DE2340690A1

DE2340690A1 - Elektronenkanone

Info

Publication number: DE2340690A1
Application number: DE19732340690
Authority: DE
Inventors: Jonathan Ross Howorth; Peter James Pool
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1973-06-01
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1974-12-19
Also published as: GB1457105A; DE2340690B2; FR2232074A1; NL7406738A; FR2232074B1; JPS5049975A

Description

dr. MÜLLER-BORE dipl.-phys. dr. MANITZ dipl.-chem. dr. DEUFEL

DIPL.-ING. FINSTERWALD DIPL.-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

tÜ, AIiG. 1973

München, den

Hl/Sv - E

ENGLISH ELECTRIC VALVE COMPANY LIMITED 106, Waterhouse Lane, Chelmsford,Essex

ENGLAND

Elektronenkanone

Die Erfindung betrifft eine Elektronenkanone.

Es ist beispielsweise bei einer Speicherröhre oftmals erforderlich, ein fein fokussiertes Elektronenbündel mit relativ niedrigem Strom zum Lesen oder Schreiben und ein Bündel mit relativ hohem Strom zum Löschen vorzusehen.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Elektronenkanone, die zwei solche Bündel liefern kann.

Erfindungsgemäß umfaßt eine Elektronenkanone eine Halbleiter-Kaltkathode mit einer ersten ^lektronenemittierenden Diode zur Lieferung eines fein fokussierten Elektronenbündels mit relativ niedrigem Strom und eine weitere elektronenemittierende Diodenanordnung, die um die erste Diode angeordnet ist und ein Elektronenbündel mit relativ hohem Strom liefert,

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wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Diodenanordnung und die erste Diode einzeln erregt.

Bevorzugt umfaßt die elektronenemittierende Diodenanordnung eine Vielzahl von einzelnen Dioden.

Vorteilhafterweise umfaßt die Einrichtung zum Erregen der Diodenanordnung und der ersten Diode Metallschichtelektroden, die auf den Oberflächen der Kathode ausgebildet sind.

Vorteilhafterweise sind die Dioden der Diodenanordnung um die erste Diode symmetrisch angeordnet und umfassen typischerweise vier Dioden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht der Kathode einer erfindungsgemäßen Elektronenkanone,

Fig. 2 und 3 Schnittansichten entlang Linie A-A bzw. B-B in Fig. 1,

Fig. 4- eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform einer Kathode für eine erfindungsgemäße Elektronenkanone und

Fig. 5 in einer vereinfachten schematischen Form eine Elektronenröhre, die eine erfindungsgemäße Elektronenkanone aufweist.

Nach den Fig. 1 bis 3 weist ein Halbleiterkörper i eine kontinuierliche Metallschichtelektrode 2 auf, die auf einer von dessen Flächen ausgebildet ist. Auf dessen entgegengesetzten Fläche ist eine Schicht 3 aus Isoliermaterial, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid vorgesehen, die bis auf Öffnungen, wie bei 4-, wo Halbleiterdioden ausgebildet sind, kontinuierlich ist. Die HaIb-

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leiterdioden werden in an sich bekannter V/eise durch Diffusion in Einsatz- oder Epitaxie-p-Typ-Bereichen ausgebildet, die in den Fig. 2 und J> durch die punktierte Linie bei 5 dargestellt sind. Während der Herstellung kann die Isolierschicht :> als eine Maske während des Dotierungsprozesses benutzt werden.

Nach Fig. 1 sind fünf Dioden vorgesehen. Die erste Diode 6 ist so vorgesehen, daß sie einzeln durch eine metallische Ablagerung 7 auf der Oberfläche der Isolierschicht j> erregt wird. Die weiteren Dioden 8 sind symmetrisch um die erste Diode 6 angeordnet und so vorgesehen, daß sie gleichzeitig durch eine metallische Schicht 9 erregt werden, die ebenfalls auf der Isolierschicht 3 vorgesehen ist.

Nach den Fig. 2 und 3 haben die Metallschichten. 7 und 9 einen elektrischen Kontakt mit ihren zugeordneten Dioden aufgrund der Tatsache, daß die Metallschicht über die Kanten und an den Seiten der Öffnungen 4 herunter ausgebildet ist, um die durch Diffusion·hergestellten Bereiche 5 zu berühren.

