DE1564526A1 - Elektronenvervielfacher - Google Patents

Description

I Darf nicht geändert <::■■ -'.- '

6324-66/Dr.ν.Β/Ε

RCA 559*1 1564526

US-Serial No. 451,228
Piled: April 27* 1965

Radio Corporation of America New York N.Y., V.St.A.

Elektronenvervielfacher

Die Erfindung betrifft Elektronenvervielfacher, insbesondere Elektronenvervielfacher alt einer neuartigen ersten Dynode für Ferneehaufnahne* oder Kanterar uhren.

Bestirnte FernsehaufnahBeröhren« ε.B. Imageorthicon«, enthalten einen Elektronenvervielfacher alt einer ersten Dynode in Form eines schelbenfuntigen Bauteils, das einen Träger aus Metall enthält, auf den »ion eine Sohioht aus einen Material «it hohes SekundKrenissionekoeffisient* wie Magnesluaoxyd, befindet. Das «oheibenfürmige Bauteil hat eine Mittelöffnung «it eine» Durohsdsaei' von ungefähr 25 /um« die für einen die Öffnung durahsefcsenden Elektronenstrahl als Blende wirkt,

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Ein Problem, das bei der ersten Dynode eines Sekundärelektronenvervielfachers dieser Art auftritt, besteht darin, eine gleichmäßige Sekundäremission zu erreichen. Durch eine ungleichmäßige Sekundäremission können nämlich Im Ausgangeslgnal Störungen auftreten.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde» den Störanteil Im Ausgangssignal eines Elektronenvervielfaohera, insbesondere bei einem Image-Orthleon herabzusetzen. Dies wird gemäß der Erfindung durch besonderes (Hätten der Oberfläche des Trägerbautelies der ersten Dynode* auf das das Material hohen Sekundäremlssionskoeffizienten, wie Mag* nealumoxyd, niedergeschlagen wird, und durch Beschichten der Wände, die die als Strahlblende wirkende öffnung in der ersten Dynode begrenzen, mit eines Material, das einen verhältnismäßig niedrigen Sekundäremissionskoefflzlenten hat. Das Trägerbauteil wird vorzugsweise aus Nickel gemacht und duroh Elektroplattieren gebildet, wobei das Plattierbad nur solch· Bestandteile enthält, die gewährleisten, defl in der Plattierung weder beim Plattleren noch im Betrieb der Röhre Unregelmäßigkeiten In der Oberfläche auftreten. Das Material niedrigen Sekundäremissionskoeffisienten, mit dem die Wände der den Strahl begrenzenden Blendenöffnung besohlohtet werden, ist vorzugsweise reiner Kohlenstoff. Dieses Material hat einen so niedrigen 8ekunda*realsAloiiskoefflzienten» dass die Sekundäremission pr a let is oh vernachlässigt werden kann*

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Die Erfindung wird anhand eines In der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels näher erläutert, es zeigen:

Flg. 1 eine Längssohnittansicht einer Fernsehaufnahmeröhre, bei der die Erfindung verwirklicht ist und

Flg. 2 eine vergrößerte Teilansicht der ersten Dynode der in Flg. 1 dargestellten Röhre.

Pie Erfindung läßt sich auf alle Arten von Röhren anwenden, die einen Sekundärelektronenvervielfacher enthalten, ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind jedoch photoempfindliche Fernsehaufnahmeröhren mit Elektronenvervielfacher. Die Erfindung wird daher anhand einer solchen Röhre, nämlich anhand eines Image-Orthicons beschrieben.

Die in Flg. 1 Im Schnitt dargestellte Image-Orthicon-Röhre 10 enthält ein Ubliohes Elektronenstrahlerzeugungssystem 12, das in einem Ende eines evakuierten Kolbens 14 angeordnet 1st. Das Strahlerzeugungssystem 12 liefert mit den In Fig. 1 angegebenen Spannungen einen Elektronenstrahl 16 zur Abtastung einer Speicherplatte 18, die aus einem elektrolytischen Leiter, wie Olas, oder einem Halbleiter, wie Magnesiunoxyd* besteht und quer turn Weg des Elektronenstrahls verläuft. In unmittelbarer Nachbarschaft der Speicherplatte 18 befindet βloh ein· Netzelektrode 20, die den Elektronenstrahl 16 so verlangsamt, daß seine Geschwindigkeit vor dtr Speloherplattenoberflache praktisch Null ist. Der die Speicherplatte 18 abtastende Elektronenstrahl bringt die Oberfläche der Speicherplatte auf KathodenpotentIaI und wird

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dann durch die Speicherplatte reflektiert. Der hinlaufende Elektronenstrahl und der reflektierte Elektronenstrahl 22 werden durch Ablenkspule 2k abgelenkt und durch eine Fokus« slerepule 26 fokussiert. Der zurücklaufende Strahl 22 trifft schließlich auf eine erste Dynode 28 eines SekundXrelektronenvervielfachers auf.

