DE1464905A1 - Layer photocathode - Google Patents

Layer photocathode

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DE1464905A1
DE1464905A1 DE19641464905 DE1464905A DE1464905A1 DE 1464905 A1 DE1464905 A1 DE 1464905A1 DE 19641464905 DE19641464905 DE 19641464905 DE 1464905 A DE1464905 A DE 1464905A DE 1464905 A1 DE1464905 A1 DE 1464905A1
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dielectric
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photocathode
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DE19641464905
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Lajos Ernst
Hidas Dipl-Ing Gyoergy
Gyoergy Vago
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Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
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Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
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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
    • H01J1/34Photo-emissive cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/34Photoemissive electrodes
    • H01J2201/342Cathodes
    • H01J2201/3421Composition of the emitting surface
    • H01J2201/3423Semiconductors, e.g. GaAs, NEA emitters

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  • Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)

Description

@CH@Q@ - @IDTQxI Ditr ätt'indwag betrifft eine solche so"t-Photo- latthodel deren aren»ei ienläage grösser ist, als jiejenige des bitter bekxnntan PhotolcatbodeU und von jenen auch in prix.. sipiellen luOMu anslioh abxeiobt. Bei den bisher veremdaten Photokathoden suchte »n 440 rög der orenä*ellenlänge durch die Verringerung der lietall-Yala@sw.@,tietrittslrbeit zu erreichen. Z% diesem Zxeoke wmt« die "pbotolcatboden mit verschiedenen Dssamen- setse4en des loltaaptürdlobs» öiobte@r auagearbeitet.. Unter diesen besitzt derzeit die Kathode mit einer Silber- ttriaoxqd besitzenden Oberfläche die geringste Austritts- arbeit und zwar von o97 eVy was einer Grenzwellenlänge von 1,7 p entspricht. Der Grundgedanke der ärtindung liegt dsring dass unter Verwendung des gegenwärtig zu anderen Zwecken unter Entwicklung stehenden Aufbau- und Arbeitsprinzipe der Dünnsohioht-Kaltkathoden eine solche Photokathode hergestellt werden kannp deren Grenzwellenlänge gröseor als diejenige sämtlicher bekannten Photokathoden ist. Das Aufbau- und Arbeitsprinzip der den Ausgangs- punkt unseres Gedankens bildenden Dünnechioht-Kaltkathode ist das folgende: Auf eine Metallunterlage wird eine sehr dünne - allgemein eine Stärke von 5o - 15o g besitzende - isolieren- de oder Halbleitersohioht (in nachfolgenden Dielektrikum) und auf diese eine ähnlich dönne Metallschicht mittels Va- kuumsutdaspiturg oder auf elektrolytischem Liege aufgetragen. Der au! diese Veise hergestellte "Sandwich" hat am heufig- sten eine Zusammensetzung von Al - A1203 9 wobei auf die Alu- miniumbasis das A1203 durch anodisohe Ox'dierung aufgebracht wird.. Dann wird auf die aufgetragene dünne Metallschicht eine - inbesug mm Grundmetall positive Spannung von einiges 3f01$, geschaltet, wobei zufolge der in Dielektrikvs entste- henden grossen Feldstärke Mlektronen aus des Grundmetall in das Dielektrikum und von dort in die dünne getalisohioht ge- langen. Durch diese