DE3217405A1

DE3217405A1 - Elektronenvervielfachungsstruktur, verfahren zum herstellen einer derartigen struktur und ihre anwendung in einer fotoelektrischen roehre

Info

Publication number: DE3217405A1
Application number: DE19823217405
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre 75011 Paris Boutot
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1981-05-20
Filing date: 1982-05-08
Publication date: 1982-12-09
Also published as: US4568853A; FR2506518B1; FR2506518A1; GB2098796A; GB2098796B; JPS57196466A

Description

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PItF 81 550 /M, 14.A-. 1982

Elektronenvervielfachungsstruktur, Verfahren zum Herstellen edner derartigen Struktur und ihre Anwendung in einer fotoelek.trischen Röhre

Die Erfindung bezieht sich auf eine ElektronenvfTvielfachungsstruktur, mit zumindest einer Mikrokanalplatte mit Sekundärelektronenemission, welche Platte mit einer Eingangsfläche und einer Ausgangsfläche versehen ist. D:i θ Erfindung bezieht sich weiter auf die Herstellung einer derartigen Struktur und auf ihre Anwendung in einer fotoelektrischen Röhre.

Bekanntlich beschränkt sich die Verstärkung einer Mikrokanalplatte mit Sekundärelektronenemission, nachstehend. ^ kurz mit M.K.P. bezeichnet, auf die Sättigung durch das Aufladen der Wände eines jeden Kanals während der Vervielfachung. Die Höchstverstärkung G entspricht der Maximalladung, dd e am Ausgang eines Kanals durch die Vervielfachung eines Elektrons am Eingang dieses Kanals erhalten wird. Dd ese HöclLstverstärkung G wird nur dann erhalten, wenn

.max

das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser der Kanäle gross genug ist. Der Wert von G steigt mit dem

max

Di rchmesser der Kanäle an (z.B. für d = 12,5 /um stellt

si ch die ltöchstverstärkung G auf eine Grössenordnung on ^r max

von 10"³ und für d = 4θ /um stellt sich G auf die Grössen-

s / max

οιdnung von 10 ein.) In Bildwiedergabeanordnungen, in denen derartige Kanalplatten benutzt werden, geht der Anstieg der Verstärkung durch die Vergrösserung des Kanaldnrchmessers auf Kosten der räumlichen Auflösung.Ausserdem

ti eten bed der Verwendung derart hoher Verstärkungen grosse

k Pa obleine ; uf, die zu lösen sind. Verstärkungen über 10 ktnnen bed geraden Kanälen benutzt werden, da bei diesen Vtrstäi"-kuiigen die sich in den Kanälen bildenden Ionen durch eine Reaktion mit dem Eingang der Kanäle eine Quelle von

Si reu-Krsc heinungen darstellen, wie Geräuschinipulsen, oder sogar in bestimmten Fällen ein ununterbrochenes Rauschen, ii' allgemeinen mit ^MElr,enerregend" bezeichnet. Die Anordmngeinei emittierenden Oberfläche (z.B. einer Fotokathode)

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nahe be Lm Eingang einer M.K.P. fördert stark deis Auftreten dieser Erscheinungen. Deshalb beschränkt man freiwillig -lie Verstärkung der Röhren dieses Typs (z.B. BiLdverstärkerröhren) auf ziemlich niedrigere Werte (G41'J ). Eine Lösung, durch die eine einzige M.K.P. bei hohen Verstärkungen (y 10 ; arbeiten kann, ohne dass von Durchschlag infolge von Ionenreaktion die Rede ist, besteht darin, dass die Kanäle gekrümmt ausgebildet werden. Bei geraden Kanälen ist es zum Erhalten hoher Verstärkungen ( >10 ) praktisch notwendig, über zwei oder sogar drei Mikrokanalplatten zu verfügen, die kaskaden^eschaltet sind und einen oder ^wei Chevronstreifen bilden. Hierdurch gehen jedoch manche ihrer Eigenschaften im Vergleich zu denen einer einzigen M.K.P. zurück, die bei ihrer Höchstverstärkung arbeitet. Es bezieht sich dabei insbesondere auf die momentan erhaltenen Eigenscharten (Vergrösserung der Impulswiedergabe, die mit der Kanallänge zusammenhängt), die statistische Schwankung der Verstärkung, die räumliche Auflösung (das Entstehen des elektronischen Lawineneffekts zwischen dem Eingang und dem Ausgang) sowie auf den Geräuschpegel, der im allgemeinen als Funktion der Anzahl von Mikrokanalplatten ansteigt, ob dieses System bei ihrer HOchstverStärkung arbeitet oder nicht.

