DE1216992B - Kathode zur startfreien Erzeugung von Feldelektronen nach dem Malterprinzip und Verfahren zur Herstellung einer Kathode - Google Patents

Kathode zur startfreien Erzeugung von Feldelektronen nach dem Malterprinzip und Verfahren zur Herstellung einer Kathode

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DE1216992B
DE1216992B DEV16872A DEV0016872A DE1216992B DE 1216992 B DE1216992 B DE 1216992B DE V16872 A DEV16872 A DE V16872A DE V0016872 A DEV0016872 A DE V0016872A DE 1216992 B DE1216992 B DE 1216992B
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DE
Germany
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layer
cathode
thin
electrically conductive
field electrons
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Inventor
Dr Kurt Richter
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Werk fuer Fernsehelektronik GmbH
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Werk fuer Fernsehelektronik GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Description

  • Kathode zur startfreien Erzeugung von Feldelektronen nach dem Malterprinzip und Verfahren zur Herstellung einer Kathode Die Erfindung betrifft eine Kathode zur startfreien Erzeugung von Feldelektronen nach dem Malterprinzip, bei dem die auf eine Metallunterlage aufgebrachte dünne Isolierschicht ganz oder teilweise mit einer dünnen elektrisch leitenden Schicht bedeckt ist; die durch Anlagen einer definierten Spannung auf ein gegenüber dem Metallkern positives Potential gebracht ist.
  • Bei dem Maltereffekt werden Feldelektronen dadurch erzeugt, daß auf einer Unterlage aus Aluminium auf elektrochemischem Wege eine dünne Isolierschicht aus Aluminiumoxyd erzeugt wird. Durch vorsichtiges Aufdampfen und Oxydieren von Caesium wird auf der Oberfläche des Aluminiumoxyds eine Schicht mit hoher Sekundäremission erzeugt. Diese Schicht bewirkt, daß bei dem Auftreffen von Primärelektronen eine größere Anzahl von Sekundärelektronen frei gemacht wird, " wodurch die Oberfläche des Aluminiumoxydes gegenüber der Metallunterlage ein positives Potential annimmt. Bei genügend geringer Dicke und genügend hoher Durchschlagsfestigkeit der Isolierschicht kann das positive Potential an der Oberfläche so hohe Werte annehmen, daß aus der Aluminiumunterlage Feldelektronen frei gemacht werden, deren Geschwindigkeit so groß ist, daß sie das Kristallgitter des Aluminiumoxydes in der Form eines Tunnelstromes durchdringen und als freie Elektronen in den Vakuumraum austreten.
  • Eine solche kalte Kathode hat den Vorteil, daß der Energieaufwand für die Heizung der Kathode entfällt, und sie darüber hinaus nicht mit der Trägheit einer Glühkathode behaftet ist.
  • Es ist bereits :eine Kathode bekannt, die aus einer muhen metallischen Oberfläche mit einem darüber befindlichen Dielektrikum und einer dünnen Schicht aus Elektronen oder Sekundärelektronen abgebendem Material besteht. Durch Anlegen einer Spannung an die rauhe metallische Schicht und die Elektronen oder Sekundärelektronen abgebende Schicht kann der Elektronenstrom gesteuert und zusätzlich durch ein Gitter beeinfiußt werden.
  • Diese Kathode ist auch mit einer Vielzahl nadelförmiger Spitzen an Stelle der rauhen metallischen Oberfläche bekannt. Außerdem ist es auch bekannt, startfreie Kathoden dadurch zu erzeugen, daß die Isolierschicht mit einer perforierten oder netzartigen Elektrode bedeckt wird.
  • Bei diesen bekannten Kathoden tritt aber infolge der mechanischen Unstetigkeit der Schichten, insbesondere durch die geforderte Rauhigkeit der Kernschicht und durch die Ungleichmäßigkeit der Oberschicht eine geringere Ausbeute an freien. Elektronen und ein derart hohes Schrotrauschen auf, daß eine technische Verwendbarkeit in Elektronenröhren nicht gegeben ist.
  • Eine praktische Anwendung hat der Maltereffekt für die Herstellung von Kaltkathoden wegen des außerordentlich hohen Schrotrauschens bisher nicht gefunden. Dieser Störeffekt beruht vermutlich auf der gegebenen statistischen Verteilung der Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen, die auch zu Anodenstromschwankungen führt.
  • Zweck der Erfindung ist deshalb eine Erhöhung der Stromausbeute und eine wesentliche Verminderung des Schrotrauschens und auch eine entsprechende Verminderung der Schwankungen des Anodenstromes.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kathode zur startfreien Erzeugung von Feldelektronen nach dem Malterprinzip durch .eine geeignete Dimensionierung der Schichten der Kathode zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst worden, daß die Isolierschicht eine große Gleichmäßigkeit in der Struktur, Zusammensetzung und Dicke aufweist und daß die darauf aufgebrachte leitende Schicht so dünn gewählt ist, daß sie in optimaler Dicke unter Berücksichtigung des Zuleitungsstromes eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung über die ganze Oberfläche gewährleistet und dabei nur einen Bruchteil der aus der Metallunterlage gezogenen Feldelektronen absorbiert.
  • Es hat sich erwiesen, daß die Ausbildung der Isolierschicht wie auch der aufgebrachten leitenden Schicht für die Brauchbarkeit der Kathode von entscheidender Bedeutung ist. Nur bei einer großen Gleichmäßigkeit der Struktur, Zusammensetzung und Dicke der Isolierschicht kann eine gleichmäßige Geschwindigkeit der erzeugten Feldelektronen erzielt werden. -Als hochisolierende Zwischenschicht kommen hauptsächlich die Oxyde, Sulfide und Silikate der Erdalkalien, des Berylliums, Magnesiums und Aluminiums zur Verwendung. Aber auch die Oxyde des Titans, Zirkons und-Tantals sind wegen ihrer hochisolierenden Eigenschaften in Betracht zu ziehen.
