DE2341481A1 - Vakuumroehre - Google Patents

Description

DR. MULLER-BQR!= DIPUPHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-ING. PINSTERWALD DIPL.-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

München, den Hk/Gr - E 11Ϊ

EISOTlIG YALVE GOMPANY LIMITED 106, Waterhouse Lane, Ghelmsford, Essex, 0M1 2QU

England

234H81

16-ÄÜ& 1973

Vakuumröhre

Die Erfindung betrifft eine Vakuumröhre mit eingebautem Halbleiterelement, das vorgesehen ist, um ein oder mehrere Elektronen zu emittieren, wenn auf es Energie in !Form eines Elektrons oder eines Photons fällt. Beispiele derartiger Röhren sind Fernsehkameras, Foto-Vervielfacher und Bildwandler (Wandler von Infrarotstrahlung in sichtbares Licht), die eine iOto-Kathode aufweisen.

Ein Nachteil derartiger Röhren rührt von der Emission von . Elektronen her, selbst wenn keine Strahlung einfällt, die beispielsweise im Fall eines Bildwandlers den Kontrast zwischen dem Bild und dem Hintergrund reduziert. Dieser sogenannte Dunkelstrom wird durch die thermische Erregung der Elektronen in dem Halbleiter bewirkt und ist somit von der Temperatur des Halbleiterelementes abhängig«

Um dieses Problem zu mildern, sieht die Erfindung vor, eine Vorrichtung zur Kühlung des Halblexterelementes in die Röhrenhülle einzusetzen«

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Gemäss eines Aspektes der Erfindung ist eine fotoelektrische Röhre wie z«B, ein Bildwandler, eine Fernsehkamera oder ein Vervielfacher vorgesehen, die in einer evakuierten Hülle ein als eine fotokathode dienendes Halbleiterelement und eine thermoelektrische Vorrichtung zur Kühlung des Halbleiterelementes umfasst. Eine thermoelektrische Kühlvorrichtung (Peltier-Effekt) wird anderen möglichen Kühlmethoden gegenüber bevorzugt, da diese Vorrichtung leicht in die Röhre eingebaut werden kann·

Vorzugsweise dient die thermoelektrische Vorrichtung der Halterung des Halbleiterelementes in der Röhrenhülle.

Um die mechanische Festigkeit zu erhöhen und um die Kühlwirkung zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die thermoelektrische Vorrichtung ringförmig ist, wobei ihre "heisse" Oberfläche an der Hülle und die "kalte" Oberfläche an dem Halbleiterelement befestigt sind.

Dort wo die Hülle nur teilweise aus Glas ist, ist es zweckmässig, die heisse Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung an einen Teil der Hülle zu befestigen, der eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist, um Wärme von der Vorrichtung ableiten zu können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; diese zeigt einen vereinfachten Schnitt durch einen erfindungsgemässen Bildwandler.

Der Bildwandler 10 gemäss Zeichnung kann beispielsweise vor dem Okular eines Teleskops angeordnet sein, so dass Quellen

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infraroter Strahlung nachts gesehen werden können. Der Wandler 10 besitzt eine evakuierte Hülle 12, von der mindestens die Endwände 14 und 16 aus Glas hergestellt sind. Die Endwand ist mit einem Phosphor 18 auf ihrer inneren Oberfläche beschichtet, und eine sogenannte Negativ-Elektronen-Affinitäts-Kathode 20 ist innerhalb der Hülle 12 gehaltert, über durch die Hülle 12 hindurchlaufende Leitungen 22, 24 wird eine Hochspannungszuleitung quer über den Phosphor 18 und die Kathode 20 angeschlossen.

