DE2554030A1

DE2554030A1 - Elektrode mit sekundaer emittierender schicht

Info

Publication number: DE2554030A1
Application number: DE19752554030
Authority: DE
Inventors: Alan George Knapp
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-12-13
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1976-06-16
Also published as: JPS5177167A; JPS5835337B2; FR2294542B1; FR2294542A1; GB1523730A; CA1038013A; DE2554030C2

Description

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■ ■ DUYS/JV/JB

19-11-1975 GÜNTHER M. DAVID

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Anmelder: K.V. i'ii.Liro üLOilLAnlPcriFABRIEKHI 2554030

Akts« Πίο-^2 -^C
Anmeldung vom· 1.12. \J iJ ·

"Elektrode mit sekundär emittierender Schicht".

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode, die aus mindestens einem Substrat besteht, das eine aus mehreren Stoffen zusammengesetzte sekundär emittierende Schicht trägt, wie z.B. eine Dynode in einer Elektronenvervielfacherröhre oder einer Kanalplatte.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein .Verfahren zur Herstellung einer derartigen sekundär emittierenden Schicht auf einem Substrat.

Eine derartige Elektrode ist aus der britischen Patentschrift 1.214.755 bekannt, in der eine gesinterte Masse aus Kryolith (Na_AlP^, oder aber Natriumaluminium-

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fluorid) und einem Metalloxid (z.B. MgO, Al_0 oder CaO) in eine Aufdampfvorrichtung gebracht wird, um daraus durch Aufdampfen sekundär emittierende Schichten auf einem Substrat zu bilden. Diese Schichten sind jedoch Keramikschichten und Isolatoren, wodurch bei Elektroden (Dynoden), die aus diesem Material hergestellt sind, Aufladungserscheinungen auftreten.

Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil völlig zu vermeiden.

Nach der Er findung ids t eine Elektrode der im ersten Absatz genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die sekundär emittierende Schicht aus einem Cermet besteht, das ein leicht zu verdampfendes Metall und ein Alkalialuminiumfluor id enthält.

Das Cermet kann ausserdem Magnesiumfluorid, vorzugsweise weniger als 18 Gew.$ der Gesamtfluoridmenge, enthalten. ¥enn nämlich weniger als etwa 18 Gew.$ Magnesiumfluor id vorhanden ist, wird noch ein homogener Kristall mit dem Alkalialuminiumfluorid gebildet. Ties ist aber zum Erhalten einer befriedigenden Sekundäremission nicht erforderlich. ' ·

Die Dynoden einer diskreten Dynodenkanalplatte und eines Elektronenvervielfacher^ werden auch häufig aus Beryllium-Kupfer (BeCu) oder aus Silber-Magnesium (AgMg) hergestellt, welche Materialien aktiviert werden können,

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so dass eine Oberfläche mit einem hohen Sekundäremissionsfaktor ( fo = k - 6) erhalten wird. Diese Materialien sind jedoch kostspielig und ausserdem weist Beryllium-Kupfer den Nachteil auf, dass es sehr toxisch ist, so dass viele Vorkehrungen beim Bearbeiten dieses Materials getroffen werden müssen. Weichstahl kommt als Sekundäremitter nicht in Betracht, weil er einen zu niedrigen Sekundäremissionsfaktor aufweist (£> = _+ 2).

Nach der Erfindung ist das leicht zu verdampfende Metall vorzugsweise ein Metall aus der durch Gold, Silber, Rupfer, Nickel, Chrom oder eine Nickel-Chrom-Legierung gebildeten Gruppe.

Das Substrat kann nach der Erfindung aus

einem elektrisch leitenden Material, z.B. aus Weichstahl, oder einem Isolator, z.B. einem plastischen Kunststoff (z.B. dem unter dem Handelsnamen "Kapton" bekannten und von Du Pont de Nemours und Co. vertriebenen Material) hergestellt sein. ·

Ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen sekundär emittierenden Schicht auf einem Substrat ist das Aufdampfen eines dünnen Filmes des leicht zu verdampfenden Metalls auf das Substrat. Dann wirdldieses Aufdampfen des Metalls fortgesetzt, aber gleichzeitig wird ein Alkali- aluminiumfluorid mitaufgedampt. Die Vorgänge zum Aufdampfen des Metalls und des Alkalialuminiumfluorids werden nahezu

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gleichzeitig beendet.