Weiter sei bemerkt, dass die Höchstverstärkung

G , die mit einem Vervielfacher mit mehreren Mikrokanalmax

platten erhalten wird, sich kaum durch den Zusatz einer weiteren Mikrok analplatt β vergrössert. Ee zeigt sicii in diesem Fall, dass neben allen erwähnten £lgens<haf ton au<-.h diejenigen Eigenschaften ι die sich auf die verwirklichbare Strominipulszählung beziehen, d.h. auf den Pegel N dieser Signale bei der gegebenen Frequenz F oder auch der Frequenz F dieser Signale für einen gegebenen Pegel N, weiter zurückgeht. Ein Nachteil., wenn nur eine Mikrokanalplatte oder eine Kombination von Mikrokanalplatten bei hoher Verstärkung arbeitet, betrifft insbesondere die auftretende

³^ Herabsetzung der lineazen Verstärkungsdynamik. Der mittlere Höchstous^anfis strom I₁, , den die Mikrokanalplatto bei linuarrm llebi-ieb Heforn kann und dio Verstärkung G Bind nämlich eine Funktion dor zwischen den beitl'Ui Leiten dex·

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M ι -kr ok. ma !.platte angelegten elektrischen Spannung V .

D Lese Kunictionen werden durch die Gleichungen I_c =0 i 1 ·£—

& max R_G

und G = k Vp gegeben, worin R_ der elektrische Widerstand zwischen den Seiten der Mikrokanalplatte ist und k und <=t Konstanten sind, wobei ⁰^ gross ist und für L/ei = kO beispxelsweiee in der Grössenordnung von 10 liegt. Es folgt daraus, diss jedem Anstieg um den Faktor g der Verstärkung eine Herabsetzung um nahezu den gleichen Faktor des Höchst« P'^vgels I-, des Strome am Eingang der Mikrokanalplatte entspricht, der bei Linearbetrieb verstärkt werden kann. Bei einer Linearverstärkung der pulsierten Signale löst dies einen Abfall der zulässigen Frequenz F für einen gegebenen Pegel N der Impulse oder umgekehrt einen Abfall dieses zulässigen Pegels N für eine gegebene Frequenz F aus.

Die Aussage bezüglich des Stroms gilt auch für die Ladungsmenge, die eine Mikrokanalplatte bei Linearbetrieb liefern kann. Denn es ist bekannt, dass die Maximalladung, die eine bestimmte Mikrokanalplatte bei Linearbetrieb liefern kann, gemäss V_, schwankt und der benutzten Vervielfachungsfläche direkt proportional ist. Also ist bei höherer Verstärkung der Iiiipulsladungspegel, der bei Linearbetrieb zulässig ist, η Ledrifi'er.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ELektronenvervielfachungsstruktur anzugeben, bei der diese lj 25 Nachteile weitgehend beseitigt sind.

Diese Aufgabe wird in der VervielfacJmngsstruktur erfinclungsgemäfs dadurch gelöst, dass parallel zur Ausgangs-ίlache eine gitterförmige Anode und eine Dynode angeordnet sind. Eri indunf,sgemäss kann die Dynodestufe ain Ausgang mit einer Vervielfachungsstruktur nach dem Stand der Technik kombiniert werden, die nur Mikrokanalplatten enthält, um eine höhere Verstärkung zu erreichen, oder bei gleicher Verstärkung die· Mikrokanalplatten bei einer niedrigeren Verstärkung arbeiten zu lassen und die Sättigungserscheinungen innerhalb der MLkrokanalplatten zu verhindern und eine bessere lineare Arbeitsdynamik zu erreichen, oder bei gLeicher Verstärkung die Anzahl der Mikrokanalplatten herabzusetzen, was für die Linearität die oben beschriebenen

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Folgen !iac. Im letzten Fall treten noch weiter«! Konsequenzen ein: Aufgrund der niedrigeren Verstärkung der Mikrikanalplatten braucht man die zurückkehrenden Elektronen nicht zu fürchten.

