DE1173596B - Manufacturing process for electron multiplication dynodes - Google Patents
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. Kl.: HOIjBoarding school Kl .: HOIj
Deutsche Kl.: 21 g - 29/40German class: 21 g - 29/40
Nummer: 1173 596Number: 1173 596
Aktenzeichen: N19062 VIII c / 21 gFile number: N19062 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 20. Oktober 1960 Filing date: October 20, 1960
Auslegetag: 9. Juli 1964Opening day: July 9, 1964
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für zur Elektronen-Vervielfachung dienende Dynoden, welche insbesondere innerhalb von Bildverstärkerröhren Verwendung finden.The invention relates to a production method for dynodes used for electron multiplication, which are used in particular within image intensifier tubes.
Bei bekannten Bildverstärkerröhren ist zwischen Photokathode und Anode zur Elektronen-Vervielfachung zumindest eine, meist jedoch eine Anzahl von Dynoden angeordnet. Dabei soll die räumliche Verteilung der Elektronendichte, welche das zu verstärkende Bild darstellt, erhalten bleiben. Jede Dynode ist als dünner Film ausgebildet, welcher aus einer oder mehreren Schichten besteht. Eine der Schichten besteht aus einer Substanz mit guten Eigenschaften für die Sekundärelektronenemission. Die Schichtflächen der Dynoden sind in der Röhre parallel zur Ebene der Photokathode ausgerichtet. Eine Elektronenlinse fokusiert die von der Photokathode oder einer vorhergehenden Dynode ausgesandten Elektronen jeweils auf der nächstfolgenden Dynode, so daß jeweils durch die von der vorhergehenden Dynode ausgesandten Sekundärelektronen ein neues Elektronenbild erzeugt wird. Die wesentlichen Merkmale solcher Dynoden sind gute Eigenschaften hinsichtlich der Sekundärelektronenemission und eine so gute Leitfähigkeit, daß sie jeweils auf Potentialen gehalten werden können, welche ihren Stellungen in der Röhre entsprechen. Außerdem sollen solche Dynoden eine so große mechanische Festigkeit haben, daß sie frei tragend aufgebaut werden können. Sie sollen zudem den Ausheiztemperatüren zwischen 300 und 400 ° C standhalten, denen sie normalerweise bei der Evakuierung der Röhre ausgesetzt sind.In known image intensifier tubes, there is a multiplication of electrons between the photocathode and anode at least one, but mostly a number of dynodes arranged. The spatial Distribution of the electron density, which represents the image to be intensified, are preserved. Every Dynode is designed as a thin film, which consists of one or more layers. One of the Layer consists of a substance with good properties for secondary electron emission. the Layer surfaces of the dynodes are aligned in the tube parallel to the plane of the photocathode. An electron lens focuses those emitted by the photocathode or a preceding dynode Electrons in each case on the next following dynode, so that in each case by the previous Secondary electrons emitted by the dynode generate a new electron image. The essential Features of such dynodes are good secondary electron emission properties and conductivity so good that they can be held at potentials that match theirs Correspond to positions in the tube. In addition, such dynodes are said to have such a large mechanical Have strength that they can be built up in a self-supporting manner. They should also limit the bake-out temperatures between 300 and 400 ° C, which they normally withstand when evacuating the tube are exposed.
Kein bekanntes, Sekundärelektronen emittierendes Material besitzt alle diese Eigenschaften in genügendem Maße, um eine brauchbare einschichtige Dynode daraus herstellen zu können. Daher wurde schon vorgeschlagen, mehrschichtige Dynoden zu benutzen. Solche Dynoden haben einen mehrschichtigen Film aus einer Aluminiumoxydschicht und aus einer Kaliumchloridschicht als Sekundärelektronen emittierendes Material. Der mehrschichtige Film ist über einen Rahmen aus einem geeigneten Material gespannt. Bei diesen Filmen ergeben sich Schwierigkeiten insofern, als sie beim Ausheizen der Röhren und nachfolgender Abkühlung dazu neigen, von dem Rahmen abzureißen.No known secondary electron-emitting material has all of these properties to a sufficient extent Dimensions to make a usable single-layer dynode out of it. So it was suggested using multilayer dynodes. Such dynodes have a multilayer film from an aluminum oxide layer and from a potassium chloride layer as secondary electron emitting Material. The multilayer film is stretched over a frame made of a suitable material. Difficulties arise with these films in that they cause the tubes to be baked out and subsequent cooling tend to tear off the frame.