Es hat sich gezeigt, dass die sekundär emittierenden Schichten nach der Erfindung stabile Sekundäremissionseigenschaften aufweisen, wenn die mit diesen Schichten versehenen Substrate in trockener Luft aufbewahrt werden. (Dies kann z.B. in einem Exsikkator mit Silikagel erfolgen). Auch stellte sich heraus, dass der ¥ert von

Q (Sekundäremissionsfaktor) nahezu nicht abnahm, nachdem die Schichten während einer halben Stunde bis zu einer Stunde der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt worden waren. Ausserdem stellte sich heraus, dass der Vorgang zum Montieren der Dynoden und der Elektronenentladungsröhre, in der die Dynoden angeordnet werden, die Güte dieser Elektronenentladungsröhre nicht beeinträchtigt.

Sekundär emittierende Schichten müssen, je

nach ihrer Anwendung, eine verschiedene elektrische Leitfähigkeit aufweisen, BeioAnwendungen mit elektrisch leitenden Dynoden mit sekundär emittierenden Schichten brauchen die Schichten nur eine derartige Menge Ladung von dem Metallsubstrat zu der emittierenden Oberfläche transportieren zu können, dass die durch. Sekundäremission aus dieser Oberfläche abgeführte Ladung ergänzt wird. Beispiele solcher Anwendungen sind Elektronenvervielfacher vom sogenannten "Venetian Blind"-Typ für die Detektion einzelner Teilchen und Kanalplatten vom schichtenweise

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aufgebauten Typ, die für Abbildungs- und Bildwiedergabezwecke verwendet werden können.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Teil einer Elektrode,

Figuren 2 und 3 eine Kanalplatte vom schichtenweise aufgebauten Typ,

Fig. h eine aus zwei Hälften bestehende Dynode, und :i. Fig. 5 eine Kanalplatte mit einer kontinuierlichen Dynode.

In Fig. 1 ist schematisch ein Teilmeiner Elektrode dargestellt. Das aus Weichstahl bestehende Substrat 1 ist mit.einer 1 bis 2 /um dibken Nickelschicht 2 überzogen. Auf.der Nickelschicht 2 ist eine Nickelchromschicht 3 (mit einer Dicke von 200 bis 300 Ä) angebracht, die als Basis für die Cermetschicht h (mit einer Dicke von 2000 A) dient. Dieses Cermet besteht aus Nickelchrom und Kryolith.

Figuren 2 und 3 zeigen eine Kanalplatte vom schichtdnweise aufgebauten Typ in einer Vorderansicht (Fig. 2) und in einem senkrechten Schnitt (Fig. .3)· . Dieser schichtenweise aufgebaute Typ unterscheidet sich von der üblichen Kanalplatte darin, dass diese Kanalplatte eine aus Platten 5 und 6 mit Löchern 7» die in einer Matrix angeordnet sind, bestehende Konstruktion aufweist. Diese Kanalplatte ist aus abwechselnd leitenden (5) und isol-

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lierenden Platten (6) zusammengesetzt, so dass die Innenwand jedes Kanals durch die Innenwand« einer Anzahl hintereinander liegender Löcher aus abwechselnd leitendem und isolierendem Material gebildet wird. Die Innenwand besteht dadurch aus einer Anzahl diskreter Dynoden. Die Löcher der aufeinanderfolgenden Dynoden müssen genügend ausgerichtet sein, um ununterbrochene Kanäle durch die Kanalplattenstruktur zu bilden. Die Innenwände der Löcher in den leitenden Platten 5 sind mit dem Cermet 3 nach der Erfindung überzogen. Beim Betrieb der Kanalplatte werden alle aufeinanderfolgenden leitenden Platten (Dynoden) mit zunehmenden Potentialen von einer aufgeteilten Gleich-' Stromquelle gespeist, die schematisch mit B bezeichnet ist. Bei einem Kanal ist mit Pfeilen die Richtung der Elektronenverstärkung im Kanal angegeben.

In einem in Fig. k gezeigten Schnitt wird eine Dynode mit einer einspringenden Öffnung (siehe die britische Patentanmeldung 165^1/73 = niederländische Offenlegungsschrift 7.4o4.^39) dargestellt, wobei die Dynode aus zwei zusammenpassenden Hälften 8 und 9 besteht. Die Innenwand ist wieder mit dem Cermet 3 überzogen.