Veiter braucht die Eingangsfläche der Eingangsstufe nicht mit einer Membran zum Abschirmen der rückkehienden Ionen zu bedecken, wodurch bei gleicher Verstärkung ein einfacherer Aufbau mit besseren Eigenschaften, insbesondere durch die geringere Anzahl benutzter Mikrokanaiplatten, eine kürzere Impulswiedergabe, eine bessere Kanalitierung des Eluktronenlawineneffekts und dadurch eine bessere räumliehe Auflösung, eine geringere Schwankung in der Verstärkung und eiji niedrigerer Geräuschpegel erhalten werden können. Weiter·· Folgen beziehen sich auf die Lebensdauer der Struktur oder der fotoelektrischen Röhre, in dor sie angeordnet vird. Denn wenn die Struktur bei gleicher Verstärkung arbeitet, zeigt es sich, dass die eigentliche Verstärkung der Mikro-. kanalplatten um den Faktor g gleich der der Dynodenstufe und der mittelere von den Mikrokanaiplatten gelieferte Strom herabgesetzt sind, wodurch ein um das g-I*ache langsamerer Abfall der Verstärkung dieser Mikrokanaiplatten auftritt. Auf gleiche Weise zeigt es sich, wenn der Elektronenvervielfacher in einer fotoelektrischen Röhre angebracht vird, dass die Lebensdauer der fotoelektrisohen Schicht inn den Faktor g grosser wird. Denn es ist bekannt, dass der AbJaIl im Laufe der Zeit der Verstärkung eines mit Mikrokftnalplatteji ausgelösten Vervielfachers direkt von der Gesamt-*· ladung abhängig ist, die im Laufe der Zeit von den Mikrokanaiplatten geliefert wird und also von der Verstärkung dieser Stufen abhängig ist. Weiter isb es bekannt, dass eine fotoelektrische Schicht, die in der Nähe der Eingangsflache eines mit Mikrokanaiplatten ausgerüsteten Vervielfacher.s angeordnet ist, zeitlich eine Verringerung seiner Empfindlichkeit aufweist. Dieser Rückgang, der eiiie Folge der zurückk.ehrenden Ionen aus den Mikrokanalpliitten ist, ist.

alpo gleichfalls von der (reaamtladung direl· t .-ibhanrig, «lie \" die Mli.rokanalplatten liefern,* .und somit v< η tier Verstärkung dieser Mikrokanaiplatten.

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];ine erste Au s führung s form ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vervielfacher mit nur einer Mikrokanalplatte ausgerüstet ist, die gekrümmte Kanäle aufweist. Eine zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhültnis zwischen der Länge und dem Durchmesser der Kanäle 6ü übersteigt und eine dritte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vervielfacher mit mehreren Mikrokanalplatten ausgerüstet ist, die einen oder mehrere Chevrons!.reifen bilden.

Kine vierte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die den Mlkrokanalplatten zugeführten Spannungen derart sind, dass die Mikrokanalplatten mit HöchstverStärkung und somit im Sättigungsbetrieb arbeiten.

Wenn der Vervielfacher nur eine Mikrokanalplatte enthält., bewirkt der an der Mikrokanalplatte vorhandene elektrische Spannungsunterschied, dass die Verstärkung eines Kanals auf ihren Höchstwert in der Grössenordnung beispielsweise von 10 gebracht wird, während die Dynodenstufe bewirkt, dass die Gesamtverstärkung des Vervieli'achers einen Wert hat, der im genannten Beispiel um einige 10 -Einheiten oiler um einige 10 -Zehnereinheiten betragen kann.

