DE1589974A1 - Langlebensdauerkathode hoher Emissionsdichte,insbesondere fuer Kathodenstrahlgeraete - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H.E.BÖHMER

703 BDBLINGEN/WURTT. · 8INDELFINCER 8TRA88E 49

FERNSPRECHER (07031) 613040

Böblingen, 18. Oktober 1967 si-ha

Anmelderin : International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Aktenzeichen der Anmelderin : Docket YO 96b-030

Amtliches Aktenzeichen : Neuanmeldung

Langlebensdauerkathode hoher Emissionsdichte, insbesondere für Kathodenstrahlgeräte.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kathodenstruktur mit ausgesprochen langer Lebensdauer zum Gebrauch in Geräten, die in denen für die verschiedensten Zwecke ein Kathodenstrahl erzeugt werden soll.

Eine grosse Zahl von Vorrichtungen für wissenschaftliche und technische Zwecke setzen die Erzeugung von Elektronen strahl en hoher intensität voraus. Unter diesen Geräten befinden sich z. B. zahlreiche Typen von Elektronenmikroskopen, Werkzeugmaschinen, die sich eines Elektronenstrahls bedienen, wie Schweißvorrichtungen usw. und weiterhin Vorrichtungen,

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die Aufzeichnungen von Informationen mittels Elektronenstrahlen bewirken, um nur einige Möglichkeiten zu nennen.

Eine wesentliche Schwierigkeit, die bei einer Reihe dieser Geräte auftritt, ist darin zu erblicken, daß der Elektronenstrahl mittels einer emittierenden Kathode erzeugt und aufrecht erhalten werden muss, wobei der Kathodenstrahl auch noch unter der Bedingung eines verhältnismässig schlechten Vakuums sichergestellt sein soll. Mit anderen Worten muss eine optimale Funktionsfähigkeit der Elektronenkanone unter nicht optimalen Vakuumbedingungen gefordert werden. Abgesehen von den durch die Vakuumbedingungen hervorgerufenen Schwierigkeiten ist in derartigen komplexen Geräten die physikalische Stabilität bzw. das Einjustieren des Elektronenstrahles besonders kritisch. Die einjustierte Position wird ernstlich beeinträchtigt durch jede Bewegung der Elektronenquelle. Derartige Bewegungen können durch eine Änderung der Lage des Emipsionspunktes verursacht werden, was bei der Benutzung einer üblichen in Form eines Haarnadel gebogenen Wolframdrahtes oft der Fall ist. Weiterhin ist die anfängliche Einjustierung des haarnadelförmigen Wolframdrahtes oft schwierig, da die eigentliche emittierende Stelle auf dem Draht nicht exakt vorausgesagt werden kann. Das Hauptkriterium für die Güte bei einer Elektronenkanone, die z. B. in einem Elektronenmikroskop oder in einem Elektronensondensystem

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benutzt werden soll, ist die Intensität des erzeugten Elektronenstrahls, ·

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die gemessen wird in A/cm / räumlichein Einheitswinkel. Die seit langem bekannte Langmuirsche Beziehung besagt, daß die maximale Intensität, die von einer Elektronenkanone geliefert werden kann, durch die Temperatur der Kathode gegeben ist nach dem Ausdruck :

j eU

Hierbei bedeuten:

2
B die Intensität (A/cm / räumlichem Einheitswinkel) j die spezifische Em<sion der Kathode (A/cm ), e die Elektronenladung in (elektrostatischen Einheiten), U das Beschleunigungspotential in (V),

k die Bolzmanskonstante,

T die absolute Temperatur der Kathode ( K)

Bis zu Käthodenemiision8dichten von etwa 2 A/cm wurde herausgefunden, daß eine dem Ausdruck (1) entsprechende Intensität mit einer Standardelektronenkanone, wie sie z. B. in Elektronenmikroskopen gebräuchlich sind, erreicht werden kann.

