DE1909722B2 - Verfahren zum herstellen einer mit fotoemission arbeitenden elektronenroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Fotoelektronenröhrchen bekannt (vgl. z. B. US-PS 2431401, 2445 706 oder 27 70561), die bei relativ hoher Temperatur arbeiten sollen und eine Fotokathode aufweisen, welche aus einer Antimonschicht gebildet und mit einem oder mehreren Alkalimetallen wie z. B. Natrium, Kalium und/oder Zäsium aktiviert ist. Solche Röhren sollen sich besonders dann bewähren, wenn sie während einer beträchtlichen Zeitdauer sehr tiefen oder sehr hohen Temperaturen (in gewissen Fällen von —196° bis ungefähr 200⁰C) ausgesetzt sein können. Die bekannten Fotoelektronenröhren dieser Art vertragen solche Temperaturen aber nicht sehr lange. Bei den höheren Temperaturen lösen sich aus den Teilen der Röhre Gase, vor allem Wasserstoff, weil — wie sich nun herausgestellt hat — die bei der Herstellung der Röhren verwendeten Ausheiztemperaturen und -zeiten nicht ausreichend waren, die inneren Bestandteile vollständig zu entgasen. Nach der Ausbildung der Fotokathode wurde die Höchsttemperatur der Röhre normalerweise auf 75°C beschränkt. Man glaubte nämlich, daß die Fotokathode bei höheren Temperaturen beeinträchtigt oder sogar zersetzt oder sich auflösen würde. Zudem war man der Meinung, die Röhre würde aufgrund der lonenleitung im Glaskolben und wegen der Absorption der bei der Ausbildung der Fotokathode verwendeten Alkalimetalle durch den Kolben und die inneren Röhrenleile beschädigt werden, wenn sie höheren Temperaturen ausgesetzt würde. (-.5

Ein Verfahren zum Herstellen einer mit Fotoemission arbeitenden Elektronenröhre, in deren Kolben sich eine mindestens ein Alkalimetall, nämlich Zäsium enthaltende Fotokathodenschicht befindet, wobei die Röhre nach der Ausbildung der Fotokathode im Temperaturbereich von 100⁰C bis 175°C, nämlich für die Dauer von einigen Minuten bei ungefähr 170⁰C ausgeheizt und dabei evakuiert wird, worauf der Kolben luftdicht verschlossen wird, ist aus der US-PS 22 54 073 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren ist die Ausheizdauer zu kurz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das zu Röhren führt, die über längere Zeit unter höheren Temperaturen betrieben werden können als bisher.

Diese Aufgabe wird durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmal gelöst.

Die Erkenntnis, daß es möglich ist, die Endentgasung in dem genannten relativ hohen Temperaturbereich für eine Zeitdauer von 100 bis 300 Stunden durchzuführen, bringt verschiedene Vorteile mit sich. Sie erlaubt nicht nur die Verwendung von mit Fotoemission arbeitenden Röhren bei relativ hohen Umgebungstemperaturen, sondern es hat sich auch herausgestellt, daß nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Fotoelektronenröhren deutlich bessere Allgemeineigenschaften wie z. B. Kathodenempfindlichkeit, Kathodengleichmäßigkeit und Impulshöhenauflösung aufweisen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht einer Fotoelektronen-Vervielfacherröhre (Fotoverstärkerröhre), die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wird. Die dargestellte Fotoelektronen-Vervielfacherröhre 10 hat einen Kolben mit Metallteilen 12,14 und keramischen Isolationsringen 16, die beispielsweise aus Aluminiumoxid bestehen und miteinander mittels metallischer Trennringe 24 verbunden sind. Eine lichtdurchlässige Frontplatte 18 besteht beispielsweise aus ein- oder polykristallinem Aluminiumoxid.

Auf der inneren Oberfläche der Frontplatte 18 befindet sich eine lichtelektrische bzw. fotoemissionsfähige Schicht 20, die als Fotokathode dient. Die Schicht 20 enthält Antimon, das mit einem oder mehreren Alkalimetallen, wie z. B. Kalium und Zäsium aktiviert worden ist. Das Metallteil 14 des Röhrenkolbens dient als Endabschlußplatte für das der Frontplatte 18 gegenüberliegende Ende der Röhre und zugleich als Anode oder Kollektor für die von der Kathodenschicht 20 emittierten Elektronen. Ein Flansch 21 dient als Anschlußelektrode für das Metallteil 14.

