DE1808660C3 - Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich au: eine Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht mit porösem Aufbau aus Teilchen mit hoher Sekundärelektronen-Emissionsrate.

Es ist schoi. eine Emissionselektrode bekannt (deutsche Patentschrift I 138 482) die bei Beschüß oder Bestrahlung mit 1 rimärcektronen Sekundärclektronen emittiert. Unter Seku idärelektronenemission wird dabei nicht nur der Austritt von Elektronen in den freien Raum, sondern auch der Übergang der Elektronen in ein dem emittierenden Element unmittelbar benachbartes festes Element verstanden. Im Rahmen der Anstrengungen, die Sekundärelektronen-Emissionsrate, d. h. die Anzahl der für ein Auftreffen des Primärelektron ausgesandten Sekundärelektronen zu steigern, wird bei der bekannten Emissionselektrode auf einer Trägerschicht eine Vervielfachungsschicht aus Sekundäremissionsmaterial in Schwammform ane.eordet.Die Schwammschicht ist von weicher Beschaffenheit und weist zahlreiche Hohlräume und Poren auf. Sie hat eine offene, lose Struktur, ist also von porösem Aufbau. Das Sekundäremissionsmaterial ist in der Schwammschicht fein verteilt und besitzt bloßen Zusammenhang. Es werden Teilchen aus Bariumfluorid und anderen Alkali- oder Erdalkali-Halogeniden oder Magnesium- bzw. Aluminiumoxyd als Sekundäremissionsmaterial verwendet. Die einzelnen Teilchen in der Schwammschicht sind kleine Zusammenlagerungen zahlreicher feinster Kristalle. Ihre Größe liegt zwischen 100 und 500 A im Durchmesser. Die größeren Klümpchen, die nicht unbedingt kugelförmig sind, sondern ganz unregelmäßig oder flockig aussehen, haben einen Durchmesser von etwa 1 bis 10 Mikrometer. Sie bestehen aus zahlreichen kleinen Teilchen, die lose zusammenliegen. Bei der bekannten Emissionselektrode besteht also die poröse Schicht insgesamt aus einem Material mit hoher Sekundärelektronen-Emissionsrate. Wegen seiner feinen Verteilung und Schwammigkeit können die Elektronen die ganze Schicht überall frei durchsetzen. Sie bedürfen dazu keiner Kanäle od. dgl. und finden etwas derartiges auch gar nicht vor. Das Material ist deshalb beispielsweise zur Bildverstärkung gut geeignet. Eine gute Bildverstärkung mit gleichmäßiger Bildqualität ist jedoch nur dann erzielbar, wenn die Elektronen an jeder Stelle der Schicht etwa gleiche Mengen des Sekundäremissionsmaterials in der Schwammschicht durchsetzen. Eine Anhebung der Teilchengröße über den angegebenen Wert hinaus ließe aber Gänge und Spalten in der Schicht entstehen, die eine über die Fläche ungleichmäßige Verstärkung erbringen. Die erzielte Wirkung der bekannten Emissionselektrode wäre damit wieder aufgehoben. Eine Schwierigkeit besteht bei der bekannten Emissionselektrode noch darin, daß die Schwammschicht im Vakuum auf einen Trägerfilm aufgedampft werden muß, um die gewünschte schwammige Struktur zu erzielen. Die Herstellung ist dadurch durch das Einhalten dieser Bedingungen erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht der eingangs genannten Art eine gesteigerte Sekundäieiektronenausbeute auch für einfach herstellbare, von den Elektronen jedoch nicht ohne weiteres direkt durchsetzbare Schichten zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht aus Teilchen aus Glas oder Keramik mit einem Durchmesser von mindestens einigen zehn Mikrometer besteht, die mit einem Material hoher Sekundärelektronen-Emissionsrate überzogen sind und aneinander anliegend ein Agglomerat bilden, das von fortlaufenden, gewundenen und untereinander verbundenen Gängen durchzogen ist. Die aus den Teilchen gebildete Schicht kann zwischen zwei Netzelektroden liegen. Sie kann statt dessen auch in einem Rohr liegen, von dem zumindest die Innenwand einen hohen Widerstand hat und dessen Enden als Elektroden dienen.

