DE2624781A1 - Elektronenemittierende elektrode - Google Patents

Description

7940-76/Kö/S
RCA 69734
USSN 583,745
Piled: June 4, 1975

ROA Corporation, New York, N.Y., V.St.A.

Elektronenemittierende Elektrode

Die Erfindung betrifft eine elektronenemittierende Elektrode mit einer auf einer Unterlage angeordneten Schicht aus massivem Antimon. Sie befaßt sich insbesondere mit für solche Elektroden geeigneten elektronenemittierenden Materialien.

Elektronenemittierende Materialien sind besonders für Photokathoden oder Sekundäremissionselektroden in Detektoreinrichtungen wie Photoelektronen-Vervielfacherröhren, Bildröhren und Bildverstärkerröhren von Nutzen. Die Wirkungsweise und der Aufbau solcher Detektoreinrichtungen sind allgemein bekannt in der Elektronenröhrentechnik. Es gibt zahlreiche bekannte Elektronenemissionsmaterialien für Photokathoden und/oder Sekundäremissionselektroden, darunter die in den Photokathoden und ihre Herstellung betreffenden USA-Patentschriften 2 676 282,

2 770 561, 2 880 344, 2 914 690, 3 697 794, 3 372 967, 3 658 400 und 3 838 304 sowie in den Sekundäremissionselektroden und ihre Herstellung betreffenden USA-Patentschriften 2 881 343 und

3 753 023 beschriebenen.

Wie in den genannten Patentschriften angegeben, handelt es sich bei der Herstellung von elektronenemittierenden Elektroden um eine hochentwickelte Technik, bei der man be-

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trächtliche Anstrengungen unternommen hat, um die Empfindlichkeit der bekannten Elektronenemissionsmaterialien zu steigern und gewünschte Spektralempfindlichkeiten zu erzielen. Typiseherweise finden Grundschichten aus "massivem" Antimon, sensibilisiert oder aktiviert mit den Dämpfen des Cäsiums und/oder eines oder mehrerer zusätzlicher Alkalimetalle, in Elektronenemittern verbreitet Anwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronenemittierende Elektrode von demgegenüber verbesserten Eigenschaften zu schaffen.

Eine elektronenemittierende Elektrode der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß über der massiven Antimonschicht eine Schicht aus porösem Antimon angebracht ist. Bei der Elektrode kann es sich um eine Photokathode oder eine Dynode handeln.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Pig. 1 bis 3 zeigen nicht-maßstabgerechte, stark übertriebene, weggeschnittene Querschnittsdarstellungen von Elektronenemissionselektroden gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

Pig. 1 zeigt eine für eine Photokathode geeignete elektronenemittierende Elektrode 110. Die Elektrode 110 ist vom reflektierenden Typ, d.h. die Elektronenemission von der wirksamen Photokathode erfolgt von der gleichen Hauptfläche 112 aus, auf welche ein Eingangsstrahlungssignal auftrifft.

Die Elektrode 110 ist mehrschichtig und vorzugsweise entlang einer Hauptfläche 115 einer tragenden Unterlage 114- ausgebildet. Die ühterlagenflache 115 kann planar oder so geformt sein, daß sich eine für einen gegebenen Anwendungszweck erwünschte Elektrodenkrümmung ergibt. Entlang der Unterlagenfläche 115 ist eine dünne Schicht aus Metalloxyd 116 angebracht. Die Elektrode 110 weist außerdem in der angegebenen Reihenfolge

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bzw. Übereinanderlage auf der Metalloxydschient 116 eine "massive" Antimonschicht 118 sowie eine "poröse" Aniimonschicht 120 auf.

Die Metalloxydschicht 116 hat den Zweck, unerwünschte Reaktionen der Antimonschichten 118 und 120 mit dem Material der Unterlage 114 im wesentlichen zu vermeiden. Vorzugsweise ist die Unterlage 114 leitend und aus Nickel zusammengesetzt. Als Metalloxyd verwendet man dabei vorzugsweise Manganoxyd; jedoch sind auch andere Metalloxyde wie Niekeloxyd mit Vorteil verwendbar. Man kann stattdessen für die Unterlage 114 auch ein Material verwenden, das inert gegenüber den Antimonschichten 118 und ist, in welchem Falle die Metalloxyd- oder "Puffer"-Schicht entfallen kann.

