DE2518448A1

DE2518448A1 - Abtastvorrichtung fuer einen strahl aus geladenen teilchen

Info

Publication number: DE2518448A1
Application number: DE19752518448
Authority: DE
Inventors: John Edward Gunther; Warner Curtis Scott
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1974-04-25
Filing date: 1975-04-25
Publication date: 1975-11-13
Also published as: FR2269194B1; FR2269194A1; JPS5120673A

Description

TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway
Dallas, Texas, V.St.A.

Abtastvorrichtung für einen Strahl aus geladenen Teilchen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abtastvorrichtung für einen Strahl aus geladenen Teilchen und insbesondere auf eine solche Vorrichtung, die abhängig von einem digitalen Steuersignal arbeitet.

Eine Abtastvorrichtung für einen Strahl aus geladenen Teilchen ist in der US-PS 3 803 443 beschrieben. Bei einer derartigen Vorrichtung sind mehrere Steuerplatten sandwichartig übereinander geschichtet zwischen einer Katode und einer Targetplatte zur Steuerung des Stroms geladener Teilchen, beispielsweise Elektronen und Ionen, zwischen der Katode und der Targetplatte eingefügt. In jeder Steuerplatte sind mehrere Löcher gebildet, die mit entsprechenden Löchern in anderen Steuerplatten in einer Linie verlaufen. Die in einer Linie verlaufenden Löcher bilden Strahlkanäle. Auf den Steuerplatten sind paarweise einander zugeordnete

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leitende Elektroden angebracht, die in einer vorbestimmten codierten fingerartigen Anordnung aufgebracht sind. An die Elektroden der Steuerplatten werden mit Hilfe einer Schaltanordnung in ausgewählter Weise Spannungen angelegt, damit die geladenen Teilchen auf elektrostatische Weise durch die den ausgewählten Elektroden zugeordneten Löcher fokussiert werden, während gleichzeitig der Durchgang der geladenen Teilchen durch die den übrigen Elektroden zugeordneten Löcher unterbunden wird. Auf diese Weise wird durch eine ausgewählte Schaltsteuerung der Steuerplatten erreicht, daß zu einem Zeitpunkt ein oder mehrere Strahlen zu einem oder zu mehreren ausgewählten Abschnitten der Targetplatte gelenkt werden können. In einer weiteren Ausführung einer Elektronenstrahl-Abtastvorrichtung, wie sie in der US-PS 3 4-08 532 beschrieben ist, werden anstelle der elektrostatischen Fokussierung ebene Dynodensteuerplatten verwendet, die sandwichartig zwischen einer ebenen Katode und einer ebenen Targetplatte angeordnet sind. Bei der mit den Dynodensteuerplatten arbeitenden Vorrichtung führen die Dynodensteuerplatten sowohl den Steuervorgang als auch eine Elektronenvervielfachung durch. Auf Grund ihres kompakten Aufbaus, ihrer hohen Linearität und der Fähigkeit, auf wahlweise adressierte digitale Steuersignale anzusprechen, haben solche Abtastvorrichtungen, wie sie beschrieben wurden, bestimmte Vorteile,gegenüber herkömmlichen, mit Katodenstrahlröhren arbeitenden Abtastvorrichtungen.

Solche Abtastvorrichtungen für Strahlen aus geladenen Teilchen erforderten bisher einen großen Spannungshub an den steuerplatten. Die Spannungen an den Steuerplatten, die auch als Schaltplatten bezeichnet werden können, mußten auf einem hohen Potential liegen (typischerweise 75 bis 100 V über dem Potential der Katode). Diese hohen Potentiale waren

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aus mehreren Gründen erforderlich.Bisherige Katodenausführungen, wie sie in der US-PS 3 769 540 beschrieben sind, erforderten einen hohen Strom, damit die Katode Elektronen mit guter Gleichmässigkeit an der ersten Steuerplatte emittiert. Es muß auch eine ausreichende Stromdichte der Elektronen vorhanden sein, damit eine helle Anzeige auf dem Leuchtschirm ermöglicht wird. Dies erfordert eine beträchtlich hohe Spannung zwischen der Katode und der ersten Steuerplatte, damit sowohl die Gleichmäßigkeit und eine ausreichend helle Anzeige erzielt wurden. Wenn der Stromfluß von der Flächenkatode an der ersten Steuerplatte des Steuerplattenstapels ankommt, erfolgt eine Dämpfung der Elektronen auf Grund des geometrischen Abschirmeffekts auf den Steuerplatten. Die auf die Löcher treffenden Elektronen durchlaufen die Löcher, während die Elektronen, die auf die Fläche der Steuerplatte zwischen den Löchern treffen, die Löcher nicht durchlaufen. Bei bisherigen Ausführungen von Abtastvorrichtungen für Strahlen aus geladenen Teilchen ist versucht worden, das Dämpfungsproblem dadurch zu beseitigen, daß an die zweite Steuerplatte ein wesentlich höheres Potential angelegt wurde, wenn der Durchlaßzustand erwünscht war. Dieses sehr hohe Potential der zweiten Steuerplatte erzeugt sich vor der ersten Steuerplatte ausbeulende Äquipotentiallinien, die eine positive elektrostatische Linse bilden. Elektronen, die sonst auf den Umfang der Löcher der ersten Schaltungsplatte aufgetroffen wären, werden auf diese Weise eingefangen und in und durch die Löcher geführt, so daß sie nicht verlorengehen, wenn sie auf den Rand der Löcher treffen. Die Schwierigkeit, die sich aus dem Anlegen eines hohen Potentials ergibt, besteht darin, daß den Elektronen eine so hohe kinetische Energie verliehen wird, daß zu ihrer Sperrung ein sehr hoher Spannungshub erforderlich ist. Wenn ein Elektronenstrahl

