DE1639363C3 - Verfahren zum Herstellen von einer elektrischen Entladungsröhre mit einer Photokathode, welche aus einer stark p-leitenden AIII-BV-Verbindung besteht - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von einer elektrischen Entladungsröhre mit einer Photokathode, welche aus einer stark p-leitenden AIII-BV-Verbindung bestehtInfo
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Description
30
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von einer elektrischen Entladungsröhre mit
einer Photokathode, deren aktiver Bestandteil aus einer stark p-leitenden AIII-BV-Verbindung besteht, die von
einem Alkali- oder Erdalkalimetall aktiviert ist.
Wie üblich, wird unter einer AIII-BV-Verbindung eine intermetallische Verbindung eines der Elemente (AIII)
der dritten Gruppe des periodischen Systems Bor, Aluminium, Gallium, Indium einerseits mit einem
Element (BV) der fünften Gruppe des periodischen Systems Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon andererseits
verstanden. Hierunter sind auch Mischkristalle inbegriffen.
Derartige Photokathoden wurden von J. J. S c h e e r und J. van Laar beschrieben in »Solid State
Communications 3, 189 bis 193, 1965«. Die AIII-BV-Kathode wurde gebildet aus einem im Vakuum
gespaltenen Einkristall.
Die Herstellung von Photokathoden aus Kristallen, welche nicht an der Luft gespalten sind, oder aus
epitaxial oder durch Aufdampfen bzw. Aufstäuben hergestellten Schichten solcher Verbindungen, führt oft
nicht zum Erfolg.
Auf Grund von verschiedenen Erscheinungen konnte festgestellt werden, daß eine intensive Reinigung der
zur Photoemission zu verwendenden Oberfläche erforderlich ist, daß aber die bisherigen Reinigungsverfahren
unbefriedigend sind.
Bei einem Verfahren zum Herstellen von einer elektrischen Entladungsröhre mit einer Photokathode,
deren aktiver Bestandteil aus einer stark p-leitenden AIII-BV-Verbindung besteht, die von einem Alkali- oder
Erdalkalimetall aktiviert ist, wird gemäß der Erfindung die noch nicht aktivierte Verbindung in der Röhre bei
einer Temperatur von höchstens 3000C, einige Stunden läng einem Ausheizprozeß unterworfen, wonach die
Oberfläche der Verbindung einem Beschüß durch langsame Edelgasionen unterworfen wird.
Die Temperatur beim Ausheizprozeß ist darum so niedrig gewählt, weil sonst Oxydation der Verbindung
durch freiwerdende Restgase auftritt Auch ist die Temperatur genügend niedrig um das Ausdiffundieren
der Dotierungssubstanz aus der Verbindung zu vermeiden.
Beim Beschüß mit langsamen Edelgasionen werden mehrere Schichten der Oberfläche abgetragen, wodurch
oberflächliche Verunreinigungen, wie Oxyde, mit abgetragen werden. Vorzugsweise wird die Energie der
Ionen in dem zweiten Teil der Behandlung auf die Hälfte erniedrigt. Für Argon sind die Energien dann maximal
100 bzw. 50 eV. Die Stromdichte des Ionenbeschusses kann in der Ordnung von 30μΑ/αη2 liegen. Die
erniedrigte Energie bewirkt eine weitere Abtragung von Kristalldefekten.
Die hohen Ausbeuten der bekannten Photokathoden wurden erhalten durch Aktivierung mit etwa Monoschichten
von Cäsium. Es besteht dabei aber die Gefahr, daß nach kurzer Zeit das Cäsiumgleichgewicht zwischen
der Photokathode und den anderen Oberflächen in der Röhre gestört wird, wobei auch noch
Restgasspuren eine Rolle spielen können. Um dies zu vermeiden, kann auf bereits vorgeschlagene Weise die
Aktivierung mittels Cäsium oder eines anderen Aktivators so weit geführt werden, daß der Photostrom
bis auf etwa die Hälfte wieder abnimmt. Durch Zulassen von Sauerstoff wird dann die Photoemission
wieder gesteigert und die Aktivierung in dieser Weise einige Male wiederholt. Oft wird dabei nur etwa 80%
der maximalen Ausbeute erreicht.
Es wird das Verfahren so weit geführt, daß die Aktivierung höchstens 5 bis 10 Monoschichten umfaßt,
während nach der letzten Sauerstoffbehandlung noch ein Bruchteil einer Monoschicht zugeführt wird. Damit
wird praktisch dieselbe Ausbeute wie bei einer Monoschicht erreicht, während die Elektronen, die
austreten, praktisch monoenergetisch sind, im Gegensatz zu den von einer Monoschicht emittierten
Elektronen.