Eine derartige Schicht ist zunächst leicht herzustellen, da besondere Herstellungsbedingungen wie Vakuum u. dgl. nicht erforderlich sind. Sie weist außerdem eine sehr befriedigende mechanische Festigkeit auf, da sie aus hartem Glas- doer Keramikteilchen besteht, die sich aneinander abstützen. Diese Teilchen können hierfür entweder durch leichte Sinterung miteinander verbunden werden oder zwischen den Netzelektroden bzw. in dem Rohr die gewünschte Form annehmen. Diese Form weist eine hohe mechanische Festigkeit auf, die von der inneren Festigkeit der verwendeten Teilchen herrührt. Die verwendeten Teilchen sind überdies billig und müssen nur an ihrer Oberfläche mit einem Material hoher Sekundärelektronen-Emissionsrate überzogen sein. Dennoch ergibt sich durch die wegen der großen Durchmesser der Teilchen entstehenden, die Schicht durchziehenden Gänge eine sehr gute Verstärkerwirkung: Die Elektronen fallen jeweils auf den Überzug der Teilchen auf und lösen dort eine Sekundärelektronenemission aus, wobei die Sekundärelektroden ihrerseits sofort wieder austreten und in den gewundenen Gängen auf das Sekundarelektronen emittierende Material auftreffen und weitere Sekundärelektronen auslösen. In Anbetracht der das Material durchziehenden Gängt: gelangen die Sekundärelektronen gut auf die Emissionsseite der Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht, so daß sich eine ausgezeichnete Vervielfachung und mithin eine sehr gute Verstärkerwirkung ergibt. Wegen der lokal unterschiedlichen Verstärkung an der so aufgebauten Vervielfachungsschicht ist diese für Bildverstärkung weniger geeignet. Be-

sonders geeignet ist der Gegenstand hingegen für Vervielfacher, die ein als Elektronenstrahl vorliegendes Signal zu verstärken haben.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen

Fig. I einen schematischen Schnitt einer erfindungsgemäß aufgebauten Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 3 vergrößert einen schematischen Schnitt zum Erläutern der Funktion der erfindungsgemäßen Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht.

Fig. 1 zeigt Aufbau und Funktion einer Ausfiihrungsform der Erfindung. Eine Elektronenvervielfachungsvorrichtung weist eine Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht 1 auf, die porös ist, und die im Inneren eine Vielzahl von Poren aufweist, die fortlaufende, gewundene Gänge bilden. Die Schicht 1 ist zwischen einem beispielsweise rechtwinklig aufgebauten Netz 2 aus leitfähigem Material und einem gleichartigen Netz 3 gehalten. F.ine Kathode 4 emittiert einen Strahl von Primärelektronen 5 in Richtung auf das Netz 2. Eine vervielfachte Anz;<iil von Sekundärelektronen 6 tritt an der Ausgangsfläche der poröi-jn Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht 3 aus und wird auf einem Kollektor 7 gesammelt. Die Vorrichtung weist weiter eine Energiequelle 8 auf. mit deren Hilfe die von der Kathode 4 emittierten Ppmärdektronen beschleunigt werden. Auf diese Weise können die Primärelektronen mit einer vorgewählten Geschwindigkeit in die Schicht 1 eintreten. Weiter ist eine Energiequelle 9 vorgesehen, mit deren Hilfe in ;jer porösen Schicht 1 ein elektrisches Feld zum Beschleunigen der in der porösen Schicht emittierten Sekundärelektronen möglich ist. Eine Energiequelle 10 schließlich dient zum Auffangen der vervielfachten Sekundärclcktronen 6 auf dem Kollektor 7.