hindurohgehendt kommt ein gewisser Teil dieser "xaraen" Elektronen ohne Anprall - also ohne Energie- Verlust - in den Vakuümrau@ hinaus und kann an einem Kollek- tor aufgefangen werden. Das Austreten der Elektronen in das Vakuum ist da- mit bedingt, dass ihre Fergie grösaer ist! als die Auetritte- arbeit der Metallschicht. Dies bedeutet, dass zwisohen den beiden Elektroden einer minimal der Austrittsarbeit gleiohe- spanmung herrschen muss. In ?alle von Aluminium ist diese Spannung 4,2 Volt. Wir haben erkannty-dann diese prinsipielle Anord- nung auoh als einet eine grosse Vsllenlänge besitzende Photo- kathode verwendet werden kann. pur das leichtere Verständnis des obigen und der nach- folgenden Ausführungen dienen die beiliegenden Zeiohnungenp von denen fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer# unter Vor- wendung des Prin:ips4er Dünnschicht-Kaltkathode erzeugten Photokathode in einer beispielsweisen Ausftihrungsformy Pig. 2 die sieh an &er eiitdungsgeaässen Photo- kathode und an derg event. verwendeten Bremagilektrode ausbil- denden fotentialverhältnisseg besw.t@den Potentialverlauf dar- stellt. Frs sei nun angenomsenp dass auf die Kathode - in äig. 1 in der Richtung der Pfeile - iioht fällt. Das Zieht dringt ohne grossen Verlust durch die sehr dünne Metall- schicht 1 und durch die Dielektrumsohicht 2 und wird in dem Grundmetall-absorbiert. Die durch das Licht erregten Elek- tronen können in das Dielektrikum eintreten$ wenn ihre Enet#-gie grösser ist als die Höhe der, zwischen dem Grundmetall 3 und der Dielektrumgrenze 2 ausgebildeten Potentialschwelle 4. Die Höhe derselben wird wesentlich durch die materielle Qualität des Metallen 3 und des Dielektrikume 2 bestimmte und kann in Abhängigkeit von denselben den verschiedensten Wert besitzen. Dieser Wert kann einige eV betragene Jedoch in gewissen fällen auch nahezu gleich Null sein. Wenn das Metall 3 z.B. eine Goldsohioht und das Dielektrikum ein intrinsio (innerliches) Germanium istg so wird die Höhe der Potentialschwelle o925 eV seine angenommen, dass von den Wirkungen den Oberflächenzustandes des Germaniums, welche Wirkungen diesen Wert sowohl erhöhenp als auch herabsetzen können - in erster Annäherung abgesehen werden kam. Dieser Wert ergibt sich als Differenz der Austrittsarbeit zwischen dem Gold und den Germanium. Die in das Dielektrikum 2 eintretenden Elektronen gelangen in einen Besohleunigungerausp werden zu nem und ein Teil derselben tritto durch die Metallschicht 1 hindurchgehend, in das Vakuum aus. @ CH @ Q @ - @IDTQxI Ditr ätt'indwag concerns such a "t-Photo- latthodel whose range is greater than that of the bitter known PhotolcatbodeU and of those also in prix .. sipiell luOMu anslioh abxeiobt. Searched for the photocathodes that had been messed up so far »N 440 rög of the orenae * ellen length due to the reduction the lietall-Yala @ sw. @ to reach tietrittslrbeit. Z% this Zxeoke wmt «the" pbotolcatboden with different Jssamen- setse4en des loltaapürdlobs »öiobte @ r worked out .. Among these, the cathode currently has a silver ttriao x qd owning surface the least leakage work from o97 eVy which is a cutoff wavelength of 1.7 p corresponds. The basic idea of ärtindung is dsring that using the currently under development for other purposes related