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eines der Löcher in dem Steuerplattenstapel mit einer kinetischen Energie mit großem eV-Wert durchläuft, dann ist eine Energieerniedrigung um wenigstens den gleichen eV-Wert erforderlich, damit der Elektronenstrom anschliessend gesperrt wird. Zur Erzielung einer ausreichend hellen Anzeige liegt somit zwangsläufig an den Steuerplatten ein hoher Spannungshub vor.

Eine Abtastvorrichtung für einen Strahl aus geladenen Teilchen, die niedrigere Steuerspannungen an den Steuerplatten erfordert, und eine gleichmässige Ladungsdichte der emittierten Elektronen mit einem erniedrigten Katodenenergiebedarf aufweist, ist in der USA-Patentanmeldung SN463 934 vom 25.April 1974 beschrieben.

Mit Hilfe der Erfindung soll eine neue und verbesserte Abtastvorrichtung für einen Strahl aus geladenen Teilchen geschaffen werden.Die mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Abtastvorrichtung soll eine verbesserte Steuerung der Emission aus der Katode aufweisen.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine schematische Ansicht einer Abtastvorrichtung für einen Strahl aus geladenen Teilchen,

Fig.2 eine Schnittansicht des Aufbaus der Ausführungsform von Fig.1,

Fig.3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung von Einzelheiten der Elektronenstrahlkanäle der Ausführungsform der Figuren 1 und 2,

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Fig.4 eine genauere Ansicht der Flächenkatode der dargestellten Ausführungsform,

Fig.5 eine genauere Darstellung der Katodenelektroden, Fig.6 die Steuerschaltung für die Katodenelektroden und

Fig.7 und 8 den Einfluß der an die Segmente der negativen Katodenelektrode angelegten Potentiale auf die Katodenemission.

In den Figuren 2 und 3 sind Schnittansichten dargestellt, die den Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulichen. Es sei bemerkt, daß zur Erläuterung eine 8x8-Anzeige dargestellt ist, doch würde in der Praxis eine wesentlich größere Anzahl von Kanälen zur Erzielung einer Anzeige mit wesentlich höherer Auflösung verwendet werden. Mit Hilfe eines Seitenrahmenteils 11, einer Keramikplatte 12 und einer aus Glas bestehenden Betrachtungsfrontplatte 14 wird ein vakuumdichtes Gehäuse gebildet. Das so gebildete Gehäuse wird evakuiert, damit für die darin enthaltenen Bauteile ein Vakuum erzeugt wird.

in Fig.4 genauer dargestellte Katode 16 wird an gegenüberliegenden Rändern von stangenartigen Gliedern 18 gehalten. Eine aus festem Metall wie einer Nickel-Eisen-Legierung gebildete Eingangspufferplatte 20 ist direkt gegenüber der Katode 16 befestigt. Die Eingangspufferplatte 20 ist mit Hilfe von Isolatorstäben 23 von der Katode 16 getrennt.

In der Stapelanordnung folgen nun Steuerplatten 25 bis 30, die mit Hilfe von Isolatorplatten, die beispielsweise aus Keramikmaterial bestehen können, voneinander isoliert sind. Die Steuerplatte 25 ist von der als Linse wirkenden Eingangspufferplatte 20 durch Isolatorabstandsschienen 35 getrennt.

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¥ie in Fig.2 am besten zu erkennen ist, bestehen die Steuerplatten aus einem dielektrischen Substrat 40, der aus einem Material wie Keramik oder Glas bestehen kann und auf dessen beiden Oberflächen gleiche Elektroden 43 und 44 aus sehr gut leitendem Material wie Gold oder Kupfer abgeschieden sind. Wie in Fig.1 dargestellt ist, sind die Elektroden in vorbestimmten fingerartigen Anordnungen aufgebracht, wobei die Gegenelektroden 43 und 44 jeder Steuerplatte die gleichen Fingeranordnungen aufweisen, die jedoch spiegelbildlich einander gegenüber angebracht sind. Die Elektroden 43 und 44 sind mit Hilfe von Überzügen 46 elektrisch miteinander verbunden, die auf den Wänden der zwischen den beiden Seiten der Platten verlaufenden Öffnungen aufgebracht sind.

