DE2554030C2

DE2554030C2 - Sekundärelektronen emittierende Elektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2554030C2
Application number: DE19752554030
Authority: DE
Inventors: Alan George Sanfords Redhill Surrey Knapp
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-12-13
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1982-10-28
Also published as: GB1523730A; CA1038013A; JPS5835337B2; FR2294542B1; JPS5177167A; DE2554030A1; FR2294542A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sekundärelektronen emittierende Elektrode mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 ausgeführten Merkmalen.

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

Eine derartige Elektrode ist aus der GB-PS 12 14 755 bekannt, in der eine gesinterte Masse aus Kryolith (Na3AlF6 Natriumaluminiumfluorid) und einem Metalloxid (z.B. MgO, Al₂O₃ oder CaO) in eine Aufdampfvorrichtung gebracht wird, um daraus durch Abdampfen 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 Dynoden einer diskreten Dynodenkanalplatte und eines Elektronenvervielfachers werden auch häufig aus Beryllium-Kupfer (BeCu) oder aus Silber-Magnesium (AgMg) hergestellt welche Materialien aktiviert werden können, so daß eine Oberfläche mit einem hohen Sekundäremissionsfaktor (<5 = 4—6) erhalten wird. Die 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 (<5 = ±2).

Die Aufgabe der Erfindung bestand daher darin, diesen Nachteil völlig zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer Sekundärelektronen emittierenden Elektrode der eingangs genannten Art Maßnahmen ergriffen, die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 im einzelnen angegeben sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können Maßnahmen ergriffen werden, die in den Unteransprüchen näher gekennzeichnet sind.

Wenn weniger als etwa 18 Gew.-°/o Magnesiumfluorid vorhanden ist, wird noch ein homogener Kristall mit dem Alkalialuminiumfluorid gebildet. Dies ist zum Erhalten einer befriedigenden Sekundäremission nicht erforderlich.

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 Wert von δ (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 Elektonenentladungsröhre nicht beeinträchtigt.

Sekundär emittierende Schichten müssen, je nach ihrer Anwendung, einer verschiedene elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Bei Anwendungen mit elektrisch leitenden Dynoden mit sekundär emittierenden Schichten brauchen die Schichten nur eine derartige Menge Ladung von dem Metallsubstrat zu der emittierenden Oberfläche transportieren können, daß die durch Sekundäremission aus dieser Oberfläche abgeführte Ladung ergänzt wird. Beispiele solcher Anwendung sind Elektronenvervielfacher mit jalousienartig angeordneten Dynoden vom sogenannten »Venetian Blind«-Typ für die Detektion einzelner Teilchen und Kanalplatten vom schichtenweise aufgebauten Typ, die für Abbildungs- und Bildwiedergabezwecke verwendet werden können.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen Teil einer Elektrode,

Fig.2 und 3 eine Kanalplatte vom schichtenweise aufgebauten Typ,

F i g. 4 eine aus zwei Hälften bestehende Dynode, und

F i g. 5 eine Kanalplatte mit einer kontinuierlichen Dynode.

In F i g. 1 ist schematisch ein Teil einer Elektrode dargestellt. Die aus Weichstahl bestehende Unterlage in Form eines Substrates 1 ist mit einer 1 bis 2 μίτι dicken Nickelschicht 2 überzogen. Auf der Nickelschicht 2 ist eine Schicht 3 aus Nickelchrom (mit einer Dicke von 200 bis 300 Ä) angeordnet, die als Basis für die Schicht 4 (mit

einer Dicke von 2000 Ä) dient Diese Schicht 4 besteht aus Nickelchrom und Kryolith.