Die bisher beschriebenen Bestandteile gehören zu einem konventionellen Bildwandler. Durch die Wand 16 in den Wandler eintretendes Licht fällt auf die Halbleiter-Fotokathode 20 ein. Letztere ist sine sehr dünne (und somit durchsichtige) Silikonscheibe oder möglicherweise eine Legierung aus z.B. Gallium Indium und Arsen (GaInAs) oder Indium, Arsen und phosphorhaltige Substanz (InAsP). Die von der Wand 16 entfernte Oberfläche des Halbleiters ist beispielsweise mit Cäsium und Sauerstoff dotiert, um negative Elektronenaffinität zu erzeugen. Das auf den Halbleiter 20 einfallende Licht bewirkt somit, dass Elektronen von der aktivierten Halbleiteroberfläche emittiert werden, wobei die Elektronen nach Beschleunigung in einem elektrischen Feld hoher Spannung auf den Phosphor 18 auftreffen, um ein sichtbares Bild der einfallenden Infrarot-Strahlung zu bilden. Ein elektrisches oder magnetisches Feld kann vorgesehen sein, um zu bewirken, dass sich Elektronen normalerweise zur Oberfläche des Halbleiterelementes 20 bewegen, oder es kann alternativ der Phosphor nahe der Fotokathode 20 angeordnet sein.

Wie vorstehend erwähnt, wird ein Elektronen-Dunkelstrom von der Halbleiterfotokathode 20 emittiert, selbst wenn kein Licht

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einfällt. Dieser durch thermische Elektronen verursachte Strom wird "bei dieser Aus führungs form der Erfindung durch die Benützung einer ringförmigen thermoelektrischen Kühlvorrichtung 26 reduziert, die den Peltier-Effekt ausnützt. Diese Vorrichtung 26 wird mit einem gleichen Strom aus einer geeigneten
Quelle mittels eines Leitungspaares 28, 30 gespeist, um die
Temperatur der Fotokathode von Umgebungstemperatur auf einige 10 Grade' unter 0° C. zu reduzieren· Dies wirkt sich deutlich
auf die Bildqualität aus, da der Dunkelstrom um eine Grössenordnung durch einen Temperaturabfall von ca. 10° C. verringert wird. Da nur die Fotokathode gekühlt wird, ist es nicht notwendig, grosse Energiemengen aufzuwenden, um die gewünschte
Steigerung in der Wirkung zu erzielen.

Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf einen Wandler beschrieben wurde, ist sie bei einer beliebigen Röhre geeignet, die eine Fotokathode nutzbar macht. Weiterhin richtet sie
sich darauf, Halbleiterelemente in Röhren wie z.B. Foto-Vervielfacher und Fernsehkameras zu kühlen, die Elektronen
emittieren, wenn auf sie ein Elektron, eher als ein Photon,
auftrifft.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Fotoelektrische Röhre wie z.B. ein Bildwandler, eine Fernsehkamera oder ein Foto-Vervielfacher mit einer innerhalb einer evakuierten Hülle angeordneten Halbleiterfotokathode,, dadurch g e k e η η ζ e ichnet, daß eine thermoelektrische Kühlvorrichtung (26) innerhalb der Hülle (12) angeordnet ist, um die Fotokathode (20) zu kühlen«

   2. Fotoelektrische Röhre nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die thermoelektrische Vorrichtung der Halterung des Halbleiterelementes innerhalb der Röhrenhülie dient.

   5. Fotoelektrische Röhre nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß die thermoelektrische Vorrichtung ringförmig ist, daß die "heiße" Oberfläche an der Hülle und daß die "kalte" Oberfläche an dem Halbleiterelement befestigt sind.

   4-. Fotoelektrische Röhre nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Hülle nur teilweise aus Glas hergestellt und die heiße Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung an einen Teil der Hülle befestigt ist, der eine gute thermische Leitfähigkeit besitzt, um Wärme von der Vorrichtung abführen zu können.

   5. Röhre, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein ' als eine Fotokathode dienendes Halbleiterelement und eine Vorrichtung aufweist, die das innerhalb der Hülle der Röhre befestigte Halbleiterelement kühlt.

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