DE2505167A1 - Mikrokanalplatte mit ausgangsseitig abgewinkelten mikrokanaelen, verfahren zur herstellung einer derartigen platte und anwendung dieser platte in elektronischen anordnungen - Google Patents

Description

■ PHF.7^512. 30.1.1975..

Akh» (> Il j '/
vom ι ¹^ . 2 . { η 1

Mikrokartalplatte mit ausgangs sei tig abgewinkelten Mikrokanälen, Verfaliren zur Herstellung einer derartigen Platte und Anwendung dieser Platte in elektronischen Anordnungen

Die Erfindung betrifft Mikrokanalplatten mit Sekundäremission von einem Typ, bei dem die erwähnten Mikrokanäle ausgangsseitig abgewinkelt sind. Die Erfindung bezieht sich gleichfalls auf ein Verfahren zum Herstellen derartiger Milcrokanalplatten und auf die Verwendung dieser Platten in elektronischen Anordnungen.

Bekanntlich, tritt eine starke Streuung in der Energie der Ausgangselektronen eines Mikrokanals mit

509833/0999

PIIF.7^+512.

30.1.75.

SekundSremission oder einer Platte mit einer grossen Anzahl derartiger Mikrokanäle auf.

Gemäss zahlreichen Veröffentlichungen ist die erwähnte Energiestreuung dem kombinierten Einfluss mehrerer Paktoren zuzuschreiben (siehe zum Beispiel die Veröffentlichung "Acta Electronica", ' .Teil 14, Nr. 1, Seite 79 ff. vom lh. Januar 1971, Artikel von A.J. Gerst)

Eine bestimmte, jedoch schwache· Streuung tritt ■einerseits in der Energie der Elektronen auf, die durch sekundäre Emission beim Aufprallen auf die Wand der Mikrokanäle gebildet werden, zum anderen jedoch sind die Sekundär elektronen, die diese Zusammenstösse verursachen, auf ein breites Energiesρektrura verteilt, was damit zusammenhängt, dass die Einfallswinkel der Sekundär elektronen nicht für alle im Vervielfachungsverfahren beteiligten Elektronen gleich sind, und auch damit, dass die Energie die ausgesandten Sekundärelektronen von den erwähnten Einfallswinkeln abhängig ist. Diese Streuung wird durch die Zylinderform der Mikrokanäle begünstigt, infolgedessen die nach einem

Zusammenstoss in mehreren Richtungen ausgesandten Sekundärelektronen die Wand unter verschiedenen Einfallswinkeln erreichen.

Die Energieverteilung und die Winkelverteilung der aus einer Mikrokanalplatte heraustretenden Elektronen

509833/0990

PKF.74512.

30.1,75»

sind sehr wichtig für die Anwendungsmöglichlceiten der Mikrokanalplatten. Wenn insbesondere die erwähnte Mikrokanalplatte in einer Bildverstärkerröhre in Zusammenarbeit mit. einem Leuchtschirm verwendet wird, stellt einerseits die Winke!streuung eine Ursache des Verbreiterns des Bildflecks eines Punktes auf dem Schirm dar. Die Folge der erwähnten Verbreiterung ist die Herabsetzung der Auflösung der Bildformungsanordnungen.

Zum anderen kann die Energiestreuung der heraustretenden Elektronen störend sein, wenn die Mikrokanalplatte als ein Element verwendet wird, dessen Elektronenstrom grob oder stellenweise mit Hilfe einer verhältnismässig kleinen Sterner spannung blockiert oder deblockiert werden muss. Für ein leichtes Umschalten ist eine Spannung von zum Beispiel einigen zehn Volt wünschenswert.

Die Elektronen der austretenden Elektronen zeigen jedoch oft eine Energiestreuung von mehreren 100 Elektronvolt.

Unter den Ifirkungstypen dieser Mikrokanalplatten kann zwischen der Wirkung im linearen Bereich und im Sättigungsbereich unterschieden werden.

Bekanntlich tritt bei der Wirkung im linearen Bereich neben der Energiestreuung der Elektronen noch eine andere Streuungsform auf, die mit der Energiestreuung eng verknüpft ist, nämlich eine Streuung in den Amplituden der elektrischen Impulse, die beim

5 0 9833/0999

PIIF. 7^51 2.

30.1.75.

Mikrokanalplattenausgang detektiert werden und mit Eingangselektronen mit gleichem Energiepegel übereinstimmen. Diese Amplitudenstreuung entspricht VerstärkungsfaktorSchwankungen in der Mikrokanalplatte, die der Tatsache zuzuschreiben sind, dass die elektronische Vervielfachung in einem Kanal eine Aufeinanderfolge wechselnder Erscheinungen ist.

Diese Verstärkungsfaktorschwankungen sind durch das sogenannte Spektrum des Einheitselektrons (s.E.TJ.) nachweisbar. In einer Kennlinie dafür werden der Verstärkungsfaktor auf der horizontalen und die Anzahl Impulse auf der vertikalen Achse angegeben. Es entsteht dabei eine glockenförmige .Kurve mit einer Breite, die grosser ist, je nachdem die Streuung grosser ist.

Bekanntlich verringert sich die Breite des Spektrums, d.h. die Verstärkungsfaktorschwankung sinkt ab, je mehr sich die Wirkung der Mikrokanalplatte dem Sättigungsbereich nähert. Dieser Bereich entspricht einer starken Sekundäremission in der Längsrichtung der Wand und eine Erschöpfung der erwähnten Emission beim Ausgang der Mikrokanäle, wodurch am Ausgang der Mikrokanäle eine positive Ladung entsteht, die einen sprunghaften Abfall des elektrischen Feldes zum Ausgang und das Ende der Elektronenvervielfachung herbeiführt.

509833/0999

PHP.74512.

30.1.75. - 5 -'

25Ό5167

Auf diese Weise werden sowohl der Verstärkungsfaktor als auch die elektrische Gesamtausgangsladung abhängig von der Art des Eingangselektrons, das die erwähnte Verstärkung und die erwähnte elektrische Ladung bewirkt, reduziert.