Die Fig.2 und 3 zeigen eine Kanalplatte vom schichtenweise aufgebauten Typ in einer Vorderansicht (Fig.2) und in einem senkrechten Schnitt (Fig.3). Dieser schichtenweise aufgebaute Typ unterscheidet sich von den bekannten Kanalplatten dadurch, daß diese Kanalplatte eine aus Platten 5 und 6 hut Löchern 7, die in einer Matrix angeordnet sind, bestehende Konstruktion aufweist. Diese Kanalplatte ist aus abwechselnd leitenden (5) und isolierenden Platten (6) zusammengesetzt, so d?ß die Innenwand jedes Kanals durch die Innenwände 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 der Schicht 3 nach der Erfindung überzogen. Beim Betrieb der Kanalplatte werden alle aufeinanderfolgenden leitenden Platten (Dynoden) mit zunehmenden Potentialen von einer aufgeteilten Gleichstromquelle gespeist, die schematisch mit B_n, bezeichnet ist. Bei einem Kanal ist mit Pfeilen die Richtung der Elektronenverstärkung im Kanal angegeben.

In einem in Fig.4 gezeigten Schnitt wird eine Dynode mit einer einspringenden Öffnung (siehe NL-OS 74 04 439) dargestellt, wobei die Dynode aus zwei zusammenpassenden Hälften 8 und 9 besteht. Die Innenwand ist wieder mit der Schicht 3 überzogen.

Die Erfindung kann auch bei Photovervielfachern mit kontinuierlichen Dynoden, z. B. der in der NL-OS 74 00 765 beschriebenen und in F i g. 5 gezeigten Kanalplatte, verwendet werden. In einer derartigen Kanalplatte ist jeder Kanal offen und kann eine offene kegelige oder pyramidenförmige Gestalt aufweisen. Für Vorrichtungen mit kontinuierlichen Dynoden basiert der Leitfähigkeit^grad, der für die sekundär emittierenden Schichten 3 in den Kanälen erforderlich ist, auf Erwägungen, die von denen der vorgenannten schichtenweise aufgebauten Kanalplatten 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 Ladur.g infolge von Sekundäremission ergänzt werden müssen. Überdies werden im Gegensatz zu den obenbeschriebenen Ausführungen die sekundär emittierenden Schichten, die elektrisch leitend sind, auf einem Substrat 13 aus Isoliermaterial (z. B. Glas oder Kunststoff) statt auf einem Substrat aus leitenden Material angebracht.

Anhand einiger Beispiele wird die Erfindug näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Weichstahlsubstrat für eine Dynode wurde entfettet und dann mit einer 1 bis 2 mm dicken Nickelschicht überzogen. Der Weichstahl kann außerdem durch Erhitzung bei 900⁰C in einem Gemisch von 90% Stickstoff und 10% Wasserstoff entkohlt werden, welches Gemisch dadurch befeuchtet worden ist, daß es bei Zimmertemperatur durch Wasser hindurchgeleitet worden ist.

io

15

20

25

30

35

40

50

55

_6Q Das Weichstahlsubstrat wurde dann in einer Vakuumaufdampfvorrichtung angeordnet und unter Druck wurde auf einen Wert zwischen 3 - 10-^b und 2 · 10~⁵ Torr herabgesetzt Das Substrat wurde dann auf 300⁰C 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 eine 200 bis 300 Ä dicke Schicht der Nickelchromlegierung niedergeschlagen war, wurde mit dem Verdampfen des Kryoliths angefangen. Beim gesamten Aufdampfen der Nickelchromlegierung und des Kryoliths war die Gewichtsmenge niedergeschlagenen Kryoliths zweimal größer als die Gewichtsmenge der Nickelchromlegierung. Die Vorgänge zum Aufdampfen der Nickelchromlegierung und des Kryoliths wurden gleichzeitig beendet, als die Gesamtdicke der niedergeschlagenen Schicht etwa 2000 Ä betrug. Die zusätzliche Nickelchromlegierungsschicht dient als eine Sperrschicht zwischen dem Schichtmaterial und dem Weichstahl, wodurch die Verringerung der Sekundäremissionseigenschaften des Schichtmaterials während der Lebensdauer beschränkt wird.

Der Sekundäremissionskoeffizient δ der obenbeschriebenen Nickelchromlegierung-Kryolithschicht nahm anfänglich bei der Bestrahlung mit Elektronen mit einer Energie von 300 eV ab, erholte sich aber dann auf einen konstanten Wert von 3 bis 4. Abhängig von der Aktivierungsweise würde unter gleichen Bedingungen der δ für eine Beryllium-Kupferoberfläche 4 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 verdampfte.