  • Die Aufbringung kann in, bekannter Weise durch Aufdampfen, Aufsprühen, Aufpinseln, Elektrophorese und Tauchen .erfolgen. Als besonders vorteilhaft hat sich die Methode erwiesen, bei der das Grundmetall beispielsweise aus Aluminium, Magnesium oder Tantal auf elektrochemischem Wege oder durch eine thermische Behandlung in Sauerstoff oder Schwefeldampf oberflächlich in die gewünschte isolierende Verbindung übergeführt wird.
  • Bei der auf die Isolierschicht aufgebrachten leitenden Schicht kommt es entscheidend darauf an, daß weder eine zu hohe Absorption der frei gemachten Feldelektronen noch- eine ungleichmäßige Feldverteilung auf der Kathodenoberfläche eintritt.
  • Es wurde gefunden, daß die Dicke der aufgebrachten leitenden Schicht in Abhängigkeit von dem Zuleitungsstrom zu bestimmen ist. Bei einer zu dünnen leitenden Schicht tritt infolge des Spannungsabfalles an dieser Schicht auf Grund ihres hohen ohmschen Widerstandes eine ungleichmäßige Feldverteilung auf der Kathodenoberfläche auf, während bei einer zu dicken Schicht eine zu hohe Absorption der frei gemachten Feldelektronen erfolgt. Die Dicke der leitenden Schicht hat den größten Wirkungsgrad, wenn bei möglichst gleichmäßiger Spannungsvertellung über die ganze Kathodenoberfläche nur ein Bruchteil der aus der Metallunterlage gezogenen Feldelektronen absorbiert. wird. Bei Hochstromkathoden muß also die Dicke der leitenden Schicht erhöht, dagegen bei Kathoden mit geringer Emission vermindert werden.
  • Die Erzeugung der wirksamsten Schichtdicke kann in bekannter Weise durch Verdampfen oder Kathodenzerstäubung erfolgen.
  • Ein anderer Weg zur Erzeugung der elektrisch leitenden Schicht kann dadurch erreicht werden, daß die Isolierschicht aus einer chemischen Verbindung besteht, die durch oberflächliche Reduktion elektrisch leitend gemacht werden kann. So kann das gut isolierende weiße Titandioxyd TiO2 durch Erhitzen in Wasserstoff in die dunkle, elektrisch leitende Verbindung T:02 _ x übergeführt werden. Die Reduktion kann auch durch Elektronenbeschuß erfolgen.
  • Um eine noch bessere Feldverteilung auf der Kathodenoberfläche zu. erhalten, ist es vorteilhaft, wenn die dünne elektrisch leitende Schicht durch eine zusätzliche leitende Schicht in Form eines Gitters oder einer zusammenhängenden Spirale verstärkt wird, die dann die Stromleitung bevorzugt übernimmt. Die Aufbringung dieser zusätzlichen Schicht kann beispielsweise mittels einer Schablone durchgeführt werden.
  • Durch Erniedrigung der Austrittsarbeit der leitenden Oberschicht kann eine Emissionserhöhung erreicht werden. Die Herabsetzung der Austrittsarbeit kann in bekannter Weise beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufsprühen von Thorium, Cer oder CaO erfolgen. Dieser. Effekt scheint darin seine Ursache zu haben, daß die die Leitschicht durchdringenden Feldelektronen in dieser Schicht Sekundärelektronen auslösen, deren Freimachung durch eine Herabsetzung der Austrittsarbeit erleichtert wird.
  • Der technische Fortschritt der beschriebenen Kathode liegt in der wesentlichen Verminderung des Schrotrauschens und in der Erhöhung der Ausbeute an freien Elektronen.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Kathode zur startfreien Erzeugung von Feldelektronen nach dem Malterprinzig; bei dem die auf einer Metallunterlage aufgebrachte dünne Isolierschicht ganz oder teilweise mit einer dünnen elektrisch leitenden Schicht bedeckt ist, die durch Anlegen einer definierten Spannung auf ein gegenüber dem Metallkern positives Potential gebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht eine große Gleichmäßigkeit in der Struktur, Zusammensetzung und Dicke aufweist und daß die darauf aufgebrachte leitende Schicht so dünn gewählt ist; daß sie in optimaler Dicke unter Berücksichtigung des Zuleitungsstromes eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung über die ganze Oberfläche gewährleistet und dabei nur einen Bruchteil der aus der Metallunterlage gezogenen Feldelektronen absorbiert.
  2. 2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne elektrisch leitende. Schicht durch eine zusätzliche leitende Schicht in Form eines Gitters oder einer zusammenhängenden Spirale verstärkt ist.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung einer Kathode nach Anspruch 1 unter Verwendung einer dünnen Schicht eines Isolierstoffes, der durch Einwirkung von Reduktionsmitteln elektrisch leitend wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne leitende Deckschicht durch oberflächliche Reduktion der Isolierschicht hergestellt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 869 099; französische Patentschrift Nr. 854 321; Angerer: »Technische Kunstgriffe bei. physikalischen Untersuchungen«,
  4. 4. Auflage, 1939, S. 67 bis 74.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR854321A (fr) * 1938-05-09 1940-04-10 Fides Cathode froide
DE869099C (de) * 1949-10-28 1953-03-01 Johannes Dr-Ing Perthen Elektronenroehre mit kalter Kathode

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR854321A (fr) * 1938-05-09 1940-04-10 Fides Cathode froide
DE869099C (de) * 1949-10-28 1953-03-01 Johannes Dr-Ing Perthen Elektronenroehre mit kalter Kathode

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