Der Wirkungsbereich wird zum Detektieren und Zählen von Energie- oder Ladungsquanten benutzt. Dazu müssen hohe elektrische Spannungen zwischen den Enden der Mikrokanäle, zum Beispiel Spannungen von 1500 V, angelegt werden, wenn die Länge der Kanäle ungefähr Z mm beträgt, was bestimmte Nachteile mit sich bringt. Einerseits hat das Anlegen derartiger elektrischer Spannungen das Auftreten eines grossen Energieverlustes in den Wänden der Mikrokanäle durch Joule-Effekt zur Folge, der dem starken elektrischen Strom zuzuschreiben : ist. Zum anderen kann das erwähnte starke elektrische Feld die Emission von Elektronen verursachen, die von den Wänden weggerissen werden und nach der Vervielfachung am Ausgang Streusignale bilden können.

Gleichfalls ist bekannt, dass im Sättigungsbereich, die Mikrokanäle für die Erscheinungen von lonenrückkopplung durch die GrSsse des elektrischen Feldes im Kanal empfindlicher sind.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die bei der Anwendung der bekannten Technik auftretenden Nachteile zu beseitigen, - .

509833/0939- . '

PHF.7^512.

30.1.75. - 6 -

Die erste Aufgabe der Erfindung ist die Verkleinerung des Spektrums der ausgangsseitig heraustretenden Elektronen,

Die zweite Aufgabe der Erfindung ist die Bildung des Sättigungsbereiches bei schwächeren Verstärkungsfaktoren und niedrigeren elektrischen Spannungen«

Dazu berücksichtigt die Erfindung die Art der sekundären Vervielfachungsverfahren, die am Ausgang der Milcrokanalplatte die Streuung der Elektronenenergie bewirken oder zur Bildung des Sättigungsbereiches beitragen.

Deswegen richtet sich die Erfindung auf die

Konzentration aller Einfallsstellen der Sekundärelektronen am Ende der Vervielfachung auf eine Zone, deren Oberflächonabmessungen verhältnismässig klein sind.

Die erwähnte Konzentration erfüllt gleichzeitig die zwei bereits erwähnten Aufgaben, indem:

- einerseits die Einfallsstellen der Sekundärelektronen am Ende der Vervielfachung geortet und die ausgangsseitig anfallenden Elektronen nicht mehr der gleichen Energiestreuung ausgesetzt sind, wenn sie durch eine grosse Verschiedenheit der Einfallspunkte am Ende der Vervielfachung verursacht wird, die auf den ganzen Umfang der ¥and verteilt sind, und

- zum anderen am Ende der Vervielfachung die Einfalls-

509833/0398

PHF.

30,1.75.

stellen der Elektronen auf einer Zone mit kleinerer Oberfläche geortet sind; die Aufspeicherung der positiven Ladung, die im "bekannten Sättigungsbereich erscheint, erfolgt jetzt in der Nähe der erwähnten Zone, feil die Ortung der erwähnten positiven Ladung auf einer Zone erfolgt, deren Oberfläche kleiner ist als im allgemeinen Pail, wird durch die erwähnte Situation die Sättigung mit Hilfe kleiner elektrischer Spannungen- erhalten, also gleichfalls mit Hilfe von Verstärkungsfaktoren, die kleiner als erforderlich für die bereits erwähnte bekannte Technik sind.

Die Erfindung gibt die genaue Form dieses Mikrokanaltyps oder einer Mikrokanalplatte und deutet gleichfalls ein Herstellungsverfahren dieser Anordnung an. Die Erfindung beschreibt das Abwinkein der Mikrokanäle an der Ausgangsseite, wodurch die Sekundärelektronen zwangsweise an die'¥and in einer Zone mit kleiner Oberfläche aufprallen, welche Zone sich auf dem letzten, abgewinkelten Stuck im Kanal befindet, und zwar unabhängig vom Elektron und von den Verfahren, die zur Bildung der erwähnten liandzone mitarbeiteten und ihren Einfluss geltend machen, bevor die Vervielfachung in Höhe des abgewinkelten Kanalteils erfolgt.

Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren bedeutet eine Verbesserung des in der französischen Patentan-

509833/0999

PHF.7^512.

30.1.75. - 8 -

meldung Nr. 2 168 861 beschriebenen Verfahrens.

Die Erfindung schlägt die Verwendung dieser Anordnungen vor, wenn sich das technische Problem stellt, über eine Elektronenquelle verfügen zu können, die eine grosse Emissionsoberfläche hat, Elektronen aussendet, deren Energiepegel klein und dabei streuungsarm sind und dadurch mit Hilfe einer verhältnismässig schwachen und leicht umschaltbaren Spannung steuerbar ist.

Die Erfindung bedeutet im wesentlichen den Abgleich einer Kanalelektrode mit Sekundärelektronenemission mit mindestens einem Mikrokanal, bei dem die Innenflächen einen Sekundäremissionskoeffizienten grosser als 1 aufweisen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass nahe der Austrittsfläche der Sekundärelektronen jeder Kanal einen abgewinkelten Teil besitzt, wobei der Abstand zwischen der erwähnten Austrittsfläche und dem abgewinkelten Kanalteil gleich dem mehrfachen Durchmesser des Kanals ist.

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Her-

stellen eines Kanaltyps oder dieser Mikrokanalplatte durch das Ausüben einer mechanischen Spannung auf die Eingangs- und Ausgangsflächen der Mikrokanalplatte vor, wobei in den Kanälen ein derartiger Temperaturgradient herrscht, dass sich das Glas in der Nähe der Stelle,

509833/0 999

PIIF. 7^51 2. 30.1.75.

an der die erwähnten abgewinkelten Kanalteile gebildet werden müssen, in einem zwischen Viskosität und Elastizität liegenden Zustand befindet.