Über der Steuerplatte 30 sitzt eine von ihr mit Hilfe der Isolatorplatte 33 getrennte Modulatorplatte 50. Die Modulatorplatte 50 gleicht hinsichtlich ihres allgemeinen Aufbaus den Steuerplatten insofern, als sie auf ihren beiden Oberflächen ebenfalls Elektroden 50a und 50b aus sehr gut leitendem Material wie Gold oder Kupfer aufweist, die mit Hilfe von leitenden Abschnitten 50c miteinander verbunden sind, die auf den Wänden der Öffnungen in der Platte abgeschieden sind; die leitenden Schichten 50a bis 50c sind auf einem dielektrischen Träger 5Od abgeschieden. Die Modulatorplatte 50 unterscheidet sich jedoch von den Steuerplatten dadurch, daß die Elektroden 50a und 50b nicht in einer fingerartigen Anordnung, sondern auf der gesamten Fläche der Platte angebracht sind. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, sind die Löcher in der Modulatorplatte wesentlich länger als in den Steuerplatten; das Verhältnis von Länge zu Durchmesser ist so gewählt,damit sich zur Erleichterung der Handhabung eines Modulationssignals ein weniger abruptes Sperrverhalten ergibt.

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In den verschiedenen , soeben beschriebenen Platten sind mehrere Löcher 60 gebildet, und die entsprechenden Löcher aufeinanderfolgender Platten sind so aufeinander ausgerichtet, daß zwischen der Katode 16 und dem Leuchtstofftarget 15 auf der Platte 14 Elektronenstrahlkanäle entstehen.

Die Eingangspufferplatte 20 und die Modulatorplatte 50 sind für den Grundbetrieb der Vorrichtung nicht wesentlich; ein Elektronenstrahl kann ohne diese besonderen Platten in Abhängigkeit von digitalen Steuersignalen von der Katode zum Target geschickt werden. Jede dieser Platten bietet jedoch eine Sonderfunktion, die für einen bestimmten Anwendungsfall notwendig sein kann.So ermöglicht die Modulatorplatte 50 die Intensitätsmodulation des Strahls, wo dies benötigt wird, während die Eingangspufferplatte für einen erhöhten Eingangsstrom sorgt, der zu einer höheren Intensität der Anzeige beiträgt.

In Fig.1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt. Jede der Steuerplatten 25 bis 30 ist mit zwei Elektroden 25a, 25b bis 30a, 30b versehen, von denen jeweils eine auf einer der Oberflächen sitzt. Die Elektroden auf den entgegengesetzten Oberflächen, die nicht dargestellt sind, sind somit Spiegelbilder der Elektroden, die in Pig.1 gezeigt sind. Die Elektroden bestehen aus sehr gut leitendem Material wie Gold oder Kupfer, und jede Elektrode 25a bis 30a ist elektrisch von ihrer jeweils zugehörigen Elektrode 25b bis 30b isoliert.Wie im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 bereits erläutert wurde, sind die Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen mit Hilfe leitender Überzüge aus dem gleichen Material wie die Elektroden miteinander verbunden,

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die sich auf den Wänden der hindurchführenden Löcher befinden.

Aus einer Steuersignalquelle 70 werden digitale Steuersignale einer Adressierungslogik 71 zugeführt, die jeder der Schaltanordnungen 75 "bis 80 ein geeignetes Steuersignal zuführt. Die Schaltanordnungen 75 bis 80 können elektronische Schaltanordnungen, beispielsweise Flipflops, sein, die die ihnen zugeführten Spannungen abwechselnd an die eine oder die andere der zwei Elektroden, der bestimmten, ihr zugeordneten Steuerplatte abhängig von der Adressierungslogik anlegen können. An die Schaltanordnungen 75 bis 80 werden aus Energiequellen 83 bis 88 Spannungen zur Verwendung bei der Steuerung der Elektroden angelegt. Zwischen die Katode 16 und die Targetplatte 14 wird aus der Spannungsquelle 73 eine Strahlbeschleunigungsspannung angelegt. Die Schaltanordnungen 75 bis 80 empfangen aus den Energiequellen 83 bis 88 erste Spannungen Vp bis V₇, die einen positiven Spannungswert bezüglich Masse haben, und sie empfangen eine zweite Spannung V . die einen negativen Spannungswert bezüglich Masse hat,

Die Schaltanordnungen legen je nach Fall abhängig von der Adressierungslogik 71 abwechselnd die Spannungen Vp bis Vy an eine der zwei zusammengehörigen Elektroden jeder Steuerplatte und die Spannung V_ an die andere der zwei Elektroden. Beispielshalber ist angegeben, daß alle Elektroden, an denen die Spannung V_ anliegt, punktiert sind, während die Elektroden, an denen die Spannungen V£ bis V~ anliegen^ ohne Punktierung dargestellt sind. Unter diesen Umständen durchläuft ein von der Linie 89 angegebener Elektronenstrahl nur einen einzigen von den Plattenlöchern gebildeten Kanal, während der Elektronenstrom durch alle anderen Kanäle auf Grund der Wirkung einer Sperrspannung V_ blockiert ist, die an irgendeiner Stelle in jedem dieser anderen Kanäle erscheint.

