DE2501885A1

DE2501885A1 - Elektronendurchlaessiges fenster und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2501885A1
Application number: DE19752501885
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Phys Dr R Lotthammer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-01-18
Filing date: 1975-01-18
Publication date: 1976-07-22

Description

"Elektronendurchlässiges Fenster und Verfahren zu dessen Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronendurchlässiges Fenster für eine Elektronenstrahlröhre, bestehend aus einer 0,1 bis 10µm dicken Folie aus Isoliermaterial,die von einem metallischen Stützgitter getragen wird, das eine Öffnung in der Vakuumhüile der Röhre überdeckt und mit der Vakuumhülle vakuumdicht verbunden ist.
Elektronendurchlässiges Fenster (Lenardfenster) für den Durchgang von Elektronen aus dem Vakuum in ein Gebiet mit höherem Druck sind seit langem bekannt, doch wurden dabei meist relativ kleine Elektronenströme durch solche Fenster geschickt (z. B. Selenyi, Knoll u. a, Uno u. a., Mc Gee, Wheeler u. a.).
Für die Verwendung in einer Ladungsschreibröhre z. B., mit der bei hoher Schreibgeschwindigkeit (# 104 cm/s) einfaches dielektrisches Papier beschrieben werden soll, muß aber ein relativ großer Strom (1..iO,uA) durch das Fenster gelangen. Damit die Verluste (Erwärmung) im Fenster möglichst gering sind, muß die Fensterfolie sehr dünn sein. Außerdem ist eine große Länge des Fensters (z, B. 20 cm) und eine Mindestbreite (z. B. 0,2 mm) erforderlich. Wegen des hohen Druckunterschiedes zwischen Innen-und Außenraum(k1einer 10 5 Torr innen, t atm. außen) ist eine hohe mechanische Festigkeit des Fenster notwendig;außerdem muß das Fenster vakuumdicht sein.
Die mechanische Stabilität kann von einer bestimmten Fensterbreite ab.nur mit Hilfe eines Stützgitters erreicht werden. Bei der Verwendung in einer Ladungsschreibröhre muß dieses Stützgitter ein bestimmtes Auflösungsvermögen zulassen (z. B. 10 Linien pro Millimeter auf dem Papier); es muß also einen geeigneten Aufbau haben.
Für ein bestimmtes Auflösungsvermögen kann der Elektronenstrahl etwa den gleichen Durchmesser haben, wie der Bildpunkt auf dem Papier, der dem geforderten Auflösungsvermögen entspricht. Bei einem "Strichgitter" (quer zur Schreibrichtung), das z. B. auch aus vorgespannten Drähten (Spanngitter) bestehen kann, könnte dann der Mittenabstand der Öffnungen etwa gleich dem Strahldurchmesser sein; bei einem "Ereuzgitter" (quadratische, sechseckige, runde Löcher) sollte der Mittenabstand etwa gleich dem halben Strahldurchmesser sein (Vermeidung von Mbiré), Die Fensterfolie muß so dunn sein, daß bei einer bestimmten Elektronenenergie (z. B. 20 keV) ein bestimmter Strom (z. B. 10/um) ohne zu große Absorptionsverluste (z. B. 50 %) durch das Fenster an die Atmosphäre gelangen kann. (Bei anliegender Saugspannung wird der Elektronenstrom auf seinem Weg durch die Luft zum Papier durch Ionisation noch verstärkt). Die Folie muß so gasdicht sein, daß im Innern der Röhre ein genügend gutes Vakuum (z. B. 1O6 Torr) aufrechterhalten werden kann (evtl. mit Hilfe einer lonengetterpumpe). Die Folie muß mechanisch so stabil sein, daß sie bei geeigneter Anordnung über dem Stützgitter dem Atmosphärendruck standhält.
Bei einer Elektronenstrahlröhre wird ein solches Fenster in die Frontscheibe der Röhre vakuumdicht eingesetzt, wobei die Frontscheibe aus Glas oder Metall bestehen kann. In dieser Frontscheibe befindet sich bei einer Ladungsschreibröhre ein Schlitz, über welchem das Stützgitter des Lenardfensters z. B. durch Kleben, Löten oder Schweißen befestigt wird. Das gesamte Fenster wird zweckmäßig elektrisch leitend mit der Anode verbunden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges elektronendurchlässiges Fenster anzugeben, das insbesondere den vorstehend geschilderten Anforderungen bei Ladungsschreibröhren im besonderen Mhße gerecht wird.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Isolatorfolis an ihren Berührungsflächen mit dem Stützgitter mit diesem fest haftend verbunden ist.
In einer Weiterbildung der Erfinduigwird ein bevorzugtes Verzur fahren/Herstellung eines solchen elektronendurchlässigen Fensters angegeben.
Das beschriebene Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung eines im Vergleich zur Länge sehr schmalen Lenardfensters, wie es bevorzugt für Ladungsschreibröhren verwendet wird. Das erfindungsgemäße elektronendurchlässige Fenster besitzt eine verhältnismäßig große Elektronendurchlässigkeit und einen geringen Elektronenverlust bei Elektronendurchgang, so daß ein Betrieb der Röhre z. B. mit nur 20 keV möglich ist. Das beschriebene Fenster erlaubt eine Schreib geschwindigkeit in der Größenordnung von etwa 500 m/Sekunde und höher bei gleichzeitig guter Auflösung von etwa 10 Linienpaaren/mm. Es lassen sich damit die erforderlichen /Ströme von etwa 50/uA oder mehr auf dem Empfänger erzielen, wenn eine Ladung von etwa 107C/cm2 für maximale Schwärzung auf einem dielektrischen Papier erforderlich ist. Darüberhinaus besitzt das erfindunggemäße Lenardfenster eine hohe Gasdichtigkeit, die über einen langen Zeitraum in einfacher Weise aufrecht erhalten werden kann.
Anhand der in Fig, 1 a bis 1 h wird anschließend ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Fensters näher beschrieben.