Für Werte, die grosser als 2 A/cm sind, nimmt die Effektivität der Elek-

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tronenkanone infolge der Divergenz der emittierten Elektronen unter dem Einfluss von Raumladungen ab. Macht man die Elektronenquelle gross und damit das elektrische Feld an ihrer Oberfläche entsprechend klein, so tritt die Begrenzung durch Raumladung auch für niedrigere Emisions stromdichten ein.

In Haarnadelform gebogene Kathoden aus Wolframdraht wurden lange Zeit gebraucht, wenn relativ hohe Emileionsstromdichten von einer kleinen Elektronenquelle innerhalb von Vakuumsystemen gefordert wurden, die von aus sen zugänglich waren. Die Lebensdauer einer solchen Haarnadelkathode ist im wesentlichen begrenzt durch drei Faktoren,

1. durch die Verdampfung des Kathodenmaterials selbst,

2. durch die Kathodenzerstäubung und

3. durch die Gaserosion.

Jedoch ist in den meisten Fällen die Verdampfung des Kathodenmaterials selbst als kritisch zu betrachten. Die Lebensdauer der Haarnadelkathode ist hauptsächlich begrenzt durch einen genau unterhalb des Scheitels der Haarnadel sich ausbildenden heissen Fleck. Dieser heisse Punkt entsteht, weil die strahlende Hitze an diesem Punkt konzentriert wird. Die Zerstörung der Kathode erfolgt meistens dann, wenn der Draht an dieser Stelle um etwa 10 % dünner geworden ist. Z. B. arbeitet die konventionelle Wolframhaarnadelkathode mit einem Drahtdurchmesser von etwa

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1,3. 10 mm, mit Emissions stromdichten von etwa 2, 7 A/cm über eine Zeitdauer von etwa 40 Stunden.

Bei derartigen verhältnismässig kurzen Lebensdauern fallen die Kosten und die Zeit zur Erneuerung der Kathode bei bestimmten Anwendungsarten, bei denen die Betriebszeit begrenzt ist, sehr stark ins Gewicht. Die Haarnadelkathode hat ausserdem eine geringe mechanische Stabilität.

Das verhältnismässig schlechte Vakuum, in dem derartige Kathoden betrieben werden müssen, steht der Benutzung der verschiedenartigen Oxyd-, Vorrats- und Feldemissionskathoden entgegen. Hochschmelzende Metalle bzw. andere geeignete feuerfeste Materialien müssen notwendigerweise benutzt werden, um die erforderlichen Emissionsdichten unter derartigen Druckverhältnis sen sicherzustellen.

Ist eine hohe Intensität bei Benutzung einer Standard-Elektronenkanone mit drei Elektroden erforderlich, so muss die Geometrie dieser Kanone so ausgelegt sein, daß das elektrische Feld in der Gegend der Elektronenquelle hoch ist. Dies ist am leichtesten dadurch zu erreichen, daß man stark punktförmige Kathoden benutzt. Dicke Haarnadelkathoden oder flache Scheibenkathoden sind in diesem Falle nicht geeignet. Beispielsweise kann experimentiell mit einem haarnadelförmig gebogeben Wolframdraht mit einem

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Drahtdurchmesser von 4, 3 . 10 mm bei einer Beschleunigungsspannung

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von 12 kV eine maximale Strahlintensität von etwa 2, 5 . 10 A/ cm / räumlichem Einheitswinkel erhalten werden, ein Wert, der auch durch Erhöhen der Kathodentemperatur kaum noch vergrössert werden kann. Dieses ist beträchtlich weniger, als eine erforderliche Intensität in der

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Grössenordnung von 10 A/cm / räumlichenjEinheitswinkel, die aber mit einem haarnadelförmig gebogenen Wolframdraht mit einem Drahtdurch-

-1
messer von etwa 1,3. 10 mm erzielt werden kann.