An dem dem Strahlerzeugungssystem 12 abgewandten Ende des Röhrenkolbens befindet sich auflerdem eine Photokathode 30, die aus einer oxydierten Cäsium-Silberlegierung oder einer MuItlalkaIi-Antimon-Schicht bestehen kann· Aufbau und Arbeitswelse eines Image-Orthioons können als bekannt vorausgesetzt werden.

Im Betrieb wandern die von der Speicherplatte 18 reflektierten Elektronen in Fora des Strahles 22 in fUohtung auf das Strahlerzeugungssystee zurück und treffen auf dl· erste Dynode 28 auf, die ein« den PrimMrstrahl 16 begrenzende Blendenöffnung 32 aufweist. Die Elektronen des zurücklaufenden Strahl·· 22 werden durch Sekundäremission an der ersten Dynode 28 vervielfacht und dl« vervielfachten Elektronen werden in eine Vervielfaoheranordnung 34 geleitet, an dessen Kollektorelektrode oder letzter Dynode ein dl· Modulation des zurücklaufenden Elektronenstrahl·· 22 wiedergebende» verstKrites Videoausgangasignal Über «In« Leitung 35 abgenom—n werden kann.

Is ist einleuchtend, 4a! dl· «rat· Dynod« 28 •in wichtig·· Olied in der Ob«rtragungek*tt· für am modulierten Strahl 22 darstellt. Der moduliert· Strahl St trifft

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In der Praxis mit einer verhältnismäßig kleinen kinetischen Energie auf die erste Dynode 28 auf, bevor eine weitere Verstärkung durch den Vervielfacher 34 erfolgt« so daß der Strahl an der ersten Dynode besonders störungsempfindlich ist.

Untersuchungen haben ergeben« daß zwei wesentliche Störungsquellen in der Oberfläche der ersten Dynode« auf die der modulierte Strahl 22 auftrifft« und den landen« die die den Strahl begrenzende Öffnung 32 begrenzen« zu suchen sind.'

Hinsichtlich der durch die Oberfläche der ersten Dynode 28 verursachten Störungen sind der Oberflitohenzustand des metallischen Trägerbauteils 36 und die Dickentoleranz der darauf befindlichen Magnesiurnoxydschicht 38 wesentlich. Wenn die Schicht 38 aus Magnesiumoxyd besteht« um eine hohe Sekundäremission zu gewährleisten« soll die Schicht so dünn wie möglich sein« ohne da3 dadurch die Sekundär emission«.-eigenschaften beeinträchtigt werden« Bei relativ dicker Schicht können nämlich Störungen durch den Widerstand auftreten« den die Schicht dem Fließen von Elektronen von dem Metallträger 36 zur Oberfläche der Schicht, die durch den den Vert I Über* steigenden eekundäremieeionsfaktor an Elektronen verarmt« entgegensetzt. Eine Dick« von etwa 100 B hat sieh für die Megneciuaoxydcehletit 38 als geeignet erwiesen« die dam $uft als SeJcundKralektronenenltter arbeitet. Brauchbare Ergebnisse w«2*4l«n b«i Biaictn zwischen £$ und ISS» % erhalten·

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Di· erforderlichen Dicken der sekundäremisslonsfÄhlgen Schicht sind so klein« daß die Oberfläche 36, auf der die Schicht 38 niedergeschlagen wird» sehr glatt sein rnnä. TrMgerbautelle aus Nickel wurden bisher durch Elektroplattieren in geeigneter Dicke, z.B. 5Oyua, mittels eines Plattierbades hergestellt, das Nlokel (II)-8ulfat, -ChIrid, -Carbonat und Borsaure in entionisiertem Wasser fcelöst enthielt. UIn die erforderliche Glätte der so gebildeten Nickelunterlage zu erreichen, wurde den Plattierbad bisher ein sogenanntes "Glanzmittel" in Form eines organischen Materials zugesetzt* z.B. Qunniarabikua, das Im Wasser der Plattierbad löeung gelöst wurde. Durch die Oegenwart von Sulfidionen in Plattlerbad und Kohlenstoff in der QlHnzalttellösung entstehen Jedoch Verunreinigungen, die die (Hütte der plattierten Niokeleohioht beeinträchtigen. Die Verunreinigungen hatten zur Folge, daß die plattierte Niokeleohioht beim Aushelfen der Röhre während der Fertigung spröde und rauh wurde und bei Verwendung einer «olohen plattierten Niokelsohioht als Unterlage für die erste Dynode trat la Videoausgangssignal Ms X«age-Orthikone ein störender körniger Untergrund auf.