Erfindungsgemäss dient die auf diese Weise gebildete Mikrokanalplatte für den Aufbau von Elektronenquellen, die mit Hilfe schwacher elektrischer Spannungen gesteuert werden und einen Teil von Elektronenröhren, zum Beispiel Bildverstärkerröhren zum Untersuchen rascher Erscheinungen, oder von Fernsehkameraröhren bilden, deren Schirm ein Strahl träger Elektronen abtastet, die von einer derartigen Quelle ausgesandt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine geradlinige Mikrokanalplatte für Sekundäremission nach der bekannten Technik,

Fig. 2 einen geradlinigen Mikrokanal, in dem Elektronen die Kanalwand erreichen und die von den Sekundärelektronen zurückgelegten Strecken angeben werden,

Fig. 3 eine erfindungsgemässe Mikrokanalplatte, also eine Platte, deren Mikrokanäle einen abgewinkelten Teil an der Ausgangsfläche der Platte besitzen,

Fig. h einen Kanal mit abgewinkeltem Teil, wobei im erwähnten Kanal Elektronen auf die Wand aufprallen, während gleichfalls die von den Sekundärelektronen zurückgelegten Strecken angegeben werden,

509833/0999

PHF. 7*151 2. 30.1.75.

Fig. 5 die Emissionslinie von Sekundärelektronen nach dem Aufprallen auf eine emissive Oberfläche,

Fig. 6 die Elektronenverteilung als Funktion des Energiepegels am Ausgang der Mikrokanalplatte und durch den in Fig. 5 dargestellten Aufprall,

Fig. 7 das Prinzip zum Abwinkein der Kanalteile bei der Ausgangsfläche einer Mikrokanalplatte,

Fig. 8 das Profil der Mikrokanäle beim Durchführen des erwähnten Verfahrens,

Fig. 9 eine Elektronenquelle, die mit Hilfe kleiner elektrischer Spannungen gesteuert wird',

Fig. 10 eine Elektronenquelle deren Emission stellenweise nahe der Oberfläche gesteuert wird,

Fig. 11 eine Frontansicht der Steuerelektroden der in Fig. 10 dargestellten Quelle,

Fig. 12 einen Bildverstärker für radioskopische Zwecke und

Fig. 13 eine Vidikonröhre mit den erforderlichen Elementen zum Abtasten durch eine Elektronenquelle von dem in Fig, 9 dargestellten Typ.

Fig. 1 zeigt eine Mikrokanalplatte 10 mit geradlinigen Mikrokanälen, die im Querschnitt längs einer zu diesen Mikrokanälen parallel verlaufenden Fläche wiedergegeben sind, Deutlichkeitshalber sind nur einige Mikrokanäle dargestellt. Die Eingangsflache der Kanäle

509833/099 9

PHF.

30.1.75.

ist mit 11, die Ausgangsfläche mit 12 bezeichnet,

Fig. 2 zeigt getrennt und in vergrössertem Masstab den Mikrokanal 13 der Mikrokanalplatte 10, Die Kanalwand ist mit 20 bezeichnet.

In Fig. 3 zeigt 30 die gleiche Kanalplatte nach Fig. 1, jetzt jedoch mit einer starken Abwinklung der Mikrokanäle bei der Ausgangsfläche der Platte, wobei die Eingangs- und Ausgangsflächen mit 31 bzw. 32 bezeichnet sind. Jeder Mikrokanal zum Beispiel der Mikrokanal 33» enthält beispielsweise einerseits einen Teil AK mit geringer Länge, der bei der Ausgangsfläche 32 liegt, und zum anderen einen Teil KC, der länger ist und in die Eingangsfläche 31 mundet. Gemäss dem herangezogenen Beispiel kann der Teil AK sowie auch der Kanalteil KC geradlinig oder etwas gebogen sein. Die erwähnten Kanalteile AK und KC bilden zusammen einen abgewinkelten Teil in der Nähe des Punktes K. Der Kanal 33 ist in Fig. k in vergrössertem Masstab dargestellt.

Für ein gutes Verständnis der Wichtigkeit eines derartigen abgewinkelten Kanalteils und der ¥irkung der Mikrokanäle der Platte 30 müssen zunächst die Fig. 5 und 6 herangezogen werden: diese Figuren zeigen die allgemeinen Ergebnisse in bezug auf die Sekundäremission von Elektronen durch eine emissive Oberfläche ' durch den Aufprall eines Elektrons auf die erwähnte Oberfläche. ■ . - ■

509833/0 99 9

PHF.7^512.

30.1.75.

Fig, 5 zeigt die Emissionslinie sekundärer Elektronenemission in Form eines Kreises einer emissiven Oberfläche als Funktion des Emissionswinkels durch. einen Aufprall von Elektronen auf die erwähnte emissive Oberfläche.

Fig. 6 veranschaulicht u.a. die Energieverteilung der Sekundärelektronen, die nach dem erwähnten Aufprall ausgesandt werden.

In Fig. 5 bezeichnet die Zahl 51 i*¹ der Zeichenebene die Bahn einer Oberfläche, die Sekundärelektronen ausstrahlt und beispielsweise in der Zeichenebene senkrecht angenommen wird. Die Zahl 50 in der Zeichenebene ist die Emissionslinie der erwähnten Oberfläche nach dem' Elektroneneinfall im Punkt I. Die Elektronenmenge die in Richtung des geraden Linienabschnitts IM ausgesandt wird, ist proportional der Länge dieses Linienabschnitts unabhängig vom Ort des Punktes M auf der Emissionslinie. Für die weitere Beschreibung sei noch bemerkt, dass die Sekundäremission nach der Normale auf der Oberfläche maximal ist.

Fig. 6 bezieht sich auf die Energieverteilung der Sekundärelektronen, die nach dom erwähnten Aufprall ausgesandt werden« Auf der horizontalen Achse ist die Energie der Elektronen in Elektronvolt (eV) und die Anzahl der Elektironen in beliebigem Masstab auf

509833/0999

PHF.7^512.

30.1.75. - 13 -

der vertikalen Achse aufgetragen.

Die Kurve 63 hat eine Maxwell-Form mit einem Maximum bei ungefähr 20 eV_f weist jedoch eine grosse Wahrscheinlichkeit von Ausdehnung sekundärer Elektronen auf, deren Energiepegel zwischen 20 eV einerseits . und 100 bis 200 eV andererseits liegen.

