DE2624781B2

DE2624781B2 - Elektronenemittierende Elektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2624781B2
Application number: DE2624781A
Authority: DE
Inventors: Arthur Frederick Lancaster Pa. Mcdonie (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1975-06-04
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1979-11-15
Also published as: US4039887A; DE2624781A1; DE2624781C3; JPS51148352A; GB1503875A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronenemittierende Elektrode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Eine derartige Elektrode ist ι·χ der US-PS 24 01 735 bekannt.

Bei der Herstellung von elektronenemittierenden Elektroden, die besonders fur Photokathoden oder Sekundäremissionselektroden in Detektoreinrichtungen, wie PhotoelektronenvervieSiacherröhren, Bildröhren und Bildverstärkerröhren von Nutzen sind, hat man sich bereits sehr um eine Steigerung der Empfindlichkeit besonders in einem gewünschten Spektralbereich bemüht (vgl. z. B. US-PS 26 76 282, 27 70 561, 28 80 344, 29 14 690, 36 97 794, 33 72 967, 36 58 400, 38 38 304 sowie 28 81 343 und 37 53 023).

Die aus der US-PS 24 01 735 bekannte Elektrode wird dadurch hergestellt, daß man auf eine Unterlage aus Nickel od. dgl. im Vakuum eine relativ massive Antimonschicht mit einer Dicke von z. B. 90 bis 110 nm aufdampft, deren Oberfläche vor der Aktivierung·, z. B. mit Cäsium, erhitzt wird, wobei ein kleiner Teil des Antimons verdampft und sich eine relativ poröse Oberfläche bildet. Dadurch soll sich die Empfindlichkeit erhöhen, doch ist das Ergebnis noch nicht befriedigend.

Aus der ]P-PS SHO 39 28 668 ist es ferner bekannt, auf einer Unterlage lediglich eine relativ poröse Antimonschicht dadurch zu bilden, daß das Antimon in einem inerten Gas wie Argon mit einem Druck von z. B. 0,067 bis 0,13 mbar aufgedampft wird. Anschließend ist eme Wärmebehandlung erforderlich.

Aus der US-PS 29 67 254 ist an sich eine als Ladungsspeicherplatte verwendbare photoleitende Elektrode bekannt, die auf einer massiven Schicht aus einer Antimonverbindung wie z. B. Antimontrisulfid eine relativ poröse Schicht aus dem gleichen Material aufweist. Beide Schichten können mindestens 250 nm dick sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronenemittierende Elektrode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß sie eine gesteigerte Empfindlichkeit aufweist und insbesondere bei Verwendung als Photokathode ein besseres Ansprechvermögen bei langen Wellenlängen zeigt.

Diese Aufgabe wird durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltene Merkmal gelöst.
Ausgestaltungen der Erfindung und ein zweckmäßiges Verfahren zum Herstellen der Elektrode sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Elektrode nicht maßstabgerecht, sondern stark übertrieben dargestellt

F i g. 1 zeigt eine für eine Photokathode geeignete elektronenemittierende Elektrode 110. Die Elektrode 110 ist vom reflektierenden Typ, d. h. die Elektronenemission 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 Hauptfläche 115 kann planar oder so geformt sein, daß sich eine für einen gegebenen Anwendungszweck erwünschte Elektrodenkrürnmung ergibt. Entlang der Hauptfläche J15 ist είπε dünne Schicht 116 aus Metalloxid angebracht. Die Elektrode 110 weist außerdem in der angegebenen Reihenfolge bzw. Übereinanderlage auf der Metalloxidschicht 116 eine »massive« Antimonschicht 118 sowie eine »poröse« Antimonschicht IJfianf

Die Metalloxuischicht 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 Metalloxid verwendet man dabei vorzugsweise Manganoxid; jedoch sind auch andere Metalloxide wie Nickeloxid mit Vorteil verwendbar. Man kann stattdessen für die Unterlage 114 auch ein Material verwenden, das inert gegenüber den Antimonschichten 118 und 120 ist, in welchem Falle die Metalloxid- oder »Puffer«-Schicht 116 entfallen kann.