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Durch eine ausgewählte Schaltsteuerung der Steuerplatten 25 bis 30 kann der Elektronenstrahl somit so gesteuert werden, daß er zu einem Zeitpunkt einen einzigen Elementarbereich der Targetplatte 14 erregt. Die Steuerung wird mit Hilfe elektrostatischer Fokussierung erzielt, die von den elektronischen Linsen bewirkt wird, die zwischen Elektrodenabschnitten aufeinanderfolgender Platten, an die die Spannungen V^ bis V^ angelegt sind, gebildet werden. Diejenigen Kanäle, die Elektroden mit der angelegten Spannung V^ zugeordnet sind, sind gesperrt, und die Elektronen werden in diesen Kanälen zurückgestoßen und von den Elektroden abgeleitet.

Die Targetplatte 14 wird entsprechend dem Anwendungsfall abgetastet, für den die Röhre bestimmt ist. Die Abtastung wird von den von der Steuersignalquelle 70 zur Adressierungslogik 71 abgegebenen Signalen aufgerufen, die die Steuerplatten 25 bis 30 zur Steuerung des Elektronenstrahls entsprechend der gewünschten Abtastung auswählen.

Beispielsweise kann die Abtastung bei der Anwendung auf dem Gebiet des Fernsehens auf der Targetplatte 14 von links nach rechts und von oben nach unten erfolgen.

Die Elektronenemission aus der Katode wird entsprechend der Abtastung der Targetplatte 14 gesteuert. Diese gesteuerte Emission aus der Katode 16 wird im Zusammenhang mit der Beschreibung der Katode näher erläutert.

Die Eingangsplatte 20, die zur Erhöhung des Stroms verwendet wird, gleicht im allgemeinen im Aufbau den Steuerplatten bis 30 mit der Ausnahme,daß sie aus festem Metall besteht. An die Eingangspufferplatte 20 wird die Spannung V₁ angelegt. Die Modulationsplatte 50 kann zur Intensitätsmodulation des Signals abhängig von einerModulationssignalquelle 90 verwendet

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werden. Die Modulationsplatte 50 gleicht allgemein im Aufbau den Steuerplatten 25 bis 30; sie ist mit gleichen Elektroden auf jeder ihrer beiden Breitseiten versehen, wobei die Oberflächen mit Hilfe von leitenden Überzügen auf den Wänden von Löchern 60 elektrisch verbunden sind. Die Modulationsplatte 50 ist allgemein jedoch wesentlich dicker, so daß sie eine wesentlich längere Apertur als die Steuerplatten hat, damit sich ein weniger abruptes Sperrverhalten zur Ermöglichung von Modulati onsSignalen mit einem brauchbaren Dynamikbereich ergibt.

Es sei bemerkt, daß die hier beschriebene Vorrichtung zwar im Zusammenhang mit der Steuerung eines Elektronenstrahls erörtert worden ist, doch kann sie ebenso vorteilhaft zur Steuerung von Strahlen aus anderen Arten geladener Teilchen, beispielsweise positiven oder negativen Ionen, verwendet werden.

Die Flächenkatode 16 ist in Fig.4 genauer dargestellt. Auf der Rückplatte 69 sind zwei zahnartig ineinandergreifende Elektroden 65 und 66 angebracht. Die Elektrode 67 ist an ein negatives Potential gelegt, und die Elektrode 65 ist an ein positives Potential gelegt. Vor der Flächenkatode 16 sind mehrere Heizdrähte 71 aufgespannt, die sich jeweils vor der Elektrode 67 mit negativem Potential befinden. Die Heizdrähte 71 sind an eine Energiequelle mit Massepotential angeschlossen, damit sie so aufgeheizt werden, daß sie Elektronen aussenden. Die Elektroden 65 und 67 können direkt auf die Rückplatte 69 voneinander isoliert aufgedampft sein.

Wenn die Heizdrlhte aufgeheizt werden, werden Elektronen gegen die Linsenplatte 20 emittiert. Die Elektronen werden mit einer ausreichenden Stromdichte gleichmässig gegen die Linsenplatte emittiert, damit sich eine gute Helligkeit ergibt.

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In Fig.4 sind nur drei Heizdrähte dargestellt. Tatsächlich weist die Flächenkatode mehrere Heizdrähte auf, von denen jeweils einer vor einem Finger der Elektrode 67 sitzt.