Bei der vorliegenden Anordnung werden Störungen durch Verunreinigungen in de« sur Bildung der Miokelunterläge verwendeten Plattlerbad vermieden und «Ine autergewöhnlioh glatte OberflMche der plattierten Hlekelaohioht ersielt. Dies wird durch Verwendung eine· Plattierbadea erreicht, das eine Löeung von Mloke!sulfat, Borsäure und Miokelchlorid

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in einem geeigneten Lösungsmittel, wie entionisiertem Wasser, enthält. Bei Verwendung eines solchen Plattierbades wird eine so glatte Oberfläche erreicht, daß die relativ dünne Schicht 38 aus Magnesiumoxyd alle Teile der Oberfläche bedecken kann und keine Unregelmäßigkelten in der Oberfläche durch die Schicht vorstehen. Da keine solchen durch die Schicht vor» stehenden Unregelmäßigkeiten vorhanden sind, liefert die erste Dynode ein sehr gleichförmiges Ausgangssignal«

Im Zusammenhang mit der Entdeckung, daß die die Öffnung 32 begrenzenden Wände infolge Ihrer Sekundäremission Störungen im Videoausgangssignal hervorrufen können, wurde festgestellt, daß ein Grund hierfür darin zu suchen 1st, daß bei der Formierung der Kathode 40 des Strahlerzeugungseystems Barium oder Bariumverbindungen auf dies® Wände gelangen können. Bei der Formierung der Kathode wird die ursprünglich aus Karbonaten des Bariums, Strontiums und Calciums bestehende Eraissionsschicht durch Erhitzen auf etwa 1300 °C in dl· Oxyde übergeführt. Dabei verdampft meist ein Teil der Carbonate und gelangt durch ein Steuergitter 42 auf die Wand· d«r Öffnung 32· Auch später kann beim Betrieb d«r Ruhr« ein Teil der Oxyd· aus d«r Kathodensohloht verdampfen und »loh auf der Carbonatschloht auf d«n Wänden der Öffnung 32 niederschlagen, Di· Temperatur der Wand· beträgt im Betrieb der Röhre «twa 300⁰C, während dl· Kathode mit einer Temperatur von «twa 1050 ⁰C betrieben wird.

Dl· aus den Carbonaten und Oxyd«n d·· Bariums, Strontiums und Caloiua· bestehend· Schicht auf ά·τ Wand der

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Öffnung 17 haben «inen verhMltnlSBfteig hohen Sekundgremiaaionskoeffix lent en. Sin Teil des von der Kathode 40 auagchcnden Strahle« 16 trifft nun auf die Wand der Öffnung 32 auf« ao daß aua dieaer Wand StkundKrelektronen emittiert werden. Ein Teil dieaer SekundKrelektronen tritt durch daa der Kathode 40 abgewandte Ende der Öffnung 32 aua und da dieae Elektronen eine verhMltniSMMSig niedrige Energie haben, können ale in daa Vervielfaeheraystem 34 gelangen. Dort werden ale verstärkt und der verstKrkte Elektronenstrahl Überlagert aloh de« llutsaignal ala Störung.

Eine MaBnahae sur Beseitigung von Störungen dureh die unerwünschte SekundKreMiaslon von der Wand der Öffnung 32 besteht darin, die Öffnung in Richtung auf die Kathode su erweitern, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Durch diese Formgebung der Wand der Öffnung 32 sollen die an der Wand entstehenden Sekundttrclektronen in den dureh eine erste

Bcaohleunlgungselcktrode 44 begrenzten kathodenseitigen Raue

swar reflektiert, wo sie nioht stören können. Diese Malnahs» bringt/ eine gewisse Verbesserung Mit sieh, sie reloht Jedoch allein nicht aus.

Es wurde nun gefunden, dal sieh die Störungen dureh Sekundtrelektronen von 4er Wand der Öffnung 33 gans weaentlich verringern laaaen, wenn die Wand der öffnung 32 alt eine« Material beschichtet wird, «as einen verhältoiseMig kleinen flekundireeiieaionakoeffialenten hat. far dies·» Xweck eignen sieh besondere organleehe oder kohlenstoffhaltige Ma-

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terlallen, insbesondere kolloidaler Graphit, der aua reinem Kohlenstoff besteht, und Kohlenstoffverbindungen, wie Mineral· ßehmieröl oder Fett» Bin solches Material wird aufgepinselt oder man ISSt es duroh die Blendenöffnung 32 fließen, was durch eine Druckdifferenz zwischen den beiden Selten der Dynode 28 gefördert werden kann. Man erreicht auf diese Weise ohne Schwierigkeiten eine Beschichtung der Wand der Öffnung j52, ohne diese ganz zu verschließen· Pie Dicke der aufgebrachten Schicht soll mindestens etwa 200 %' betragen, ^wae in*8®r noch ein verhältnismäßig kleiner Bruchteil des 25 /um betragenden Durchmessers der Öffnung 22 ist. Die flüchtigen Bestandteile des aufgetragenen Materials werden später im Verlauf der Fertigung der Rühre verflüchtigt.

