DE2624781C3

DE2624781C3 - Elektronenemittierende Elektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2624781C3
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: 1980-07-31
Also published as: DE2624781B2; JPS51148352A; GB1503875A; DE2624781A1; US4039887A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronenemittierende Elektrode nach ci^m Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Eine derartige Elektrode ist aus der US-PS 24 0] 735 bekannt.

Bei der Herstellung von elcktroncncmittierendcn Elektroden, die besonders für Photokathoden oder Sekundäremissionselektroden in Dctcktoreinrichtungcn, wie Photoelektroncnvcrviclfaeherröhrcn, Bildröhren und Bildverstärkerröhren von Nut/.cn sind, hat man sich bereits sehr um eine Steigerung der E'mpfindlichkcit besonders in ein^m gewünschten Spcktralbcreich 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 Anlimonschicht 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 eine Wärmebehandlung erforderlich.

Aus der US-PS 29 67 254 ist an sich eine als Ladungsspeicherplaiie verwendbare photoleitcndc Elektrode bekannt, die auf einer massiven Schicht aus einer Antimonverbindung wie /. 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 eleklronenemittierende Elektrode gemäß dem überbegriff des Anspruchs I 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 I 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 i 10 ist vom reflektierenden Typ, d. h. die Elektronenemission erfolgt von der gleichen Hauptfläche 112 aus, aufweiche 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 Eleklrodenkrümmung ergibt. Entlang der Hauptfläche 115 ist eine dünne Schicht 116 aus Metalloxid angebracht Die Elektrode 110 weist außerdem in der angegebenen Reihenfolge bzw. Übereinanderlage auf aer Metalloxidschicht 116 eine »massive« Antimonschicht 118 sowie eine »poröse« Antimonschicht 120 auf.

Die Metalloxidschicht 116 hat den Zweck, unerwünschte Reaktionen der Antimonschichten 118 und

to 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

υ Vorteil verwendbar. Man kann stattdessen für die Unterlage 114 auch ein Material verwenden, das inert gegenüber den Aniimonsehichten >I8 und 120 ist, in welchem Falle die Metalloxid- oclci' »Puffcrw-Schicht 116 entfallen kann.

Die Antimonschichten 118 und 120 sind hier als »massiv« bzw. »porös« bezeichnet. Eine »poröse« Anlimonschicht 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 Antimonmatcrial typischcrwci-

vt se 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 charaktcrislischcrwcisc ein verhältnismäßig homogenes schwarzes, samtartiges Aussehen.

Bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen der Elektrode 110 als Bestandteil einer Photokalhodc vom

M) reflektierenden Typ wird eine Schicht aus Mangan in einem Vakuum mil einem Druck von weniger als ΙΟ-⁴ Torr verdampft und auf die Hauptfläche 115 einer selbsttragenden Unterlage 114 aus Nickel aufgedampft. Die Dicke der Manganschicht ist so bemessen, daß eine

μ 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 Elektrodenwerkstpck 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 10 bis 20 Sekunden lang einem inneren Sauerstoffdruck von ungefähr 1,33 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 · 10~⁴mbar 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 lO-^mbar 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 1,3 ■ IO~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 VIlIA 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 0,35 bis 0.41 mbar einfließen oder einsickern. Die Dicke der so entstehenden Schicht 120 beträgt ungefähr 4 μηι. 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 Nickclclcklrodenwerksiück mit den Schichten 116, 118 und 120 kann dann zwecks Erzielung einer gewünschten Anspreeh- und Spektralempfindlichkeit sensibilisiert werden, indem man die freie Hauptfläehe der porösen Schicht 120 mit Zäsium und/oder einem

5 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 enthült.

In der obigen Weise hergestellt. Photokaihoden können in allgemein bekannter Weise in l'hotoelektronen-Vervielfacher vom »Side-on«-Typ eingebaut werden.

Fig. 2 und 3 zeigen andere Ausführungsformen der Elektrorio. Bei der Elektrode 210 nach Fig.2 ist die

2·? MetaNoxidschicht weggelassen. Diese Anordnung kann immer dann vorgesehen werden, wenn man für die Unterlage 214 ein Material verwendet, das mit der massiven und der porösen Antimonschicht 218 bzw. 220 nicht nennenswert reagiert. Hierfür in Frage kommende

<o Unterlagenmaterialien sind beispielsweise Stahl, Aluminium und Cbromnickel. 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

j5 Glasunterlage 314 ausgebildet.

Die Elektroden 110, 210 und 310 nach Fig. 1 bis 3 können mit Vorteil als Sekundäremissionselekiroden verwendet werden. Gegenüber Elektroden nach dem Stand der Technik haben sie den Vorteil einer besseren

■w Ansprechempfindlichkeit, besonders bei langen Wellenlangen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Elektronenemittierende Elektrode mit einer auf einer tragenden Unterlage angeordneten massiven Antirnonschicht, die dünner als ungefähr 100 nm ist und auf der sich eine poröse Antimonschicht 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. Elektronenemiitierende Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die massive Antimonschicht (118) ungefähr 20 bis 60 nm dick ist.

4. Verfahren zum Herstellen einer elektronenemittierenden Elektrode nach einem der vorangehenden An&prüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der porösen Aniimonschichi 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.