Es ist seit langem bekannt,(USA Patent 2 639 399) daß bestimmte Metallboride, besonders die Boride der seltenen Erdmetalle eine ausgezeichnet gute Emissionseigenschaft aufweisen, wenn sie als Potentialkathoden in verschiedenen Elektronenstrahlapparaturen benutzt werden. Insbesondere weiss man, daß Lanthanhexaborid ein Material ist, welches eine hohe Strahlintensität bei überaus guten Lebensdauereigenschaften aufweist. Die sehr grosse Reaktionsfähigkeit der Mehrzahl der Boride der seltenen Erdeiund auch des Lanthanhexaborids bei erhöhten Temperaturen, bei welchen die Elektrodenstrahlapparaturen betrieben werden müssen, verhinderte aber bisher, daß diese Materialien praktisch in Kathodenstrahlapparaturen angewendet wurden. Bei bisherigen praktischen Anwendungen der Boride der seltenen Erden in Verbindung mit Elektronenquellen war die Lebensdauer der Kathodenhalterung begrenzt auf einige Stunden bei einer

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hohen Emissionsdichte von 10 A/cm , da unter diesen Bedingungen das Material, welches die Kathode trug, in dieser Zeit durch die Boridverbindungen angegriffen und zerstört wurde.

Für industrielle Zwecke besteht dahingegen schon seit einigen Jahren das Bedürfnis, über Kathodenstrukturen zum Gebrauch-von Elektronenkanonen zu verfügen, die einen Betrieb von vielen hundert Stunden ermöglichen, ohne daß ein Auseinandernehmen der Apparatur und ein Ersetzen der Kathode nötig würde.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kathodenstruktur aufzuzeigen, die die obengenannten Nachteile vermeidet und welche eine hohe Kathodenstrahlintensität bei einer Lebensdauer zu erzeugen gestattet, die um mindestens 3ei Grössenordnungen höher liegt, als es für die bi sher bekannten Kathodenetrukturen der Fall ist.

Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die an ihrem emittierenden Ende angespitzte Kathode aus einem Borid der seltenen Erden besteht, daß sie eine Längs abmessung aufweist, die gross gegenüber ihrem Querschnitt ist und daß sie mit ihrem der emittierenden Spitze gegenüberliegendem Ende an einer Haltevorrichtung befestigt ist, die ihrerseits von einem äusseren Kühlmedium gekühlt ist.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung sowie aus den Figuren hervor. In diesen bedeuten :

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer vereinfachten Form einer

Kathodenstruktur nach der Lehre der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Elektronenkanone mit

einer eingebauten Kathode nach der Lehre der vorliegenden Erfindung.

Es sei zunächst vorausgeschickt, daß obwohl die günstigen Emissionseigenschaften der Boride der seltenen Erden im allgemeinen und diejenige des Lanthanhexaborids im besonderen schon seit langem bekannt sind, '·*> bisher keine erfolgreiche komerzielle Anwendung dieses Materials für hohe Emissionsdichten (10 A/cm ) in Elektronenkanonen bekannt geworden ist.

Die ausserordentlich hohe Reaktionsfähigkeit dieses Materials bei höheren Temperaturen machte eine genügend widerstandsfähige Halterungsvorrichtung und damit eine praktische Benutzung dieser Materialien bisher unmög-

der Kathodenstrahlgeräte lieh. Obwohl seit langem in der Technik/ein Bedürfnis für Kathoden mit langer Lebensdauer bestand und obwohl die ausserordentlich günstigen Lebensdauer- und Emissionsverhältnisse der Boride der seltenen Erden bekannt waren, wurde bisher keine erfolgreiche Konstruktion bekannt, die

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unter Ausnutzung dieser Eigenschaften zu einer zufriedenstellenden Elektronenkanone führte. Daher dürfte der vorliegenden Erfindungegedanke ein wesentlicher Fortschritt in der Technik der Kathodenstrahlgeräte darstellen. In verschiedenen Versuchs gangen mit einer Vorrichtung, die allgemein den Verhältnissen der Fig. 2 entsprach, wurden praktische Lebensdauern von über 1 000 Stunden erreicht. Dieses entspricht einer Verbesserung von fast 2 Grossenordnungen im Vergleich zu Kathoden, die aus den konventionellen haarnadelförmigen Wolframdrahten bestehen, wie sie fast ausschliesslich in Verbindung mit den bisher gebräuchlichen Anordnungen in Elektronenstrahlgeräten benutzt wurden. Die genannten Wolframkathoden besitzen praktische Lebensdauern in der Grössenordnung von 20 Stunden bei einer Emissionsdichte von 5A/cm .