In Fig. 2 sind die Einfallsstellen der Elektronen im Innern des geradlinigen Kanals 13 betrachtet; Nahe der Ausgangsfläche 12 erreicht eines der Elektronen den Punkt K, der von der erwähnten Ausgangsfläche um einen Abstand getrennt ist, der zum Beispiel.gleich dem Kanaldurchmesser ist, während das andere Elektron, den Punkt J erreicht, der.sich in grösserer Entfernung von der Ausgangsfläche befindet, welche Entfernung zum Beispiel gleich dem Zwanzigfachen des Kanaldurchmessers ist. In den erwähnten Punkten K und J sind die Sekundäremissionslinien dargestellt. Von jedem dieser Punkte aus lassen sich drei Typen von Elektronenstrecken a, b, £, bzw. a* , b¹ , c¹ unt ei's ehe id en.

Der Sekundäremissionswinkel, der durch die zwischen der Anfangsrichtung des Elektrons und der Linie KJ gebildeten Winkel gezeichnet wird, ist für die Gruppe ει, a¹ kleiner als 90° , für die Gruppe b_, b_^! gleich 90°, und für die Gruppe £, £^f grosser als 90°. ; Unter dem zusammenarbeitenden Einfluss der

509833/0 999

PHF.74512.

30.1.75.

- ΛΚ -

Anfangsgeschwindigkeit und des elektrischen Feldes im Kanal ist der konkave Teil der elektronischen Strecken auf die ¥andseite gerichtet, von der aus die Elektronen ausgesandt werden.

Die ¥ahrscheinlichkeit, mit'der ein sekundäres Elektron die Wand erreicht, ve'rgrössert sich mit dem Emissionswinkel und mit der Tiefe der Platte, in die das Elektron eingefallen ist.

Auf diese Weise kann gestellt werden, dass wahrscheinlich bei der Ausgangsfläche der Mikrpkanalplatte die ausgesandten Elektronen nach dem Einfallen im Punkt K nur in geringem Ausmass auf die Wände aufprallen, weil die Strecken langgezogen sind.

Der Beitrag dieser Elektronen zum Energiespelctrum der aus dem Kanal heraustretenden Elektronen ist hinsichtlich der Verteilung entsprechend der Verteilung, die durch die Kurve 61 in Fig. 6* mit einem Maximum in der Grössenordnung von 30 eV angegeben wird.

Dagegen kann gestellt werden, dass hinsichtlich der Einfallsstellen, die tiefer im Kanal liegen, die Wahrscheinlichice it eines künftigen Aufprallens auf die Wand für diejenigen Elektronen maximal ist, deren Strecken zum Typ b_' und je¹ gehören, während diese Wahrscheinlichkeit für die zu Strecken vom Typ ει· gehörenden Elektronen gering ist. Letztgenannte Elektronen

5G9833/0999

PHP.7^512. 30.1,75.

treten also direkt aus dem Kanal heraus und haben Energiepegel, die dem Potentialunterschied zwischen dem Punkt J und der Ausgangsfläche des Kanals proportional sind. Diese Energiepegel können sehr hoch sein und mehrere hundert Elektronvolt betragen, und dies umsoruelir, je nachdem der Abstand zwischen den Einfallsstellen und der Ausgangsfläche des Kanals grosser ist.

Dadurch wird das Spektrum der aus dem Mikrokanal heraustretenden Elektronen durch die Kombination des Spektrums der Elektronen mit geringer Energie · entsprechend den Einfallsstellen nahe der Ausgangsfläche, welches Spektrum durch die Kurve 61 dargestellt ist, einerseits und andererseits des Spektrums der Elektronen gebildet, die aus Einfallsstellen herrühren, die sich in grosser Entfernung von der Ausgangsfläche befinden, welches letzte Spektrum beispielsweise durch die Kurve 62 in Pig, 6 dargestellt ist und einer Mikro- ' kanalplatte mit einer Dicke von 2,5 mm entspricht und mit Hilfe einer elektrischen Spannung von 1000 V zwischen den Hauptflächen der Platte gesteuert wird.

Der Beitrag, den die Elektronen zu diesem Spektrum liefern, die von Einfallsstellen herrühren, die sich in grosser Entfernung von der Ausgangsfläche befinden (tiefe Einfallsstellen), ist einerseits derart, dass die maximale Emission von z.B. 30 Elektfonvolt

509833/0999

PHP.74512. 30.1,73.

(Kurve 61) zum Beispiel auf 50 eV (Kurve 62) gebracht ist, und andererseits, dass das Spektrum breiter ist.

Die Erfindung bezweckt das Verringern und sogar Unterdrücken des Beitrags, den tiefe Einfallsstellen zur Bildung des Energiespektrums der Elektronen, die aus der Ausgangsfläche des Kanals heraustreten, auf eine derartige Yeise liefern, dass dieses Spektrum noch auf einer verhältnismässig schwachen Energie in der Grössenordnung von zum Beispiel 30 eV zentriert ist, wobei die Breite dieses Spektrums, in halber Höhe um den erwähnten Wert, auf ungefähr 15 eV zurückgebracht wird. Dieses Spektrum ist durch die Kurve 64 in Fig. dargestellt.

Das Ergebnis wird durch starkes Abwinkein jedes Mikrokanals der Platte nahe ihrem Ausgang erhalten, um in der Geometrie des Kanals einen abgewinkelten Teil im Punkt K, gemäss Fig. 4, zu erhalten. In dieser Fig. 4 sind erneut die Punkte K und J nach Fig. 2 sowie die Emissionslinien angegeben, die für diese Sekundäremission in diesen Punkten charakteristisch sind. Hinsichtlich der Elektronen, deren Strecken a, t>, £ und b' und c_^ sind, hat sich hinsichtlich der späteren Einfallsstellen nichts geändert, aber der abgewinkelte Teil jedes Mikrokanals zwingt die im Punkt X^f einfallenden Elektronen, die Strecken vom Typ a¹ zurückzulegen.

