DE1639074A1 - Sekundaerelektronenspeichersystem - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. EWeickmann, Dr. Ing. A.Weickmann

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl^Phys. Dr.K.Fincke

DIPLi-INCRA-WEICKMANNjDlPL-GHEM-B-HuBER

IPO

WESTIUßHOUSE ELEOTEIO
CORPORATION. Pittsburgh/USA

Selmndärelektronen.-speiehersystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sekundärelelctronenspeichersystem. Die Information wird bei diesem System von einer Auffangeinrichtung gespeichert, deren eine Oberfläche einem Elektronenbeschuß ausgesetzt ist. Die Information wird von der anderen Oberfläche mittels eines über diese andere Oberfläche gelenkten Elektronenstrahles ausgelesen, wobei der Anfangszustand der Auffangeinrichtung wieder hergestellt wird. *

In der deutschen Patentschrift 1 240 549 wird ein Bildspeichersystem der oben genannten Art beschrieben, bei dem als Trägerschicht ein dünner Film aus. Aluminiumoxyd verwendet ist, der sich über einen Metallring erstreckt. Auf dieser Trägerschicht befindet sich eine dünne aufge-

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dampfte Schicht aus Aluminium, die als Signalelektrode dient* und auf dieser Signalelektrode ist ein geeignetes poröses sekundärelektronenleitendes Material aufgebracht. Ein ELmschreibelektronenstrahl wird durch die Aluminiumoxid- und Aluminiumschicht auf die sekundärelektronenleitende Schicht gerichtetJ und ein Auslesestrahl wird auf die freiliegende Objerfläehe der Sekundärelektronenleitschicht gerichtet.. Bei den meisten Einrichtungen ist es auch notwendig, ein leitendes Maschengitter vor der freiliegenden Oberfläche der Sekundärelektronenleitschicht anzuordnen, das als Bremsgitter dient und eine Zerstörung der Auf fangeinrichtung unter gewissen Betriebsbedingungen verhindert.

Die Herstellung dieser vielschichtigen Minnfilmstruktur ist im allgemeinen sehr mühevoll und erfordert viel Zeit.. Es bestehen viele Probleme bei der Herstellung und bei der Verwendung der Dünnfilmstrukturen, die in dem oben erwähnten Patent beschrieben sind. Der Durchmesser der.* Auffangeinrichtungen ist auf weniger als 5 cm begrenzt. Es ist sehr schwierig, Defekte zu erkennen, die in dem Basisträgermaterial aus Aluminiumoxyd auftreten und die zu Fehlfunktionen der Auf fangeinrichtung führen. Die Auf- __} fangeinrichtung hat keine sehr stabile Struktur, insbesondere nicht in größeren Röhren. Die poröse Sekundärelektronenleitschicht muß in einer inerten Gasatmosphäre verdampft werdenJ und zeitlich variierende Konvektionsströme, die durch die Verdampfung induziert werden, machen

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es extrem schwierig, die gewünschten Auffangeinriehtungss^rukturen zu reproduzier en, Diese mangelnde Reproduzier-Mifeeit "betrifft vor allem die Kapazität und die Yerzögerttrigsoiiäralcteristiken der Auffangeinrichtung. Die Speicherkapazität der Auf fangeinrichtung hangt .von der angelegten Spanrasüsg a"bj in ^aIlen^ "bei denen eine automatische VersiErküngslcontrolle für die Auf fangeinrichtung vorgesehen ist, ist eine solche Abhängigkeit "besonders unerwünscht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,' eine verbesserte SelctmcilErelektronen-AuffangeinriÖhtung anzugehen, die einfacher herzustellen ist und größere Abmessungen "besitzen kann, als es "bisher möglich war*

Die Aufgabe ist dadurch &-^.ö&t:_t. da? die Auffangeinrichtung nunmelii? ein Trägermaschengitter aus leitendem Material aufirVöist, das völlig in einer porösen Schicht eingebettet ist, die'aus einem Werkstoff besteht, der eine gute Sekundärelektronen-lieitfäliigkeit aufweist«

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird*

Es zeigens

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Fig.. 1 eine schematische Darstellung einer Aufnahmeröhre mit einem System'gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht, die die Auffangeinrichtung von Fig. 1 im Schnitt zeigt.