Eine sorgfältige Untersuchung dieser Erscheinung führte zu dem Schluß, daß dieses Abreißen von einer Schrumpfung der Kaliumchloridschicht herrühren dürfte. Beim Ausheizen auf 300 ° C oder darüber und nachfolgender Abkühlung schrumpft die Kalium-Herstellungsverfahren für zur Elektronen-Vervielfachung dienende DynodenCareful examination of this phenomenon led to the conclusion that this tearing off of one Shrinkage of the potassium chloride layer is likely to result. When baking to 300 ° C or above and subsequent cooling shrinks the potassium production process for electron multiplication serving dynodes
Anmelder:Applicant:
National Research Development Corporation,National Research Development Corporation,
LondonLondon
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. R. Holzer, Patentanwalt,Dipl.-Ing. R. Holzer, patent attorney,
Augsburg,. Philippine-Welser-Str. 14Augsburg,. Philippine-Welser-Str. 14th
Als Erfinder benannt:
' William Leslie Wilcock,
East Molesey, Surrey (Großbritannien)Named as inventor:
'William Leslie Wilcock,
East Molesey, Surrey (UK)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Großbritannien vom 22. Oktober 1959 (35 850)Great Britain October 22, 1959 (35 850)
chloridschicht zusammen. Dies führt zu Spannungen in dem Aluminiumoxyd, welches dadurch zerbricht. Man nimmt an, daß dieses Schrumpfen von einer Rekristallisation des Kaliumchlorids herrührt. Um haltbare Schichtdynoden herstellen zu können, welche einer Temperatur von über 300 ° C widerstehen, ist es offenbar notwendig, eine gewisse Toleranz für dieses Schrumpfen der Sekundärelektronen emittierenden Schicht vorzusehen. Die vorliegende Erfindung bringt eine Lösung dieses Problems.chloride layer together. This leads to tension in the aluminum oxide, which breaks down as a result. It is believed that this shrinkage is due to recrystallization of the potassium chloride. Around to be able to produce durable layer dynodes that can withstand temperatures of over 300 ° C, it is evidently necessary to have a certain tolerance for this shrinkage of the secondary electrons to provide emitting layer. The present invention provides a solution to this problem.
Die Erfindung geht von einem Herstellungsverfahren für zur Elektronenvervielfachung dienende Dynoden aus, welche zum Einbau in elektro-optische Bildverstärkerröhren bestimmt sind und welche jeweils aus einem äußeren Rahmen und einem mehrschichtigen, von diesem Rahmen getragenen, straff gespannten Film bestehen, wobei dieser Film aus einer elektronendurchlässigen Trägerfolie, einer Schicht aus Sekundärelektronen emittierendem Material und erforderlichenfalls einer leitenden Schicht aufgebaut ist. Das Herstellungsverfahren ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rahmen zunächst mit einer schlaffen, dünnen Trägerfolie bezogen wird, daß ferner auf dieser Trägerfolie erforderlichenfalls eine leitende Schicht und darauf jedenfalls eine Schicht aus Sekundärelektronen emittierendem Material aufgebracht wird, wobei die Ausdehnung der letzten Schicht kleiner als die von dem äußeren Rahmen eingeschlossene Fläche bemessen und so innerhalb dieses Rahmens angeordnet ist,The invention is based on a manufacturing method for electron multiplication Dynodes, which are intended for installation in electro-optical image intensifier tubes and which each of an outer frame and a multi-layered, supported by this frame, tight Tensioned film consist, this film from an electron-permeable carrier film, a Layer of secondary electron-emitting material and, if necessary, a conductive layer is constructed. The manufacturing method is characterized according to the invention in that the outer Frame is initially covered with a slack, thin carrier film that is also on this carrier film if necessary, a conductive layer and in any case a layer of secondary electron-emitting material thereon Material is applied, the extent of the last layer being smaller than that of the the area enclosed in the outer frame and is arranged within this frame,
409 629/260409 629/260
daß zwischen dem äußeren Rand der Sekudärelektronen emittierenden Schicht und dem inneren Rand des Rahmens ein Randstreifen frei bleibt.that between the outer edge of the secondary electron-emitting layer and the inner edge an edge strip remains free of the frame.