Die Erfindung kann auch bei Photοvervielfachern mit kontinuierlichen Dynoden, z.B. der in der britischen Patentanmeldung 28^2/73 (niederländsiche Offenlegungsschrift 7·^00.765) beschriebenen und in Fig. 5 gezeigten

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Kanalplatte, verwendet werden. In einer derartigen Kanalplatte ist jeder Kanal offen und kann eine sehr offene kegelige öder pyraraidförmige Gestalt aufweisen. Für Vorrichtungen mit kontinuierlichen Dynoden basiert der Leitfähigkeit 's gr ad, der für die sekundär emittierenden Schichten 3 in den Kanälen erforderlich ist, auf Erwägungen, die von den ('on Entwurf der vorgenannten schichtenweise aufgebauten Kanalplatten bestimmenden Erwägungen verschieden sind.' Insbesondere wird die Schicht auf jeder Kanalwand des offenen Kanals Strom von einer Eingangselektrode 11 auf der Eingangsseite der Platte zu einer Ausgangselektrode 12 auf der Ausgangsseite führen können müssen, damit ein Potentialgradient entlang der Wände der Kanäle erhalten wird.. Ausserdem wird auch die verlorene Ladung infolge von Sekundäremission ergänzt werden können müssen. Überdies werden im Gegensatz zu den obenbeschriebenen Spezimina die sekundär -emittierenden Schichten, die elektrisch leitend sind, auf einem Substrat 13 aus Isoliermaterial (z.B. Glas oder Kunststoff) statt auf einem Substrat aus einem leitenden Material angebracht.

An Hand einiger Beispiele wird die Erfindung nun noch näher erläutert.
Beispiel 1

• Ein Veichstahlsubstrat für eine Dynode wurde entfettet und dann mit einer 1 bis 2 mm dicken Nickel-

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schicht überzogen. Der Weichstah'l kann ausserdem durch Erhitzung bei 900*C in einem Gemisch von 90 $ Stickstoff und 10 io Wasserstoff entkohlt werden, welches Gemisch dadurch benetzt worden ist, dass es bei Zimmertemperatur durch Wasser hindurchgeleitet ist.

Das Weichstahlsubstrat wurde dann in einer

Vakuumaufdämpfvorrichtung angeordnet und der Druck wurde

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auf einen Wert zwischen 3 · 10 und 2 . 10 Torr herabgesetzt. Das Substrat wurde dann auf 300^eC erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten. 10 Minuten nachdem das Substrat diese Temperatur erreicht hatte, wurde mit dem Vakuumaufdampfen einer Chromnickellegierung aus 80 Gew.$ Nickel und 20 Gew.% Chrom angefangen. Nachdem 200 bis 300 Ji der Niekelchromlegierung niedergeschlagen war, wurde mit dem Verdampfen des Kryoliths angefangen. Beim gesamten Aufdampfen der Mckelchromlegierung und des Kryoliths war die Gewichtsmenge niedergeschlagenen Kryoliths zweimal grosser als die Gewichtsmenge der Nickelchromlegierung. Die Vorgänge zum Aufdampfen der Nickelchromlegierung und des Kryoliths wurden gleichzeitig beendet, als die Gesamtdicke der niedergeschlagenen Cermetschicht etwa 2000 Jl betrug. Die zusätzliche Nickelchromlegierungsschicht dient als eine zusätzliche Sperrschicht zwischen dem Cermetmaterial und dem Weiohstahl, wodurch die.Verringerung der Sekundäremissionseigenschaften des Cermet-

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materials während der ebensdauer beschränkt vird.

Der Sekvmdaremissionskoefiizient Q des

obenbeschriebenen Nickelehromlegierung-Kryolith-Cermets nahm anfänglich bei der Bestrahlung mit Elektronen mit einer Energie von 300 eV ab, aber erholte sich dann auf einen konstanten Wert von 3 bis h. Abhängig von der Aktivierungsweise würde unter den gleichen Bedingungen der 0 für eine Beryllium-Kupferoberfläche h bis 5 und für eine Silber-Magnesiumoberfläche, die mit Elektronen von 200 eV bestrahlt ist, mehr als 5 betragen. Beispiel 2

Gleiche Gewichtsmengen an Kryolith und

Magnesiumfluorid wurden gemischt und in einem Verdampfungsschiff angeordnet. Das Schiff wurde dann derart erhitzt, dass dieses Gemisch zum Schmelzen gebracht wurde, während der Inhalt des Schiffes erstarrte.