Die sich in der Nähe der Heizdrähte 71 bildenden, von den Elektroden 65 und 67 nach vorne und seitlich ausgehenden elektrischen Felder erzeugen eine nach vorne gerichtete und sich verbreiternde Gruppe von Elektronenbahnen, die von den Heizdrähten ausgehen.

Nach hinten gegen die Platte 69 erfolgt nur eine geringfügige oder gar keine Elektronenemission, so daß die für die Flächenkatode benötigte Energie reduziert wird. Die Stromdichte der emittierten Elektronen ist ausreichend gleichmäßig, so daß der Abstand von den Heizdrähten zur Linsenplatte klein sein kann. Dadurch wird die erforderliche Katodenenergie ebenfalls reduziert. An der ersten Steuerplatte 25 ist eine ausreichende nach vorne gerichtete Stromdichte vorhanden, so daß das an die Schaltplatte angelegte Potential im Gegensatz zu bisher bekannten Ausführungen relativ klein sein kann.

Die Flächenkatode 16 ist allgemein eine Flächenquelle von geladenen Teilchen. Die geladenen Teilchen können auch andere Teilchen als Elektronen, beispielsweise positive oder negative Ionen sein. Wenn andere geladene Teilchen als Elektronen emittiert werden, dann sollte anstelle der Heizdrähte eine längliche Quelle dieser Teilchen verwendet werden.

Jeder Finger der Elektrode 67, der an ein negatives Potential angelegt ist, ist in eine Anzahl von Segmenten 81 bis aufgeteilt, die elektrisch voneinander isoliert sind, wie Fig.5 zeigt. Der Heizdraht 71 ist vor der Elektrode 67

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aufgespannt, und er ist mit einer Energiequelle verbunden. Die miteinander verbundenen Segmente 81 bis 82 laufen somit senkrecht zu den Heizdrähten 71. Die entsprechenden Segmente jedes Fingers der Elektrode 67 sind in Serie mit Verbindungen 101 bis 112 geschaltet, die unter den Fingern der Elektrode hindurchlaufen.

Die Verbindungen 101 bis 112 sind aus dem Gehäuse herausgeführt und an die in Fig.6 dargestellte Katodenlogik angeschlossen. Die Verbindungen 101 bis 112 sind an mehrere Pufferverstärker 121 bis 132 angeschlossen, wobei jeweils eine Verbindung 101 bis 112 mit einem Pufferverstärker 121 bis 132 verbunden ist. In Fig.6 sind nur die Pufferverstärker 121 bis 132 dargestellt, wobei die anderen mit Hilfe einer gestrichelten Linie angedeutet sind. Jeder Pufferverstärker 121 bis 132 ist mit einem Freigabeeingang versehen, der mit einer Stufe eines zwölfstufigen Schieberegisters 135 verbunden ist. Das Schieberegister 135 ist mit einem ersten Takteingang 137 und mit einem Serienrahmeneingang 139 versehen. Diese Eingänge 137 und 139 erhalten Signale aus der in Fig.1 dargestellten Steuersignalquelle. Jeder Pufferverstärker 121 bis 132 ist über die Leitung 141 an eine erste negative Spannung Vp₂ und über eine Leitung 142 an eine zweite negative Spannung V_c, angeschlossen,, Die über die Leitungen 141 und 142 zugeführten ersten und zweiten Spannungen sind beide bezüglich der Heizdraht-Bezugsspannung 143 negativ,, Der positiven Katodenelektrode 65 wird über die Leitung 145 die positive Spannung V_c zugeführt.

Die Pufferverstärker 121 bis 132 legen an jedes der Segmente bis 92 der negativen Elektrode 67 normalerweise die negative Spannung V_c^ an. Das Anlegen der negativen Spannung V_n, an ein Segment 101 bis 112 sperrt die Emission von dem. Abschnitt des Heizdrahts 71, wie in Fig.7 dargestellt ist. Das Anlegen der negativen Spannung V_c2 nach Fig.8 bewirkt eine Emission

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aus dem Heizdraht 71·

Wenn das Rahmeneingangssignal in eine Schieberegisterstufe im Schieberegister 135 geschoben wird, wird der entsprechende Pufferverstärker 121 bis 132 freigegeben, damit er die negative Spannung Y„^ anstelle der negativen Spannung Y„-, an das entsprechende Segment 101 bis 112 anlegt, so daß eine Emission des vor diesem Segment befindlichen Heizdrahts71 bewirkt wird. Normalerweise liegt die negative Spannung V_c2 gleichzeitig an zwei oder mehr Segmenten 101 bis 112.

