DE1564532C - Photoelektnsche Rohre und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf photo- auf einer aus Elektronen leitendem Glas hergestellten elektrische Röhren und insbesondere auf photoelek- Speicherelektrode möglichst gering gehalten werden, trische Röhren mit Caesium enthaltenden Photokatho- Dagegen dürfen aber solche Niederschläge von Caesiden, d. h. Kathoden mit einer lichtelektrischen um auf der Photokathode nicht behindert werden.
Elektronenemission, sowie auf ein Verfahren zur Her- 5 Die Erfindung erreicht dies durch ein im Röhrenstellung solcher Röhren. kolben angeordnetes Getter, welches eine größere

Unter die photoelektrischen Röhren mit Caesium Affinität für Caesium als die Speicherelektrode und enthaltender Photokathode fällt die Superorthikon- eine kleinere Affinität für Caesium als die Photo-Bildaufnahmeröhre. Dieser Röhrentyp weist eine kathode besitzt. Das für das Getter verwendete Mate-Speicherelektrode auf, auf welche die von der Photo- ίο rial kann Antimon, Rubidium, Wismut oder eine kathode emittierten Elektronen auftreffen und auf Silberwismutlegierung mit 9 Gewichtsanteilen Silber welcher diese Elektronen ein elektrostatisches La- und 1 Gewichtsanteil Wismut enthalten. Von diesen dungsbild erzeugen, welches dem Bild entspricht, mit Materialien wird Antimon bevorzugt,
dem die Photokathode belichtet wird. Wenn es sich bei der photoelektrischen Röhre um

Um eine gewünschte Wiedergabegüte beim elektro- 15 ein Superorthikon handelt, wird das Gettermaterial

statischen Ladungsbild zu bewahren, ist es wichtig, daß der Erfindung zufolge an einer solchen Stelle innerhalb

die Speicherelektrode durch eine verhältnismäßig der Röhre angebracht, daß irgendeine Photoemission

geringe seitliche elektrische Leitfähigkeit gekenn- der durch die Reaktion des Gettermaterials gebildeten

zeichnet ist, d. h. durch eine geringe Leitfähigkeit über Verbindung nicht dazu führt, daß Streuphotoelek-

die Bildseite oder Oberfläche der Speicherelektrode ao tronen auf Flächen gelangen, an denen sie unerwünscht

hinweg. Eine zu große seitliche elektrische Leit- sind. Das Gettermaterial kann beispielsweise neben der

fähigkeit der Speicherelektrode kann beispielsweise Innenwand des Röhrenkolbens an dessen kolben-

durch einen unvermeidbaien Niedeischlag eines förmigem Bildabschnitt oder am Hals des Röhren-

Caesiumfilmes auf der Speicherelektrode verursacht kolbens, in welchem sich ein Elektronenvervielfacher

sein, welcher von einer ÜberschuBmenge des bei der 35 befindet, angeordnet werden.

Herstellung der Photokathode verwendeten Caesiums Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

herrührt. Eine solche Überschußmenge an Caesium ist . Zeichnung näher erläutert.

erforderlich, um sicherzustellen, daß eine angemessene F i g. I zeigt in Aufsicht und bei teilweise wegge-Caesiummenge beim letzten Herstellungsschritt der brochenem Röhrenkolben eine Superorthikon-Bildauf-Photokathode zur Verfügung steht. . 3° nahmeröhre, bei der die Erfindung angewendet ist, und

Derartige Caesiumniederschläge sind auf Speicher- F i g. 2 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie 2-2 in

elektroden aus bestimmten Materialien zulässig, da- F i g. 1 und veranschaulicht die Ausbildung des BiId-

gegen im höchsten Maße schädlich, wenn die Speicher- abschnittes der Röhre.