509833/0999

PHF.74512. JO.1.75.

Der Punkt J wurde an der linken Seite der Wand gewählt, er kann sich jedoch, statt dessen an der rechten Seite befinden, in letzterem Falle würden die Folgen der Anordnung des abgewinkelten Kanalteils für die Strecken vom Typ a_« die gleichen sein»

Auf diese Weise lässt sich feststellen, dass die bei der Ausgangsfläche auftretenden Elektronen aus Einfallsstellen herrühren, die sich auf einer Wandzone mit kleiner Oberfläche konzentrieren, die in der Nähe des Punktes K liegt, der gleichsam die Rolle einer diskreten Dynode erfüllt»

Das sekundäre Emissionsspektrum am Ausgang des Kanals wird nicht mehr von Sekundärelektronen beeinflusst, die aus tiefen Einfallstellen herrühren und grosse Energiepegel haben, und besitzt auf diese Weise die Physonomie eines Dynodenspektrums, das dem von der Kurve 6h dargestellten Spektrum entspricht.

Eine zweite Aufgabe der Erfindung bezieht sich auch auf das Herabsetzen der Energiepegel der austretenden Elektronen sowie auf die Verringerung der Breite des Spektrums dieser Energien. Dazu erstreckt sich die Metallisierung 41 der Ausgangsfläche der Mikrokanalplatte im Inneren der Mikrokanäle derart, dass das Potential des Punktes K' zum Beispiel -10 V in bezug auf die Ausgangsfläche beträgt. Die erwähnte

509833/0999

PHF.7^512. 30.1.75.

Metallisierung bewirkt, dass das elektrische Feld nach der letzten Einfallsstelle der Elektronen bei der Vervielfachung und dadurch die Herabsetzung der Energien der austretenden Elektronen beseitigt wird, deren Spektrum ungefähr in der Kurve 65 dargestellt wird.

Eine weitere Aufgabe der Struktur der erfindungsgemässen Mikrokanäle bezieht sich auf das Auftreten des Sättigungsbereichs. Xfeil die in der Periode am Ende der Vervielfachung auftretenden ZusammenstSsse in der Umgebung des Punktes K stattfinden, entwickeln sich hier die positiven Raum- und Wandladungen, die zum Sättigungsbereich führen. Dies hat zur Folge, dass der Sättigungsbereich als Funktion der Versorgungsspannung der Mikrokanäle für Spannungswerte erreicht wird, die kleiner sind als die bei einer Streuung der Einfalls st eil en am Ausgang über eine grosse Oberfläche.

Versuchsweise wurde festgestellt, dass bei einer Dicke der Mikrokanalplatte von 2,5 mm der Sätti~ gungsbereich eine Spannung erfordert, die um 200 V niedriger war, da die Spannung statt 1500 V auf I300 V zurückgebracht wurde. Diese verhältnismässig schwache Spannung hat den Vorteil, dass die durch Feldeffekt verursachte Emission parasitärer Elektronen begrenzt wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstellen oben beschriebener Mikrokanäle und Mikrokana!platten

509833/0999

PHP. 74512_#

30,1,75. - 19 -

bedeutet eine Verbesserung des in der bereits erwähnten französischen Patentanmeldung Nr, 2. I68 861 beschriebenen Verfahrens. In dieser Patentanmeldung besteht die vorgeschlagene Lösung im Anlegen einer mechanischen Spannung an eine Milcrokanalplatte, wobei die Richtung der erwähnten mechanischen Spannung in bezug auf die Fläche der Mikrokanalplatte schräg gerichtet ist, während im Inneren dieser Platte die zu den erwähnten Eingangs- und Ausgangsflächen parallel verlaufenden Flächen isothermische Flächen sind, während zumindest für einen Teil der Dicke der erwähnten Mikrokanalplatte der Temperaturgradient in Richtung senkrecht auf den Flächen der Mikrokanalplatte nicht einheitlich und in dem erwähnten.Dickenteil derart ist, dass sich das Glas in einem Zustand zwischen Viskosität und Elastizität befindet.

Die erwähnte Patentanmeldung beschreibt die Anwendung der mechanischen Spannung mit Hilfe eines aus zwei Teilen bestehenden Körpers, die gegeneinander verschoben werden können, wobei sich ein Teil mit einer der Hauptoberflächen der Mikrokanalplatte berührt«

Nach einer Ausführungsform des Verfahrens, die der erwähnten französischen Patentanmeldung entspricht und hier als Beispiel genommen wird, um die durch die vorliegende Erfindung verwirklichte Verbesserung

509833/0999

PHF.7^512. 30.1.75. - 20 -

zu veranschaulichen, wird in einem Schweissvorgang an jeder der Hauptoberflächen der Mikrokanalplatte ein Block steifes Material angebracht, dessen Erweichungstemperatur höher ist als die Temperatur, bei der das Glas sich in einem Zustand zwischen Viskosität und Elastizität befindet.

Die auf diese Weise gebildete Ganzheit wird schematisch in Fig. 7 dargestellt, Die Mikrokanalplatte ist mit 71 bezeichnet, und die Ziffern 72 und 73 bezeichnen die auf den Flächen 7h und 75 aufgeschweissten Blöcke. Die auf die zwei Blöcke 72 und 73 ausgeübten Schiebekräfte sind mit 76 und 77 bezeichnet.

Erfindungsgemäss wird neben einer in einem gewissen Sinne ausgeübten Schiebekraft ebenfalls eine Schiebekraft im anderen Sinne ausgeübt und umgekehrt;

Beispielsweise steigt in einer ersten Stufe des Verfahrens die Temperatur von der Fläche 75 zur Fläche 7k an und ist auf der Fläche 75 ungefähr gleich der obersten Entlastungstemperatur des Glases, wobei die Temperatur der Fläche 74 zwischen der Entlastungstemperatur und der Erweichungstemperatur des Glases liegt.