construction and working principles of Dünnsohioht cold cathodes are made such photocathode kannp whose cutoff wavelength gröseor than that of all known photocathodes is. The construction and working principle of the initial point of our thought-forming thin-carbon cold cathode is the following: A very thin - generally a thickness of 5o - 15o g owning - isolieren- de or semiconductor material (in the following dielectric) and on this a similar thin metal layer by means of varnish kuumsutdaspiturg or applied on an electrolytic bed. The au! this "sandwich" made by veise has a composition of Al - A1203 9 with the aluminum The A1203 is applied on a minium basis by anodic oxidation will.. Then on the applied thin metal layer one - inbesug mm base metal positive voltage of some 3f01 $, switched, whereby according to the generated in dielectric existing large field strength Mlektronen from the base metal in the dielectric and from there into the thin getalisohioht long. A certain part comes through this hindu crossing of these "xaraen" electrons without impact - i.e. without energy- Loss - out into the vacuum room and can be tor be caught. The escape of the electrons into the vacuum is there- conditionally, that her Fergie is bigger! than the exit work of the metal layer. This means that between the two electrodes of a minimally equal work function tension must prevail. In ? All of aluminum is this Voltage 4.2 volts. We have recognized y- then this principle arrangement can also be used as a large full-length photo cathode can be used. purely the easier understanding of the above and the subsequent the following explanations are provided by the enclosed Zeiohnungenp of which fig. 1 the basic structure of a # under application of the principle: ips4 thin-film cold cathode generated Photocathode in an exemplary embodiment Pig. 2 the look at & he eiitdungsgeaässen Photo- cathode and at the event. used Bremagil electrode trained the photential relationship as besw.t@d e n the potential curve dar- represents. It is now assumed that the cathode - in äig. 1 falls in the direction of the arrows - iioht. That pulls penetrates without great loss through the very thin metal layer 1 and through the dielectric layer 2 and is absorbed in the base metal. The excited by the light elec- trons may occur in the dielectric $ if their Enet # -gie is greater than the height of between the base metal 3 and the Dielektrumgrenze 2 formed potential barrier 4. The height thereof is substantially determined by the material quality of the metals 3 and the Dielektrikume 2 specific and may have the same function of a variety of value. This value can be a few eV, but in certain cases it can also be almost zero. When the metal 3 for example, a Goldsohioht and the dielectric, a intrinsio (inward) germanium ISTG so the height of the potential barrier is o925 eV its believed that the surface state of the germanium, which effects and can from the effects of this value both erhöhenp decrease - in the first Approach came to be apart . This value results from the difference in the work function between the gold and the germanium. The electrons entering the dielectric 2 arrive at an accelerator exit and some of them exit through the metal layer 1 into the vacuum .