Pie Erfindung zeichnet sich durch den Aufbau der porösen Sekundäreb'.ironen-Vervielfachungsschicht 1 aus. Diese Schicht besteht aus Teilchen eines Materials wie Glas oder Keramik, das einen hohen spezifischen Widerstand aufwciM. Die Glas- oder Keramikteilchen haben einen Durchmesser von mindestens einigen 10 Mikron. Sie können mit einem Alkalihalogenid, beispielsweise mit Kaliumchlorid KCl oder einem Metalloxyd, beispielsweise Magnesiumoxyd MgO. überzogen sein, das eine hohe Sekundärelektronen-Em'ssionsrate aufweist. Auf diese Weise erhält man die höchstmögliche Sekundärelektronenemission. Eina derartige poröse Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht kann man leicht dadurch erhalten, daß man die Glas- oder Keramil.-teilchen eines Durchmessers von mindestens einigen 10 Mikron miteinander abbinden läßt. Die Teilchen können auch vorab mit einem Alkalihalogenid oder einem Metalloxyd hoher Sekundärclektronen-Emissionsrate beraucht und erst danach abgebunden werden, Gegebenenfalls kann eine geeignete Mischung pulverförmigen Glases oder pulverförmiger Keramik unter Druck in eine poröse Schicht gesintert werden. Die poröse Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht, die man iiuf diese Weise erhält, hat eine Dicke von einigen Vielfachen bis zu einigen 10 Vielfachen des Durchmessen", der einzelnen Teilchen.

F i g. 3 zeigt, wk. die Vervielfachung der Sekundärelektronen vor sich geht, wenn in die poröse Schicht auf die oben beschriebene Weise Primärelektronen eintreten. Die von der Kathode 4 herkommenden Primärelektronen S werden durch die Spannung von einigen 100 Volt beschleunigt, die am elektrisch IeU-fähigen Netz 2 liegt. Die Primärelektronen 5 durchsetzt» das Netz 2 und treffen auf die Teilchen hohen spezifischen Widerstandes auf, die die Schicht 1 bilden. Dadurch werden Sekundärelektronen emittiert. Eine Spannung in der Größenordnung von einigen I 000 Volt liegt am anderen elektrisch leitfähigen

ίο Netz 3. Es entsteht so in bezug auf das Netz 2 eir.^ Potentialdifferenz von mindestens 1 000 Volt. Dadurch wird ein starkes elektrisches Feld quer zur porösen Schicht 1 aufgebaut. Auf Grund dieses Feldes werden die in die Poren oder den freien Raum innerhalb der porösen Schicht 1 cmhticrtcn Sekundärelektronen nach rechts in Fig. 3 beschleunigt und treffen auf weitere Partikel auf, die Teil der porösen Schicht 1 sind So entstehen sekundär erzeugte Sekundärelektronen, tertiär erzeugte Sekundär-

ao elektronen usw.. wie das in Fig, 3 zu erkennen ist. Das Potential am Kollektor 7 ist höher als das Potential am Netz 3. und zwar um mindestens einige hundert Volt. Die schließlich üw. Durchbrechungen des Netzes 3 durchsetzenden SekunJurelektroncn werden

»5 so inseesamt auf dem Kollektor 7 aufgefangen.

Auf das Netz 3 kann verzichtet werden, wenn der Kollektor 7 ein Potential hat. das hinreichend größer ist als das Potential des Netzes 2. um in der porösen Schicht 1 ein für die Beschleunigung der Sekundär elektronen geeignetes elektrisches Feld aufzuhauen. Die poröse Sekundärelektronen-Vervielfacliungsschicht 1 muß nicht nur aus Glas- oder Keramikteilchen aufgebaut sein. Es ist zusätzlich erforderlich, daß die Poren oder 5ipalten innerhalb der porösen Schicht 1 einen genügend weiten Innenraum haben, damit die emittierten Sekundärelektronen vervielfacht werden können, indem sie eines nach dem anderen auf die Teilchenoberflächen auftreffen. Dafür ist es überdies erforderlich, daß die poröse Schicht 1 eine sehr niedrige Dichte aufweist und daß üie Poren oder Spalten miteinander zu fortlaufenden, gewundenen Gängen verbunden sind.

F i g. 2 zeig! eine Anwendung einer SekuiuUiiclektroncn-Vervielfachungsschicht 1 nach der Erfindung in einer herkömmlichen Sekundäreleklroncn-Vervielfacherröhremit röhrenförmigem Kanal. Ein aus Glas oder Keramik bestehendes Rohr 11 ist innen mit einer Schicht 12 hohen Widerstandes beschichtet. Fine äußere Energiequelle !> ist zwischen die entgcgcngcsetzten Enden des Rohres 11 geschaltet Dadurch liegt über dem Rohr 11 eine hohe Spannung an. durch die ein gleichförmiges elektrisches Beschleunigungsfeld im Rohr 11 aufgebaut wird, dessen Rich-

■ tung in der Figur von links nach rechts verläuft. Die Schicht 12 hohen Widerstandes im Rohr 11 kann auch fortgelassen werden, wenn das Rohr 11 aus ein^mGlas od dgl. hergestellt ist, das einen genügend hohen spezifischen Widerstand aufweist.