Zwischen der Kathodenschicht 20 und dem Metallteil 14 befinden sich auf radial angeordneten Metallringen 24 mehrere Reihen von Sekundäremissionskathoden oder Dynoden, von denen in der Zeichnung 10 Dynodenreihen 22 dargestellt sind. Die Ringe 24 sitzen zwischen angrenzenden keramischen Isolationsringen 16 und sind mittels eines geeigneten Lötmaterials wie z. B. einer eutektischen Silber-Kupfer-Legierung abgedichtet. Ein Schutzring 25 verhindert ohmsche Verluste von der letzten Dynodenreihe 22 zur Anode bzw. zum Metallteil 14. Ein Teil eines jeden Ringes 24 ragt über die Außenflächen der Isolationsringe 16 hinaus und bildet einen äußeren Kontakt für die entsprechenden Dynoden. Innerhalb der Röhre 10 ist auf einem Flansch eine metallische rohrförmige Fokussierungselektrode 26 montiert, die ein elektrostatisches Linsenfeld bildet und die von der größeren Fotokathode emittierten Fotoelektronen auf die erste Dynodenreihe 22 lenkt.

Die aus der Schicht 20 bestehende Fotokathode kann so aufgebaut und ausgebildet sein, wie es in der

USA-Patentschrift 27 70 561 beschrieben ist. Änderungen des Verfahrens zur Ausbildung der Foiokaihodcn schicht 20 sind jedoch möglich. Beispielsweise wird die Röhre 10 auf einen Druck von etwa 10"· Torr evakuiert. Während des Evakuierens wird die Röhre etwa eine Stunde lang in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 360"C ausgeheizt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.

Sodann wird beispielsweise, wie in der erwähnten USA-Patentschrift 27 70 56! erläutert ist, Antimondampf in den Röhrenkolben geleitet, der zur Frontplatte 18 wandert, auf deren innere Oberfläche eine Schicht aus metallischem Antimon niedergeschlagen wird. Das Antimon kann durch das Pumpröhrchen 28 eingeführt werden. Anschließend wird ebenfalls durch das Pumpröhrchen 28 Kaliumdampf in den Kolben geleitet, der zur Frontplatte 18 wandert und dort mit der Antimonschicht reagiert. Dieser letztgenannte Verfahrensschritt wird bei einer Röhrentemperatur von ungefähr 160⁰C durchgeführt, und zwar solange, bis die Lichtempfindlichkeit des niedergeschlagenen Antimons und Kaliums einen Maximalwert erreicht.

Dann leitet man Zäsiumdampf in die Röhre una auf die zuvor auf der Frontplatte 18 gebildete Antimon- und Kaliumschicht. Auch dieser Verfahrensschritt wird bei einer Röhrentemperatur von etwa 160⁰C durchgeführt und dauert solange, bis die Lichtempfindlichkeit des niedergeschlagenen Antimons, Kaliums und Zäsiums einen zweiten Maximalwert erreicht. Nun kühlt man die Röhre auf Raumtemperatur ab, und während die Röhre noch an die Pumpen angeschlossen ist, quetscht man das Röhrchen 28 luftdicht bei 74 ab.

Sodann wird die die Röhre 10 und eine an das Pumpröhrchen 28 angeschlossene Ionenpumpe 49 enthaltende Anordnung in einen (nicht dargestellten) Elektroofen gebracht, und während die Ionenpumpe arbeitet, durchläuft diese Anordnung ein Wärmeprogramm, welches die Erwärmung der Röhre auf eine Temperatur von ungefähr 135⁰C für eine Dauer von etwa 100 Stunden enthält. Wenn diese Zeitdauer verstrichen ist, wird die Temperatur des Ofens auf etwa 145°C erhöht, und während die Ionenpumpe arbeitet, wird die Anordnung mit der Röhre 10 und der Ionenpumpe 49 dieser erhöhten Temperatur etwa 100 Stunden lang ausgesetzt. Schließlich wird die Ofentemperatur auf etwa 175°C gesteigert, wobei die Ionenpumpe zwar noch angeschlossen ist, aber nicht arbeitet, und die Röhre wird auf dieser Temperatur für eine Dauer von etwa 100 Stunden gehalten. Der Betrieb der Ionenpumpe wird dadurch, daß sie diesen Nachausheiztemperaturen ausgesetzt wird, nicht beeinträchtigt.