Die gesamte Fläche der die Elektroden 7 und 9 tragenden Kathode und die Dioden 6 und 8 sind mit Argon-Ionen gereinigt und mit Gäsium behandelt, wie es in den britischen Patentanmeldungen 1167/75 und 12966/73 und der deutschen Patentanmeldung P 23 26 816 beschrieben ist. Obwohl es in der Zeichnung nicht gezeigt ist, umfaßt die Elektronenkanone ebenfalls eine von der emittierenden Oberfläche der Kathode auf Abstand angeordnete Beschleunigungselektrode, die Öffnungen aufweist, die mit den Dimensionen der Dioden 6 und 8 fluchten und größere Querschnittsabmessungen als diese aufweisen, um durch die Dioden emittierte Elektronen von der Oberfläche der Kathode weg zu beschleunigen.

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Um die Diode 6 zu aktivieren, wird Strom zwischen den Elektroden 2 und 7 hindurchgeführt, so daß ein fein fokussiertes Elektronenbündel erzeugt wird, das für Schreibzwecke oder Lesezwecke geeignet ist.

Um die Dioden 8 zu erregen, wird ein geeigneter Strom zwischen den Elektroden 2 und 9 hindurchgeführt, der ein Elektronenbündel mit relativ hohem Strom erzeugt, das weniger fokussiert ist als das durch die Diode 6 erzeugte Elektronenbündel, welches jedoch, da die Dioden 8 symmetrisch um die Diode 6 abordnet sind, den Abtast-Parametern, die an das durch die Diode 6 erzeugte Bündel angelegt werden, bei Anwendungsfällen, wo dies erwünscht ist, folgen kann.

Ein Anwendungsfall für die mit Bezug auf die Fig. 1 bis beschriebene Elektronenkanone ist eine Silicium-Speicherröhre, in welcher das durch die Diode 6 erzeugte fein fokussierte Bündel zum lesen und Schreiben benutzt wird, während das durch die Dioden 8 gelieferte Bündel mit relativ hohem Strom zum Löschen benutzt wird.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der mit Bezug auf die Fig. 1 bis ρ beschriebenen Elektronenkanone ist eine Direktsicht-Speicherröhre, in welcher das durch die Dioden 8 gelieferte Bündel mit relativ hohem Strom als ein Flutbündel bzw. Rampenbündel (flood beam) benutzt wird.

Eine alternative Kathode ist in Fig. 4 dargestellt, bei der eine zentrale elektronenemittierende Diode 10 elektrisch von vier elektronenemittierenden Dioden 11 getrennt ist, die symmetrisch um die zentrale Diode 10 angeordnet sind. Die Dioden 10 und 11 sind auf einem isolierenden Kathodenträger 12 angeordnet. Jede Diode ist mit einem Paar von nicht gezeigten Kontakten vorgesehen, wobei einer jedes Paares die obere Oberfläche eine Diode und der andere jedes Paares die

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untere Oberfläche der Diode berührt. Dadurch kann jede Diode praktisch unabhängig von den anderen betrieben werden, obgleich in der Praxis alle vier Dioden 11 zusammen, jedoch unabhängig von der Diode 10 betrieben werden.

Die in I?ig. 4· dargestellte Elektronenkanone eignet sich für Anwendungsfälle, bei denen zwei Kathoden erforderlich sind, die bei verschiedenen ErdOotentialen bzw. Massepotentialen arbeiten, beispielsweise in einem pyroelektrischen Vidikon und in einem Vidikon, in welchem Glanzpunkte bzw. hellste Stellen unterdrückt werden müssen.