Die Straffung der schlaffen Trägerfolie erfolgt dann in einem weiteren Verfahrensschritt, gemäß welchem die noch schlaffe Trägerfolie einschließlich der Sekundärelektronen emittierenden Schicht so aufgeheizt wird, daß die Folie durch Schrumpfen der Sekundärelektronen emittierenden Schicht mindestens in ihrem Randstreifen straff gespannt wird. Die Straffung der Trägerfolie durch Aufheizen kann unmittelbar im Anschluß an die Aufbringung der Elektronen-Emissionsschicht erfolgen. Es ist jedoch nach einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag auch möglich, die Straffung der Trägerfolie durch Aufheizen erst nach Einbau der Dynode in eine Elektronenröhre im Zuge des Aufheizens derselben durchzuführen. Im letzteren Fall erfolgt also die Straffung der Trägerfolie räumlich getrennt und unabhängig von den ersten Verfahrensschritten.The slack carrier film is then tightened in a further process step according to which the still slack carrier film including the secondary electron-emitting layer so is heated that the film by shrinking the secondary electron-emitting layer at least is stretched taut in its marginal strip. The tightening of the carrier film by heating can take place immediately after the application of the electron emission layer. However, it is According to a further proposal according to the invention, it is also possible to tighten the carrier film Heating to be carried out only after the dynode has been installed in an electron tube in the course of heating it up. In the latter case, the carrier film is tightened in a spatially separate and independent manner from the first procedural steps.
Die Schlaffheit der Trägerfolie wird dadurch erzielt, daß die Trägerfolie zunächst straff auf den Rahmen aufgezogen wird, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als derjenige der Trägerfolie ist. Der Rahmen mit der straff aufgezogenen Folie wird sodann auf eine so hohe Temperatur erhitzt, daß durch die größere Wärmeausdehnung des Rahmens relativ zur Folie deren Elastizitätsgrenze überschritten wird.The slackness of the carrier film is achieved by that the carrier film is first pulled tightly onto the frame, its coefficient of thermal expansion is larger than that of the carrier film. The frame with the taut film will be then heated to such a high temperature that the greater thermal expansion of the frame relative to the film whose elastic limit is exceeded.
Im allgemeinen besteht der äußere Rahmen aus einem Natriumglasring, und die Trägerfolie besteht aus einer Aluminiumöxydschicht oder Magnesiumoxydschicht. Dünne Aluminiumoxydschichten zeigen entgegen den ersten Erwartungen auf Grund ihrer Struktureigenschaften eine Elastizitätsgrenze. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumoxyd kleiner als derjenige von Natriumglas ist, kann die obengenannte Wärmebehandlung durchgeführt werden. Der Natriumglasring mit der Trägerfolie wird vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 300 und 500 ° C erwärmt. Man kann jedoch auch Metalle wie Gold oder Silber als dünne Trägerschicht benutzen. In diesem Falle fertigt man den tragenden Rahmen vorzugsweise aus einem Metall, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als der des für die Trägerfolie benutzten Metalls ist.Generally, the outer frame is made of a sodium glass ring and the carrier sheet is made from an aluminum oxide layer or magnesium oxide layer. Show thin layers of aluminum oxide contrary to the first expectations due to its structural properties an elastic limit. Since the coefficient of thermal expansion of aluminum oxide is smaller than that of sodium glass, the above-mentioned heat treatment can be carried out. The sodium glass ring with the carrier film is preferably heated to a temperature between 300 and 500 ° C. But you can too Use metals such as gold or silver as a thin carrier layer. In this case the load-bearing one is made Frame preferably made of a metal whose coefficient of thermal expansion is greater than that for the carrier foil is used metal.
Zu den Materialien, weiche eine Sekundärelektronenemission aufweisen und dafür auch als besonders geeignet bekannt sind, gehören die Alkali- und die Erdalkali-Halogenide, insbesondere Kaliumchlorid. Among the materials soft a secondary electron emission have and are known to be particularly suitable for this, include the alkali and the alkaline earth halides, especially potassium chloride.