In nachfolgenden können zwei fälle unterschieden Werdens 1. Das Dielektrikm hat*eine polykristallinische Strukturg besteht z.H. aus einer vakuumverdampften Schicht. In diesem falle werden daaug dass die in das Leitungsband eingetretenen Elektronen ohne Energieverlust dureh dasselbb hindurohgelangen könnent das Dielektrikum nicht stärker als loo -15o ä sein. Dies bedeutet aberp dass zur Betätigung der Photokathode eine die Grösae von einigen Volt besitzende "Sandwiohapannung't - 5 notwendig isty in welchem Falle die Kathode auch als kalte Kathode arbeiten, d.h. einen verhält- nisaäseig grossen Dunkelstrom besitzen wird. Dieser Dunkel= stron kann auch - falls derselbe stören sollte - behoben verdeng wenn zwischen der Kathode und dem Kollektor 6 in den Vakuusraun eine Bremselektrode 'j eingesetzt und deren Poten- tial so eingestellt Wird! dass die unter dem Potentialdass ¢ - d.h. mit einen Tunneleffekt - hindurchlangenden Elektro- nen nicht durchgelassen werden. So können also auf den Kollek- tor 6 nur dies über den Potentialdamm Q hindurohgehendeng also durch Potonen erregten Elektronen gelangen. Die entste- henden Potentialverhältnisse sind in Tig 2 ersichtlich. 2. Das Dielektrikum 2 ist ein Einlryetall s.B. Germanium. In diesen Fall wird so vorgegangen, dass das Grundmetall 3 auf das Germanium - von Type n - zweokmäesig mit elektrolytischer Absoheidung aufgebracht wird. Diese Technologie ist ähnlich derjenigeng welche zur Herstellung der sog. msurfaoe barrier" Transistoren, d;h. die Ge-Platte wird an einer kleinen Fläahet mit Hilfe eines den- nen Elektrolytatrahles verdünnte dann mit Umpolarieierung das entsprechende Grundmetall abgeschieden. Vor dem Umpolarisieren ist es sweckmhnnig auch eine Aetzung vorsunehseng damit kein ohmacher Kontakt entsteht. Die Einkrystallstärke des Germaniums kann wesentlich grösser seins als diejenige der polykrystallinischen Schicht, was $woi Vorteile hat: a./ Es wird kein Peldemissions-Dunkelstrom auftreteny b./ Die Feldstärke und damit die Gefahr des Durchschlags in das Dielektrikum wird kleiner sein. Im Falle von Germanium ist die verhältnismässig grosse Stärke im Zusammenhang mit den Lichtverlust wegen der schlechten Infrarotabsorption des Germaniums nicht störend. In the following two cases can be distinguished 1. The dielectric has * a polycrystalline The structure consists partly of a vacuum-evaporated layer. In this case there will be that in the conduction band entered electrons without energy loss through the same The dielectric cannot penetrate into hindu stronger than loo -15o a . However, this means that to operate the Photocathode a size of a few volts "Sandwiohapaltung't - 5 is necessary in which case the Cathode also work as a cold cathode, i.e. a behavior will have nisaäseig large dark current. This dark = stron can also - if the same should interfere - rectified verdeng when between the cathode and the collector 6 in the Vacuum space a braking electrode 'j is used and its potential tial is set like this! that those below the potential that ¢ - ie with a tunnel effect - passing electrical can not be let through. So, on the collective gate 6 only this through the potential dam Q hinduohg that is, electrons excited by potentiometers arrive. The resulting The potential conditions can be seen in Tig 2. 2. The dielectric 2 is a lry etall sB Germanium. In this case, the procedure is that the Base metal 3 on the germanium - from Type n - applied in two dimensions with electrolytic separation will. This technology is similar to the one used for Manufacture of the so-called msurfaoe barrier "transistors, i.e. the Ge plate is attached to a small surface with the help of a A thin electrolyte jet then deposited the corresponding base metal with repolarization. Before Umpolarisieren it is sweckmhnnig a cauterization vorsunehseng prevent ohmacher contact. The single crystal strength of the germanium can be significantly greater than that of the polycrystalline layer, which has advantages: a. / There will be no field emission dark current y b. / The field strength and thus the risk of breakdown into the dielectric will be smaller. In the case of germanium , the relatively large strength in connection with the loss of light is not a problem because of the poor infrared absorption of the germanium.

