DE2442491A1 - Elektrooptische emissionsschicht - Google Patents

Description

Elektrooptische Emissionsschicht

Eine elektrooptische Ernissionsschicht nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist bereits aus der DT-OS 2 137 392 bekannt.

Schichten der genannten Aiτ werden insbesondere als Kathoden verwendet, um Lichtenergie in Elektronenenergie umzuwandeln.. Ein Bedarf danach besteht immer dann, wenn aus Lichtsignalen elektrische Signale hergestellt werden sollen. Dies ist z.B. der Fall bei der Lichtmessung oder bei der Umsetzung von Lichtbildern in elektronische Bilder, die dann elektrisch weitergeleitet oder behandelt werden sollen. Anwendung wird davon z.B. gemacht bei der Fernsehaufnahme oder bei der Umwandlung von unsichtbaren Bildern in sichtbare Bilder. Ein in der Medizin wichtiges Gerät, welches mit einer elektrooptischen Emissionsschicht arbeitet, ist der sog. Röntgenbildverstärker. Gerade bei diesem ist es aber wichtig, daß ein guter Umsatz der umzuwandelnden Röntgenstrahlen in Elektronen stattfindet, damit die Belastung des zu untersuchenden Patienten mit Röntgenstrahlen möglichst niedrig bleiben- kann.

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Bei bekannten elektronenoptischen Röntgenbildverstärkern wird die Intensitätsverteilung der Strahlen im Röntgenbild in eine entsprechende Verteilung von Elektronen umgewandelt. Dieses Elektronenbild wird dann elektronenoptisch verkleinert auf einem Leuchtschirm abgebildet. Durch die dazu in der verwendeten Elektronenoptik aufgewendeten Beschleunigungsspannungen und die Verkleinerung wird so ein helles Bild erhalten, das betrachtet werden kann bzw. fotografiert oder fernsehmäßig etc. aufgenommen. Das Röntgenbild, auch andere durchdringende Strahlen, wie z.B. Gammastrahlen, sind statt Röntgenstrahlen anwendbar, wird dabei z.B. in einem Eingangsschirm, in dem eine Leuchtschicht aus Zinkcadmiumsulfid vorgesehen ist, in das Elektronenbild umgesetzt. Die Leuchtschicht ist dabei in der Regel auf einen Glasträger aufgetragen. Auf der anderen Seite des Trägers liegt die eigentliche Fotokathodenschicht. Dazu wird hauptsächlich eine solche verwendet, die aus einer Verbindung von Antimon (Sb) und Cäsium (Cs) wenigstens angenähert der Zusammensetzung SbCs₇ besteht.

Nach den bekannten Regeln zum Aufbau von Fotokathoden für Röntgenbildverstärker sollte die Schicht der eigentlichen Elektronen-Emissionsschicht, also diejenige, die in der Regel'aus Alkaliantimonid, z.B. SbCs*, besteht, eine Dicke.haben, die in der Größenordnung von 20 bis 40 nm liegt. Diese Kathodendicke wurde als optimal angesehen, weil

1. bei ihr sowohl die integrale als auch die spektrale Empfindlichkeit am größten ist und

2. weil eine wesentliche Erhöhung des QuerwiderStandes bei Kathodendicken von weniger als 30 nm eintritt und damit zu einer Verschlechterung des Auflösungsvermögens führt (K. Hirschberg und K. Deutscher "Thickness dependence of the quantum yield of cesium-antimony films" phys.stat.sol. 27, 145 (1968) und "Photoemissive materials" von A. H.Sommer, S. 64, Kap. 6.4). _6O9813/og83

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei elektrooptischen Emissionsschichten gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die Quantenausbeute zu erhöhen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung geht dabei davon aus, daß durch die Anwendung von Trägerflächen, deren Kristallaufbau wenigstens angenähert demjenigen der Fotokathodenschicht entspricht, ein ungestörterer und homogenerer Aufbau der SbCs^-Schicht möglich ist. Dadurch wird auch bei dünnen Fotokathodenschichten für die Abgabe von Fotoelektronen hinreichend elektrische Leitfähigkeit erhalten. Die gleichmäßige Dicke, der Kathodenschicht ergibt gegenüber den sonst welligen Schichten eine erhöhte effektive Lichtabsorption und der fast fehlerfreie Kristallaufbau bewirkt eine wesentliche Erhöhung der freien Weglänge der angeregten Elektronen im Kristall.

Die erfindungsgemäß mögliche Verringerung der Dicke der Kathode auf 10 run und weniger, d.h. solche, die weniger als 2 /Ug Sb/cm enthalten, führt, wie Versuche gezeigt haben, die zur Erfindung führten, gegenüber der gebräuchlichen Antimon (Sb)-Belegungen von 3/ug/cm zu einer Erhöhung der Quantenausbeute. Pro einfallender Strahlenmenge werden pro Flächenelement fünfmal so viele Fotoelektronen ausgelöst.