elektrode aus einem anderen, an sich besonders brauch- Die dargestellte Superorthikon-Bildaufnahmeröhre baren Material hergestellt ist. Speicherelektroden- 35 umfaßt einen Kolben 10, der in einem Endteil einen materialien, bei denen der Caesiumfilm nicht zu einer Elektronenstrahlerzeuger 12 und einen Elektronenverschädlichen seitlichen Leitfähigkeit führt, sind Halb- vielfacher 14 besitzt. Im anderen Endteil des Röhrenleitermaterialien,- wie Aluminiumoxyd und Magne- kolbens ist der Bildabschnitt angeordnet, welcher eine siumoxyd, sowie Ionen leitendes Glas, welches Natrium Photokathode 16, die auf einer Stirnwand 18 der und andere Alkalimetalle enthält. Diese Materialien 40 Röhre angebracht ist, und eine Speicherelektrode 20 weisen jedoch andere Nachteile auf; z. B. sind Halb- umfaßt, welche in der Bahn der von der Photokathode leiter nur für spezielle Anwendungsfälle geeignet; ein 16 emittierten Elektronen angeordnet ist. Eine Elek-Ionen leitendes Glas besitzt nur eine unannehmbar trode 22 dient zur Beschleunigung der von der Photokurze Lebensaduer. Ein besonders brauchbares Spei- kathode emittierten Elektronen auf ihrem Weg zur cherelektrodenmaterial mit verhältnismäßig langer 45 Speicherelektrode 20. Die von der Photokathode 16 Lebendsauer und verhältnismäßig weiter Verwendbar- abgegebenen Photoelektronen treffen auf die Speicherkeit stellt ein Elektronen leitendes Glas dar, welches elektrode 20 auf und setzen bei dieser Sekundärelekkeinen nennenswerten Anteil an Alkalimetallionen tronen frei, welche von einem Drahtgitter 24 gesamenthält. Allerdings führt dieses Glas in Verbindung melt werden. Durch diese Auslösung der Sekundärmit einem Caesiumfilm zu einer unzulässig großen 50 elektronen wird auf der Speicherelektrode 20 ein elekseitlichen Leitfähigkeit. trostatisches Ladungsbild erzeugt, welches dem die

Caesium besitzt einen verhältnismäßig hohen Dampf- Photokathode 16 belichtenden Bild konform ist.

druck, weshalb es bei seiner Verwendung in einer Dieses elektrostatische-Ladungsbild weist Bereiche auf,

Elektronenröhre durch diese Röhre wandert, und zwar die stärker negativ sind als andere Bereiche,

nicht nur während der Herstellung der Photokathode 55 Der vom Elektronenstrahlerzeuger 12 gelieferte Elek-

innerhalb dei Röhre, sondern auch während der Be- tronenstrahl tastet, durch geeignete (nicht gezeigte)

triebszeiten der Röhre. Die Wanderung des Caesiums Einrichtungen gesteuert, die Speicherelektrode 20 ab.

führt zu der erwünschten Ansammlung des Caesiums Ein Teil des Elektronenstrahles wird durch die stärker

an der Photokathode und zu einer unerwünschten negativen Bereiche der Speicherelektrode 20 zurück

Ansammlung an anderen Teilen. Solche Caesiuman- 60 zum Elektronenstrahlerzeuger 12 reflektiert. Diese re-

sammlungen gehen bei der Herstellung der Photo- flektierten Elektronen treten in den Vervielfacher 14

kathode verhältnismäßig schnell vor sich, während sie ein, wo sie vervielfacht und über eine geeignete Lei-

beim Betrieb der Röhre verhältnismäßig langsam er- tung 26 als Ausgangssignal herausgeführt werden,

folgen. Wenn die Röhre eine Speicherelektrode aus Die Photokathode 16 kann beispielsweise ein S-10-

Elektronen leitendem Glas besitzt, ist es wichtig, daß 65 oder S-20-Ansprechverhalten besitzen. Eine Photo-

beide Arten der Caesiumansammlung an der Auftreff- kathode mit S-10-Ansprechverhalten enthält Silber,

elektrode unterdrückt werden.' Wismut, Sauerstoff und Caesium. Eine Photokathode

Dementsprechend sollen also Caesiumniederschläge mit S-20-Ansprechverhalten enthält Kalium, Natrium,