Unter dem Einfluss der erv/Slmten Kräfte 76 und werden die Mikrokanäle gemäss Fig. 8 etwas abgewinkelt, wobei die erwähnten Kanäle normal auf die Oberfläche

509833/0999

■ ' - PHF.7^512.

■ 30.1.75.

gerichtet bleiben. Danach wird die auf diese Weise erhaltene Ganzheit auf einheitliche Weise abgekühlt und, während die Temperatur des Glases nur in der Nähe der Fläche Jk auf einem Wert gehalten wird, der zwischen der obersten Entlastungstemperatur und der Erweichungstemperatur des Glases liegt, wodurch das Glas also bleibend verformt werden kann, werden die Kräfte 77 und im anderen Sinne angewandt. Die Mikrokanäle werden in .der Nähe der Fläche "Jh etwas abgewinkelt, um auf diese Weise einen angewinkelten Teil gemäss Fig. 3 zn erhalten (Punkt K des Kanals 33)» wobei die durch das Invertieren der angewandten Spannungen herbeigeführte Umkehrung des Krümmungssinnes eine wichtige Rolle bei der Bildung des erwähnten abgewinkelten Teiles erfüllt.

Erfindungsgemäss wird eine Mikrokanalplatte, nach obiger Beschreibung in allen Arten von Kanalverstärkern mit reduzierter Ausgangsdispersion angewandt.

Die Vielzahl der Anwendungen der erwähnten Mikrokanalplatte wird dadurch gerechtfertigt, dass eine derartige Kanalplatte für den Techniker eine Elektronenquelle mit grossen Oberflächen bedeutet, wobei die erwähnten Elektronenenergien Pegel haben, die schwach sind und geringe Dispersion aufweisen, während die Emission der erwähnten Elektronen mit Hilfe schwacher elektrischer Spannungen, die dadurch leicht

509833/0999

PHP.74512.

30.-1.75.

- 22 -

vom einen ¥ert zum anderen umschaltbar sind, leicht gesteuert werden kann.

Eine erste Ausführungsform einer derartigen •Elektronenquelle ist in Pig. 9 dargestellt» Eine Mikrokanalplatte mit abgewinkelten Mikrokanälen ist mit 90 bezeichnet. Die Zahlen 91 und 92 sind die verschiedenen Metallisierungen der Eingangs- und Ausgangsflächen der erwähnten Platte 90, Die Zahl 93 bezeichnet ein feinmaschiges Gitter, das vor und in der unmittelbaren Nähe der Metallisierung 92 angeordnet wird, in-bezug auf welche Metallisierung das erwähnte Gitter isoliert ist.

Das erwähnte Gitter wird mit dem Schalter yh elektrisch, verbunden, dessen beweglicher Kontakt mit der Klemme a oder mit der Klemme b verbunden sein kann.

An der Eingangselektrode 91 der Mikrokanalplatte werden Elektronen ausgesandt. Die erwähnten Elektronen rühren von einer Photokathode her, die den Einfluss des Lichtstrahles 96 erfährt. Es ist selbstverständlich möglich, die Elektronen der Mikrokanalplatte über ein beliebiges anderes Mittel zuzuführen.

Diese unterschiedlichen Elektroden und Elemente sind gesondert mit den Klemmen a, b, c, d und e verbunden, die elektrische Potential führen.

Die Klemme c ist beispielsweise mit Masse ver-

509833/099 9

PHF.7^512. 30,1.75.

bunden, die Klemme d führt eine Spannung von - 1000V, die Klemme e eine Spannung von -1300V, die Klemme a ist mit Masse verbunden und die Klemme b führt eine Spannung von -40V. Wenn der .Kontakt des Schalters 9h auf der Klemme a ruht, passieren die von der Mikrokanalplatte ausgesandten Elektronen das Gitter 93· Wenn dagegen der Kontakt des Schalters 9h auf der Klemme b ruht, werden die von der Mikrokanalplatte ausgesandten Elektronen vom Gitter 93 angehalten, weil die Energiepegel der erwähnten Elektronen ungefähr 30 eV betragen«

Nach einer zweiten Ausführungsform der" erfindungsgemässen Elektronenquelle nach Fig. 10 wird die Elektronen— _fl emission als Funktion des Emissionspunktes der Ausgangsfläche gesteuert.

Dazu ist die Elektrode 93 in parallele vertikale Streifen verteilt, die von einander isoliert sind. Andererseits ist zum Beispiel eine in Form horizontaler Streifen verteilte Elektrode 101 zwischen der Elektrode und der Elektrode 92 angeordnet, Fig. 11 zeigt diese neuen Elektroden in Frontansicht; ein vertikaler Streifen ist mit 111 und ein horizontaler Streifen mit 112 bezeichnet. Nicht dargestellte Sehaltsysteme zum Verbinden der Streifen mit Potentialquellen sind derart angeordnet, dass bestimmte horizontale Streifen zum Beispiel eine Spannung von -^0V führen, während andore

509833/0999

30.1.75.

horizontale Streifen rait Masse verbunden sind, was auch für die vertikalen Streifen der Elektrode 93 gilt. Eine Elektronenemission erfolgt gemäss den Oberflächenpunlcten der Mikrokanalplatte, die durch den horizontalen und den vertikalen Streifen auf Massepotential bedeckt sind. Auf diese Weise kann eine Elektronemission erhalten werden, die sich in der Zeit gemäss einem horizontalen Streifen entwickelt, der der einzige mit Masse verbundene Horizontalstreifen ist, während das Potential der Vertikalstreifen, das zunächst -40V betrug, für eine kurze Zeit Band für Band auf Massepotßntial gebracht wird,

Erfindungsgemäss werden derartige Elektronenquellen in elektronischen Anordnungen eingebaut, zum Beispiel in die nachstehend beschriebenen Anordnungen.

Das erste Beispiel betrifft eine Anordnung, die für die visuelle Untersuchung einer Erscheinung brauchbar sind, zum Beispiel einer Erscheinung, die in einem Röntgenstrahlen aussendenden Plasma auftritt. Das zu lösende Problem ist beispielsweise die Untersuchung der erwähnten Erscheinung für Perioden, die in bezug auf diö Dauer der Erscheinung verhältnismässig kurz sind, wobei die erwähnten Perioden vom Beginn zum Ende der Erscheinung verschoben sein können.