Ein aus Weichstahl bestehendes Dynodensubstrat, das entfettet worden war, wurde mit 2 ,um Nickel vernickelt, Das vernickelte Weichstahlsubstrat wurde dann in einer Vakuumverdampfungsvorrichtung angeordnet und der. Druck wurde auf zwischen 3 . 10~ und 2 . 10 Torr herabgesetzt. Das Substrat wurde dann auf 300^eC erhitzt und wurde auf dieser Temperatur gehalten. Mit dem Vakuumaufdampfen von Gold wurde 10 Minuten nachdem das Substrat diese Temperatur erreicht hatte, angefangen. Nach Ablage-

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rung von 200 bis 300 Ä Gold wurde mit dem Verdampfen des Gemisches von Kryolith und Magnesiumfluorid angefangen, wobei die Ablagerungsgeschwindigkeit des Kryoliths plus Magnesiumfluorid gleich dem Vierfachen der Ablagerungsgeschwindigkeit (in bezug auf die Masse) des Goldes war. Wenn die Gesamtdicke des abgelagerten Filmes 2000 λ erreicht hatte, wurden die Vorgänge zum Aufdampfen des Goldes und des Gemisches von Kryolith und Magnesiumfluorid gleichzeitig beendet.

Wenn die erhaltene Cermetschicht mit Elektronen von 300 eV bestrahlt wurde, war der ο der Schicht anfänglich 4,1, aber nach 4 Minuten hatte'b auf 2,25 abgenommen. Der zur Bestrahlung des Cermets-verwendete Elektronenstrahl hatte eine. Stromdichte von 25 /uA/cm² auf der Cermetoberflache. Nach 40-minutiger Bestrahlung hatte b sich erholt auf einen Wert von 3 und nach I300 Minuten wurde gefunden dass h einen konstanten Wert von 4,9 erreicht hatte. Das Muster der Änderung der Werte von Ö für das durch das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren hergestellte Cermet war gleich dem bei diesem Gold-Kryolith-Magnesiumfluoridcermet beobachteten Muster.

Wenn auch die Eignung des Cermets nach der

Erfindung hauptsächlich an Hand von Beispielen beschrieben worden ist, die sich auf Dynoden von Kanalplatten beziehen, so ist es dennoch dem Fachmann klar, dass ein

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derartiges Cermet mit Erfolg.bei allen Elektroden angewendet werden kann, die mit einer sekundär emittierenden Schicht versehen sein müssen. Die Erfindung beschränkt sich also keineswegs auf Kanalplatten.

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PATENTANSPRÜCHE;

1, J Elektrode, die wenigstens aus mindestens einem Substrat besteht, das eine aus mehreren Stoffen zusammengesetzte sekundär emittierende Schicht trägt, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schicht aus einem Cermet besteht, das ein leicht zu verdampfendes Metall und ein Alkalialuminiumfluorid enthält.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Cermet ausserdem Magnesiumfluorid enthält.
3· Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das leicht zu verdampfende Metall ein Metall aus der durch Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Chrom oder eine Nickelchromlegierung gebildeten Gruppe ist. h. Elektrode nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch
gekennzeichnet, dass das leicht zu verdampfende Metall 10 bis 60 Gew.$ des Cermets bildet.
5· Elektrode nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Weichstahl besteht.
6. · Elektrode nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einer Schicht aus Nickel oder einer Nickelchromlegierung überzogen ist, auf der die genannte emittierende Schicht angebracht ist.
7· Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis h,

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dadurch, gekennzeichnet, dass das Substrat aus einem plastischen Kunststoff besteht.
8. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnesiumfluorid weniger als 18 Gew.$ der Gesamtgewichtsmenge an Alkalialuminium- und Magnesiumfluorid bildet.
9· Verfahren zur Herstellung einer Elektrode

nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dünner Film des leicht zu verdampfenden Metalls auf das Substrat aufgedampft und dann das leicht zu verdampfende Metall zusammen mit einem Alkalialuminiumfluorid aufgedampft wird, wonach die Vorgänge zum Aufdampfen des Metalls und des Fluorids gleichzeitig beendet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass zugleich mit dem Metall und dem Alkalialuminiumfluorid auch Magnesiumfluorid aufgedampft wird.

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