Das die Beschichtung der Offnungswand bildende organische Material reagiert epttter mit den emlssionefähigen Carbonaten und Oxyden von der Kathode, wobei Verbindungen entstehen, die einen wesentlich kleineren Sekundäremisslonakoeffigienten haben als die ursprünglichen Carbonate und Oxyde«

PUr die Verringerung der Störungen hat es eioh an günstigsten erwiesen, wenn die die Sekundäremieslon unterdrückende organische Sehicht porös gettaoht wird* z.B duroh Sandstrahlen mit Sand» dessen fellohengrttle wesentlich kleiner ist als der 25 /u* betragende Durchmesser des* Öffnung 32. Die feliehenfpuS· des Sandes kann beispielsweise 2 ^u* od«r weniger betragtη_β Die PoroeltMfc tfer sandgestrahlten Sohioht trägt

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auch in mechanischer Hineicht zur Sekundäremissionsunterdrückung beij da SekundMrelektronen, die unter Umstanden doch noch an einer Wand einer Pore entstehen, auf die gegenüberliegende Wand der Pore auftreffen, wo sie jedoch infolge ihrer relativ niedrigen Energie kein· weiteren SekundHrelektronen erzeugen können. Durch die βtrukturbedingte Unterdrückung der SekundHrelektronen infolge der Porosität der Schicht auf der Wand der Öffnung J2 und die chemische Unterdrückung durch die erwähnte Zusammensetzung der Schicht werden die bisherigen Störungen infolg· einer Sekundäremission der Wand der Öffnung J>2 praktisch völlig beseitigt.

Wenn die Sohicht auf der Wand der öffnung 32 porös ist, IKQt sich eine wirksame Unterdrückung der Sekundäremission auch mit anderen Schichtzusammensetzungen als den oben angegebenen erreichen. Jedes Material, das einen Sekundttremissionsfaktor von 1 oder kleiner hat und im wesentlichen oxydationsfrei ist, kann mit zufriedenstellenden Ergebnissen verwendet werden, wenn die Schicht porös gemacht wird. Außer Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen, wie sie oben erwähnt wurden, kann man für dl· Schicht auch beispielsweise Chrom,

PaIAdium, Gold usw. verwenden, da dl··· Materiellen alle einen Sekundür#miesionekoeffixi«nttn haben, d«r kleiner al· 1 1st. Wenn dl· aur Unterdrückung der 8«kund«r#mi«sion dienend· Sohioht aus «ine» porösen anorganischen Material besteht, sind für dl« Unterdrückung der Sekundäremission In erster Linie m«ohanls«h« bur. geoaetriseh· Iffekt· wirksam.

Lr^ ORiGiNAL

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Wenn die Foren eine ausreichende Tiefe haben, um dl· von der Kathode abdampfenden Carbonate und Oxyde unter der Oberfläche der Schioht aufnehmen zu können« ist die Unterdrückung der Sekundäremission fast ebenso wirksam als bei Verwendung eines porösen organischen Materials für die Schioht.

Es sei darauf hingewiesen· daß es auch bei Verwendung einer die Sekundäremission mechanisch und/oder chemisch unterdrückenden Schicht der oben genannten Art vorteilhaft ist, der Öffnung die beschriebene, sich zur Kathode hin erweiternde Form zu geben*

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Claims (3)

1. _₁₂. 156Λ526

   Belegexemplar

   Darf nicht geändert werden

   Patentansprüche

   ♦ 1. Sekundärelektronenvervielfacher mit einer

   ersten Dynode, die eine Schicht aus einem Material mit einem Rekund*iremissionskoeffizienten größer als 1 trägt und von einer Öffnung durchsetzt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß die Wand der öffnung (jJ2) mit einem Überzug aus einem Material mit einem SekundSremissionskoeffir.ienten von höchstens gleich 1 überzogen ist und sich in Richtung von der Schicht (J8) weg erweitert.
2. 2. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennze lehnet, daß der überzug auf der Wand der öffnung (32) porös ist.
3. 3. Vervielfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus reinem Kohlenstoff besteht.

   k. Vervielfacher nach Anspruch 1, 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wand (32) dar öffnung in Richtung euf eine Elektronenstrahlquelle (12) für den Vervielfacher nach außen erweitert.

   copy

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