In der Fig. 1 ist eine Aufnahmeröhre gezeigt, die einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entspricht. Diese Röhre umfaßt einen Röhrenkolben 10 mit einer Front- ' platte 12.- Die Frontplatte 12 ist aus einem geeigneten Material, wie Glas, für den Fall, wenn sichtbares Iiient verwendet wird. An der inneren Oberfläche der Frontplatte 12 ist eine Deckschicht 14 vorgesehen, die aus einem geeigneten fotpemissivem Material besteht, das auf die eintreffende Strahlung anspricht. Die Deckschicht 14 emittiert entsprechend der Eingangs strahlung Fctpelektrpnen. Als Material für die Deckschicht 14 eignet sieh für die Verwendung von sichtbarem Lieht beispielsweise Cäsium-Antimon. ,

An dem gegenüberliegenden Ende des SÖhrenkolbens IO ist eine Elektronenquelle 20 vorgesehen, die zur Erzeugung eines gebündelten Elefctronenstrahles dient, das auf ein Auffangteil fO gerichtet ist. Das Auffangteil 30 ist zwischen der Elektronenquelle gO und der Fotokathode 14 angeordnet. Zwischen dem Auffangteil 30 und der Fotokathode 14 sind eine Vielzahl von Elektroden vprgesghen, die mit der lezugsziffer 16 und 1§ versehen sind und an denen geeignete

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Potentiale liegen, die zur'Beschleunigung und Fokussierung der" iPÖVdelektrohen' dienen,''dae von der Po'tokaiho^d'e'" 14 in Richtung auf das Auffangteil 350 ausgesendet werden". Die Elektronenkanone 20 erzeugt, wie bekannt, einen Elektronenauslesestrahl und die Fotokathode 14. erzeugt einen Elektroneneinschreibstrahl. Bei dem vorliegenden Beispiel ist eine Fotokathode für großflächige Bilder verwendet. Es versteht sich, daß Modifikationen möglich sind, d.h. daß die Fotofläche an verschiedene Eingangsstrahlungen_ angepaßt werden kann. Diese Anpassung könnte durch einen Strahlungskönverter erfolgen, in welchem die Eingangsstrahlung auf eine Phosphorschicht gerichtet wird, deren Ausgangsstrahlung dann der Fotokathode 14 zugeführt wird. Außerdem könmte eine konventionelle Elektronenquelle verwendet werden, um einen Elektronenstrahl über die Oberfläche der Auffangeinrichtung zu führen. Diese müßte in ähnlicher Weise arbeiten-, wie die Ausleseelektronenquelle 20. Die Video-Information würde in diesem Fall einer Schreibelektronenquelle konventioneller Art zugeführt werden.

Die Elektronenquelle 20 ist so ausgebildet, daß' sie einen gebündelten Elektronenstrahl niedriger Geschwindigkeit erzeugen kann, der über die Oberfläche der Auffangelektrode 30 geführt wird. Die Elektronenquelle kann aus einer Kathode 22, einem Steuergitter 24 und einem Beschleunigungsgitter 26 bestehen. Die Elektroden 22, 24 und 26

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erzeugen einen fokussiert en Elektronenstrahl* der auf das Auffangteil 30 gerichtet ist. An der Innenwand des Röhrenkolbens ist eine Schicht 44 vorgesehen. In einigen Fallen lann es günstig sein, einen Schirm 40 aus einem Maschengitter vor der Auffangeinrichtung anzuordnen, der, wie bekannt, zur Aufrechterhaltung eines gleichförmigen elektrischen Feldes vor der Auffangeinrichtung 30 dieit. Als Ablenkvorrichtung dient eine Spule 50, die um den Röhrenkolben 10 gelegt ist und zur Ablenkung des Elektronenstrahles dient, der von der Quelle 20 erzeugt wird. Durch Anlegen eines geeigneten Potentiales an die Spule 50 wird der Elektronenstrahl über die Oberfläche der Auffangeinrichtung 30 geführt. Außerdem ist eine magnetische Spule 52 um den Röb_- renkolben 10gelegt _x um eine zusätzliche Fokussierung des Elektronenstrahles zu erreichen, der von der Auslesequelle 20 auf die Atif fang einrichtung 30 gerichtet ist. Weiterhin sollen dadurch die Elektronen fokussiert werden, die ihren Weg von der Fotokathode 14 auf die Auffangeinrichtung 30 nehmen. - - . ' ' ^:

Die Auffangeinrichtung 30 wird von einem ringförmigen Teil': 32 gehalten, das aus einem geeigneten Material, wie bei- _f spielsweise Eovär-Alloy, besteht (ein WestinghOuse-Wäräsn-■· zeichen für eine Legierung aus Nickel, Eisen und KobaSrfc)⁵;⁴ Der Ring 32 ist innerhalb des Röhrenkolbens durch Stifte befestigt> die-sich durch die G-laswände erstrecken. Die Auf fangeinrichtung 30 is"fe weiterhin mit einem sehr feinen