Am Ende dieses letzten Ausheizschrittes wird das Pumpröhrchen 28 luftdicht geschlossen, indem sein Teil 80 in ähnlicher Weise wie bei 74 abgequetscht wird. Infolgedessen ist die Ionenpumpe 49 nun von der Rollte 10 getrennt. Man hat festgestellt, daß nach dem letzten Ausheizschritt der Druck in der Röhre 10 auf einen j Wert abgesunken ist, der etwa lü>- Tnrr betragen dürfte, und daß die inneren Bestandteile der Röhre in ausreichendem Maße entgast worden sind, so daß die Röhre über längere Zeiträume selbst in einer Umgebung mit einer Temperatur von 200 C betrieben

ίο werden kann, ohne daß eine störende Gasentwicklung in der Röhre oder andere Beeinträchtigungen zu beobachten sind.

Außerdem hat man festgestellt, daß die oben beschriebenen Nachausheizschritte der Fotoröhre wichtige und erstrebenswerte Betriebseigenschaften verleihen wie z. B. eine verbesserte Kathodenempfindlichkeit, Kaihoderigleichmäßigkeit und Impulshöhenauflösung.

Es ist noch nicht vollständig geklärt, was wahrend dieses Ausheizprogramms in der Röhre geschieht. Offenbar wird insofern ein Stabilisierungseffekt erzielt, als sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, in welchen! Restgase wie Wasserstoff oder Alkalimetalldämpfe von den Innenflächen der Röhre, mit denen sie in Berührung kommen, eingefangen werden, oder sie werden aus der Röhre herausgepumpt. Der Gleichgewichtszustand ist so stabil, daß keine schädlichen Gase oder Dämpfe freigesetzt werden und in den Raum in der Röhre zwischen den Elektroden gelangen können, wenn die Röhre im Temperaturbereich des Ausheizprogramms betrieben wird.

Ein meßbares Ergebnis des Ausheizprogramms ist eine Verbesserung der Kathodenempfindlichkeit, die während der ersten Stufe des Aufheizprogramms in

.15 stärkerem Maße zunimmt, deren Zunahme sich aber dabei asymptotisch abflacht. Über die gesamte Kathodenoberfläche wird die Emission gleichmäßiger. Dies ist dann wesentlich, wenn ein Lichtfleck über die Kathodenoberfläche bewegt wird, wie es z. B. beim Licht von einer Kathodenstrahlröhre mit wanderndem Fleck der Fall ist. In einem solchen Fall könnte eine ungleichmäßige Emission von der Kathodenoberfläche das Ausgangssignal der Röhre verzerren.

Durch das Nachausheizprogramm wird die Impulshöhenauflösung der Röhre verbessert. Diese Verbesserung kann prozentual als eine Verbesserung von ungefähr 0,2 bis 0,5 Einheiten ausgedrückt werden.

Die beobachteten Änderungen der Empfindlichkeit, der Impulshöhenauflösung und des Dunkelstroms im Temperaturbereich von 20⁰C bis 1 75"C zeigen, daß auf die beschriebene Weise hergestellte Röhren bei hoher Temperatur außerordentlich stabil sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Paten lansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer mit Fotoemission arbeitenden Elektronenröhre, in deren Kolben sich eine mindestens ein Alkalimetall ei -nde Fotokathodenschicht befindet, wobei d Rohre nach der Ausbildung der Fotokathode im i emperaturbereich von 100⁰C bis 175°C ausgeheizt wird und während mindestens eines Teiles der Ausheizzeit- >^u dauer die Röhre evakuiert und der Kolben dann luftdicht verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre in dem Temperaturbereich für eine Zeitdauer, die zwischen 100 und 300 Stunden beträgt, ausgeheizt wird. '⁵

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausheizen der Röhre in aufeinanderfolgenden Ausheizperioden mit Temperaturen von etwa 135°C, etwa 145°C und etwa 175°C erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausheizperiode sich über eine Dauer von etwa 100 Stunden erstreckt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre nur während der Ausheizperioden mit den Temperaturen von etwa 135⁰C und etwa 145°C evakuiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre während des Ausheizens kontinuierlich derart evakuiert wird, daß der Druck in der Röhre auf einer Höhe von etwa 10 ^l2 Torr gehalten wird.