DE2116014B2 - Feldemissions-elektronenkanone - Google Patents
Feldemissions-elektronenkanoneInfo
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- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
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- H01J37/073—Electron guns using field emission, photo emission, or secondary emission electron sources
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Description
der Kathodenspitze auf dem gleichen Potential wie verantwortlich ist
diese liegt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektrische
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Überschläge zwischen der Kathodenspitze und der
becherartig geformten ersten Anode, die in ihrer 25 enter Anode zu vermeiden, um die Lebensdauer der
Bodenwand ein Loch zum Durchtritt der Elektronen Kathodenspitze zu erhöhen.
aufweist, sowie einer im Abstand von der Boden- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Lehre
wand angeordneten zweiten Anode, dadurch ge- des Patentanspruchs 1. Danach verhindert die an das
kennzeichnet, daß die Schirmelektrode (12) aus Potential der Kathodenspitze geschaltete Schirmelek-
einem die Außenwand der ersten Anode (2) 30 trode. daß durch elektrische Überschläge von der ersten
umgebenden ringförmigen Teil sowie einem Boden- Anode aus zwischen dieser und der Kathodenspitze eine
teil (16) besteht, der zwischen der Bodenwand der für Überschläge zwischen der Kathodenspitze und der
ersten Anode und der zweiten Anode (3) angeordnet ersten Anode ausreichende Potentialdifferen* entsteht,
ist Aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 33 607 ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekenn- 35 es zwar bekannt, die erste Anode einer Feldemissionszeichnet,
daß der Bodenteil (16) der Schirmelektrode Elektronenkanone mit einer weiteren Elektrode zu
(12) auf seiner der zweiten Anode (3) zugewandten umgeben, die auf ein bestimmtes Potential gelegt wird.
Seite eine gekrümmte, hochpolierte Oberfläche Diese weitere Elektrode hat jedoch eine ganz andere
aufweist Aufgabe. Bei der bekannten Elektronenkanone liegt
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer 40 nämlich die erste Anode auf einem Wechselpotential,
becherartig geformten ersten Anode, die in ihrer das zur Folge hat, daß die Linsenwirkung zwischen der
Bodenwand eit Loch zum Durchtritt der Elektronen ersten und der zweiten Anode in weiten Grenzen
aufweist, sowie einer in Abstand von der Bodenwand schwankt. Die die erste Anode umgebende weitere
durch Isolatoren gehaltenen zweiten Anode, da- Elektrode hat nun die Aufgabe, diese Schwankungen
durch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode (12) 45 hinsichtlich der Linsenwirkung zu kompensieren. Zu
einen die Außenseite der ersten Anode (2) diesem Zweck liegt im Gegensatz zu der erfindungsgeumgebenden
ringförmigen Teil aufweist, daß sich an mäßen direkten Verbindung zwischen der Kathodenden
ringförmigen Teil der ersten Anode (2) ein spitze und der weiteren Elektrode eine Spannungsquel-Isolator
(11) anschließt, durch den die zweite Anode Ie, die zwischen diesen beiden Elementen eine endliche
(3) gegen die Schirmelektrode (12) abgestützt wird, 5° Spannung erzeugt Daher kann bei der bekannten
und daß die Schirmelektrode mit innerhalb des Elektronenkanone die weitere Elektrode nicht die
Isolators (11 Jangeordneten, auf die zweite Anode (3) Funktion der erfindungsgemäßen Schirmelektrode zum
weisenden Vorsprüngen (12') versehen ist. Schutz der ersten Anode gegen elektrische Überschläge
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kathoden- und Anodenanschlüsse durch 55
ein becherförmiges Isolatorteil geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Isolatorteil (6)
und der ersten Anode (2) eine weitere Schirmelektrode (14) angeordnet ist.
ausüben.
Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele, die in
F i g. 1 und 2 der Zeichnung schematisch dargestellt sind, näher erläutert
In F i g. 1 bedeuten 1 eine nadeiförmige Kathoden-6o spitze, 2 eine erste Anode, 3 eine zweite Anode, 4 und 5
Löcher in den Anoden 2 bzw. 3 durch die ein
Elektronenstrahl hindurchtritt, 6 und U Isolatoren, 7 und 9 Elektrodenanschlüsse, 8 einen haarnadelförmigen
Bei einer Feldemissions-Elektronenkanone der im Wolframfaden und 10 eine Kontaktfeder. Diese
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art 65 Elemente sind bekannt und bilden den herkömmlichen
besteht wegen des hohen Potentials der ersten Anode Aufbau einer Elektronenkanone. Mit 12 ist eine erste
die Gefahr, daß von dieser Anode Überschläge zu auf Schirmelektrode bezeichnet. Eine hohe negative Span-Erdpotential
liegenden Teilen der Elektronenkanone, · nung vcn beispielsweise -3OkV wird der Kathoden-
spitze 1 über den Elektrodenanschluß 7 zugeführt, während eine weitere hohe negative Spannung von
etwa — 27 kV über den Elektrodenanschluß 9 und die Kontaktfeder 10 der ersten Anode zugeführt wird.
Außerdem ist die zweite Anode 3 geerdet
Da bei der obigen Elektronenkanone die elektrische Feldstärke in der Nähe des obersten Teiles der
Kathodenspitze 1 aufgrund des Potentialunterschiedes zwischen der Kathodenspitze 1 und der ersten Anode 2
etwa 107 bis 108 V/cm beträgt, wird durch den den Faden
8 durchsetzenden elektrischen Heizstrom bewirkt, daß die Kathodenspitze 1 Elektronen emittiert. Diese das
Loch 4 durchsetzenden Elektronen werden durch ein elektrisches Feld fokussiert, das zwischen der ersten
Anode 2 und der zweiten Anode 3 besteht und als elektronische Linse wirkt, so daß am Ausgang des
Loches 5 ein Elektronenstrahl mit kleine>n Durchmesser und hoher Intensität erhalten wird.
Da die Kathodenspitze 1 von der ersten Anode 2 umgeben ist, tritt zwischen der Kathodenspitze 1 und
auf Erdpotential liegenden Teilen, etwa dem (nicht gezeigten) Kolben der Elektronenkanone, fast nie eine
Entladung auf, selbst wenn die oben beschriebene hohe negative Spannung an der Kathodenspitze 1 liegt.
Es wird daher vermutet, daß bei herkömmlichen Elektronenkanonen eine Entladung zwischen der ersten
Anode 2 und auf Erdpotential liegenden Teilen stattfindet.
Tritt eine solche Entladung auf, so nimmt die erste Anode 2 sofort Erdpotential an, und der Potentialunterschied
zwischen der Kathodenspitze 1 und der ersten Anode 2 wird sehr hoch, so daß die von der
Kathodenspitze 1 emittierte Elektronenmenge rasch und außerordentlich stark zunimmt.
Im allgemeinen wird der oberste Teil der Kathodenspitze 1 sehr scharf gemacht, damit durch ein
elektrisches Feld Elektronen von dort emittiert werden können. Beispielsweise wird als Kathodenspitze ein
Wolframdraht mit einem Durchmesser von etwa 0,1 bis 0,2 mm verwendet, dessen oberster Teil nadeiförmig mit
einem Krümmungsradius von bis hinunter zu 500 Ä ausgebildet ist. Infolge des rapiden Anwachsens von
Elektronen bei Auftreten der Entladung wird daher der oberste Teil der Kathodenspitze 1 außerordentlich stark
erhitzt und dadurch zerstört, so daß die Elektronenemission von dieser Stelle aufhört, da die elektrische
Feldstärke in der Umgebung des obersten Teils der Kathodenspitze 1 auf einen derart geringen Wert
abfällt, der zur Emission von Elektronen nicht mehr ausreicht.
Aus den obigen Gründen ist erklärlich, daß ein positiver Potentialunterschied zwischen der Kathodenspitze
und der ersten Anode nicht übermäßig wird, wenn die besagte Entladung zwischen der ersten Anode
und auf Erdpotential liegenden Teilen verhindert wird; dadurch kann dann eine Zerstörung des obersten Teiles
■der Spitze vermieden werden.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektronenkanone gemäß F i g. 1 umgibt daher die erste
Schirmelektrode 12 die erste Anode 2. Der ersten Schirmelektrode 12 wird über eine mit dem Elektrodenanschluß
7 verbundene Kontaktfeder 13 die gleiche Spannung zugeführt wie der Kathodenspitze 1.