Ein oyroelektrisches Vidikon verwendet ein spezielles Target (beispielsweise eines, das aus dem pyroelektrischen Kristall Tri-Glycin-Sulphat hergestellt ist) das ein elektrischer Isolator ist. Wenn Infrarotlicht auf das Target bzw. die Photokathode fällt, wird ein Ladungsbild darauf erzeugt, das durch den Elektronenstrahl von der zentralen Peinauflösungsdiode 10 (gelesen) wird. Durch Entfernen des Infrarotlichtes wird ein negatives Ladungsbild erzeugt, das durch dieses Elektronenbündel nicht gelesen werden kann und positive Ionen stellen das Mittel dar, mit dem der Gleichstrompegel auf der Photokathode wieder hergestellt werden kann. Die Dioden 11 werden benutzt, einen großen bzw. starken Elektronenbündelstrom zu liefern, um Restgase in dem Vidikon zu ionisieren. Die Dioden 11 können kontinuierlich oder nur während der Abtast-Rücklauf-Periode betrieben werden. Jedoch werden die Dioden 11 mit einem Potential betrieben, das in bezug auf die Diode 10 positiv, beispielsweise 1 Volt bis 10 Volt positiv ist. Die Photokathode stabilisiert sich immer bei dem niedrigeren Potential der Diode 10 und somit landen keine von den Dioden 11 kommenden Elektronen auf dem Target.

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Bekannte Vidikons neigen zu dem Nachteil, der als Bildstreuung bzv/. Bildverbreiterung aufgrund von hellsten Stellen in einem Bild bekannt ist. Hellste Stellen können durch Reflektionen von Lampen oder durch das Vorhandensein von Lampen oder anderen hellen Gegenständen in dem Gesichtsfeld der Vidikonkarnera erzeugt werden. Das Elektronenbündel von den Dioden 11 wird richtig fokussiert, damit die Bildinformation und Auflösung in der Nachbarschaft der hellsten Punkte beibehalten wird, und das Potential der Dioden 11 wird so aufrechterhalten, daß eine Anpassung an das Potential der hellsten Punkte in dem besonderen Photokathodenmaterial des Vidikons erfolgt. Typischerweise beträgt das Potential der Dioden 11 etwa 2 Volt positiv in bezug auf die zentrale Lesediode 10. Die Dioden 11 können kontinuierlich oder nur während der Abtast-Rücklauf-Zeit betrieben werden. Wenn sie nur während der Abtast-Rücklauf-Zeit betrieben werden, sind die Fokussierungseigenschaften des Elektronenstrahls von den Dioden 11 nicht von kritischer Bedeutung.

Eine allgemeine Anordnung einer Vidikohröhre mit einer erfindungsgemäßen Elektronenkanone ist in Fig. 5 dargestellt, bei der ein Röhrenkolben 15 einen Kathodenträger 16 enthält, der unter einer Öffnung 14 in einer Beschleunigerelektrode 17 angeordnet ist. Eine Photokathode 18 ist angrenzend an die Flächenplatte 19 des Röhrenkolbens angeordnet, der ebenfalls ein herkömmliches Fokussierungsgitter 20 enthält. Eine Anzahl von Leitungs-Durchführungsverbindungen sind mit 21 bezeichnet; zwei Paare von diesen sehen die Betriebspotentiale für die Dioden 10 und 11 vor. Da in der Praxis alle vier Dioden 11 zusammen betrieben werden, genügt ein einziges gemeinsames Paar der Leitungen für diese.

- Pat ent ans pr. ehe 409851/0635

Claims

■ - 7 -Patentansprüche

1.) Elektronenkanone, gekennzeichnet durch eine Ilalbleiter-Kaltkathode mit einer ersten elektronenemittierenden Diode (6), die ein fein fokussiertes Elektronenbündel mit relativ niedrigem Strom liefert, und einer elektronenemittierenden Diodenanordrmng (o), die um die erste Diode angeordnet ist und ein Elektronenbündel mit relativ hohem Strom liefert, und durch eine Einrichtung, die die Diodenanordrmng und die erste Diode einzeln erregt.

2. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronenemittierende Diodenanordnung eine Vielzahl von einzelnen Dioden umfaßt.

3· Elektronenkanone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennz e ichnet, daß die Einrichtung zum Erregen der Diodenanordnung und der ersten Diode Metallschichtelektroden umfaßt, die auf der Oberfläche der Kathode ausgebildet sind.

4-. Elektronenkanone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden der Dioden_anordnung symmetrisch um die erste Diode angeordnet sind.

5· Elektronenkanone, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einer Elektronenröhre.

6. Elektronenkanone nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschleunigerelektrode auf Abstand von den elektronenemittierenden Dioden angeordnet ist und eine zentrale Öffnung für den Durchgang von Elektronen durch diese aufweist.

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