Wenn die Targetplatte vom Elektronenstrahl abgetastet wird, werden beim Betrieb der Katode 16 Abtastsignale an den Eingang 139 des Schieberegisters 135 angelegt. Wenn beispielsweise die Abtastung der Targetplatte 14 von oben nach unten erfolgt, werden die dem Schieberegister 135 zugeführten Abtastsignale zuerst in die den Segmenten 81 und 82 entsprechenden zwei Stufen des Schieberegisters 135 geschoben, so daß an diese Segmente 81 und 82 die negative Spannung V^p angelegt wird, was zur Folge hat, daß die Heizdrähte 71 vor den Segmenten 81 und 82 der Elektrode 67 Elektronen emittiert. Die emittierten Elektronen durchlaufen dann die in ausgewählter Weise geschalteten Steuerplatten 25 bis 30 zur Erregung des ausgewählten Abschnitts der Targetplatte Wenn die Targetplatte 14 von oben aus weiter nach unten abgetastet wird,wird das Abtastsignal durch die Stufen des Schieberegisters 135 nach unten verschoben, so daß die negative Spannung V_C2 an die Segmente angelegt wird, an denen eine Emission erfolgen soll, während eine negative Spannung V„-z an diejenigen Segmente angelegt wird, an denen keine Emission erwünscht ist, wie in den Figuren 7 und 8 dargestellt ist.

Dies ermöglicht die Verwendung einer aus massivem Metall bestehenden Pufferplatte 20, was eine bessere Wärmeübertragungs-

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verbindung zur Umgebung erlaubt. Da die geschalteten Elektroden keinen Strom aufnehmen und eine niedrige Kapazität aufweisen, können auch in MOS-Technik ausgeführte Treiberschaltungen verwendet werden.

Die gewünschten Spannungen Vq₁ , V_c~ und ^vr;3 haben bezogen auf die Heizdrahtbezugsspannung folgende Werte:

V_C1: +6V bis +48V; V_C2: -2V bis -12V; V_C3: -3OV bis -60V.

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Claims

Patentansprüche

Abtastvorrichtung für einen Strahl aus geladenen Teilchen, gekennzeichnet durch eine flächenhafte Quelle für geladene Teilchen zur Erzeugung eines gleichmässigen Stroms aus geladenen Teilchen über einem vorbestimmten Flächenbereich, wobei die flächenhafte Teilchenquelle eine längliche, geladene Teilchen erzeugende Vorrichtung, eine hinter der Teilchenerzeugungsvorrichtung angebrachte erste Elektrode mit negativem Potential, die in mehrere Segmente aufgeteilt ist, und eine mit der ersten Elektrode fingerartig ineinander verzahnte zweite Elektrode mit positivem Potential aufweist, ein flächenhaft ausgebildetes Target, mehrere, mit einer Anzahl von voneinander elektrisch isolierten Elektroden auf wenigstens einer Oberfläche versehene Steuerplatten, die sandwichartig zwischen der Teilchenquelle und dem Target zur Steuerung des Ladungsteilchenflusses zwischen ihnen übereinandergeschichtet sind, wobei die Steuerplatten mehrere Löcher aufweisen, von denen die einander entsprechenden zur Bildung von Strahlkanälen für die geladenen Teilchen in einer Richtung liegen, eine Vorrichtung zum Anlegen von Potentialen an wenigstens eine der Elektroden jeder aufeinanderfolgenden Steuerplatte zur Fokussierung der geladenen Teilchen durch ausgewählte Löcher in den Steuerplatten und eine Vorrichtung zum Anlegen eines Sperrpotentials an die übrigen Elektroden, so daß ein Strahl aus geladenen Teilchen von den Fokussierungspotentialen durch die von den ausgewählten Löchern gebildeten Kanäle fokussiert wird.

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2. Vorrichtung.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Teilchenerzeugungsvorrichtung in der flächenhaften Teilchenquelle eine längliche Heizdrahtanordnung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenhafte Teilchenquelle eine ebene Schale aufweist, auf der erste und zweite fingerartig ineinander verzahnte Elektroden angebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch: gekennzeichnet, daß die Heizdrahtanordnung der flächenhaften Teilchenquelle mehrere Heizdrähte enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine an die Heizdrahtanordnung angeschlossene Energiequelle zur Erzeugung von Elektronen aus der Teilchenquelle.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in einer binär codierten fingerartigen Anordnung aufgebracht sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

• daß jeder Finger der ersten Elektrode in mehrere voneinander isolierte Segmente aufgeteilt ist, und daß Verbindungseinrichtungen zum Verbinden entsprechender Segmente jedes Fingers senkrecht zu den Heizdrähten vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Anordnung, die an die verbundenen Segmente der ersten Elektrode ein erstes negatives Potential zum Sperren der Emission aus dem vor dem Segment mit dem angelegten

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ersten negativen Potential liegenden Abschnitt des Heizdrahts anliegt, und die an die verbundenen Segmente in ausgewählter Weise ein zweites negatives Potential zur Auslösung der Emission aus dem vor dem Segment mit dem angelegten zweiten negativen Potential liegenden Abschnitt des Heizdrahts
anlegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste negative Potential negativer als das zweite negative Potential ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9ι gekennzeichnet durch eine
Anordnung, die an das angeschlossene Segment der ersten Elektrode in ausgewählter Weise das zweite negative
Potential anlegt, damit die "flächenhafte Teilchenquelle in ausgewählter Weise Elektronen emittiert.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerplatten aus einem dielektrischen Träger bestehen, auf dem die Elektroden aufgebracht sind.