Beim Anbringen der Kmissionsschicht an der in Röntgenbildverstärkern verwendeten Leuchtschicht aus CsJ, das mit Natrium (Na) aktiviert ist (CsJ:Na), blieb die Quantenausbeute um einen Faktor von 2 hinter der Erwartung zurück. Wie Versuche gezeigt haben, ist es zu vermeiden, daß in die Schicht aus dem Leuchtstoff eindiffundiertes Natrium Cs-Gitterplätze einnimmt und den Fotoeffekt stört, so daß die Empfindlichkeit absinkt. In der Hauptsache ist das gemäß einer"Weiterbildung der Erfindung

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für Röntgenbildverstärker vermeidbar, wenn auf die CsJrNa-Schicht zuerst ein von Natrium freies Alkalimetall, insbesondere Cäsium alleine, auf die Oberfläche einer Leuchtschicht aus CsJrNa aufgedampft wird und erst dann die Fotokathodenschicht. Ein schädlicher Einfluß des Natriums aus der Leuchtschicht ist dann mindestens sehr erschwert. Dies ist dadurch erklärbar, daß durch die Zwischenbedampfung mit Cs eine. Diffusion des Na behindert wird und daß außerdem die wenigstens weitgehend in der stabilen Form SbCs^ vorliegende Fotokathodenschicht reslstent gegen die Einwirkung von Na ist. Gleiche Wirkung wie mit Cs ist mit Zwischenschichten aus anderen Alkalimetallen zu erwarten, außer mit Natrium. Solche Metalle sind zur Bildung sog. Multialkalikathoden geeignet. Sie stören anders als das Natrium die Abgabe von Fotoelektronen nicht.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.

In der Figur ist mit 1 der vakuumdichte Kolben eines Röntgenbildverstärkers bezeichnet, welcher in seinem zylinderförmigen Teil die Fotokathode 2 und die Abbildungselektroden 3 und 4 enthält. Auf die Elektrode 4 folgen die Anode 5 und der Ausgangsschirm 6.

Die Fotokathode 2 besteht aus einem Träger 7 aus 0,1 bis 0,5 mm starkem Aluminiumblech, einer Leuchtschicht 8, einer Zwischenschiebt 9 und einer Fotokathodenschicht 10. Als Leuchtschicht ist Cäsiumjodid, das mit Natrium aktiviert ist, 0,1 mm dick auf die konkave Seite des paraboloid gewölbten Trägers aufgedampft. Die Zwischenschicht 9 ist einige 8 dick auf die Schicht 8 aufgedampftes Cäsium und die eigentliche Fotokathodenschicht besteht erfindungsgemäß aus SbCs, und ist etwa 8 mn dick.

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Der bezüglich der Fotokathode am gegenüberliegenden Stirnende des Kolbens 1 liegende Leuchtschirm 6 ist in bekannter Weise aufgebaut aus einem durchsichtigen, der Endfläche 11 des Kolbens 1 zugewandten Träger, der 1 mm dick mit Zinkcadmiumsulfid (ZnCdS) als Leuchtstoff belegt ist. Der Innenseite des Kolbens 1 zugewandt ist die Leuchtschicht des Schirms 6 mit einer einige /um starken Belegung aus Aluminium bedeckt.

Zum Betrieb des Bildverstärkers werden in bekannter Weise zwischen der Kathode 2, den Elektroden 3, 4 und der Anode 5 Spannungen angelegt. Dazu sind in der Figur symbolisch Stromquellen 12, 13 und 14 angedeutet. Diese sind so ausgelegt, daß zwischen der Kathode 2 und der ersten Elektrode 3 etwa 200 V liegen, zwischen 3 und 4 etwa 800 V und zwischen 4 und 5 etwa 24 kV, also insgesamt zwischen der Kathode 2 und der Anode 5 etwa 25 kV.

Die Wirkungsweise des Bildverstärkers beruht in bekannter Weise darauf, daß durch das Eingangsfenster eindringende Röntgen- oder ähnlich durchdringende Strahlen in der Schicht 8 Licht erzeugen, welches die Cs-Schicht 9 durchdringt und in der SbCs^-Schicht 10 Elektronen auslöst. Diese werden dann wegen der anliegenden Potentiale beschleunigt und auf dem Schirm 6 abgebildet. Dadurch wird aber im Schirm 6 ein Leuchtbild e-rhalten, das durch das Fenster 11 hindurch optisch zugänglich ist, d.h. betrachtet, fotografiert etc. werden kann.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   1J Elektrooptische Emissionsschicht aus einer Alkalimetall-AntiBion(Sb)-Verbindung, an welcher von Licht Elektronen abgelöst werden und die auf einer Oberfläche wenigstens angenähert gleichen Eristallaufbaus angebracht ist, dadurch gekennzeichnet , daß die obere Grenze des Ge-

   haltes der Schicht an Antimon in der Größenordnung von 2/Ug/cm liegt.
2. 2. Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Sb zwischen 0,5 und 2/ug/cm liegt.
3. 3. Schicht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 5b
   liegt.
4. das Sb in der Größenordnung von 1/ug/cm in der Schicht vor4. Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage Cäsiumjodid ist und die Emissionsschicht aus SbCs., besteht.
5. 5. Schicht nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Cäsiumjodid als Zwischenschicht auf einem stabilen Träger angebracht ist.
6. 6. Schicht nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der CsJ~Schicht so bemessen wird, daß sie zusammen mit der SbCs^-Schicht eine Interferenzkathode bildet.
7. 7. Verwendung einer Schicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Röntgenbildverstärker mit einem Eingangsschirm, der aus der Kombination einer Leuchtsdicht aus Cäsiumjodid, das mit Natrium aktiviert ist, mit der Fotokathodenschicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotokathodenschicht auf der Leuchtschicht unter Zwi-

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   schenschaltung einer von Natrium freien Alkalimetallschicht angebracht ist.
8. 8. Verwendung einer Schicht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetall der Zwischenschicht Cäsium ist.

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