Wenn man Dynoden entsprechend dem vorbeschriebenen Verfahren herstellt, wird jegliche Schrumpfung der Sekundärelektronen emittierenden Schicht bei der Erhitzung der Dynode durch die Schlaffheit der dünnen Trägerschicht aufgenommen. Dadurch entstehen keine unerwünschten Spannungen in anderen Schichten des Dynodenbelages.If you make dynodes according to the above process, any Shrinkage of the secondary electron-emitting layer when the dynode is heated by the The slackness of the thin carrier layer was added. This means that there are no undesirable tensions in other layers of the dynode covering.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Dynoden können mit noch schlaffer Trägerfolie in eine Elektronenröhre eingebaut werden. Beim Aufheizen derselben erfolgt die Straffung der Trägerfolie. Es ist jedoch auch möglich, die Dynode schon vor dem Einbau in einer Elektronenröhre zu erhitzen und dadurch die Trägerfolie zu straffen.Dynodes produced by the method according to the invention can be made with a still slack carrier film be built into an electron tube. When the same is heated, the tightening takes place Carrier film. However, it is also possible to close the dynode before it is installed in an electron tube heat and thereby tighten the carrier film.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es stellen darA preferred embodiment of the invention will now be made with reference to the drawings, for example described. It represent
Fig. 1 bis 4 Schnitte durch eine Dynode, welche die verschiedenen Stufen des Herstellungsverfahrens nach der Erfindung erläutern,Fig. 1 to 4 sections through a dynode, which explain the various stages of the manufacturing process according to the invention,
F i g. 5 eine Aufsicht auf die fertige Dynode undF i g. 5 a plan view of the finished dynode and
F i g. 6 einen Schnitt durch eine Elektronenröhre, in welche eine Anzahl mehrschichtiger Dynoden nach der Erfindung eingebaut ist.F i g. 6 shows a section through an electron tube in which a number of multilayer dynodes according to of the invention is incorporated.
Über einen Natriumglasring 1 mit etwa 2 · 1 mm Querschnitt und 2,5 cm Durchmesser wird eine dünne Aluminiumoxydschicht 2 gespannt. Diese Schicht ist ungefähr 450 Ä dick und wird durch Eloxierung einer Aluminiumschicht in an sich bekannter Weise hergestellt. Sie wird durch Kalium-Silikat mit dem Ring verbunden. Damit ist die in F i g. 1 dargestellte Herstellungsstufe erreicht.A sodium glass ring 1 with a cross-section of about 2 × 1 mm and a diameter of 2.5 cm is a thin aluminum oxide layer 2 stretched. This layer is approximately 450 Å thick and is through Anodizing of an aluminum layer produced in a manner known per se. It is made up of potassium silicate connected to the ring. This is the in F i g. 1 reached production stage shown.
Der Ring mit der aufgezogenen Schicht wird dann in einem Ofen einige Minuten lang auf 460 ° C erhitzt und kühlt danach ab. Die Schicht wird schlaff und erscheint runzlig, wie in F i g. 2 dargestellt.The ring with the applied layer is then heated in an oven to 460 ° C. for a few minutes and then cools down. The layer becomes limp and appears wrinkled, as in FIG. 2 shown.
Eine dünne Aluminiumschicht 3 wird dann auf die Fläche der Aluminiumoxydschicht aufgedampft, und auf diese zweite Schicht wird durch Aufdampfen in Vakuum eine Kaliumchloridschicht 4 aufgebracht. Ein Randstreifen der Aluminiumoxydschicht wird während dieses zweiten Aufdampfens abgedeckt, um die durch das Kaliumchlorid bedeckte Fläche zu begrenzen und einen Randstreifen zwischen dem inneren Rand des Natriumglasrings und dem äußeren Rand der Kaliumchloridschicht frei zu lassen. Die Aluminium- und die Kaliumchloridschicht schmiegen sich der Oberfläche des Aluminiumoxyds an, wie in F i g. 3 dargestellt.A thin aluminum layer 3 is then evaporated onto the surface of the aluminum oxide layer, and A potassium chloride layer 4 is applied to this second layer by vacuum vapor deposition. An edge strip of the aluminum oxide layer is covered during this second vapor deposition to delimit the area covered by the potassium chloride and an edge strip between the inner one To leave the edge of the sodium glass ring and the outer edge of the potassium chloride layer free. the The aluminum and potassium chloride layers nestle against the surface of the aluminum oxide, as in Fig. 3 shown.
