DE2547222A1

DE2547222A1 - Verfahren zum herstellen einer multialkaliphotokathode

Info

Publication number: DE2547222A1
Application number: DE19752547222
Authority: DE
Inventors: Juergen Pohl
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-10-22
Filing date: 1975-10-22
Publication date: 1977-04-28

Description

"Verfahren zum Herstellen einer Multi-
alkaliphotokathode" Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Multialkaliphotokathode bei dem ein Kathodenträger im Vakuum mit den Dämpfen der Kathodenmaterialien ggf.
in wiederholten Schritten bedampft und diese Schicht bei erhöhten Temperaturen formiert wird. Mhltialkaliphotokathoden sind als S 20-oder aber als S 25-Photokathoden bekannt. Solche Kathodenschichten enthalten Natrium, Kalium, Caesium und Antimon. ihre Herstellung erfolgt bekanntermaßen dadurch, daß man auf den Photokathodenträger nacheinander die Materialien z. Teil in Gemischen aus der Dampfphase niederschlägt, wobei der Dampf vorwiegend in die entsprechende Röhre so eingeleitet wird, daß er sich auf der Photokathodenfläche niedeschl$$.Bei der Herstellung werden einzelne Aufdampfverfahren ggf. mehrfach wiederholt und bei gleichzeitiger Messung der Empfindlichkeit der Kathode ggf.
Temperaturbehandlungen angewendet (formieren).
Es ist bekannt, daß es sehr schwierig ist, solche Multialkalikathoden mit hoher Empfindlichkeit herzustellen, Man ging bislang immer davon aus, daß es von besonderer Wichtigkeit ist, daß die zu verdampfenden Grundsubstanzen sehr gut entgast sind, bevor sie zum Aufdampfen der Photokathodenschicht verwendet werden. Dieses Entgasen bei erhöhtem Temperaturbedarf einer verhältnismäßig langen Zeit, etwa zwischen 1/2 und 1 1/2 Std. die Herstellungszeit für eine solche Photokathode wurde dadurch nicht unwesentlich durch diese Vorentgasung der Grundmaterialien beeinflußt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine Verkürzung der Gesamtherstellungszeit von Photokathoden erlaubt und das zur Herstellung von Photokathoden erhöhter Empfindlichkeit geeignet ist.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß eine bezüglich der Materialien vollständige erste l'hotokathodenschicht aufgedampft wird, daß dann im Vakuum eine Ausheizung dieser ersten Photokathodenschicht bei Temperaturen zwischen 3500 C und 5000 C, insbesondere 4000 C bis 450 C, vorgenommen wird, und daß dann nach erfolgter Reduzierung der Temperaturen erneut eine vollständige Photokathodenschicht aufgebracht und diese auf die gewünscht Empfindlichkeitswerte formiert wird.
Ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß ein Zeitraum der Vorentgasung der Verdampfungsmaterialien nahezu vollständig entfallen kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung hat sich darin gezeigt, daß die durchschnittliche Empfindlichkeit der erfindungsgemäß hergestellten Photokathoden um etwa 15 bis 30 % gesteigert werden konnte.
Anhand des nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispieles wird das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben.
Eine zur Herstellung der Photokathode bereits fertig aufgebaute Bildverstärkerröhre wird zunächst einem üb.ichen Ausheizverfahren unterworfen, bei welchem eine Entgasung des Röhreninneren sowie der Elektroden bewirkt wird. Dabei wird die Röhre ausgepumpt, wobei sie bereits mit den einzelnen Verdampferkapseln, die der Verdampfung der einzelnen Kathodenmaterialien dienen, bevorzugt über Rohrverbindungen verbunden ist. Sofort nach Erreichen des -8 -7 gewünschten Vakuums von etwa 10 bis 10 7 Torr wird mit dem Eindestil eren der Kathodenmaterialien begonnen, ohne daß die einzelnen Materialien einem langwierigen Vorentgasungsprozeß unim allgemeinen terworfen wurden. Das Aufbringen geschieht/bevorzugt in der Weise, daß zuerst Kalium zusammen mit Antimon aufgedampft werden, daß dann Natrium aufgedampft wird, daß dann nochmals Kalium zusammen mit Antimon aufgedampft wird, wobei sich diese beiden zuletzt genannten Aufdampfvorgänge ggf. mehrmals wiederholen können und daß dann Caesium zusammen mit Antimon aufgedampft wird. Ggf. kann sich der letzte Verfahrensschritt mehrfach wiederholen in Abwechslung mit den vorhergehenden. Es ist nun nicht erforderlich, daß diese aufgebrachte erste vollständige Photokathodenschicht auf optimale Empfindlichkeit formiert wird, sondern es genügt, eine ganz grobe Annäherung der Formierung. Nunmehr wird die Röhre zusammen mit dem Photokathodenträger und der darauf befindlichen Photokathodenschicht ein Hoch-Temperaturbehandlung unterworfen, und zwar bei Vakuum und Temperaturen von etwa 3500 bis 500 C, bevorzugt 4000 C bis 4500 C, insbesondere etwa 4300 C. Diese Hoch-Temperaturbehandlung wird etwa 5 bis 50 Min., vorzugsweise 10 bis 40 Min., insbesondere 20 bis 30 Min. durchgeführt. Bei diesem Ausheizungsprozeß steigt der Gasdruck in der Röhre an, so daß das Vakuum auf etwa 40 bis 60 % des ursprünglichen Druckes abfällt, d. h. auf etwa 10 bis 10 3 Torr . Durch diesen Ausheizungsprozeß bleibt offensichtlich ein Teil der bereits aufgebrachten Mhltialkalischicht zurück. Schädliche Gase, die bei dem Reduzieren der Alkaligemische entstehen und auch in der ersten aufgebrachten Multialkalischicht enthalten sind, werden offenbar bei diesem Ausheizungsprozeß aus dieser Schicht wieder entfernt, so daß die nach dem Ausheizungsprozeß zurückbleibende Grundschicht eine sehr gut geeignete Unterlage für eine weitere M5ltialkaliphotokathodenschicht bildet.
