DE2044466A1

DE2044466A1 - Vorrichtung mit einer elektrischen Ent ladungsrohre mit einer Feldemmissionskathode und Entladungsrohre zur Anwendung in einer derartigen Vorrichtung

Info

Publication number: DE2044466A1
Application number: DE19702044466
Authority: DE
Inventors: Constand Gijsbertus Johannes Venema Albertus Compaan Klaas Emma singel Eindhoven Jansen (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-09-18
Filing date: 1970-09-08
Publication date: 1971-04-01
Also published as: NL6914205A; US3688151A; GB1267029A; FR2062284A5

Description

PHN.4317
Va/AvdV

Dr.-Insr. T!nns-T}ictridi Zcller I'.-: ti H I ill MVH It

r: N. Y. Philipp CloeU

Akte No, PHN- 4317
vom» 7. Sept. 1970

"Vorrichtung mit einer elektrische Entladungsröhre
mit einer Feldemissionskathode und Entladungsröhre
zur Anwendung in einer derartigen Vorrichtung".

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einer elektrischen Entladungsröhre mit einer Feldemissionskathode, die aus einer Aluminiumoxydschicht besteht, auf deren einer Seite eine leitende Metallschicht und auf deren anderer Seite ein Metallgitter liegt, das
in bezug auf die leitende Metallschicht ein positives
Potential aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung

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auf eine elektrische Entladungsröhre zur Anwendung in einer derartigen Vorrichtung.

Bei der in der deutschen Patentschrift 7^6016 beschriebenen Kathode besteht das Aluminiumoxyd aus einer verhältnismässig dicken gesinterten Masse. Die Metallschicht ist als Metallisierung auf dem Aluminiumoxyd angebracht. Vorzugsweise ist das Metallgitter in die Aluminiumoxydschicht eingepresst. Der Emissionsstrom besteht annahmeweise aus Elektronen, die sich vom Inneren des Aluminiumoxyds zu den Oeffnungen im Metallgitter bewegen und dort entweder selber heraustreten oder aus den Rändern des Gitters Sekundärelektronen auslösen. Wenn die Emission einmal in Gang gekommen ist, braucht zwischen den beiden Elektroden an das Aluminiumoxyd kein äusserer Potentialunterschied mehr angelegt zu werden, weil infolge der Emission der Potentialunterschied vonselbst aufrechthalten wird. Dies trifft aber nur zu, wenn die Kathode W nach wie vor Strom liefert. Die beschriebene Kathode hat, insofern bekannt, keine praktische Anwendung gefunden, während auch keine Daten über die mit der Kathode erreichbare Emissionsdichte und die Höhe der angelegten Spannungen bekannt sind.

Aus der französischen Patentschrift 1·359·3^ ist eine kalte Kathode bekannt, die aus einer Aluminiumplatte besteht, auf der sich durch Aufdampfen oder durch anodische Oxydation eine Aluminiumoxydschicht mit einer

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Dicke von 1OO - 300 Xe gebildet hat. Auf dieser Schicht befindet sich eine Schicht aus einem Metall, wie Gold, Platin oder Palladium, die durch Aufdampfen erhalten ist und die ihrerseits mit einer dicken porösen Magnesiumoxydschicht tiberzogen ist, die gleichfalls durch Aufdampfen erhalten ist. Die Dicke dieser Schicht liegt in der Grössenordnung von 50 /um. Die Kathode erfordert eine Spannung von etwa 10 V über der Aluminiumoxydschicht.

Bei der aus der französischen Patentschrift 844.616 bekannten Kathode befindet sich zwischen einer dünnen Aluminiumoxydschicht und dem Träger eine Schicht aus einem Material mit niedriger Austrittsarbeit, wie einem Alkali- oder Erdalkalimetall. Das Aluminiumoxyd ist mit einer Gaze oder mit einer sehr dünnen für Elektronen durchlässigen Metallschicht überzogen. Bei einer Spannung von etwa 1 V über dem Aluminiumoxyd könnten bei einer übrigens nicht angegebenen Grosse der Kathode Ströme in der Grössenordnung von 1 A erreicht werden. Zur Förderung der Emission kann die Kathode etwas erhitzt oder mit Infrarotstrahlung bestrahlt werden. Die in der Kathode auftretende Feldemission würde infolge all dieser Massnahmen bei Feldstärken von 10 V/cm erhalten werden, also um einen Faktor 100 bis 10OO unterhalb des Normalwertes. Praktische Anwendungen dieser Kathode sind nicht bekannt.

Die Erfindung hat den Zweck, eine Vorrichtung der in der Einleitung beschriebenen Art zu schaffen, die eine einfache und robuste Bauart aufweist.

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In einer Vorrichtung mit einer elektrischen Entladungsröhre mit einer Feldemissionskathode, die aus einer Aluminiumoxydschicht besteht, auf deren einer Seite eine leitende Metallschicht und auf deren anderer Seite ein Metallgitter liegt, das in bezug auf die leitende Metallschicht ein positives Potential aufweist, besteht nach der Erfindung die Aluminiumoxydschicht aus einer durch anodische Oxydation auf einem Aluminiumträger gebildeten porösen Oxydschicht mit einer Dicke von einigen bis einigen zehn Mikrons.

