DE2548221C3 - Photokatode und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pholokatode nach dem Oberbegriff des Anspruchs I sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Bei einer bekannten derartigen Photokatode nach DE-AS 12 70 702, besonders nach Fig.5 sind die Vertiefungen in dem transparenten Substrat mit parallelen Seitenwänden ausgestattet, und die Vertiefungen sind nicht nur auf der Bodenfläche, sondern längs der gesamten Seitenwandbereiehe mit Phetokatodenmaterial bedeckt. Dadurch wird eine hohe Ausbeute von freien Elektronen beim Auftreffen von Licht erreicht.

Bei der Verwendung einer derartigen Photokatode in einer Fernsehkameraröhre tritt bei Aufnahme einer sonst lichtschwachen Szene mit einzelnen Glanzlichtstcllen, beispielsweise einer dunklen Straßenszene mit hellen Straßenlampen oder Fahrzeugscheinwerfern, eine Verbreiterung dieser Hellstellen dadurch auf, daß an diesen Stellen eine besonders hohe Anzahl von freien Elektronen erzeugt wird. Bei der Abtastung der Photokatode scheinen auch benachbarte Bildpunkte durch die in dem betreffenden Gebiet vorhandene große Dichte von freien Elektronen sehr hell. Es tritt eine Bildspreizung oder »Oberstrahlung« (blooming) auf, die den Eindruck des Bildes verschlechtert und darüberhinaus den Wirkungsgrad der Kamertiöhre beeinträchtigen kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Photokatode der genannten Gattung zu schaffen, bei der diese Bildpunkt-Verbreiterung weitestgehend vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden

Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst Die von Photokatodenmaterial freien Bereiche der Seitenwände der Vertiefungen begrenzen den StromflM.ß von der auf der Hauptoberfläche der Photokatode angebrachten Elektrode zu dem Photokatodenmaterial derart, daß bei hohem örtlichen Lichteinfall nur eine begrenzte Anzahl der freigesetzten Elektronen aus dem Photokatodenmaterial austreten und entweichen kann. Die positive Aufladung des Photokatodenmaterials kann über den hohen Zwischenwiderstand nicht beseitigt werden; es baut sich ein positives Potential auf, das weniger energiereJche freie Elektronen wieder zu dem Photokatodenmaterial zurückzieht. Der Emissionsstrom für einen bestimmten, einer Vertiefung entsprechenden Bereich der Photokatocle erreicht also rasch

jo einen Sättigungswert, wenn dieser Bereich einem großen Leichteinfall ausgesetzt wird. Unterhalb des Sättigungswertes besteht eine Proportionalität zwischen Elektronenemission und dem tatsächlichen Wert der einfallenden Strahlung.

Das Freihalten der Wände, der Vertiefungen von Katodenmaterial kann durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 oder die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 enthaltenen Merkmale auf besonders vorteilhafte Weise erreicht werden.

Vorteilhafterweise läßt sich eine Photokatode nach einem der Ansprüche 1 und 2 durch ein Verfahren nach dem Anspruch 5 herstellen. Das Ätzmittel bewirkt ein Unterschneiden bzw. Unterätzen der Wände der Vertiefungen und bei dem anschließenden Ablagern des Photokatodenmaterials in den Vertiefungen wird zwar auf dem Boden einer jeden Vertiefung eine Schicht ausgebildet, aber die unterätzten Bereiche der Vertiefungswände werden von dem Photokatodenmaterial nicht erreicht und auf diese Weise der hohe elektrische

Übergangswiderstand ausgebildet.

Alternativ dazu kann das Substrat nach den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 ausgebildet sein; auf diese Weise läßt sich eine Maschen- oder Gittermaske durch Bestrahlen des Substrats mit Hilfe der Lichtleitfasern bei entsprechender Stärke der aufgebrachten Elektrodenschicht besonders einfach und vorteilhaft herstellen. Die dabei entstehende Überdeckung oder der dabei entstehende Überhang des Elektrodenmaterials bewirkt, daß wenig-

M) stens ein Teil der Seitenwände der Glasummantelungen frei von Photokatodenmaterial bleibt. Auf diese Weise kann der hohe Zuleitungswiderstand ebenfalls erzeugt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh-

rungsbcispielen und der Zeichnung naher erläutert; in der Zeichnung zeigt

Fig. I einen Schnitt durch eine Ausführung der Photokatode,

Fig,2 eine Draufsicht auf die Photokatode nach Fig. 1,

Fig.3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführung der Photokatode.

