektrode 34 angeordnet ist, um primäre Photoelektronen in die Sekundäremissionsschicht 14 zu senden.

Die Anordnungen nach Fig. 6 und 7 können durch eine Struktur ersetzt werden, bei der die schwammige Emissionsschicht 14 selbst Elektronen durch Strahlungserregung emittiert. In diesem Fall ist kein photoemittierendes Material 36 erforderlich.

Fig. 8 zeigt einen Bildverstärker, bei dem Dynoden gemäß der Erfindung besonders vorteilhaft anwendbar sind. Eine Photokathode 36, mehrere Dynoden 40 und ein Leuchtschirm 24 sind parallel angeordnet. Die Dynoden 40 besitzen einen Träger und eine schwammige Sekundäremissionsschicht gemäß Fig. 1. Auch eine Anordnung nach Fig. 2 ist verwendbar. Die Räume zwischen den Elektroden 36, 40 und 24 teilen die Röhre in einzelne Abteile auf, so daß kein Licht durch die ganze Röhre hindurchwandern kann und daß auch verunreinigendes Material van der Photokathode 36 die Emissionsflächen der Dynoden 40 nicht erreichen Jcann. Die Träger 42 der Dynoden sind zwischen Abstandsringe 44" aus keramischem Stoff eingespannt, welche den Vakuumkolben der Anordnung bilden. Ein optisches System 46 dient zum Entwerfen eines zu verstärkenden Bildes auf der Photokathode 36. Von dieser Kathode ausgesandte Photoelektronen werden durch ein homogenes magnetisches Feld fokussiert, das durch die Wicklung 48 geliefert werden karm. Hierdurch entsteht auf der ersten Sekundäremissipnselektrode 4.1 ein Elektronenbild, das zur Emission weiterer Elektronen führt· Die nachfolgenden Dynoden dienen zur weiteren Verstärkung. Eine auf diese Weise ausgeführte Anordnung liefert eine Ausbeute von etwa fünf oder mehr je Stufe, wenn eine Spannung von etwa 3500 bis 4000 Volt zwischen aufeinanderfolgenden Dynoden durch eine Spannungsquelle geliefert wird, die der Quelle 30 nach Fig. 5 entspricht. Diese Vervielfachung tritt an jeder Stufe auf. Die Gesamtausbeute einer fünfstufigen Einrichtung liegt demnach in der Größenordnung von 1000. Höhere Spannungen zwischen den Stufen ergeben höhere Ausbeuten bzw. gestatten die Herabsetzung der Stufenzahl. Ein Gitter 49 kann zur Steuerung des Elektronenstromes dienen.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Emissionselektrode, die Elektronen auf einer Seite emittiert, wenn sie auf der anderen Seite mit Elektronen beschossen oder bestrahlt wird, bestehend aus einer für Elektronen oder Bestrahlung durchlässigen Schicht aus leitendem Material und einer Emissionsschicht aus Isolierstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (14) aus schwammigem Material mit einer Dichte besteht, die sehr gering im Vergleich zu der Dichte des Isolierstoffes in kompakter Form ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht eine Dichte von weniger als 2%, vorzugsweise etwa 1 ^fl/o der Dichte des Isolierstoffes in kompakter Form besitzt.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Isolierstoff eine Flächendichte von etwa 50 · 10~⁶ bis 200 · 10~⁶ g/m² und eine Dicke von etwa 0,01 bis 0,1 mm hat.

4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (14) aus Isolierstoff eine Volumendichte von etwa 0,01 bis 0,1 g/cm³ hat.

5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Isolierstoff aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe besteht: Bariumfluorid, Lithiumfluorid, Kaliumchlorid, Natriumchlorid, Caesiumjodid, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd und Magnesiumfluorid.

6. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine weitere Schicht (20) aus kristallinem Isoliermaterial in kompakter Form aufweist.

7. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß photoemittierendes Material (36) in die Schwammschicht aus Isolierstoff eingebettet ist (Fig. 6).

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8. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine photoemittierende Schicht (36) zwischen der durchlässigen Schicht (34) und der Sekundäremissionsschicht (14) angeordnet ist (Fig. 7).

9. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel, um an die schwammige Schicht (14) aus Isolierstoff ein elektrisches Feld anzulegen, z. B. ein Drahtnetz (16), auf oder in geringem Abstand von der schwammigen Schicht.

10. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (22) aus einem Stoff, der unter Elektronenbeschuß

induzierte Leitfähigkeit zeigt, so angeordnet ist, daß sie Elektronen von der schwammigen Schicht (14) aus Isoliermaterial erhält (Fig. 3).

11. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (24) aus einem bei Elektronenbeschuß aufleuchtenden Phosphor so angeordnet ist, daß sie Elektronen von der schwammigen Schicht (14) aus Isoliermaterial empfängt (Fig. 4).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1180 754;
Dr. Hajo Bruining, Die Sekundärelektronenemission fester Körper, 1942, S. 47, 48.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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