Wenn der Vervielfacher mehrere Mikrokanalplatten enthält, steigen die den verschiedenen Flächen der Kanalplatten zugeführten elektrischen Spannungen vom Eingang _Zum Ausgang an und sorgen dafür, dass beispielsweise für eine Kombination dreier gleicher Mikrokanalplatten der Vervielfacher bei der Höchstverstärkung arbeitet, beispielsweise in der Grössenordnung von 10 . Die Dynodenstufe bewirkt, dass die GesamtverStärkung des VervielTachers auf einen Wert gebracht wird, der in diesem Fall einige 10 -Einheiten oder einige 10 -Zehnereinheiten betragen kann.

Kine fünfte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die den Mikrokanalplatten zugeführton elektrischen Spannungen einen derartigen Vert haben, dass die Mikrokanalp Lat i,en unter der Höchstverstärkung und also nicht im Sättigung .betrieb arbeiten.

Wenn der Vervielfacher aus nur einer Mikrokanalp atte besteht, senken die den Flächen der Mikrokanalplatte

Λ B * ^m ^w ■ m * · ~

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zugeftiJirten elektrischen Spannungen die Verstärkung um den Faktor g in bezug auf ihre Höchstverstärkung. Die Dynodenstufe besitzt eine Verstärkung beispielswezi se gleich g, um die Gesamtverstärkung des Vervielfachers zumindest auf den Höchstwert der Verstärkung von nur einer Mj krokanaJ plat I,e zurückzubringen.

Wenn der Vervielfacher aus einer Kombination verschiedener Mikrokanalplatten besteht, die aufeinander gelegt sind, wird dia Verstärkung gleichfalls um den Faktor g unter

Ό ihrer HöchstvorStärkung hurabgesetzt, wobe.i dieser VerstärkungsrUckgang zumindest durch den der letzten Dynodenstufe ausgeglichen wird.

Bei allen diesen Ausführungsformen ist, insbesondere wenn der Werkstoff der Dynode einen hohen i>ekundärelektronen-

'5 emissionskoeffizienten i> besitzt, das Sigmil an der Dynode bis auf der Polarität nahezu gleich dem der Anode, wodurch sich die Dynode als Ausgangselektrode des Signals benutzen lässt. Diese Tatsache lässt sich dazu ausnutzen, auf ziemlich einfache Weise den Vervielfacher für die Bestimmung der Lat;e der Informationen empfindlich zu machen. Denn dazu ist es notwendig, die Ausgangselektrode on elektrisch voneinander getrennte Elemente zu unterteilen. Dies i.st mit einem aus der Anode abgeleiteten Signal scJiwer verwirklichbar. Es wäre dabei erforderlich, die Anode aus mehreren voneinander getrennten Kollektoren zusammenzustellen. Jeder Kollektor muss aus einem Gitter oder einem Drahtgewebe bestehen, das besonders durchsichtig sein soll. Eine derartige Struktur lässt sich hinsichtldch der Anode nicht leicht herstellen, insbesondere nicht weil zweidimensional Informationen über die Lage (z.B. eine Mosaikstruktur) gewünscht wird.

Eine sechst« Ausführungsform, die sich leicht verwirklichen lässt, ist dadurch gekenn^.eichnot, dass die Dynode aus mehreren elektrisch voneinander getrennten EIe-

^3£> menteri besteht. Nach einer weiteren /usftihrunr;eform wird die Anode durch ein Gitter aus einer Einheit yjebll'lGt, Die Lö.^edaten werden mit Hilfe der an den Dynodene Lernen ten empfangenen Signale erhalten, währenc das on der Anode

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ankommende Sign.il beispielsweise als Zeitbezugssignal» (für die Synchronisation) oder als AraplitüdenbeiaUgs signal (für die Pecelvahl) 'lienen kann. Nach einer anderen AusfÜhrungsfcirm wird die Aiode' durch ein Gitter paralleler und voneinarider iaoJiertei' Drahte gebildet. Dies ermöglicht es, mit dt.·η Elementen dor Dynode eine Matrixanordnung zum Lesen zweidiiiienf ionalor Lagedaten nach den allgemein-bekannten Grundsätzen zu bilden.