Dynoden im Fertigungszustand nach F i g. 3 können sodann unmittelbar in eine Elektronenröhre eingebaut werden, wobei die endgültige Fertigstellung der Dynoden beim Herstellen der Elektronenröhre erfolgt. Die Fertigung der Elektronenröhre und endgültige Fertigstellung der Dynode sind dabei räumlich und herstellungsmäßig vollkommen unabhängig von den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten.Dynodes in the manufacturing state according to FIG. 3 can then be built directly into an electron tube the final completion of the dynodes in the manufacture of the electron tube he follows. The manufacture of the electron tube and the final completion of the dynode are spatial and in terms of production completely independent of the process steps described above.
Beispielsweise wird eine Anzahl derartiger Dynoden in eine Elektronenröhre eingebaut, wie in F i g. 6 gezeigt. Die Elektronenröhre weist einen zylindrischen Mantel 5 auf, an dessen einander gegenüberliegenden Enden eine Photokathode 6 und ein Fluoreszenzschirm 7 angebracht sind. Die Dynoden 8 werden in Abständen in die Röhre eingesetzt. Durch einen Haltedraht 9, welcher in die Wandung der Röhre eingeschmolzen ist, wird jede Dynode 8 so in der Röhre befestigt, daß ihre Fläche senkrecht zur Röhrenachse liegt. Zusätzlich zu den Dynoden ist in üblicher Weise eine Anzahl Elektroden 10 vorgesehen, welche beim Betrieb der Röhre auf verschiedene Potentiale gelegt werden, so daß ein geeignetes Potentialgefälle in der Röhre existiert. Wenn die Röhre in betriebsfertigem Zustand eingebaut ist, kann man außerdem eine Elektronenlinse, beispielsweise die Spule 11, in bekannter Weise vorsehen. For example, a number of such dynodes are built into an electron tube as shown in FIG. 6th shown. The electron tube has a cylindrical jacket 5, on its opposite one another Ends a photocathode 6 and a fluorescent screen 7 are attached. The dynodes 8 are inserted into the tube at intervals. By a retaining wire 9, which in the wall of the Tube is melted down, each dynode 8 is fixed in the tube so that its surface is perpendicular to the Tube axis lies. In addition to the dynodes, a number of electrodes 10 are provided in the usual way, which are placed on different potentials during operation of the tube, so that a suitable There is a potential gradient in the tube. When the tube is installed in a ready-to-use condition is, one can also provide an electron lens, such as the coil 11, in a known manner.
Nach dem Einbau der Dynoden wird die Röhre evakuiert. Während der Evakuierung wird die Röhre auf die Dauer von 10 Stunden auf 300° C ausgeheizt, und bei der Abkühlung findet man, daß die Kaliumchloridschicht der Dynode zusammenschrumpft. Der mehrschichtige Belag erhält dann die in Fig. 4 dargestellte Form. Die zentrale Fläche, welche die Kaliumchloridschicht trägt, wird glatt, während der kreisringförmige Teil der Aluminium-After installing the dynodes, the tube is evacuated. During the evacuation, the tube Baked to 300 ° C. for a period of 10 hours, and on cooling it is found that the Potassium chloride layer of the dynode shrinks. The multilayer topping then receives the form shown in FIG. The central surface, which carries the potassium chloride layer, becomes smooth, while the circular part of the aluminum
und Aluminiumoxydschicht zwischen dem Ring und der Kaliumchloridschicht dann mit nahe beieinanderliegenden, radialen Falten dicht gerunzelt erscheint. Dies zeigt F i g. 5, welche einen Spannungszustand andeutet, der von dem Schrumpfen der zentralen S Fläche herrührt. Nach dem Ausheizen wird die Röhre 5 an dem Saugstutzen 12 abgeschmolzen.and aluminum oxide layer between the ring and the potassium chloride layer then with closely spaced, radial folds appear tightly wrinkled. This is shown in FIG. 5, showing a stress state which results from the shrinking of the central S face. After baking, the Tube 5 melted off at the suction nozzle 12.
Die obenerwähnten Maßangaben der Dynoden, die Werte für die Temperatur und Dauer des Ausheizens sind nur als Beispiele zu verstehen. Die Werte können je nach dem Aufbau und dem Zweck der Dynoden geändert und entsprechend bemessen werden.The dimensions of the dynodes mentioned above, the values for the temperature and the duration of the bakeout are only to be understood as examples. The values can vary depending on the structure and the purpose of the dynodes can be changed and dimensioned accordingly.
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