Die Erfindungsgemässe besteht aus einerg auf ein Grundmetall - zweckmässig mittels Vakuuaaufdampfung oder auf elektrolytischem ITege - aufgebrachten Dünnachichtatruktur von Dielektrikum-Metallg wo die Grenzwellenlänge die# zum Durchtritt der Elektronen aus Metall in einen Halb- leiter oder aus Metall in ein Dielektrikum notwendige Arbeit bestimmt und das Elektron die zum Austritt in den Vakuum notwendige fehlende Energie dadurch erhältg dann das im Halbleiter besw. im Dielektrum befindliche Feld dasselbe beschleunigty also "erwärmt". The invention consists of einerg on a base metal - practical means Vakuuaaufdampfung or electrolytically ITege - where the cutoff wavelength is determined applied Dünnachichtatruktur of dielectric Metallg the # for the passage of electrons from metal conductors in a half or metal in a dielectric necessary work and the electron which Missing energy necessary for the exit into the vacuum thereby then obtains that in the semiconductor besw. The field located in the dielectric accelerates the same, ie "warms up".

Der Vorteil der erfindungsgemässen Photokathode liegt darin, dann nie im Falle eines entsprechenden Metall-Dielektrumpaares über eine kleinere Austrittsarbeit verfügt als die gegerMärtigen infrapsdptindlichen Photokathoden, sie zur Detektierung von Inirefrahlung besondere ge- eignet sind. Bei der kleinen Auetrittearbeit wächst zwar des thermische Dunkelstrom, der aber - falle derselbe stören sollte - auf die oben beeohriebene 'eise! durch die Einsohali:% tung einer Bremselektrode oder durch Kühlung verringert wer- den kann. Ein weiterer Vorteil liegt daring dass bei der Ab- soheidung des Grunämetalles auch weitestgehend die gute In- frarot-Abeorptionefähigkeit in Betracht gezogen werden kaue, mit Rücksicht daraufp dass die Whe der Potentialeohwelle 4 nicht nur die Austrittsarbeit des Metallee 39 sondern auch die Eigenschaften des Dielektrikuss 2 bestimt. The advantage of the inventive photocathode is to then never has in the case of a corresponding metal Dielektrumpaares a smaller work function than the opposite infrared sensitive photocathodes, they have special special features for the detection of infrared radiation are suitable. In the case of the small stepping-out work, it grows thermal dark current, which however - fall the same disturb should - on the above mentioned 'ice! through the Einsohali:% a brake electrode or by cooling can be reduced. can. Another advantage is that when the green metal is also largely the good I n - ability to absorb infrared be considered chew, with regard to the fact that the Whe of the potential wave 4 not only the work function of the Metallee 39 but also the properties of the dielectric 2 determined.

Claims (1)

PATENTANSWCHE 1.@ Photokathodeg dadurch g e k e n n s e i o h - n e t dass sie aus einem, auf ein Grundmetalls zweckmäeaig mit Vakuumaufdampfung oder auf elektrolytischem Tiege aufge- brachten Diinnschiohtetrukturg aus einem Halbleiter (2) und einem Metall (1) bestehtg weiters dadurch» dann zur Grutnd- metallschieht (1) eine im Vergleich zum Grundmetall (3) po- sitive Spannung geschaltet ist. 2./ Photokathode nach Anspruch 19 dadurch g e k e n n z e i c h n e t 9 dass@das aufgetragene Dielektrikum (2) eine polykrystallinische Struktur besitzt. 3.j Photokathode nach Anspruch 19 dadurch g e - k e n n z e i c h n e t , dass das Dielektrikum (2)-- zweak# mässig ein Grosskrystall des Germaniums der Type n - ist. ¢.@ Lichtempfindliche Einrichtung, dadurch g e - k e n n z e i c h n e t , dass dieselbe eine Photokathode nach einem der Ansprüche 1 - 3 besitzt. 5.@ Lichtempfindliche Einrichtung nach Anspruch 49 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kathode und dem Kollektor (6) eine Bremselektrode (7) eingesetzt ist. 6.1 Lichtempfindliche Einrichtung nachheprucb 4, oder 59 dadurch gekennzeichnety dass di gilbe bum Aungleioh der Wirkung des thermischen Dunkelstromes *it e e# Kühlung versehen ist.
PATENT APPLICATION 1. @ Photokathodeg thereby geke nns ei oh - net that they are functional on a base metal with vacuum evaporation or on an electrolytic pan brought Diinnschiohtetrukturg from a semiconductor (2) and a metal (1) also consists of » then to the basic metal layer (1) has a positive effect compared to the base metal (3) positive voltage is switched. 2. / photocathode according to claim 19 thereby ge 9 indicates that @ is the applied dielectric (2) has a polycrystalline structure. 3.j photocathode according to claim 19 thereby ge - indicates that the dielectric (2) - zweak # moderately a large crystal of germanium of type n - is. ¢. @ Light-sensitive device, thus ge - indicates that it is a photocathode according to any one of claims 1-3. 5. @ Photosensitive device according to claim 49 characterized in that between the cathode and the Collector (6) a braking electrode (7) is used. 6.1 Light- sensitive device according to heprucb 4, or 59 characterized in that di gilbe bum Aungleioh the effect of the thermal dark current * it e e # cooling is provided.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3441922A1 (en) * 1984-11-16 1986-05-22 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn PHOTOCATHODE FOR THE INFRARED AREA

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