Nach weiteren Ausführungsformen der Erfindung besteht der Emitterwerkstoff der Dynode aus einer an der Oberfläche oxydLerten metallischen Legierung wie CuBeO, Af'.MgO und AlMgO oder aus einer auf einem Substrat angebrachten Schicht eines Werkstoffs mit Sekundärelektroneneinission, wobei ggf. zwischen der Schicht und dem Substrat eine niiigl i.chervieise oxydierte Zwischenschicht angeordnet ist. Der Werkstoff mit Sekundärelektronenemission ist beispielsweise MgO, CsI oder Na-AlFg oder ist ein Alkaliantimonid wie SbCs, SbKCs, SbRCs oder SbNaJCCs. Für diese letzte Werkst, offgruppe ist ein Verfahren zum Herstellen einer Elektronenvervielfachungsstruktur, die zuvor in einer evakuierten Hülle einer fotoelektrischen Röhre angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte zum Ablagern von Antimon auf einem Dynodensubstrat, wobei von Antimonk^;t>rnern ausgegangen wird, die gleichmässig ge.streut auf der 'W 25 Anode iinyibracbt werden und wobei das Verdampfen von Antimon durch Durchfluss elektrischen Stroms durch, die Anode erfolgt, und zum Verdampfen eines oder mehrerer Alkalimetalle aus Quellen enthält, die in der Röhre dauerhaft oder in einem Raum angebracht sind, der zum Abschmelzen über einen Pumpstengel mit der Röhre verbunden ist.

Eine ν eitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff mit Sekundärelektronenemission ein Halbleiterverkstoff ist, der in einem Zustand negativer ELektroncnaffijiität gebracht ist, wie GaP(Cs-o), GaAs(Cs-O) oder J-iL(Cs-o). Da die Dynode wie die Anode flach ist, im Gegen^atj' zu den Dynoden in einem üblichen Fotovervielfacher, ist es möglich eine hohe elektrische Spannung, die beispielsweise über 1 kV beträgt, zwischen der letzten Mikrokanal-

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platte und der Dynode zu benutzen, ohiie das; man kalte Elektronenemission zu befürchten braucht. Deswegen wird für den Werkstoff mit negativer ElektronenaJ finitat die einkristalline Form gewählt. Dieses MateriaJ wird unter Berücksichtigung der zugeführten elektrischen Spannung mit einer hohen Emittierungsleistung benutzt, die 5° überschreiten kann. Für die Verwendung derartiger Werkstoffe ist ein Verfahren zum Herstellen einer Elektronenvervielfachungsstruktur, die zuvor in die Hülle einer fotoelektrisehen Röhre angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmereinigungsbehandlung des Hall>leiterwerkstoffs vor dem Aufdampfen von Cä«ium mittels Strahlung erfolgt, die aus einer ausserhalb der Hülle liegenden Strahlungsquelle herrühr t.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden naohr stehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Elektronenvervielfachun^sstruktur im Schnitt in der allgemeinsten Form,

Fig. 2 einen Schnitt durch exne Elektronenvervielfachungsstruktur nach einer ersten und einer zweiten Ausführung sform der Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Elektronenvervielfachuni/.sstruktur nach einer dritten UJid einer vierten Auaführungsform,

Fig. k eine fünfte Ausftihrun,jsform einer Elektronenvervielfachungsstruktur mit einer unterteilten Dynode.

In Fig. 1 ist eine Elektronenvervielfachungsstruktvir dargestellt, die aus einer Schicht 11 von Mikrokanalplatten 12, 13 und 14 besteht. DLe Eingangs- und Ausgancsflächen dieser Schicht 11 sind mit 15 bzw. 16 und die fü3· die Kanalplatten in der Schldit gemeinsamen Flächen mit 17 und 18 bezeichnet. Die den Flachen der MikrokanaJ-platten zugeftihrten elektrischen Spannungen steigen von der Fläche 15 zur Fläche 16 an. Die zu vervielfachenden Elektronen werden der Fläche 15 zugeführt. Eine zweite Vervielfachun,",sstufe folgt der Schicht 11. Sie besteht aus der Dynode 19 und der Anode 20, die beide flach und paralle3 zur Flüche 16 der Mikrokanalplatte verlaufen. Die Anode 20