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Maschengitter 34 versehen, das aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material, wie Kupfer oder Niekel, besteht und an. dem Ring 32 durch ein ringförmiges Teil 36 gesichert ist, das an dem Ring 32 durch Punktschyreißung befestigt ist. Das Masehengitter 34 kann entweder nach einem webartigen Verfahren hergestellt sein oder aus einem festen Blech beistehen^, das zur Perfprierung geätzt wird* Im vorliegenden Pail weist das Masehengitter 34 zwischen 200 und 400 Löchern pro cm aufJ die von den Löchern eingenommene Fläche beträgt etwa 50 $. Die,Löcher in dem Masehengitter sind etwa 12 χ 12 Mikrometer. Die Abmessungen der einzelnen Masehen schwanken aber zwischen 6 und 12 Mikrometer. Die Dicke des Maschengitters 34 kann etwa 6 bis 20 Mikrometer betragen. Auf dem lüaschengitter 34 ist eine Schicht 38 aus einem Ma-

terial aufgebracht, das zur Leitung der Sekundärelektronen geeignet 1st, Als Material* das derartige Eigenschaften auf weißt, eignen sich beispielsweise Kaliumchlorid, Bariumfluprid, natriumbromid und Magnesiumoxyd. Die Schicht 38 ist porös -jLjnd J₁^ _e±ne Dichte von weniger als 10 $ in bezug auf die Dichte, die das Material im nichtpprösen Zustand hat· Die poröse Schicht 38 wird durch Aufdampfen von sekunäärelektronenleitendem Material auf das Hasehengitter 54 gewannen. Das aufzubringende Material wird unter einer inerten. Atmosphäre auf seine Yerdampfimgstemperatiir erhitzt. Die inerte Atmosphäre kann beispielsweise Helium oder Argon sein. Die Aufdampfung erfolgt aus einem Abstand ypn wenigen ' cm bei einem Druck yon 1 bis 5 Torr. Es ist ein wesentlicher

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Teil der Erfindung, daß Teile der Elemente des porösen Materials innerhalb und auf den Oberflächen des Maschengitters 34 angeordnet werden, um die Schicht 38 zu erzeugen· Das Material kann von beiden Seiten des Maschengitters gleichzeitig aufgedampft werden oder auch nacheinander. Die aufgedampfte Schicht wächst von dem Maschengerippe aus und füllt nach und nach die Maschen, bis schließlich die gesamte Fläche des Maschengitters ausgefüllt ist und eine kontinuierliche Schicht 30 aus porösem Material an beiden Oberflächen des Haschengitters 34 entsteht. Wenn. die Dicke des Maschengitters 34 etwa 12 Mikrometer ist, beträgt die Dicke der Auffangeinrichtung nach dem Auftra- gen der porösen Schicht 38 etwa 20 Mikrometer. Das bedeutet, daß zu beiden Seiten des Maschengitters eine poröse Schicht von etwa 4 Mikrometer angelagert ist. Die poröse Schicht an jeder Seite des Maschengitters kann aber zwischen 4 und 20 Mikrometer variiert werden. Der aktive Teil des Maschengitters 34 ist vollständig innerhalb der Schicht 38 eingebettet.

Die Werte der betreffenden, an die Elektroden angelegten Potentiale sind aus .-Pig. 1 entnehmbar. Die Fotokathode 14 arbeitet bei einem Potential von etwa 8 000 Volt minus in bezug auf das Maschengitter 34, wodurch eine Beschleunigung der Elektronen entsteht, die sich von der Fotokathode 14 zu der Auf fangeinrichtung 30 bewegen. Die Oberfläche der

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porösen Schicht wird durch den über sie gelenkten, von der Elektronenquelle 20 kommenden Elektronenstrahlen auf einem Potential gehalten, das im wesentlichen gleich dem Erdpο-■feential ist» Wenn das Gitter 40 vor der Auffangeinrichtung 30 und zwischen der Elektronenquelle 2Q und der Auf fangeinrichtung 30 angeordnet ist, entsteht "zwischen der Auffangeinrichtung 30 und dem Gritter 40 ein Verzögerungsfeld. Das Gitter 40 wird auf einem Potential von etwa 450 Volt plus in /bezug auf das Erdpotential gehalten. Es kann außerdem noch ein Bremsgitter 41 verwendet werden, das zwischen dem Gitter 40 und der Auffangeinrichtung 30 angeordnet wird. Dieses Gitter 41 kann auf einem Potential, von plus 50 Volt, gehalten werden.