Antimon und Caesium. Eine Photokathode mit S-IO-Ansprechverhalten ist in dem USA.-Patent 2 682 479 von Johnson und eine Photokathode mit S-20-Ansprechverhalten ist in dem USA.-Patent 2 770 561 von Sommer beschrieben. Bei der Herstellung solcher Photokathoden wird ein elektrischer Strom durch einen Draht 28 (F i g. 2) geschickt, welcher eine Vielzahl von Pillen 30 trägt. Die Pillen 30 bestehen aus einer Wismutsilberlegierung bei der erwähnten Photokathode mit S-IO-Ansprechverhalten oder aus Antimon bei einer Photokathode mit S-20-Ansprechverhalten. Bei beiden Photokathodentypen wird Caesium dadurch eingebracht, daß ein Schiffchen 32, welches Caesiumchromat und ein Reduktionsmittel wie Silizium enthält, auf eine Temperatur von etwa 160⁰C erhitzt wird. Dies führt zu einer Entwicklung von Caesium innerhalb des Röhrenkolbens 10, und auf den zuvor gebildeten lichtelektrischen Emissionsschichten schlägt sich Caesium nieder.

Bei der vorerwähnten Temperatur wird Caesium flüchtig. Dieses schlägt sich außer auf der Photokathode auch auf Röhrenelementen nieder, an denen es unerwünscht ist. Solche unerwünschten Niederschläge treten auch dann auf, wenn man sich bemüht, die Menge des eingebrachten Caesiums auf das für die Sensibilisierung der Photokathode erforderliche Maß zu begrenzen. Aber auch bei einer solchen Begrenzung des in die Röhre eingebrachten Caesiums wird vorzugsweise ein geringer Überschuß vorgesehen, um sicherzustellen, daß eine ausreichende Caesiummenge für eine vollständige Sensibilisierung der Photokathode zur Verfügung steht.

Ein Röhrenelement, auf dem ein Caesiumniederschlag unerwünscht ist, stellt die Speicherelektrode 20 dar, sofern diese aus einem Elektronen leitenden Glas hergestellt ist.

Aus Elektronen leitendem Glas hergestellte Speicherelektroden erhalten eine unzulässige starke seitliche Leitfähigkeit, wenn sich Caesium auf diesen niederschlägt. Da Speicherelektroden aus Elektronen leitendem Glas in zahlreichen Anwendungsfällen brauchbar sind, stellt dieser Umstand eine bedeutende Schwierigkeit dar.

Eine Elektronen leitende Glasart, die sich besonders vorteilhaft als Material für eine Speicherelektrode erwiesen hat, besteht aus 33,1 °/₀ Bariumoxyd (BaO), 11,1 °/₀ Kalziumoxyd (CaO), 1,8% Aluminiumoxyd (Al₂O₃), 39,8 % Siliziumdioxyd (SiO₂) und 14,2% Titandioxyd (TiO₂). Bei den Prozentangaben handelt es sich um Gewichtsprozente. Die Oberfläche einer aus diesem Glas hergestellten Speicherelektrode ist verhältnismäßig glatt, so daß an ihr niedergeschlagenes Caesium eine leitende Schicht auf dieser bildet und sich keine Verbindung mit ohmschem Widerstand· bildet, wie sich diese im Fall eines Ionen leitenden Glases bildet. Die hieraus resultierende seitliche Leitfähigkeit hoher Größenanordnung beeinträchtigt das auf der Speicherelektrode erzeugte elektrostatische Ladungsbild derart, daß der Ausgang der Röhre durch eine Bildauflösung gekennzeichnet ist, die in einem unannehmbaren Maß schlechter ist als die des ursprünglich auf der Speicherelektrode durch die Emission der Photokathode erzeugten Bildes.

Die vorliegende Erfindung geht von einer photoelektrischen Röhre aus, welche eine Photokathode mit Caesium besitzt, wobei der Röhrenkolben eine größere Menge an Caesium enthält als für die Photokathode erforderlich, und die ferner ein Röhrenelement, z. B.

eine Speicherelektrode besitzt, welches gegenüber einem solchen Caesiumüberschuß anfällig ist. Gemäß der Erfindung wird die photoelektrische Röhre mit einem Getter für Caesium versehen, welches eine bedeutende Eigenschaft im Hinblick auf die Photokathode und das erwähnte Röhrenelement besitzt. Diese Eigenschaft besteht darin, daß das Getter eine Affinität für Caesium besitzt, die zwischen der der Photokathode und der des Röhrenelementes liegt.