Die Antimonschichten 118 und 120 sind hier als "massiv" bzw. "porös" bezeichnet. Eine "poröse" Antimonschicht ist dabei im vorliegenden Pail definiert als aus einer Materialzusammensetzung bestehend, welche die Eigenschaften einer solchen hat, die typischerweise in einem geringwertigen oder dürftigen Vakuum verdampft worden ist und ein trübes, rauchiges oder rußartiges Aussehen hat, im Gegensatz zu der glatten, glänzenden oder leuchtenden Oberfläche, die man erhält, wenn das gleiche Antimonmaterial tyjischerweise in einem höheren Vakuum unter Bildung einer "massiven¹¹ Antimonschicht verdampft wird. Die poröse Schicht 120 kann zur Unterscheidung von der massiven Schicht 118, die eine harte Oberfläche aufweist, als schwammig oder weich bezeichnet werden. Die bevorzugte Form der porösen Schicht 120 hat charakteristischerweise ein verhältnismäßig homogenes schwarzes, samtartiges Aussehen.

Bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen der Elektrode 110 als Bestandteil einer Photokathode vom reflektierenden Typ wird eine Schicht oder ein Film aus Mangan in einem Vakuum mit einem Druck von weniger als 10"^ Torr verdampft und auf die Hauptfläche 115 einer selbsttragenden Nickelelektroden-Unterlage 114 aufgedampft. Die Dicke der Manganschicht ist so bemessen, daß eine unerwünschte Umsetzung der Nickelelektrode mit den später aufzubringenden Antimonschichten 118 und 120 vermieden

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wird. Eine Dicke von ungefähr 300 S wird für die Manganschicht als angemessen angesehen? jedoch kann man auch andere Dicken mit Vorteil vorsehen.

Das Elektrodenwerkstück mit der Manganauflage wird dann in eine umschlossene Kammer mit einer zum Oxydieren der Manganschicht geeigneten Sauerstoffatmosphäre gegeben. Es wurde gefunden, daß die gewünschte Schicht 116 aus Manganoxyd erhalten werden kann, wenn man das Nickelwerkstück in einer solchen Kammer 10 bis 20 Sekunden lang einem inneren Sauerstoffdruck von ungefähr 10 mm Hg bei einer Temperatur von ungefähr 825° C aussetzt.

Danach wird eine verhältnismäßig dünne, weniger als ungefähr 1000 S dicke massive Antimonschicht 118 in einem Vakuum mit einem Druck von weniger als 10 Torr auf die freiliegende Oberfläche der zuvor gebildeten Manganoxydschicht 116 aufgedampft. Vorzugsweise ist die massive Antimonschicht 118 ungefähr 200 bis 600 S dick und wird bei einem Druck von weniger als ungefähr 2 χ 10""*^> Torr aufgedampft.

Danach wird auf der freiliegenden Oberfläche der Schicht 118 eine verhältnismäßig dicke poröse Antimonschicht 120 gebildet, indem beispielsweise das Werkstück in eine stetig evakuierte, abgeschlossene Verdampfungskammer gegeben wird, die vorzugsweise ein anfängliches Innenvakuum mit einem Druck von weniger als ungefähr ΙΟ"""* Torr aufzuweisen in der Lage ist. Dann wird ein Inertgas, d.h. ein Gas, das nicht mit den Alkalimetallen reagiert, (beispielsweise ein solches der Gruppe VIIIA des Periodischen Systems oder Stickstoff) in das Innere der Kammer eingeleitet, um dort ein Druckniveau von ungefähr 220 bis 310pm. Hg zu erzeugen. Vorzugsweise läßt man Argon in die Kammer während der Evakuierung auf ein Druckniveau von ungefähr 260 bis 310yum Hg einfließen oder einsickern. Die Dicke der so entstehenden Schicht 120 beträgt ungefähr 4- um (Mikron). Während die Dicke der Schicht 120 im Falle einer Photokathode vom reflektierenden Typ etwas kritisch ist, kann man mit Vorteil auch andere Dicken je nach der Art der gewünschten Elektrode vorsehen.