Derartige poröse Aluminiumoxydschichten, die längst bekannt sind (sieh A.J.Dekker und W.Ch. van Geel, Philips Research 2, 313-319, 19^7), weisen eine nahezu hexagonale Struktur auf, in der Hohlräume und säulenförmige Aluminiumoxydteilchen, die beide einen Durchmesser von einigen hundert AE aufweisen und senkrecht zur Oberfläche gerichtet sind, einander abzuwechseln scheinen. Die Hohlräume und die Oxydsäulen sind von dem unterliegenden Aluminium durch eine ununterbrochene Aluminiumoxydschicht getrennt, deren Dicke, in Zehnern A*E ausgedrückt, etwa gleich der bei der elektrolytischen Bildung der Schicht verwendeten Spannung, in Volts ausgedrückt, ist. Als Elektrolyt wird bei der Bildung der Schicht Oxalsäure oder eine andere Säure verwendet, bei der sich lediglich Aluminiumoxyd bildet.

Im Zusammenhang mit der Dicke der porösen Oxydschicht ist der erforderliche Potentialunterschied über

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der Schicht in der Grössenordnung von 50 V oder höher. Dies hat aber zur Folge, dass, wenn für das Metallgitter eine genügend geringe Dicke gewählt wird (Drahtdicke 50/um und weniger), die Gaze über die ganze Oberfläche der Kathode durch die elektrostatische Kraft angezogen wird. Im Vergleich zu einem streifen Gitter aus dickeren Drähten, das lediglich durch mechanische Kraft gehaltert wird, hat letzteres Gitter den Vorteil, dass es sich besser an die Oberfläche einer Kathode anschliesst, wodurch die Gleichmässigkeit der Emission über die Oberfläche gefördert wird.

Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in stark vergrössertem Masstab und schematisch das Elektrodensystem einer elektrischen Entladungsröhre nach der Erfindung mit dem zugehörigen elektrischen Anschluss, und

Fig. 2 einige Strom-Spannungskennlinien. In Fig. 1 bezeichnet 1 einen rechtwinklig abgebogenen Aluminiumstreifen mit einer oberen Fläche von 0,3 cm². Auf dem Aluminium befindet sich eine poröse Oxydschicht 2 mit einer Dicke von 5 /um, die senkrecht zur Oberfläche gerichtete Hohlräume aufweist, wobei die Hohlräume und das dazwischen verbleibende Oxyd Querabmessungen von 200 - 500 Xe haben. Darunter liegt eine dünne Aluminiumoxydechicht mit einer Dicke von etwa 100 A*E. Auf dem

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Aluminiumoxyd 2 liegt eine Kupfergaze 3 mit einer Maschenweite von 4O /um und einer Drahtdicke von 7 /um. Die Anode wird durch eine Nickelplatte k gebildet, die in einer Entfernung von 2 mm von der Gaze 3 liegt. Die elektrischen Anschlüsse der Aluminiumplatte, der Gaze und der Nickelanode sind mit 5» 6, 7 bezeichnet. In die Anschlussleitungen zu 5 und 7 sind die Schutzwiderstände 8 bzw. 9 von je 1 MOhm aufgenommen.

In Fig. 2 ist als Abszisse der Spannungsunterschied zwischen den Anschlussklemmen 6 und 7 in Volts und als Ordinate der zu der Anode h fliessende Elektronenstrom in /uA aufgetragen, wobei die Kurve A für den Fall zutrifft, in dem die Spannung zwischen 5 und 6 I60 V beträgt, während die Kurve B für den Fall zutrifft, in dem diese Spannung 180 V beträgt. Die Ströme in diesem Kreis betragen dabei 2,0 bzw. 12,5 /uA.

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Claims

. α 2 O 4 A 4 6 6

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JPATiNTAHSPBTJCHE:

1 * )- Vorrichtung mit einer elektrischen Entladungsröhre mit einer Feldemissionskathode» die aus einer Alüminiumöxydschicht besteht, auf deren einer Seite eine leitende Metallschicht uiid auf deren anderer Seite ein Metallgitter liegt, das in bezug auf die leitende Schicht ein positives Potential aufweist j dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumoxydschicht aus einer durch anodische Oxydation auf einem Aluminiumträger gebildeten porösen Oxydschicht mit einer Dicke von einigen bis einigen zehn Mikrons besteht.

2» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialunterschied über der Aluminiumoxydschicht derart gröss ist, dass das Metallgitter durch die elektrostatische Kraft gegen die Aluminiumoxydschicht gezögen wird*

3» Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialunterschied über der Aluminiumoxydsehicht mehr als 50 V beträgt. hi Elektrische Entladungsröhre zur Anwendung in e liier Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet j dass die poröse Aluminiumoxydsehicht eine hexägonäle Struktur aufweist, in der senkrecht zur Oberfläche gerichtete Hohlräume und dazwischen liegendes Material einander.abwechseln, wobei sowohl die Hohlräume

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als auch das zwis clienl legende Matearial Querabmessungen von einigen hundert AE aufweisen und von dem darunter liegenden Aluminium durch eine ununterbrochene Aluminiumoxydschicht mit einer Dicke in der Grössenordnung von 100 bis einigen hundert AE getrennt sind.

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