Die Photokatode nach Fig. 1 und 2 weist ein transparentes Glassubstrat 1 auf, das mit einer regelmäßigen Anordnung von Vertiefungen 2 versehen ist, die sich von der Hauptoberfläche 3 des Substrats in dessen Inneres erstrecken. Jede Vertiefung weist einen unterschnittenen bzw. unterätzten Wandhereich 4 auf; am Boden, d. h. also an der tiefsten Stelle einer jeden Vertiefung 2 im größten Abstand von der Hauptoberfläche 3 befindet sich eine Scnicht aus Photokatodenmaterial 5. Auf der Hauptoberfläche 3 ist eine mit Durchbrüchen versehene Giiter- oder Maschenelektrode 6 angeordnet

Zur Herstellung der Photokatode wird die eine Oberfläche einer planparallelen Platte aus poliertem und gereinigtem Glas mit einer dünnen Metallschicht verseheiL In dem gezeigten Beispie! wird eine Metallschicht aus Chrom verwendet, das c-.ne gute elektrische Leitfähigkeit besitzt; die Metallschicht ist gerade so stark gehalten, daß sie lichtundurchlässig ist.

Die Chromschicht wird vollständig mit einem Film aus Photoresistlack überdeckt. Danach wird ein Kupfernetz auf den Photoresistlack aufgelegt und der Photoresistlack wird durch das Kupfernetz mit ultraviolettem Licht bestrahlt und dadurch belichtet. Das Kupfernetz wird abgenommen und der belichtete Photoresistlack mit einem Lösungsmittel abgelöst, so daß nur die unbelichteten Gebiete des Photoresist lacks zurückbleiben. Die nicht mit Photoresistlack bedeckten Bereiche der Chrombeschichtung werden durch Ätzen mit einer Säure entfernt und die Oberfläche wird anschließend gespült und gereinigt. Die zurückbleibenden Chrombeschichtungsbereiche bilden die Maschenelektrode und wirken bei der nun folgenden Ausätzung des Substrats als Maske. Nach Beendigung des Ätzvorgangs wird Photokatodenmaterial 5 aus der Dampfphase auf dem Bodenbereich der Vertiefungen abgelagert. Gleichzeitig entsteht zwangsläufig auch eine Photokatodenschicht auf der Maschenelektrode; jedoch wird dadurch die Funktionsweise der Photokatode nicht beeinträchtigt, da die Maschenelektrode den Durchtritt von Licht an diesen Stellen zum Phoiokatodenmaterial verhindert. In dem gezeigten Beispiel wird als Photokatodenmaterial ein polykristallines Alkalimaterial verwendet, das aus Antimon, Kalium, Natrium und Caesium besteht. Derartige Materialien sind in diesem Anwendungsbereich üblich, jedoch wird manchmal auf Natrium verzichtet.

Wird auf der in Darstellung nach F i g. I unteren Fläche 7 der Glasplatte 1 ein optisches Abbild durch Lichteinstrahlung iir Richtung der Pfeile 8 erzeugt, so bewirkt das das Photokatodenmaterial 5 erreichende Licht ein Freisetzen von Elektronen, wobei sich einige Elektronen nach außen in die durch die Pfeile 9 dargestellte Richtung bewegen. Die emittierten Elektronen werden durch über die Wandbereiche 4 von der Maschenelektrode 6 nachflicßcnclc Elektronen ersetzt. Nicht aile emittierten Elektronen entkommen in Richtung der Pfeile 9, da einige Elektronen auf die

Seitenwandbereiche 4 auftreffen. Bei sehr hohen Beleuchtungswerten können große Elektronenemissionsströme erzeugt werden. Dann steigt die Potentialdifferenz, die sich aufgrund des Zuflußstromes zwischen Maschenelektrode 6 und Photokatodenmaterial 5 aufbaut, auf einen Wert an, bei dem nur die emittierten Elektronen mit der höchsten Energie entweichen können; die weniger energiereichen Elektronen werden durch das positive Potential zu dem Photokatodenmaterial zurückgebracht.