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Das Nickelelektrodenwerkstüok mit den Schichten 116, 118 und 120 kann dann zwecks Erzielung einer gewünschten Ansprech- und Spektralempfindlichkeit sensibilisiert werden, indem man die freie Hauptfläche der porösen Schicht 120 mit Zäsium und/ oder einem oder mehreren der Alkalimetalle wie Kalium und Natrium beaufschlagt. Es gibt zahlreiche bekannte Methoden zum Aktivieren oder Sensibilisieren von Photokathoden und/oder Sekundäremissionsmaterialien zwecks Erzeugung einer gewünschten Ansprech- und Spektralempfindlichkeit. Derartige Methoden und entsprechende Verfahrensweisen sind beispielsweise in den oben genannten USA-Patentschriften beschrieben. Typischerweise läßt man Dämpfe mehrerer Alkalimetalle mit den Grundschichten aus Antimon reagieren, wobei das Reaktionsprodukt des Antimons mit den Alkalimetallen dieser Dämpfe entsteht. Bei der Aktivierung des Elektronenemitters 110 ist es vermutlich vorzuziehen, daß die gesamte Dicke der Antimonschichten 118 und 120 die Reaktionsprodukte des Antimons mit mindestens einem Alkalimetall enthält.

In der obigen Weise hergestellte Photokathoden können in allgemein bekannter Weise in Photoelektronen-Vervielfacher vom "Side-on"-Typ eingebaut werden.

Pig. 2 und 3 zeigen andere Ausführungsformen der Erfindung, wobei entsprechende Elemente oder Teile der Anordnungen mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet sind wie in Pig. 1. Bei der Elektrode 210 nach Pig. 2 ist die Metalloxydschicht weggelassen. Diese Anordnung kann immer dann vorgesehen werden, wenn man ein Unterlagenmaterial verwendet, das mit der massiven und der porösen Antimonschicht 218 bzw. 220 nicht nennenswert reagiert. Hierfür in Präge kommende Unterlagenmaterialien sind beispielsweise Stahl, Aluminium und Chromnickel. Bei der Ausführungsform nach Pig. 3 ist die Elektronenemissionselektrode 310 von gleichem Aufbau wie in Pig. 2, jedoch auf einer tragenden Glasunterlage 313 ausgebildet.

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Es wird angenommen, daß die Elektroden 110, 210 und 310 nach Fig« 1 bis 3 mit Vorteil als Sekundäremissionselektroden verwendet werden können. Gegenüber Elektroden nach dem Stand der Technik, die keine poröse Antimonschicht aufweisen, hat die erfindungsgemäße Elektronenemissionselektrode den Vorteil einer besseren Ansprechempfindlichkeit, besonders bei langen Wellenlängen.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   (L

   1JElektronenemittierende Elektrode mit einer auf einer Unterlage angeordneten Schicht aus massivem Antimon, dadurch gekennzeichnet, daß über der massiven Antimonschicht (118; 218; 318) eine Schicht (120; 220; 320) aus porösem Antimon angebracht ist.
2. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der tragenden Unterlage (114) und der massiven Antimonschicht (118) eine Pufferschicht (116) aus Metalloxyd vorgesehen ist.
3. 3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tragende Unterlage ausNickel besteht und daß das Metalloxyd der Pufferschicht Manganoxyd ist.
4. 4ο Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r ch gekennzeichnet , daß die poröse und die massive Antimonschicht die Umsetzungsprodukte von Antimon mit mindestens einem Alkalimetall enthalten.
5. 5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Antimonschicht ungefähr 4yum dick ist und daß die massive Antimonschicht weniger als ungefähr 1000 Ä dick ist.

   §09850/0996

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