Im folgenden sei der Erfindungsgedanke im einzelnen unter Zugrundelegung der Fig. 1 beschrieben, welche eine vereinfachte Darstellung einer Kathodenstruktur nach der Lehre der vorliegenden Erfindung darstellt, bei welcher zur Erniedrigung der Austrittsarbeit bzw. zur Verbesserung der Emissions eigenschaften ein Borid der seltenen Erden benutzt wird.

Fig. 1 zeigt die Kathode 10, welche aus einem zylinder is chen Stab besteht, YO 966-030

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welcher an einem Ende mit einer Spitze versehen ist und an seinem anderen Ende gehaltert wird.

Während der Querschnitt der Kathode nicht notwendigerweise zylindrische Form aufweisen muss, so ist es doch wesentlich, daß diese im Vergleich zum Querschnitt eine ziemlich grosse Längsabmessung aufweist. Auch ist die Spitze an der emittierenden Seite der Kathode etwas kritisch, wie es noch aus der folgenden Beschreibung näher hervorgehen wird. Eine Heizspirale 12 und die zugeordnete Energieversorgung 14 ist weiterhin zur Aufheizung des emittierenden Endes der Kathode 10 vorgesehen. Die Spule 12 stellt eine Widerstandsheizvorrichtung dar und kann mit jeder geeigneten Wechselstrom- oder Gleichstromenergiequelle 14 betrieben werden. Zum Zwecke der Strahlformung ist ein Gitter oder eine Platte 16 vorgesehen, die mit einem geeigneten negativen Potential bezüglich der Kathode 10 versehen w ird, eine Maßnahme, die für Elektronenstrahlgeräte wohl bekannt ist. Weiterhin ist eine Anode 18 zur Beschleunigung der Elektronen vorgesehen, welche eine kleine Bohrung 20 besitzt, jenseits derer sich ein hochkonzentrierter Elektronenstrahl 22 ausbildet. Die Anode 18 liegt an einer geeigneten positiven Spannungsquelle an, wie es aus der Zeichnung zu entnehmen ist.

Wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Erfindung, welche erst die Benutzung einer Kathode aus den sehr reaktionsfreudigen Boriden der seltenen

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Erden ermöglicht, bildet die gekühlte Halterung.24. Die Kühlung erfolgt . durch eine geeignete Kühlflüssigkeit, welche durch den Hohlkörper 26 hindurchfliesst, was durch die Zu- und Abflussrohre 28 und 25 angedeutet ist. Diese Darstellung soll jedoch lediglich grundsätzlich eine Kühlung der Halterung andeuten, wobei es an sich unerheblich ist, welches Wärme- , abführungsmittel im Zusammenhang mit der Halterungsvorrichtung der Kathode benutzt wird.

Grundsätzlich kann somit auch Wasser als Kühlmittel benutzt werden, wobei sich allerdings erhebliche Schwierigkeiten für die Isolation der Kathode und ihrer Haltervorrichtung ergeben.

Die Kathode 10 ist in die Halterungsvorrichtung 24 mittels einer in dieser vorgesehenen Bohrung eingelassen und zwecks eines besseren Wärmeüberganges mit dieser verlötet, was bei 30 angedeutet ist.