ίο Folglich hat das Gettermaterial ein größeres Anziehungsvermögen für Caesium als das vorerwähnte Röhrenelement, aber ein kleineres Anziehungsvermögen für Caesium als die Photokathode. Hierdurch wird das freie Caesium daran gehindert, sich auf dem Röhrenelement anzusammeln, und ferner wird für die Photokathode eine entsprechend ihrer Arbeitsaufgabe angemessene Caesiummenge sichergestellt.

Gettermaterialien mit einer solchen bevorzugten Affinität für Caesium umfassen Antimon, Rubidium, Wismut oder eine Silberwismutlegierung, v/ie bereits erwähnt wurde. Von diesen Materialien wird Antimon aus Gründen bevorzugt, die aus der nachfolgenden Beschreibung noch hervorgehen.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, vorgenommen mit einem Drei-Zoll-Superorthikon, wurde eine Antimonpastille 34 von etwa 12 mg Gewicht auf einem platinüberzogenen Molybdändraht 36 von 0,254 mm Stärke angebracht und entweder im kolbenförmigen Teil des Röhrenkolbens 10 oder neben dem Vervielfacher 14 im Hals des Röhrenkolbens angeordnet, wie in F i g. 1 gezeigt. Durch den Draht 36 wurde ein Strom von etwa 3 Ampere geschickt, um die Antimonpastille 34 auf mindestens 500⁰C zu erhitzen, bei welcher Temperatur diese verdampft oder verzischt. Der Dampf bildet einen Antimonüberzug an der Innenwand des Röhrenkolbens 10 im Bereich neben der Antimonpastille 34. Dieser Überzug besitzt ein stärkeres Anziehungsvermögen für Caesium als die Speicherelektrode 20 aus Elektronen leitendem Glas, aber ein kleineres Anziehungsvermögen für Caesium als die Photokathode 16.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß schon eine Antimonpastille der angegebenen Größe für eine Getterung des Überschußcaesiums im Röhrenkolben 10 ausreicht. Wenn das Antimongetter am kolbenförmigen Bildabschnitt des Röhrenkolbens 10 vorgesehen wird, so wird dieses zwischen der Innen wandung dieses Abschnittes und einer die Auftreffelektrode umschließenden Kappe 38 angeordnet. Diese Kappe trennt den an der Innenwand des Röhrenkolbens 10 gebildeten Antimonüberzug und auch den an der Außenfläche der Kappe 38 bildenden Überzug von dem Bereich, in welchem die Emission von der Photokathode 16 zur Speicherelektrode 20 stattfindet. Sollte der Getterüberzug aus Antimon irgendwie eine Tendenz aufweisen, Photoelektronen zu emittieren, so wird durch die Kappe 38 erreicht, daß eine solche Emission nicht die normale Emission von der Photokathode 16 zur Speicherelektrode 20 beeinträchtigt.

Wenn das Antimongetter 34 am Hals des Röhrenkolbens 10 angeordnet wird, liegt dieses neben einem Bereich verhältnismäßig hoher Spannung des Elektronenvervielfachers 14. Die Anordnung des Gettermaterials ist hierbei derart zu treffen, daß irgendeine Photoelektronenemission vom Getter keinen nennenswerten Einfluß auf das Ausgangssignal ausübt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Getter nahe des Hochspannungsteiles des Vervielfältigers angeordnet

wird oder daß die Getteröberfläche mit einer im Vervielfältigerabschnitt vorliegenden Hochspannungselektrode elektrisch verbunden wird.

Die Dicke jedes Antimonüberzuges, der durch Verdampfen der Antimongetterpastille 34 gebildet wird, sollte nicht zu groß sein, da sich sonst der Überzug abpellen kann. Es sollte allerdings ausreichend dick sein, um mit dem gesamten im Röhrenkolben 10 erzeugten Überschußcaesium zu reagieren. Es wurde gefunden, daß eine Uberzugsstärke von etwa 1 Mikron den Anforderungen genügt.