Bei dieser Ausführungsform wird die Sekundär-

⁶<> elcktronen-Vervielfachungsschicht 1 nach der Erfindung in dem rohrförmigen Kanal angeordnet. Die von einer Kathode 4 emittierten Primärelektronen 5 treten in die rohrkanalförmige Schicht 1 mit einer Geschwindigkeit ein, die von der durch die Energiequeile 8 angelegten Spannung abhängt. In der porösen Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht 1 innerhalb des Rohres 11 werden die Sckundärelektronen in Übereinstimmung mit dem an Hand von

F i g. 3 beschriebenen Funktionsprinzip kumulativ vervielfacht. Ein Strahl einer derart vervielfachten Anzahl von Sekundärelektronen 6 verläßt das Rohr 11 in Richtung auf den Kollektor 7, der mit Hilfe einer äußeren Energiequelle 10 auf einer Spannung gehalten wird, die diejenige des Ausgangs des Rohres 11 übersteigt.

Die an Hand von F i g. 2 erläuterte Anwendung der Erfindung in einer Sekundärelektronen-Vervielfacherröhre ist selbstverständlich auch auf Röhren des Vielkanalstyps ausdehnbar, die aus einer Vielzahl von rohrförmigen Kanälen besteht, die zu einem Bündel zusammengefaßt sind. Jedoch ist eine zu feine Unterteilung dabei nur schwer zu erreichen, da in jedem der Kanäle eine erfindungsgemäße poröse Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht untergebracht werden muß. Besonders gute Erfolge erzielt man bei Anwendung der Erfindung für Vervielfacher, die ein als Elektronenstrahl vorliegendes Signal zu verstärken haben. Aus den angegebenen Gründen ist der Gegenstand der Erfindung für Photovervielfacherröhren

»5 weniger geeignet, bei denen ein Bild verstärkt werden soll. Bei der Verwendung im erstgenannten Vervielfacher kann auch mit kurzen Kanalrohren eine hohe Verstärkung erreicht werden. Wird die poröse Sekundärelektronen-Vcrvielfachungsschicht nach derErfindung in einem Kanalrohr angeordnet, so kann die Anzahl der Elektronzusammenstöße pro Längeneinheit der Sekundärelektronen-Vervielfachungswand bedeutend erhöht werden. Für hohle Kanalrohre liegt die Anzahl der Zusammenstöße der einlaufenden Elektronen mit der Rohrwand in der Größenordnung von einigen Einheiten und das selbst dann, wenn das Verhältnis von Rohrlänge zu Rohrdurchmesser von gleicher Größenordnung ist oder sogar in der Größenordnung von einigen zehn liegt. Ein Vorteil der Erfindung liegt also darin, daß die Länge des Kanalrohres beträchtlich verringert werden kann, Wenn nur die gleiche Spannung am Rohr angelegt wird. Man erhält also bei Verwendung der Erfindung eine Sekundärelektronen-Vervielfachungsvorrichtung sehr kleiner Größe.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht rait porösem Aufbau aus Teilchen mit hoher Sekundärelektronen-Emissionsrate, dadurch S gekennzeichnet, daß die Schicht (1) aus Teilchen aus Glas oder Keramik mit einem Durchmesser von mindestens einigen 10 Mikron besteht, die mit einem Material hoher Sekundärelektronen-Emissionsrate überzogen sind und aneinander anliegend ein Agglomerat bilden, das von fortlaufenden, gewundenen und untereinander verbundenen Gängen durchzogen ist.

2. Sekundärelektronen-Vervielfachungsschichl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß *5 die aus den Teilchen gebildete Schicht (1) zwischen zwei Netzelektroden (2, 3) liegt.

3. Sekundärelektronen-Vervielfachungsschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Teilchen gebildete Schicht (J) in ao einem Rohr ill) liegt, von dem zumindest in Innenwand (12) einen hohen Widerstand hat und dessen Enden als Elektroden dienen.