Die Antimonschichten 118 viid 120 sind hier als »massiv« bzw. »porös« bezeichnet. Eine »poröse« Antimonschicht ist dabei im vorliegenden Fall definiert als aus einer Materialzusammensetzung bestehend, welche die Eigenschaften einer solchen hat, die typischerweise in einem geringwertigen 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 typischerweise in einem höheren Vakuum unter Bildung einer »massiven« 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 MO als Bestandteil einer Photokathode vom reflektierenden Typ wird eine Schicht aus Mangan in einem Vakuum mit einem Druck von weniger als 10—'Torr verdampft und auf die Hauptfläche 115 einer selbsttragenden Unterlage 114 aus Nickel aufgedampft. Die Dicke der Manganschicht ist so bemessen, daß eine unerwünschte Umsetzung der Unterlage mit den später aufzubringenden Antimonschichten 118 und 120 vermieden wird. Eine Dicke von ungefähr 30 nm 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 Oxidieren der Manganschicht geeigneten Sauerstoffatmosphäre gegeben. Es wurde gefunden, daß die gewünschte Schicht 116 aus Manganoxid erhalten werden kann, wenn man das Nickelwerkstück in einer solchen Kammer IO bis 20 Sekunden lang einem inneren Sauerstoffdruck von ungefähr 133 bar bei einer Temperatur von ungefähr 825°C aussetzt.

Danach wird eine verhältnismäßig dünne, weniger als ungefähr 100 nm dicke massive Antimonschicht 118 in einem Vakuum mit einem Druck von weniger als 133 · 10—♦ mbar auf die freiliegende Oberfläche der zuvor gebildeten Manganoxidschicht 116 aufgedampft Vorzugsweise ist die massive Antimonschicht 118 ungefähr 20 bis 60 nm dick und wird bei einem Druck von weniger als ungefähr 2,67 χ 10-⁵mbar aufgedampft.

Danach wird auf der freiliegenden Oberfläche der Schicht 118 eine verhältnismäßig dicke poröse Antirnonschicht 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 1,3 · 10~⁵ mbar aufzuweisen in der Lage ist. Dann, wird ein Inertgas, d. h. ein Gas, das nicht mit den Alkalimetallen reagiert, (beispielsweise ein solches der Gruppe VIIlA des Periodischen Systems oder Stickstoff) in das Innere der Kammer eingeleitet, um dort ein Druckniveau von ungefähr 0,29 bis 0,41 mbar zu erzeugen. Vorzugsweise läßt man Argon in die Kammer während der Evakuierung auf ein Druckniveau von ungefähr 035 bis 0,41 mbar einfließen oder einsickern. Die Dicke der so entstehenden Schicht 120 beträgt ungefähr 4 μίτι. 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.

Das Nickelelektrodenwerkstück mit den Schichten 116, 118 und 120 kann dann zwecks Erzielung einer gewünschten Ansprech- und Spektralempfindlichkeit sensibiiisiert 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. 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 der Elektrode 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 Photoelektro nen-Vervielfacher vom »Side-on' Typ eingebaut werden.

Fig. 2 und 3 zeigen andere Ausführungsformen der Elektrode. Bei der Elektrode 210 nach F i g. 2 ist die Metalloxidschicht weggelassen. Diese Anordnung kann immer dann vorgesehen werden, wenn man für die Unterlage 2J4 ein Material verwendet, das mit der massiven und der porösen Antimonschicht 218 bzw. 220 nicht nennenswert reagiert. Hierfür in Frage kommende Unterlagenmaterialien sind beispielsweise Stahl, Aluminium und Chromnickei. Bei der Ausführungsform nach Fig.3 ist die Elektronenemissionselektrode 310 von gleichem Aufbau wie in Fig. 2, jedoch sind die Antimonschichten 318 bzw. 320 auf einer tragenden Glasunterlage 314 ausgebildet.

Die Elektroden 110, 210 und 310 nach Fig. 1 bis 3 können mit Vorteil als Sekundäremissionselektroden verwendet werden. Gegenüber Elektroden nach dem Stand der Technik haben sie den VorteM einer besseren Ansprechempfindlichkeit, besonders bei langen Wellenlängen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Elektronenemittierende Elektrode mit einer auf einer tragenden Unterlage angeordneten massiven Antimonschicht, die dünner als ungefähr 100 um ist und auf der sich eine poröse Antimon&ehicht befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Antimonschicht (120) dicker ist als die massive Antimonschicht (118).
2. Elektronenemittierende Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Antimonschicht (120) ungefähr 4 μπι dick ist.
3. Elektronenemittierende Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daiß die massive Antimonschicht (118) ungefähr 20 bis 60 nm dick ist.
4. Verfahren zum Herstellen einer elektronenemittierenden Elektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der porösen Antimonschicht auf die Oberfläche der massiven Antimonschicht Antimon in einer evakuierten Kammer aufgedampft wird, in welcher durch Einleiten eines Inertgases ein Druck von ungefähr 0.29 bis 0,41 mbar erzeugt wird.