Das Antimongetter 34 kann vor der Abgabe des Caesiums aus dem Schiffchen 32 (F i g. 2) und auch einer solchen Freigabe und der Endherstellung der Photokathode 16 aufgedampft werden. Wenn die Verdämpfung in zwei Schritten durchgeführt wird, wird nur ein Teil des Getters bei jedem Schritt aufgedampft, wobei eine geeignete Temperatur-Zeit-Beziehung bei jedem Verdampfungsschritt beachtet wird. Da es erwünscht ist, das Caesium zu gettern, bevor es sich auf der Speicherelektrode 20 absetzt, ist es vorteilhaft, die Getterpästille 34 zu verdampfen, bevor irgendwelches Caesium im Röhrenkolben 10 freigesetzt ist. Das Verdampfen des Getters vor Freisetzen des 'Caesiums im Röhrenkolben ist jedoch nicht so wichtig wie das Verdampfen nach Freisetzung des Caesiums. Durch Untersuchungen wurde festgestellt, daß die besten Ergebnisse dann erhalten werden, wenn beide vorerwähnten Verdämpf ungsschritte durchgeführt werden. Weniger gute, aber noch ausreichende Ergebnisse werden erzielt, wenn nur der zweite Verdampfungsschritt durchgeführt wiTd.

Der aufgedampfte Antimönüb'erzug bildet eine bei Raumtemperatur stabile Caesium-Antimoir-Verbindung. Es wird angenommen, daß auf dem durch Verdämpfen der Getterpästille 34 erzeugten Antimonüberzug sich das Äquivalent von vielen einatomigen Schichten einer Caesium-Antimön-Verbindung bildet. Es ist erwünscht, daß der Antimonüberzug, der für die Bildung der Caesium-Antimon-Verbindung verbraucht ist, die erste von zwei Schichten bildet, derart, daß die zweite Äntimönschicht über der verbrauchten Antimonschicht ausgebildet werden kann. Hierdurch wird erreicht, daß das Antimongetter die Fähigkeit, Caesium zu gettern, als Dauereigenschaft für die Lebensdauer der Röhre aufweist und daß eine sehr erwünschte Elektronen leitende Speicherelektrode 20 in Superorthikön-Bildaufnahmeröhren verwendet werden kann.

Wenn auch das Getter für Caesium von besonderer Bedeutung bei einer Röhre mit einer Speicherelektrode aus Elektronen leitendem Glas ist, so erbringt dieses Getter aber auch in Verbindung mit andersartigen Speicherelektroden gewisse Vorteile. Wenn auch solche anderen Speicherelektroden in einem stärkeren Maße Caesium vertragen können als solche aus Elektronen leitendem Glas, so kann durch das Getter gemäß der Erfindung dafür gesorgt werden, daß bei denen unzulässig starke Caesiümniederschläge vermieden werden. Ebenfalls ist die Erfindung nicht auf photoelektrische Röhren mit Ansprechverhälten S-IO und S-20 beschränkt, sondern sie ist vielmehr auch bei photoelektrischen Röhren vorteilhaft anwendbar, bei denen die Phötokathoden durch andersartiges Ansprechverhalten gekennzeichnet sind.

Claims (5)

Patentansprüche :

1. Photoelektrische Röhre mit Röhrenkolben, mit'Photokathöde, mit im Röhrenkolben befindlichem Caesium und mit einem gegenüber Caesium anfälligen Elektrodenelement, insbesondere Fernsehaufnähmeröhre vom Superorthikontyp, gekennzeichnet durch ein im Röhrenkolben (10) vorgesehenes Getter (34), welches eine größere Affinität für Caesium als das Elektrodenelement (24) und eine kleinere Affinität für Caesium als die Photokathode (16) besitzt.

2. Photoelektrische Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oetter Antimon, Rubidium, Wismut öder eine Legierung von 9 Gewichtsanteilen Silber und 1 Gewichtsänteil Wismut enthalt.

3. Photoelektrische Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenelement (24) eine Speicherelektrode aus Elektronen leitendem Ölas ist.

■4. Photöelerlctrische Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Caesium in einer größeren Menge im Röhrenkolben (10) vorliegt, als für die Sensibilisierung der Kathode (16) erforderlich, Tmd daß das Getter (34) in einem 'Bereich angeordnet ist, der vom Bereich der Elektronenemission getrennt liegt.

5. Verfahren zur Herstellung der photoelektrischen Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Teil des Getters in der Röhre verdampft wird, danach das Caesium in der Röhre freigesetzt wird und dann ein weiterer Teil des Getters in der Röhre verdampft wird.

Hierzu -1 Blatt Zeichnungen