Das äußere aufzunehmende Bild wird zunächst auf die Fotokathode 14 fokussiert, die entsprechend dem auf sie gerichteten Lichtwert Fotoelektronen emittiert. Die Fotoelektronen werden auf die Auffangeinrichtung 30 fokussiert. Sie werden dabjei auf eine genügend hohe Energie, etwa 5 000 Elektronenvolt, beschleunigt, so daß sie in die Schicht 38 eindringen. Die Beschleunigungsspannung; sollte dabei so eingeregelt wer.den,_; daß im wesentlichen alle von der Fotokathode 14 ausgesendetem Primäre!ektronen in die Schicht 38 eindringen, diese aber nicht durchdringen. Die von der Fotokathode 14 ausgesendeten Primärelektronen setzen eine gewisse Anzahl von Elektronen niedriger Energie in der Schicht 38/frei. Die Anzahl dieser Elektronen

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mit niedriger Energie ist um Größenordnungen höher als die Anzahl der Primärelektronen. Beispielsweise kann jedes Primärelektron etwa 200 derartiger freier Elektronen erzeugen. Die Auffangeinrichtung 30' wird polarisiert, "bevor die Einschreibelektronen von der Fotokathode 14 auftreffen. Diese Polarisierung erfolgt durch Anlegen eines positiven Potentials von etwa 15 Volt an das Maschengitter 34, wodurch die freiliegende Oberfläche oder Ausleseseite der Auffangeinrichtung auf Erdpotential gesetzt wird und sich die in der Schicht 38 erzeugten freien Elektronen in die Lücken dieser Schicht 38 setzen. Infolge des Flusses der freien Elektronen in der Schicht 38 durch den Takuumraum oder die Lücken zwischen den Partikeln der sehr porösen Schicht 38 zu dem positiven Maschengitter 34 bewirkt eine Änderung des Potentials der Ausleseoberfläche gegenüber dem Erdpotential. Diese lokale Änderung des Oberflächenpotentials an der Ausleseseite kann zur Erzeugung eines Videosignales verwendet werden, das durch bekannte Ausleseverfahren weiterverwertet werden kann. In Fig. 1 ist eine typische Vidieon-Ausleseanordnung vorgesehen.

Die Speicherkapazität der neuen Auffangeinrichtung 30 _f wird durch die Geometrie des Maschengitters 34 bestimmt und hängt deshalb kaum von den Auf dampf parametern und den zeitlich variierenden Konvektionsströmen ab. Diese Eigenschaft ermöglicht es, die Speicherkapazität durch Auswahl

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der Größe der Speichereinrichtung im voraus zu bestimmen. Ha, außerdem nicht eine wohldefinierte Ebene als Signalplatte dient, ist die unerwünschte Abhängigkeit der Speicherkapazität von der, an der Auffangeinrichtung liegenden Spannung in erster Ordnung eliminiert» Dadurch ist es möglich, die an der Auffangeinrichtung liegende Spannung als Parameter zur Terstärkungsregelung zu variieren.

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Claims (10)

Pät e η t a η s ρ r ii c he :

1. Auffängeinrichtung für ein Sekundärelektronenspeichersystem, gekennzeichnet durch ein Maschengitter (34) aus" elektrisch leitendem Material, das vollständig innerhalb einer porösen Sekiindärelektronen-Leitschicht eingebettet ist. " - . ■ - - :

·- ■ 2. Auffangeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschengitter aus maschenfÖrmig angeordnetem 1 ei tend/em Draht "besteht«

3,' Auf fangeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschengitter aus einem perforierten Blech aus leitendem Material hergestellt ist·

4· Auffangeinrichtung nach einem· der Ansprüche 1 "bis 3» da- mk durch gekennzeichnet, daß die Größe der Maschen in dem , leitenden Maschengitter (34) und die Dicke der porösen Schicht (38) auf jeder Oberfläche des Maschengitters (34) im wesentlichen gleich sind·

5. Auffangeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Maschengitter (34) 200 bis 400 Löcher pro cm hat, die mindestens 50 % der Gesamtfläche des j«iaschengitters(34) ausfüllen*

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BAD ORiGINAl.

6. Auffangeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschengitter (34) etwa 12 Mikrometer dick und die poröse Schicht (38) auf jeder Seite des Maschengitters zwischen 4 und 20 Mikrometer dick sind.

7. Auffangeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (38) aus Kaliumchlorid, Bariumfluorid, Natriumbromid oder Magnesiumoxid gemacht ist. .

8, Auffangeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der porösen Schicht weniger als 10 # der Dichte beträgt, die das die poröse Schicht (38) bildende Material aufweist. .

9. Auffangeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Maschengitter (34) an einem ringförmigen Halteteil (36) befestigt ist.

10. Auffangeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9i dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Einbau in eine Bildspeicherröhre geeignet ist, die eine Vorrichtungaufweist, welche einen Elektronensehreibatrahl auf ihre eine Seite richtet, und welche fierner eine Vorrichtung aufweist, die einen Elektrönenauslesestrahl niedriger Geschwindigkeit auf ihre ändert Seite richtet.

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