In den Fig. 2, 3, i und 5 sind bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen elektronendurcblässigen Fensters dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Herstellungsverfahren anhand der in den Figuren la bis 1 h dargestellten VerfahrensschrstteW line Aluminiumfolie Al von etwa 100/um Stärke wird auf einer Oberfläche oxydiert, insbesondere durch ein anodisches Opydatsonsverfahren, so daß eine Oxidschicht A1203 von etwa 0,8/um antsteht, wie in Fig, ia dargestellt. Danach wird auf die Aluminiumoxidschicht eine elektrisch leitende Zwischenschicht z. B. eine Xupferschicht Cu, aufgedampft oder aufgestäubt, bevorzugt in einer Stärke von etwa 0,03/um (Fig. lb). Auf diese leitende Schicht wird dann eine Fotolackschicht von etwa 10/um Dicke aufgebracht und durch eine entsprechende Vorlage hindurch mit der geviinschten Gitterstruktur belichtet und entwickelt, so daß an all den Stellen, an denen kein Stützgitter erwünscht ist, Teile der Fotolackschicht zurückbleiben (Fig. ic). Es kann in diesem Fall zweckmäßig sein, auch auf die Unterseite der Aluminiumschicht eine dünne Fotolackschicht aufzubringen, die keiner Belichtung ausgesetzt vird und die lediglich dem Schutz dieser Aluminiumoberfläche dient.
Anschließend wird nun auf den, von den Fotolackteilen nicht bedeckten Stellen der Kupferschicht bevorzugt galvanisch Nickel Ni abgeschieden, und zwar in inner Stärke von etwa 20/um. Es bildet sich dadurch ein aus Nickel bestehendes Stützgitter, das eine feste Haftung auf der Kupferschicht besitzt (Fig. id). Danach werden nun die Fotolackschichtteile z. B, mit Hilfe von Aceton herausgewaschen, wobei auch die ggf. an der Unterseite des Aluminiumsubstrates vorhandene Fotolackschicht entfernt wird (Fig. le).
Nun wird die Seite mit dem aufgebrachten Nickel-Stützgitter mit einem Schutzlack abgedeckt, wie in Fig. 1 f dargestellt und danach das Aluminiumsubstrat z. B. mit Hilfe eines Ätzmittels entfernt (Fig. log), Nachdem dann, wie in Fig. 1h dargestellt, die Schutzlackschicht über dem Nickelgitter wieder entfernt worden ist, erhält man das fertige elektronendurchlässige Fenster, das aus einem festhaftenden Nickel-Stützgitter, einer dünnen beidseitig haftenden Kupferschicht und einer im Vergleich zur Kupferschicht dickeren Aluminiumoxidschicht besteht. Die Aluminiumoxidschicht ist zweckmäßig wenigstens 10 mal so stark wie die Kupferschicht, der im wesentlichen die Aufgabe zukommt, eine gute Haftung zwischen dem Nickel-Stützgitter und der Aluminiumoxidfolie zu bewirken.
Die Fig, 2 zeigt eine Aufsicht auf ein bevorzugtes erfindungsgemäßes elektronendurchlässiges Fenster, das aus einem Nickel-Stützgitter 21 und dem durch die Isolatorfolie abgedeckten elektronendurchlässigen Schlitz 22 besteht. Die Lange d des elektronendurchlässigen Schlitzes beträgt bei diesem für eine Ladungsschreibröhre geeigneten Ausführungsbeispiel etwa 10 cm. Die Gesamtlänge a des Nickel-Stützgitters beträgt etwa i20 mm und die Breie b etwa 20 mm, während die Breite des eigentlichen Schlitzes etwa 0,2 mm beträgt In der Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus dem Fenster nach Fig. 2 dargestellt, woraus wieder zu entnehmen ist, daß die Breite Ü etwa 200/um beträgt. Die Breite der Stützstege e ist ungefähr 50/Im.
während der Abstand f der Stege voneinander etwa 100 o beträgt.
Die Längenausdehnung des Schlitzes erstreckt sich quer Zur Längsrichtung der Stege 23.
In der Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform eines Lenardfensters beschrieben, bei welchem das Stützgitter 41 feiner unterteilt ist.
Die Stegteile h betragen ungefähr 15/um und der Abstand k zwischen den Hittelpunkten der einzelnen Öffnungen 42 beträgt etwa 50,urn.
Bei einer solchen Ausbildung des Stützgitters, wie in Fig. 4 dargestellt, kann die Schlitzbreite c etwas größer, beispielsweise etwa 500/um, gewählt werden.
Fig, 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem das Stützgitter 51 wabenfömige Öffnungen aufweist, deren Abstand 1 etwa 50/um beträgt. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel darf die Stegbreite m ungefähr 10 nbetragen. Die Gesamtbreite c des Schlitzes läßt sich auf ötwa 500 /um erweitern.
Liegt die Isolatorfolie bereits fertig vor, z. B. in Form einer Glimmerfolie,sosind bei der Herstellung des Lenardfensters lediglich die in Fig. 1 dargestellten Arbeitsgänge lb bis le erforderlich.
Anstelle der Al2O3-Schicht tritt dann jeweils die Isolatorfolie.
Das Al-Substrat ist dann nicht vorhanden.
Bei Ausbildung der Isolatorfolie als Al 203-Folie ist es zweckmäßig, zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des Fensters zusätzlich zu der porenfreien Oxidschicht eine Schicht aus porösem Oxyd von beispielsweise etwa 1/um Dicke aufzubringen. Dies geschieht zweckmäßig durch anodische Oxydation in Oxalsäure. Im Vergleich zur Erhöhung der Festigkeit wird dadurch die Durchlässigkeit nur wenig verringert.
Zweckmäßig ist es, das Stützgitter vakuumsöitig anzuordnen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die äußere Oberfläche der Isolatorfolie mit einer dünnen leitfähigen Schicht zu bedecken, um die im Betrieb auftreffenden Ladungen besser ableiten zu können.
Eine solche leitfähige Schicht besteht zum Beispiel aus einer 0,05 µm dicken aufgedampften Aluminiumschicht.