12. Elektronen-Strahl-Abtastvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Elektronenerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines gleichmässigen Elektronenstroms auf einem vorbestimmten Flächenbereich, wobei die Elektronenerzeugungsvorrichtung eine ebene Schale, eine ein negatives Potential aufweisende, in mehrere Segmente aufgeteilte erste Elektrode auf der ebenen Schale, mehrere längliche Heizdrähte vor der ersten Elektrode zur Erzeugung von Elektronen und eine zweite, ein positives Potential aufweisende, mit der ersten Elektrode fingerartig ineinander verzahnte zweite Elektrode auf der ebenen Schale enthält,ein flächenhaftes Target, mehrere mit einer Anzahl von voneinander elektrisch isolierten
Elektroden auf wenigstens einer Oberfläche versehene

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Steuerplatten, die sandwichartig zwischen der Teilchenquelle und dem Target zur Steuerung des Elektronenflusses zwischen ihnen übereinandergeschichtet sind, wobei die Steuerplatten mehrere Löcher aufweisen, von denen die einander entsprechenden zur Bildung von Elektronenstrahlkanälen in einer Richtung liegen, eine Vorrichtung zum Anlegen von Potentialen an wenigstens eine der Elektroden jeder aufeinanderfolgenden Steuerplatte zur Fokussierung der Elektronen durch ausgewählte Löcher in den Steuerplatten und eine Vorrichtung zum Anlegen eines Süerrpotentials an die übrigen Elektroden der Steuerplatten, so daß ein Elektronenstrahl von den Fokussierungspotentialen durch die von den ausgewählten Löchern gebildeten Kanäle fokussiert wird.

13· Elektronenstrahl-Abtastvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Elektronenerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines gleichmässigen Elektronenstroms auf einem vorbestimmten Flächenbereich, wobei die ELektronenerzeugungsvorrichtung eine ebene Platte, eine erste, in Form mehrerer länglicher paralleler Finger ausgebildete und in mehrere Segmente unterteilte Elektrode auf der ebenen Platte, eine zweite Elektrode auf der ebenen Platte, die von der ersten Elektrode isoliert ist und in Form mehrerer paralleler, mit der ersten Elektrode ineinander verzahnter Finger ausgebildet ist, und mehrere längliche Heizdrähte zur Erzeugung von Elektronen vor jedem Finger der ersten Elektrode aufweist, eine Vorrichtung zum Anlegen eines negativen .Potentials an jeden Finger der ersten Elektrode und eines positiven Potentials an jeden Finger der zweiten Elektrode, ein flächenhaftes Target, mehrere mit einer Anzahl von voneinander elektrisch isolierten Elektroden auf wenigstens einer Oberfläche versehene Steuerplatten, die sandwichartig zwischen der Quelle und

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dem Target zur Steuerung des Elektronenstroms zwischen ihnen übereinandergeschichtet sind, wobei die Steuerplatten mehrere Löcher aufweisen, von denen die einander entsprechenden zur Bildung von Elektronenstrahlkanalen in einer Richtung liegen, eine Vorrichtung zum Anlegen von Potentialen an wenigstens eine der Elektroden jeder aufeinanderfolgenden Steuerplatte zur Fokussierung der Elektronen durch ausgewählte Löcher in den Steuerplatten und eine Vorrichtung zum Anlegen eines Sperrpotentials an die übrigen Elektroden der Steuerplatten, so daß ein Elektronenstrahl von den Fokussierungspotentialen durch sie von den ausgewählten Löchern gebildeten Kanäle'fokussiert wird.

14. Abtastvorrichtung für einen Strahl aus geladenen Teilchen, gekennzeichnet durch eine flächenhafte Quelle für geladene Teilchen zur Erzeugung eines gleichmässigen Stroms aus geladenen Teilchen über einem vorbestimmten Flächenbereich, wobei die flächenhafte Teilchenquelle eine längliche, geladene Teilchen erzeugende Vorrichtung, eine hinter der Teilchenerzeugungsvorrichtung angebrachte erste Elektrode mit negativem Potential und eine mit der ersten Elektrode fingerartig ineinander verzahnte zweite Elektrode mit positivem Potential aufweist, ein flächenhaft ausgebildetes Target, mehrere, mit einer Anzahl von voneinander elektrisch isolierten

Elektroden auf wenigstens einer Oberfläche versehene Steuerplatten, die sandwichartig zwischen der Teilchenquelle und dem Target zur Steuerung des Ladungsteilchenflusses zwischen ihnen übereinandergeschichtet sind, wobei die Steuerplatten mehrere Löcher aufweisen, von denen die einander entsprechenden zur Bildung von Strahlkanälen für die geladenen Teilchen in einer Richtung liegen, eine Vorrichtung zum Anlegen von Potentialen an wenigstens