Außerdem ist zwischen der ersten Anode 2 und der ersten Schirmelektrode 12 ein Isolator 15 mit einer
Durchbruchspannung von mindestens 5 kV angeordnet; falls erforderlich, kann eine zweite Schirmelektrode 14
den Stirnabschnitt 6' des Isolators 6 umgeben, um eine Entladung von diesem zu verhindern.
Die erste Schirmelektrode 12 hat außerdem einen Bodenteil 16, der die erste Anode 2 gegen die zweite
Anode 3 sowie gegen die besagten Erdpotential-Teile abschirmt; da jedoch dieser Bodenteil 16 der Schirmelektrode
12 eine gekrümmte glatte Oberfläche aufweist, die hochpoliert ist, so daß keine großen
Schwankungen in der elektrischen Feldverteilung zwischen den beiden Anoden auftreten, findet fast keine
Entladung dazwischen statt.
Andererseits kann zwischen den Kontaktteilen 17 und 18 oder den Koniaktteilen 19 und 20 zwischen dem
Isolator 11 und den beiden Anoden leicht eine Entladung auftreten.
Daher kann die erste Elektrode so modifiziert sein, daß der Bodenteil 16 nach F i g. 1 praktisch weggelassen
und statt dessen ein Vorsprung 12' gemäß Fig.2 vorgesehen ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Feldemissions-Elektronenkanone mit einer beheizten nadeiförmigen Kathodenspitze, die gegenüber
den auf Erdpotential liegenden Teilen der Elektronenkanone auf einem hohen negativen
Potential liegt, einer ersten Anode, die ebenfalls gegenüber den auf Erdpotential liegenden Teilen auf
einem hohen negativen Potential liegt, jedoch to dauer der Kathodenspitze ist aus diesem Grund bei
gegenüber der Kathodenspitze so vorgespannt ist, herkömmlichen Feldemissions-Elektronenkanonen
daß zwischen der Kathodenspitze und der ersten kurz und macht ein häufiges Auswechseln der
Anode ein elektrisches Feld zur Elektronenemission Kathodenspitze erforderlich.
besteht, sowie mit einer auf Erdpotential liegenden Andererseits ist es bekanntlich erforderlich, in der
zweiten Anode, die gegenüber der ersten Anode ein 15 Elektronenkanone ein Ultrahochvakuum aufrechtzuer-
Beschleunigungsfeld für Elektronen erzeugt, da- halten. Beim Auswechseln der Kathodenspitze wird
durch gekennzeichnet, daß eine Schirm- dieses Vakuum notwendigerweise aufgehoben. Daher
elektrode (12) die erste Anode (2) an Stellen umgibt, ist nach dem Einsetzen der neuen Kathodenspitze eine
die auf Erdpotential liegenden Teilen der Elektro- erneute Evakuierung erforderlich, die einen aufwendi-
nenkanone gegenüberliegen, und daß die Schirm- 20 gen und zeitraubenden Arbeitsgang darstellt und in
elektrode durch direkte elektrische Verbindung mit erster Linie für die Dauer der Betriebsunterbrechung
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2702270A JPS5318861B1 (de) | 1970-04-01 | 1970-04-01 | |
JP2702270 | 1970-04-01 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2116014A1 DE2116014A1 (de) | 1971-11-18 |
DE2116014B2 true DE2116014B2 (de) | 1977-01-27 |
DE2116014C3 DE2116014C3 (de) | 1977-09-08 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3332549A1 (de) * | 1983-09-09 | 1985-03-28 | Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim | Verfahren und vorrichtung zur vermeidung von kathodenschaeden beim einschalten von feldemissionsstrahlern |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3332549A1 (de) * | 1983-09-09 | 1985-03-28 | Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim | Verfahren und vorrichtung zur vermeidung von kathodenschaeden beim einschalten von feldemissionsstrahlern |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL7104277A (de) | 1971-10-05 |
JPS5318861B1 (de) | 1978-06-17 |
NL149946B (nl) | 1976-06-15 |
DE2116014A1 (de) | 1971-11-18 |
GB1326677A (en) | 1973-08-15 |
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Legal Events
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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