Obwohl die in Fig. 1 ersichtliche Darstellung etwas schematischer Natur ist, gibt sie den wesentlichen Erfindungsgedanken wieder. Die wesentlichsten Bestandteile der Kathoden Struktur nach dem Erfindung β gedanken bestehen daher aus dem eigentlichen mit einer Spitze versehenen Kathodenglied 10, welches im Vergleich zum Durchmesser eine grosse Länge aufweist und aus einem Borid der seltenen Erden besteht, in Verbindung mit einer Vorrichtung 12 zur indirekten Heizung dieser Kathode sowie mit einer Halterung 24, die mit einer aus s er en Kühlvorrichtung versehen ist, so daß

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genügend Wärme von der Kathode abgeführt werden kann. Infolge dieser Wärmeabführung wird die Temperatur der Kathode 10 unterhalb des Werte« gehalten, an dem die Reaktionsfähigkeit auftritt, die be'i bisher bekannten Konstruktionen eine Zerstörung der Haltevorrichtung bewirkte und somit eine Benutzung dieser Materialien als Kathodenmaterial unmöglich machte.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt eine praktische Ausführungsform, die erstellt und mit Erfolg über eine Zeit betrieben wurde, die über 1 000 Stunden betrug. In dieser Figur werden zum Zwecke der Verdeutlichung für ähnliche Teile der Vorrichtungen dieselben Bezugszeichen gebraucht, wie dies bei Fig. 1 der Fall ist. Die eigentlichen Elektrodenkanonen einschliesslich der Kathode 10, der indirekten Strahlungsheizunge spule 12, der strahlformenden Platte 16 und der Anode 18 mit der hierin befindlichen öffnung 20 wirken in derselben Weise, wie dies im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben wurde. Das Gebilde 31 mit der zugehörigen Haltevorrichtung besteht aus einem Paar Schirmbleehen aus Tantal, welche die Wärme der heizenden Spule 12 reflektieren und auf die Kathode richten, was den Wirkungsgrad der Heizspule erhöht. Es sei bemerkt, daß die elektrischen Zuführungen zu jedem Ende der Spule durch die beiden verlängerten Stäbe 32 hindurch geführt sind, welche die Kathodenhalterung 24 durchsetzen, wobei die Isolierung gegenüber der Halterung durch die Hülsen 34 erfolgt. Die Wirkungsweise der Halterung und der Wärmesenke 24, die vorzugsweise aus Kupfer oder einem ähnlich gut leitenden Material nach der Art, wie es die Rg. 1 zeigt,

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hergestellt ist, wird jedoch in dieser Figur dadurch sichergestellt, daß für dieses Glied eine Kühlung über den wärmeleitenden Stab 36 vorgesehen ist. Die von diesem geförderte Wärmemenge wird ihrerseits an das ölbad abgegeben, wobei ein gewisser Grad von Zirkulation des Ölbades durch Konvektion aufrechterhalten wird. Das Gefäß 40 kann durch Luftkonvektion gekühlt werden oder es kann eine zusätzliche äussere Kühlung, beispielsweise durch einen Ventilator, vorgesehen sein. Es sei noch bemerkt, daß die gesamte Anordnung durch den keramischen Durchführungsisolator 42 getragen wird, der nach der einen Seite offen ist und mit dem ölbad 38 in Berührung steht und der an dem anderen Ende durch den Ring 44 mit 3 Isolierdurchführungen 46 abgeschlossen ist, in welche die leitenden Stäbe 32 und 33 eingebracht sind. Die Elektrode 16 ist direkt auf dem Ring 44 montiert, wobei jedoch die Kathodenhalte rung 24 von dem Ring 44 mittels der keramischen Scheibe 48 isoliert ist. Die die Gesamtanordnung nach aussen begrenzenden Hüllen 50 und 52 bilden die Wände der Vakuumkammer 8 für das be- · treffende Elektronenstrahlgerät und können in jeder geeigneten Weise realisiert werden. Die Heizspirale 12 wird über die beiden Stäbe 32 mit Heizenergie versorgt, wobei diesen wiederum die Energie über die beiden Leiter des Kabels 54 am oberen Ende der Deckplatte 56 zugeleitet wird, welche gleichzeitig die Ölbadkammer nach oben hin abschliesst. Der andere Leiter wird zur Stromzuleitung für das Halterungsglied 24 bzw. für die Kathode 10 benutzt. Mittels der beschriebenen Zuführungen kann die Beschleunigungsanode 18 auf Erdpotential und die Kathode auf einem sehr hohen negativen Poteatial