Eine sorgfältige und zeitraubende vorherige Entgasung der zu verdampfenden Materialien sowie der zugehörigen Behälter und der elektrischen Zuleitungen vor dem Herstellen der ersten EiiltialkalischjcM wird durch das beschriebene Verfahren überflüssig. Nach dem Ausheizvorgang wird nun der Kathodenträger und die Röhre wieder abgekühlt und, nachdem das Vakuum wieder auf einen Druck von etwa 10-8 bis 10 5 Torr gebracht worden ist, erneut eine vollständige Photokathodenschicht in einer bekannten Weise durch mehrmaliges Aufdampfen der Grundstoffe allein oder in Gemischen aufgedampft und ebenso in bekannter Weise die Formierung der Photokathodenschicht auf optimale Empfindlichkeit vorgenommen. Es zeigt sich, daß die bei dem Formieren erzielbaren Empfindlichkeitswerte im Durchschnitt um etwa 20 bis 30 % höher liegen als bei einem Verfahren, bei dem die beschriebene Zwischenausheizung nicht angewendet wurde.
Bei der Herstellung der Photokathodenschicht wurde bereits darauf hingewiesen, daß das Aufdampfen der einzelnen >laterialien z. Teil in Gemischen erfolgt. Dabei wurde besonders Kalium und Caesium jeweils zusammen mit Antimon aufgedampft. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß auch das Alkalimetall Natrium zusammen mit Antimon aufgedampft wird. Es hat sich gezeigt, daß sich insbesondere bei Anwendung des zuvor beschriebenen Ausheizungsverfahrens eine wesentliche Anhebung der spektralen Empfindlichkeit der Photokathode im Wellenbereich von 700 bis 930 nm erreichen läßt, wenn man gleichzeitig mit dem Schritt des Aufdampfens des Natriums auch eine entsprechende Menge Antimon mit aufdampft.
Durch laufende Messungen bei den einzelnen Aufdampfvorgängen wird durch entsprechende Temperaturbehandlung und Dauer des Aufdampfvorganges eine erhöhte Empfindlichkeit erreicht, wobei es allgemein üblich ist, daß Caesium zusammen mit Antimon letzten Aufdampfschritt aufzubringen. Ein besonders zweckmäßiges Kriterium dafür, daß die bereits aufgedampfte Grundschicht der Photokathodenschicht in ihrer Zusammensetzung eine maximale Empfindlichkeit besitzt, dient das Verhalten des Photostromes während des Eindampfens des Caesium.
Wenn nunmehr die Caesiumphotoempfindlichkeit die Empfindlichkeit des zuvor aufgedampften Kaliummaximums um 20 bis 100 % übersteigt, so ist dies ein Zeichen dafür, daß die bereits aufgebrachte Grundschicht gesättigt und als abgeschlossen zu betrachten ist.
Durch die beschriebene Weiterbildung der Erfindung konnte eine Erhöhung der integralen Empfindlichkeit der Photokathodenschicht zwischen 20 und 30 % erzielt werden.
Das beschriebene Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Multialkaliphotokathoden für Bildverstärkerröhren.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Herstellen einer Multialkaliphotokathode, bei dem ein Kathodenträger im Vakuum mit den Dämpfen der Kathodenmaterialien ggf. in wiederholten Schritten bedampft und diese Schicht bei erhöhten Temperaturen formiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine bezüglich der Materialien vollständige erste Photokathodenschicht aufgedampft wird, daß dann im Vakuum eine Ausheizung dieser ersten Photokathodenschicht bei Temperaturen zwischen 3500 C und 5000 C, insbesondere 4000 C bis 4500 C, vorgenommen wird, und daß dann nach erfolgter Reduzierung der Temperatur erneut eine vollständige Photokathodenschicht aufgebracht und diese auf die gewünschten Empfindlichkeitswerte formiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch die Herstellung einer Kalium-Natrium-Caesium-Antimon-Photokathode, insbesonderte zur Verwendung in Bildverstärkerröhren.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufdampfung der Kathodenmatertalien in einem Vakuum von etwa 10 bis i0 7 Torr erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausheizen solange vorgenommen wird, bis infolge der dabei auftretenden DampfbiLdungen sich das Vakuum um etwa 40 % bis 60 % vermindert hat.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausheizvorgang über eine Zeit von 35 bis 50 Min., vorzugsweise 10 bis 40 Min,, insbesondere 20 bis 30 Min., vorgenommen wird.
6, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufdampfen der Photokathodenmaterialien in an sich bekannter Weise in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten und in unterschiedlichen Gemischkombinationen erfolgt.
7. Verfahren nach einam der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Photokathodenschicht vor Durchführung des Ausheizvqrganges nur in grober Annäherung formiert wird,
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Ausheizvorgang aufgebrachte Photokathodenschicht auf optimale Empfindlichkeitswerte formiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Formieren zumindest zeitweise Temperaturen von 1800 C bis 2800 C, insbesondere Temperaturen zwischen 2100 C und 2500 C angewendet werden.
10. Verfahren nach eine er Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest beim Aufbringen der ersten Photokathodenschicht die Metalle Kalium, Cäsium und Natrium jeweils zusammen mit Antimon aufgedampft werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest beim Aufbringen der an den Ausheizvorgang anschließend aufgebrachten Photokathodenschicht die Metalle Kalium, Caesium und Natrium jeweils zusammen mit Antimon aufgedampft werden.