Die auf diese Weise mit mehreren Monoschichten aktivierten Kathoden sollen bei Temperaturen von 150
bis 17O0C '/4 bis I Stunde lang formiert werden, bevor
der Bruchteil der Monoschicht aufgebracht wird. Zu gleicher Zeit tritt dabei noch eine Ausheilung von
Kristalldefekten in der Halbleiterverbindung auf.
Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung beschriebenen Beispiels näher erläutert.
In der Zeichnung ist 1 eine aus Glas bestehende Röhre mit Pumpstutzen 2 und Lichteintrittsfenster 3.
Die Kathode 4 ist eine monokristalline Galliumarsenidplatte, deren Oberfläche (110) Orientierung hat. 5 ist
eine epitaxial auf der Oberfläche angeordnete Galliumarsenidschicht mit einer Stärke von 10 μ. Die Schicht ist
mit 3 · 1019 Atomen Zink pro cm3 dotiert. 6 ist die
ringförmige Anode für die Photokathode. 7 ist eine gitterförmige Elektrode und 8 eine plattenförmige
Elektrode. 9 ist eine Cäsium-Verdampferquelle.
Nach dem Anbringen aller Elektroden in der Röhre wird diese zwecks Entfettung im Trichloräthan 2
Minuten lang auf 60° C erwärmt. Danach wird der Pumpstutzen an die Pumpe angeschlossen. Nach
Evakuierung wird die Kathode mit der ganzen Röhre auf 275° C 4 Stunden lang erhitzt.
Danach wird in die Röhre reines Argon eingelassen unter einem Druck von etwa 5 X 10~4Torr. (Sauerstoffspuren
sind von einem Getter aus dem Argon entfernt.) Zwischen dm Elektroden 7 und 8 wird eine
Entladung gezündet, und es wird dabei zwischen die Elektrode 7 und die Kathode 4 eine negative Spannung
von maximal 100 V angelegt und damit ein Ionenstrom von 30 μΑ/cm2 auf die Gberfläche der
Kathode eine halbe Stunde lang geleitet. Anschließend wird die Spannung auf 50 V herabgesetzt und noch
eine Viertelstunde lang mit Strom behandelt.
Nach Abpumpen des Argons wird aus dem beim Ausheizprozeß bereits entgasten Cäsiumverdampfer 9
soviel CäsiuTi verdampft, bis die Kathode 4 etwa eine maximale Photoemission aufweist Danach wird noch so
viel Cäsium zugeführt, bis der Photostrom bis auf die Hälfte herabsinkt Dann wird so lange Sauerstoff von
etwa 5 χ 10~7 Torr zugelassen, bis der Photostrom wieder ein Maximum erreicht Diese Cäsiumbehandlung
und Oxydation werden einige Male wiederholt, bis der Photostrom wieder nahe an sein erstes Maximum
kommt Die Kathode wird dann eine halbe Stunde auf 160° erhitzt und anschließend wird aus der Quelle 9
noch Cäsium zugelassen in einer Menge, die etwa einem Viertel bis der Hälfte der ersten Cäsiumzugabe
entspricht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- ■s . -■*' Patentansprüche:i\ ' V 1. Verfahren zum Herstellen von einer elektri-• *- ■ sehen Entladungsröhre mit einer Photokathode, *J ί deren aktiver Bestandteil aus einer stark p-leitenden': AIII-BV-Verbindung besteht, die von einem Alkali- »~^> '? fVoder Erdalkalimetall aktiviert ist, dadurch gefti. * kennzeichnet, daß die noch nicht aktivierte ~ ■ Verbindung in der Röhre bei einer Temperatur von höchstens 3000C einige Stunden lang einem Ausheizprozeß unterworfen wird, wonach die ■■·; Oberfläche der Verbindung einem Beschüß durchlangsame Edelgasionen unterworfen wird.
f 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-1; zeichnet, daß die Energie der Edelgasionen im zweiten Teil der Behandlung euf ungefähr die Hälfte - erniedrigt wird.
■■*?■ 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach abwechselnder Bedekkung mit Aktivierungsmaterial und Behandlung mit Sauerstoff eine Formierung der Kathode bei einer Temperatur von 150 bis 170° C eine Viertelstunde bis zu einer Stunde lang stattfindet, wonach noch ein Bruchteil einer Monoschicht vom Aktivierungsmaterial aufgebracht wird.
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