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gehalten werden. Aus der Zeichnung ist kein besonderer elektrischer

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Anschluss für die strahlformende Elektrode/uargestellt, jedoch ist es durchaus möglich, einen vierten, in der Figur nicht gezeigten Stab als Zuleitung zu benutzen. Die Fig. 2 zeigt eine andere, von der der Fig.

zugrunde liegenden abweichende Methode zum Kühlen der Halterungsmittels

vorrichtung 24, bei der durch die Kühlung/Wärmeleitung durch den Stab und durch Abführung dieser Wärme in das Ölbad 38, das seinerseits wieder an den Wänden 40 der Ölbadkammer gekühlt wird, realisiert ist. In beiden jeweils in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei den Kühlmitteln für die Halterung des Gliedes 24 um aus serhalb des Vakuumsystems liegende Kühlmittel, an die ein Teil der durch die Heizung entstehenden Wärmemengen an die Atmosphäre oder an andere Kühlmittel na.ch aus sen abgegeben werden können.

Es ist offensichtlich, daß die spezielle Art der äusseren Kühlvorrichtung für die Halterungsvorrichtung 24 in manchen verschiedenen Weisen realisiert werden kann. Praktisch ist zu beachten, daß das Kühlmittel eine genügend grosse Wärmekapazität aufweisen muss, um die Wärmemenge der Haltevorrichtung 24 unterhalb eines kritischen Wertes zu halten, jenseits dessen das Kathodenmaterial 10 zu reagieren beginnt, was zur Zerstörung der Haltevorrichtung führen würde. Weiterhin geben die in Fig. 2 dargestellten speziellen elektrischen Verbindungen und die benutzte Herstellungstechnik lediglich eine mögliche Art des Aufbaues eines Systemes zur Erzeugung eines Kathodenstrahles wieder.

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Das spezielle Ausführungsbeispiel gibt eine konstruktionsmässig günstige Lösung der Aufgabe wieder, wobei ein guter Zugang zu der Kathodenstruktur dafür sorgt, dafi ein Austausch der Kathode mit geringer Müh« und Zeitaufwand durchgeführt werden kann.

Bei der Konfiguration nach Fig. 1 wurde ein fester Stab als Kathode benutzt, de* völlig aus Lanthanhexaborid bestand, der einen Querschnitt von (1 mm) und «ine Länge von 3 cm aufwies und auf einer wassergekühlten ^lagervorrichtung aufgebaut war. Die. Heizung der Kathode erfolgte durch Strahlung einer Heizspirale, welche das zugespitzte Ende der Kathode umgab, und zusätzlich durch Elektronenbombardement. Dfe Heisspule bestand aus 16 Windungen eines Wolframdrahtes mit 2, 5 . 10" mm P , welche %uf eine Unterlag· mit einem Durchmesser von 2, 2 mm aufgewickelt wurde, die dann später entfernt wurde. Ein Tantalrohr war so montiert, daß es die Spule umgab und als Wärmereflektor wirkte, so daß die von der Spule gelieferte Wlrme auf die Kathode konzentriert wurde. Die gesamte Anordnung wurde in eine ausreichend evakuierte Kammer eingebracht, di« ihrerseits durch Dichtungsringe abgedichtet und durch öldiffusiimspumpen evakuiert wurde. Eine derartige Kathode wurde über einen Zeitraum von 1 100 Stunden getestet, wobei keine meßbare Verschlechterung

4,2 der Emissionsintensität von etwa 5x10 A/cm räumlichen?Einheitswinkel

bei einer Beschleunigungsspannung von 12kV auftrat. Diese Intensität ist YO 966-030