Die Anordnung ist in Fig. 12 schematisch

509833/0999

PHIT,

30.1.75*

~²⁵~

dargestellt und enthält eine Umkehrstufe 121, die zum Bespiel eine Gadoliniumplatte für die Umwandlung eines Strahlenbündels X 120 in Elektronen, ist. Die Energie der Elektronen ist am Ausgang der erwähnten Umkehrstufe stark gestreut. Eine erste Punktion der-Mikrokanalplatte 122, deren Eingangs- und Ausgangsoberflächen mit 127 und 124 bezeichnet sind, ist das Umwandeln der erwähnten Umkehrstufenelektronen mit stark gestreuter Energie in Elektronen mit schwach gestreuter Energie.

Eine zweite Aufgabe der Mikrokanalplatte ist die Beschränkung der Dispersion in Richtung der von der Umkehr stuf e.umgewandelt en Elektronen, was dadurch erfolgt, dass der Eingang der Mikrokanalplatte in unmittelbarer Nähe der Umkehrstufe angeordnet wird, um auf diese Weise die Abmessungen des Bildflecks herabzusetzen und das Auflösungsvermögen der Anordnung zu verbessern. Die Elektronenemission am Ausgang wird durch eine Elektrode 123 blockiert, deren Potential z.B. um 4o.V niedriger als das Potential der Oberfläche der Mikrokanalplatte 122 ist.

Diese Elektrode wird beispielsweise durch die Metallisierung der Eingangsoberfläche einer anderen Mikrokanalplatte 123 gebildet, deren Ausgangsoberfläche mit 129 bezeichnet ist und die parallel zum Schirm

509833/0 999

PHF.74512. 30.1.75.

und zu den Mikrokanälen 122 in unmittelbarer Nähe des Schirmes angeordnet wird.

Die Elektronenemission der Mikrokanalplatte wird durch das Anlegen einer Positivspannung von beispielsweise +6OV zwischen der Elektrode 124 und der Elektrode 123 angeordnet. Das Anlegen dieser Spannung erfolgt mit Hilfe eines Schalters 126, der die Elektrode 123 mit der Klemme c oder d verbindet, von denen eine das Potential - 40 V und die andere das Potential + 60 V führt, während andere Elemente und Elektroden mit den Klemmen a, b, e, f, verbunden sind, die die Potentiale - 300 V, Massepotential + 1000 V, bzw. + 5000 V führen.

Ein zweites Beispiel zum Einbauen einer erf-indungsgeraässen Elektronenquelle in eine ,Anordnung, die in der bekannten Technik ausgeführt ist, ist in Fig. 13 dargestellt. Es handelt sich um eine Fernsehaufnahmeröhre, deren Schirm durch einen Elektronenstrahl abgetastet wird, der von der erwähnten Elektronenquelle geliefert wird,

Wie bei einer herkömmlichen Vidikonröhre enthält das Innere des Vakuumraums 130 von links nach rechts eine Photoleitschicht 131 mit hohem elektrischem Widerstand bei Abwesenheit von Licht, z.B. eine Selenschicht, die mit einer Schicht 131 * aus elektrisch

509833/0999

PKB ,-7*51-2·- 30.1.75.

leitendem Material bedeckt ist, das lichtdurchlässig und z.B. SnOp ist, ein Gitter 132 und eine Ganzheit, die eine erfindungsgemässe Elektronenquelle bildet und der in Fig. 10 dargestellten Quelle entspricht, wobei die erwähnte Quelle einen Strahl träger Elektronen liefert, der die Schicht 131 Zeile für Zeile abtastet.

Der Vakuumraum 'enthält zwei lichtdurchlässige Fenster, nämlich das Fenster iko für den Strahl 141, der vom Bild herrühr't, und das Fenster 142 für den Strahl $6 aus der Elektronenquelle.

In Reihenschaltung mit der lichtdurchlässigen Schicht 131 ist ein elektrischer Widerstand 143 am Ende Ihh geschaltet, an dem das Videosignal abgegriffen wird.

Diese verschiedenen Elemente und Elektroden " sind mit Klemmen a, b, c, d, e verbunden, die die verschiedenen Potentiale führen, z.B. - kO V für den Widerstand 143, + 300 V für das Gitter 132 j das Massepotential für die Metallisierung 92, -1000 V für die Metallisierung 91 und -I300 V für die Photokathode 95, wobei die Streifen, die die Elektroden 93 und 101 bilden, auf Massepotential und auf das Potential -*0 V, wie bereits angegeben, gebracht werden.

Die Wirkung dieser Röhre ist der der herkömmlichen Vidikonröhre identisch, mit der Ausnahme, dass das

509833/0999

30-1.75.

Abtasten Über Elektronen vom Schirm 13I von der erfindungsgemässen trägen Elektronenquelle aus durchgeführt wird, wobei die Anordnung nicht dargestellte Mittel enthält, um die Streifen der Elektroden 101 und 93 mit Klemmen zu verbinden, die das Potential -hO V und Massepotential führen.