Ein aus Weichstahl bestehendes Dynodensubstrat, das entfettet worden war, wurde mit 2 μπι Nickel vernickelt. Das vernickelte Weichstahlsubstrat wurde dann in einer Vakuumverdampfungsvorrichtung angeordnet, und der Druck wurde auf zwischen 3 · 10-" und 3 · 10-⁵ Torr herabgesetzt. Das Substrat wurde dann auf 300⁰C erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten. Mit dem Vakuumaufdampfen von Gold wurde 10 Minuten, nachdem das Substrat diese Temperatur erreicht hatte, angefangen. Nach Aufdampfen von 200 bis 300 Ä Gold wurde mit dem Verdampfen des Gemisches aus Kryolith und Magnesiumfluorid angefangen, wobei die Aufdampfgeschwindigkeit des Kryoliths und Magnesiumfluorids gleich dem Vierfachen der Aufdampfgeschwindigkeit des Goldes war. Wenn die Gesamtdicke des aufgedampften Filmes 2000 Ä erreicht hatte, wurden die Vorgänge zum Aufdampfen des Goldes und des Gemisches von Kryolith und Magnesiumfluorid gleichzeitg beendet.

Wenn die erhaltene Schicht mit Eletronen von 300 eV bestrahlt wurde, war der ό der Schicht anfänglich 4,1, aber nach 4 Minuten war der Wert von δ auf 2,25 abgesunken. Der zur Bestrahlung der Schicht verwendete Elektronenstrahl hatte eine Stromdichte von 25 μΑ/cm² auf der Schichtoberfläche. Nach 40minütiger Bestrahlung hatte δ sich erholt auf einen Wert von 3 und nach 1300 Minuten wurde gefunden, daß δ einen konstanten Wert von 4,9 erreicht hatte. Die Änderung der Werte von δ für die durch das im Beispiel 1

•L .'

beschriebene Verfahren hergestellte Schicht war gleich Kanalplatten beziehen, so ist es dennoch dem Fachmann

der bei dieser Gold-Kryolith-Magnesiumfluoridschicht klar, daß eine derartige Schicht mit Erfolg bei allen

beobachteten Änderung. Elektroden angewendet werden kann, die mit einer

Wenn auch die Eignung der Schicht nach der sekundär emittierenden Schicht versehen sein müssen.

Erfindung hauptsächlich an Hand von Beispielen 5 Die Erfindung beschränkt sich also keineswegs auf

beschrieben worden ist, die sich auf Dynoden von Kanalplatten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. .Sekundärelektronen emittierende Elektrode, die auf einer Unterlage eine Alkalialuminiumfluorid enthaltende Sekundärelektronen emittierende Schicht trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärelektronen emittierende Schicht durch gemeinsames Aufdampfen von Alkalialuminiumfluorid und einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Chrom, oder einer Nickelchromlegierung hergestellt ist

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht außerdem ncch Magnesiumfluorid enthält

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgedampfte Metall 10 bis 60 Gew.-% der Schicht bildet.

4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage aus Weichstahl besteht.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage mit einer Schicht aus Nickel oder einer Nickelchromlegierung überzogen ist, auf der die genannte emittierende Schicht aufgedampft ist.

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage aus einem plastischen Kunststoff besteht.

7. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumfluorid weniger als -io 18 Gew.-°/o der Gesamtgewichtsmenge an Alkalialuminium- und Magnesiumfluorid bildet.

8. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nur ein dünner Film des Metalls auf die Unterlage aufgedampft wird und dann das Metall gemeinsam mit Alkalialuminiumfluorid aufgedampft wird, wonach das Aufdampfen des Metalls und des Fluorids gleichzeitig beendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zugleich mit dem Metall und dem Alkalialuminiumfluorid auch Magnesiumfluorid aufgedampft wird.

45