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/ ² gleichwertig mit einer Kathodenemissionsdichte von 3A/cm ,

Im Falle des zweiten Ausführungsbeispieles des Erfindungsgedankens nach Fig. 2 wird eine Kathode aus Lanthanhexaborid benutzt, die einen Querschnitt von einem Millimeter besitzt und die 16 mm lang ist. Diese Kathode wurde betrieben über eine Zeit von 950 Stunden bei einer Inten-

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sität von 5x10 A/cm / Einheitsraumwinkel bei einer Beschleunigungsspannung von 12kV, wobei sich innerhalb der genannten Zeit keine schädlichen Veränderungen einstellten. Aus dem vorstehenden ist zu ersehen, daß die Kathodenstruktur nach der Lehre der vorliegenden Erfindung eine wesentliche Verbesserung auf dem Gebiet der Langlebensdauerkathoden für Kathodenstrahlgeräte darstellt. Ausser den allgemein guten Emissionsbedingungen und der langen Lebensdauer charakteristik derartiger Kathodenstrukturen besitzt die beschriebene Anordnung den zusätzlichen Vorteil, daß nur eine geringfügige Einjustierung der Kathode erforderlich ist, da die Bpitzenförmige Gestalt eine aus serordentliche Stabilität bietet und lediglich zu Anfang eine Justierung erforderlich macht, so daß anschliessende Justier Schwierigkeiten entfallen.

Hierzu im Gegensatz stehen für Justierzwecke erforderliche Mechanismen, wie sie für konventionelle Haarnadelförmige Wolframkathoden üblich sind, beispielsweise in Elektronenmikroskopen, bei denen ein aus 8 er ordentlich

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teuerer und komplizierter Servomechanismus benutzt wird, den Elektronenstrahl in einer geeigneten Justierung mit dem übrigen Teil der Elektronenkanone zu halten, d. h. jegliche aus Justierzwecken erforderliche Bewegung der Kathode zu kompensieren.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß, obwohl auf dem ersten Blick die vorliegende Erfindung lediglich in der Kombination einzelner Elemente zu bestehen scheint, die bisher wohl bekannt waren, diese Erfindung trotzdem besondere Vorteile bezüglich von Schwierigkeiten erbringt, die der Entwicklung von Elektronenstrahlgeräten entgegenstanden und die bisher grosse Schwierigkeiten bereiteten. Diese Vorteile bestehen zunächst in einer extrem langen Lebensdauer in der Grössenordnung von zwei Grössenordnungen über derjenigen der konventionall bisher benutzten haarnadelförmigen Wolframdrähte, wobei die Kathode auch in einem verhältnismässig schlechten, bzw, in einem verunreinigtem Vakuum betrieben werden kann. Ausserdem ist eine ausserordentliche Strahlintensität zu erreichen, was für bestimmte Anwendungen von Kathodenstrahlen, beispielsweise für Aufzeichnungszwec ke und für zur Materialbearbeitungszwecke von grosser Bedeutung ist. Schliesslich ist die mechanische Stabilität dieser festen Elektrodenstruktur sehr viel grosser, als dies bei haarnadelförmigen Elektroden aus Wolframdraht der Fall ist.

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Claims (1)

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PATENTANSPRÜCHE

Langlebensdauerkathode hoher Emissionsdichte, insbesondere für Kathodenstrahlgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß die an ihrem emittierenden Ende angespitzte Kathode aus einem Borid der seltenen Erden besteht, daß sie eine Längsabmessung aufweist, die gross gegenüber ihrem Querschnitt ist, und daß sie mit ihrem der emittierenden Spitze gegenüberliegendem Ende an einer Haltevorrichtung befestigt ist, die ihrerseits von einem ausseren Kühlmedium gekühlt ist.

Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine indirekte Heizung durch Strahlung und/oder Elektronenbombardement vorgesehen ist.

Kathode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kathodenmaterial Lanthanhexaborid gewählt ist.

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