509833/0 99 9

Claims (1)

1. PHF.74512.

   30.1.75- - 29 - ■

   PATENTANSPRUECHE

   1.J Kanalelektrode mit Sekundärelektronenemission mit mindestens einem Mikrokanal, bei dem die Innenflächen einen Sekundäremissionskoeffizienten über 1 aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass nahe der Austrittsfläche der Sekundärelektronen jeder Kanal einen abgewinkelten Teil aufweist, wobei der Abstand zwischen der erwähnten Austrittsfläche und dem abgewinkelten Kanalteil gleich dem mehrfachen Durchmesser des Kanals ist, 2, . Verfahren zum Herstellen einer Elektrode nach Anspruch 1, wobei eine mechanische Spannung auf eine Mikrokanalplatte ausgeübt wird, deren Richtung in bezug auf die Fläche der Mikrokanalplatte schräg gerichtet ist, während im Inneren dieser Platte die zu den erwähnten Eingangs- und Ausgangsflächen parallel verlaufenden Flächen isothermische Flächen sind, während zumindest für einen Teil der Dicke der erwähnten Mikrokanalplatte der Temperaturgradient in Richtung senkrecht auf den Flächen der Mikrokanalplatte nicht einheitlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Phase des Anwendens der mechanischen Spannung in einem Dickenteil, der dem mehrfachen Durchmesser des Mikrokanals entspricht und sich in einem Abstand von der Ausgangsfläche der Mikrokanalplatte befindet,

   509833/0 99 9

   K?.7^512,

   30.1.75. - 30 -

   der gleich, dem mehrfachen Durchmesser der Mikrokanäle ist, dass die Temperatur derart ist, dass sich das Glas in einem Zustand zwischen Viskosität und Elastizität befindet, und dass in jedem beliebigen Dickenteil die Temperatur derart ist, dass sich der Zustand des Glases völlig vom viskosen Zustand unterscheidet.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in diesem Anspruch angedeutete" Phase von •einer anderen Phase vorangegangen wird, in der eine mechanische Spannung in entgegengesetztem Sinne ausgeübt wird, während im Inneren der Mikrokanalplatte die Temperatur ab der obersten Ausglühtemperatur des Glases auf dem Niveau der Ausgangsfläche der Mikrokanalplatte zu einer Temperatur entsprechend einem Zustand des Glases zwischen Elastizität und Viskosität in Höhe der Ausgangsfläche ununterbrochen schwankt.

   4. Anordnung mit Kanalverstärker mit mindestens einem Kanal mit Sekundäremission nach der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass diese Anordnung Mittel zuoi Erzeugen von Elektronen und zum Richten der Elektronen

   auf den Kanaleingang enthält, und dass eine Kanal aus gangs seite neben der herkömmlichen Metallisierung mit mindestens einer Steuerelektrode und Mitteln zu© Umschalten des Potentials dieser Elektrode zwischen Werten, gleich diesen der Metallisierung und Werten, die mit dem

   509833/0999

   2.

   30.1.75.

   erwähnten Metallisierungspotential nur um ungefähr wenige 10 V verschieden sind, versehen ist. 5, Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Steuerelektroden vorgesehen sind, die je durch parallele und.voneinander isolierte Streifen gebildet werden, wobei die Richtung der Streifen einer der Elektroden senkrecht auf der Richtung der Streifen der anderen Elektroden steht, und dass die erwähnte Anordnung Mittel zum Umschalten des Potentials dieser Elektroden zwischen derartigen ¥erten enthält, dass in einer bestimmten Richtung eines der Bänder ein Potential führt, das gleich oder ungefähr gleich jenem der Metallisierung am Ausgang ist, wobei die Potentiale der anderen Streifen um wenige 10 V kleiner sind als das erwähnte Ausgangspotential, und in der anderen Richtung ab einem um wenige 10 V niedrigere Potential als das Potential der Ausgangsmetallisierung die Streifen je nacheinander auf· das Potential dieser Metallisierung einstellbar ist, · . .

   6· Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen von Eingangselektronen durch ein elektromagnetisches Strahlungsbündel oder ein Teiichenbündel gebildet werden, die in einer ■Umkehrstufe in Elektronen umgewandelt werden, die in unmittelbarer Nähe des Eiiigangs der Mikrokanalplatte angeordnet ist,

   509833/0999 ·

   PHF.7^51 2, 30.1.75.

   7· Anordnung vom Typ Helligkeitsverstärker oder Bildverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Strahl oder der Teilchenstrahl Bildinformation enthält.

   8. Anordnung nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsbündel ein RöntgenstrahlungsbUndel ist und dass die Umkehrstufe durch eine Platte aus Gadolinium oder aus einem anderen geeigneten Material gebildet wird.

   9c Anordnung nach Anspruch 8, dadurch' gekennzeichnet, dass der die Elektronen bildende Strahl ein elektromagnetisches Strahlungsbündel und die Umkehrstufe eine Phoi?okathode ist.

   10,. Anordnung nach den Ansprüchen 5 und 6 vom Typ der Fernsehaufnahmekamera, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren eines Vakuumraumes, der mit mindestens einem Fenster versehen ist, das den Bildinformation übertragenden Strahl passiern lässt, die erwähnte Anordnung in nachstehender Reihenfolge und vom erwähnten Fenster an folgende Elemente enthält:

   - eine Photoleitschicht, die fensterseitig mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist, die lichtdurchlässig und mit einem der Enden eines elektrischen Widerstandes verbunden ist,

   509833/0999

   30.1.75.

   - ein Gitter,

   - eine Mikrokanalplatte mit den erforderlichen Eingangsund Ausgangsmetallisierungen mit Doppelst euer elelctr ode in Form paralleler Streifen, von denen die einen vertikal und die anderen horizontal sind, wobei sich der Ausgang der erwähnten Mikrokanalplatte an der Gitterseite befindet, '

   - Mittel zum Liefern der Elektronen an die Eingangsfläche der Mikrokanalplatte, und

   - Mittel zur BiXdung der erforderlichen elektrischen Potentiale an die verschiedenen Elemente und Elektroden auf eine derartige Weise, dass das Potential des . Gitters um wenige zehn Volt höher ist als das der Ausgangsmetallisierung der Mikrokanalplatte, wobei das freie Ende des mit der leitenden Verkleidungsschicht der Photoleitschicht in Reihe geschalteten Widerstandes ein Potential hat, .das um ungefähr 50 V höher ist als das der erwähnten Metallisierung.

   11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch,gekennzeichnet, dass der erwähnte Vakuumraum ein zweites Fenster enthält und die Elektronen mit Hilfe einer Photokathode, an den Eingang der Mikrokanalplatte geliefert werden, welche Photokathode dem Einfluss eines Lichtstrahles ausgesetzt ist, der durch das erwähnte Fenster, geht»

   509833/0999