Claims

Patentansprüche

1. Elektronendurchlässiges Fenster für eine Elektronenstrahlröhre, bestehend aus einer 0,1 bis 10/um dicken Folie aus Isoliermaterial, die von einem metallischen Stützgitter getragen wird, das eine Öffnung in der Vakuumhülle der Röhre überdeckt und mit der Vakuumhülle vakuumdicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorfolie an ihren Berührungsflächen mit dem Stützgitter mit diesem fest haftend verbunden ist.

2. Elektronendurchlässiges Fenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stützgitter und der Isolatorfolie eine 0,001 bis 0,1/Um dicke elektrisch leitende Zwischenschicht angeordnet ist, die einerseits mit der Isolatorfolie und andererseits mit dem Stützgitter festhaftend verbunden ist.

3. Elektronendurchlässiges Fenster nach Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorfolie aus Aluminiumozyd besteht.

4. Elektronendurchlässiges Fenster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorfolie aus porenfreiem Aluminiumoxyd besteht,

5. Elektronendurchlässiges Fenster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorfolie aus einer Kombination von porösem und porenfreien Aluminiumoxyd besteht.

6. Elektronendurchlässiges Fenster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorfolie aus Glimmer besteht.

7. Elektronendurchlässiges Fenster nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Zwischenschicht aufgedampft oder aufgestäubt wird.

8. Elektronendurchlässiges Fenster nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Zwischenschicht aus Kupfer besteht.

9, Elektronendurchlässiges Fenster nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützgitter aus Nickel besteht.

10. Elektronendurchlässiges Fenster nach einem der Ansprüch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützgitter durch galvanisches Abscheiden aufgebracht ist.

11. Elektronendurchlässiges Fenster nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Stützgitter abgewandte Oberfläche der Isolatorfolie mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist.

12. Elektronendurchlässiges Fenster nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet, durch eine schlitzförmige Ausbildung bei Verwendung an einer als Ladungsschreibröhre ausgebildeten Elektronenstrahlröhre.

13. Verfahren zum Herstellen eines elektronendurchlässigen Fensters nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf die eine Oberfläche der Isolatorfolie zunächst eine dünne elektrisch leitfähige Zwischenschicht fest haftend aufgebracht wird und daß dann auf dieser Zwischenschicht das Stützgitter galvanisch abgeschieden wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht durch Aufstäuben oder insbesondere Aufdampfen aufgebracht wird,

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung des Stützgitters durch Anwendung eines fotochemischen oder fotomechanischen Verfahren unter Verwendung eines Fotolackes vorgenommen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche eines dünnen Aluminiumbleches in der gewünschten Stärke oxydiert wird, daß auf die Oxydschicht die elektrisch leitfähige Zwischenschicht aufgebracht wird, daß auf der Zwischenschicht das metallische Stützgitter galvanisch in der gewünschten Form abgeschieden wird und daß-dann das verbliebene Aluminium von der Aluminiumoxydschicht abgelöst wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxydschicht durch anodische Oxydation der Aluminiumoberfläche hergestellt wird,