Wird angenommen, daß der Photokatodenbereich jeweils eine Fläche von 50 μΐη mal 50 μιη einnimmt, so ist zur Begrenzung des maximalen Elektronenemissionsstroms auf den (noch annehmbaren) Wert von 10-'⁴A ein effektiver Widerstand zwischen Photokatodenmaterial 5 und Mascheaelektrode 6 von etwa 10^+l4Ohm erforderlich. Ein Photokatodenbereich der erwähnten Größe entspricht einem Bildelement in einer normalen Fernsehkameraröhre

Eine alternative .Ausführangsform nach F i g. 3 besteht aus Lichtleitern 11, über die die einfallenden Lichtstrahlen zu den jeweils lokalisierten Bereichen des Photokatodenmaterials geleitet werden. Die Lichtleiter 11, auch optische Fasern oder Lichtleitfasern genannt, sind jeweils in eine sie vollständig umgebende Glasummantelung 12 eingebettet. Die Enden der die Lichtleiter 11 bildenden Glaskerne werden nun selektiv geätzt, so daß zwischen den durch die Glasummantelung 12 gebildeten erhöhten Bereichen jeweils örtliche Vertiefungen 13 entstehen. Dazu wird eine dünne Chromschicht auf die anfänglich flache obere Fläche der Glasplatte aufgebracht, die aus den in die Glasummantelung 12 eingebetteten Lichtleitern 11 besteht. Dabei kann das unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschriebene Verfahren gleichfalls verwendet werden, jedoch wird die Chromschicht so dünn gehalten, daß sie nahezu transparent ist. Wird auf das Chrom wiederum eine Schicht Photoresistlack aufgebracht, so werden die Bereiche des Photoresistlacks, die über den Enden der Lichtleiter U gelegen sind, dadurch belichtet, daß Licht längs der Lichtleiter durch die Chromschicht durchgelassen wird. Danach werden die Enden der Glasummantelung 12 auf galvanischem Wege beschichtet, so daß sich eine mit Öffnungen ausgebildete Maschenelektrode

14 aufbaut, die an den Rändern etwas über die Vertiefungen übersteht oder überhängt. Bei der Ablagerung des Photokatodenmaterials 10 auf dem Bodenbereich jeder Vertiefung (3 verhindert der überstehende oder überhängende Überzug die Ablagerung von Photokatodenmaterial an den Seitenwänden, die durch die ungeätzte Glasummantelung 12 gebildet sind.

Bei Lichtleitfasern 11 mit einem Durchmesser von

15 μιη ist ein Widerstand von etwa ΙΟ¹⁵ Ohm zwischen Photokatodenmaterial 10 und Maschenelektrode 14 erforderlich, um den gleichen Sättigungsstrom zu erhalten, wie es bei der unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschriebene ; Photokatode der Fall ist.

Da jeder Boden einer Vertiefung 13 von dem benachbarten Boden körperlich getrennt ist, kann auf diese Weise keine Bildspreizung bzw. Überstrahlung auflreten.

Hierzu 1 Blau Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Photokatode mit einem transparenten Substrat, das an einer mit einer Elektrode versehenen Hauptoberfläche eine Gruppe von zur Lichteinfallsseite hin geschlossenen Vertiefungen aufweist, wobei die Bodenbereiche der Vertiefungen mit Photokatodenmaterial bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vertiefung (2; 13) zumindest nach dem Anbringen der Elektrode einen Bereich aufweist, in dem die parallel zur Subslratoberfläche (3) liegenden Querschnittsflächen in Richtung auf das Substratinnere zunehmen, und daß die Seitenwände (4) der Vertiefungen (2; 13) wenigstens teilweise frei von Photokatodenmaterial (S; 10) sind, so daß sie einen den Strom von der Elektrode (6; 14) zum Photokatodenmaterial (5; 10) an den Bodenbereichen der Vertiefungen (2; i3) begrenzend«? hohen elektrischen Widerstand bieten.

2. Photokatode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (4) der Vertiefungen (2) unterschnitten sind, so daß eine Querschnittsfläche entsteht, die über wenigstens einen Teil der Wandhöhe mit der Tiefe zunimmt

3. Photokatode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit öffnungen versehene Maschenelektrode (6; 14) angebracht ist, deren öffnungen mit den Vertiefungen (2; 13) ausgerichtet und kleiner sind als die Querschnittsflächen der Vertiefungen (i; 13) an der Substratoberfläche (3).

4. Photokatode nach Ansprucr 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eins Hauptoberfläche des Substrats durch die Enden eines "Windeis paralleler aus glasummantelten Glaskernen bestehender Lichtleitfasern gebildet ist.

5. Verfahren zum Herstellen einer Photokatode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem in einer das Substrat bildenden Glasplatte mit parallelen Hauptoberflächen die Vertiefungen geätzt werden und in den Vertiefungen Photokatodenmaterial angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hauptoberfläche der Glasplatte mit einer Maschenelektrode versehen wird, und daß diese als Maske bei dem Ätzverfahren verwendet wird, mit dem die Vertiefungen in dem Substrat ausgebildet werden.