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eine der Elektroden jeder aufeinanderfolgenden Steuerplatte zur Fokussierung der geladenen Teilchen durch ausgewählte Löcher in den Steuerplatten und eine Vorrichtung zum Anlegen eines Sperrpotentials an die übrigen Elektroden, so daß ein Strahl aus geladenen Teilchen von den Fokussierungspotentialen durch die von den ausgewählten Löchern gebildeten Kanäle fokussiert wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Teilchenerzeugungsvorrichtung in der flächenhaften Teilchenquelle eine längliche Heizdrahtanordnung ist.

16·.. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenhafte Teilchenquelle eine ebene Schale aufweist, auf der erste und zweite fingerartig ineinander verzahnte Elektroden angebracht sind.

17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizdrahtanordnung der flächenhaften Teilchenquelle mehrere Heizdrähte enthält.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine an die Heizdrahtanordnung angeschlossene Energiequelle zur Erzeugung von Elektronen aus der Teilchenquelle.

19. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß die Elektroden in einer binär codierten fingerartigen Anordnung aufgebracht sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 14,dadurch gekennzeichnet, daß' die Steuerplatten aus einem dielektrischen Träger bestehen, auf dem die Elektroden aufgebracht sind.

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.Elektronenstrahl-Abtastvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Elektronenerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines gleichmässigen Elektronenstroms auf einem vorbestimmten Flächenbereich, wobei die Elektronenerzeugungsvorrichtung eine ebene Schale, eine ein negatives Potential aufweisende erste Elektrode auf der ebenen Schale, mehrere längliche Heizdrähte vor der ersten Elektrode zur Erzeugung von Elektronen und eine zweite, ein positives Potential aufweisende, mit der ersten Elektrode fingerartig ineinander verzahnte zweite Elektrode auf der ebenen Schale enthält, ein flächenhaftes Target, mehrere mit einer Anzahl von voneinander elektrisch isolierten Elektroden auf wenigstens einer Oberfläche versehene Steuerplatten, die sandwichartig zwischen der Teilchenquelle und dem Target zur Steuerung des Elektronenflusses zwischen ihnen übereinandergeschichtet sind, wobei die Steuerplatten mehrere Löcher aufweisen, von denen die einander entsprechenden zur Bildung von Elektronenstrahlkanälen in einer Richtung liegen, eine Vorrichtung zum Anlegen von Potentialen an wenigstens eine der Elektroden jeder aufeinanderfolgenden Steuerplatte zur Fokussierung der Elektronen durch ausgewählte Löcher in den Steuerplatten und eine Vorrichtung zum Anlegen eines Sperrpotentials an die übrigen Elektroden der Steuerplatten, so daß ein Elektronenstrahl von den Fokussierungspotentialen durch die von den ausgewählten Löchern gebildeten Kanäle fokussiert wird.

22.Elektronenstrahl-Abtastvorrichtung gekennzeichnet durch eine Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines gleichmässigen Elektronenstroms auf einem vorbestimmten Flächenbereich, wobei die Elektronenerzeugungsvorrichtung eine ebene Platte, eine erste, in Form mehrerer länglicher paralleler Finger ausgebildete Elektrode auf der ebenen Platte, eine zweite Elektrode auf der ebenen Platte, die von der ersten

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Elektrode isoliert ist und in Form mehrerer paralleler, mit der ersten Elektrode ineinander verzahnter Finger ausgebildet ist und mehrere längliche Heizdrähte zur Erzeugung von Elektronen vor jedem Finger der ersten Elektrode aufweist, eine Vorrichtung zum Anlegen eines negativen Potentials an jeden Finger der ersten Elektrode und eines positiven Potentials an jeden Finger der zweiten Elektrode, ein flächenhaftes Target, mehrere mit einer Anzahl von voneinander elektrisch, isolierten Elektroden auf wenigstens einer Oberfläche versehene Steuerplatten, die sandwichartig zwischen der Teilchenquelle und dem Target zur Steuerung des Elektronenflusses zwischen ihnen übereinander ge schichtet sind, wobei die Steuerplatten mehrere Löcher aufweisen, von denen die einander entsprechenden zur Bildung von Elektronenstrahlkanälen in einer Richtung liegen, eine Vorrichtung zum Anlegen von Potentialen an wenigstens eine der Elektroden jeder aufeinanderfolgenden Steuerplatte zur Fokussierung der Elektronen durch ausgewählte Löcher in den Steuerplatten und eine Vorrichtung zum Anlegen eines Sperrpotentials an die übrigen Elektroden der Steuerplatten, so daß ein Elektronenstrahl von den Fokussierungspotentialen durch die von den ausgewählten Löchern gebildeten Kanäle fokussiert wird.

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