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i.Ht ein Gitter ι.η Form eines Gewebes paralleler Drohte 21 (senkroch ι. zur 4e±chenebene) oder in Form eines Drahtgitters. Die elektrische Spannung dieser Anode 20 ist in bezug auf die der Fläche 16 der letzten Kanalplatte Ik positiv, während die Spannung der Dynode 19 zwischen der der Fläche 16 und der der Anο ie 20 liegt. Es zeigt sich, dass dadurch die Anode 20 3"Ur die von der Kanalplatte 1 k ausgesandten Elektronen durchsichtig ist. Die die Dynode 19 erreichenden Elektronen werdan dort vervielfacht, wobei die freigemachten Sekundere I.ektronen von der Anode 20 gesammelt werden.

J)ie verschiedenen Ausf tlhrungsf ormen und ihre Ab-Wandlungen unterscheiden sich hinsichtlich der elektrischen Spannungen der lianalplatten und der Dynode und dadurch auch hins.i.chtlich der Betriebsart.

.Cn Fig. 2 ist eine erste Ausführungsi'orm dargestellt, Dor Vervielfacher enthält nur eine Mikrokanalplatte 25. Die Kanalplatte 25 ist mit gekrümmten Kanälen versehen, um bei Hochs ;verStärkung arbeiten zu können, ohne dass dies infolge rückkehrender Ionen zu einem schnellen Rückgang der Güte der fotokathode der fotoelektrischen Röhre führt, in der die Struktur angebracht sein kann. Die Länge und der Durchmesser dieser Kanäle beträgt beispielsweise 1 = 3,2 mm und d = ^+Oyum. Die den Flächen 15 und 16 der Kanalplatte 25 ziigeftUirt'sn elektrischen Spannungen betragen V=OV und V., = 1500 V. Die Verstärkung der Kanalplatte :i5 liegt dabei in der Gr-issenordnung von 10 . Die an die Anode 20 und die Dynode 19 angelegten elektrischen Spannungen betragen V„ = 2100 V bzw. V. = 1800 V. Bei diesen Spannungen besitzt die Vervi3lfacbungsstruktur eine Gesamtverstärkung von eLnigen 10 bie 10' Einheiten. Der emittierende Werkstoff d<?r Dynocl 3 19 j st z.B. e:in Metalloxid wie BeO oder MgO. Bei dieser ersten Ausführungsform sind die elektrischen Spannungen derzrt, dass der mit der Mikrokanalplatte 25 ausgerüstete Vervielfacher bei seiner Höchstverstärkung arbeitet, was j'ür. die Kanalplatte 25 dem Kanalsättigungsbetrieb f Ir ein Elektron am Eingang eines Kanals der Kanalplatte· 25 'entspricht.

'Cine zweite AusJ'ülirungsform wird gle i.chfalls anhand

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der FIf;. ² näher erläutert. Diese Ausiführungsform unterscheidet sich darin von der ersten AUiführungsform, dass die den Flächen 15 und 16 der Kanalplatte 2 5 zugeführten elektrischen Spannungen derart sind, dass der Vervielfacher nicht Lei Höchstverstärkung arbeitet, die djm KanaJsattägungsbutrieb für ein am Eingang vorhandenes Eloktron entspricht . Dadurch besitzt der mit der KanalpLat.te 25 ausgerüstete Vervielfacher für den mittleren elektrischen Strom oder die mittlere elektrische Ladung «im Eingang des Vervielfachers ein bestimmtes vergrössertes lineares Verstärkungsgebiet : Die elektrischen Spannungen d<ir Kanalplatte 25 sind auf einem derartigen Wert festgelegt, dass <iie Verstärkung des Vervielfachers um den Faktor g in bezug auf sein Maximum entsprechend der Wirkung im Kanalsätt.-gungsbetrieb herabgesetzt wird. Das Maximum des Signals, das Linear verstärkt werden kann, wird um den gleichen Faktor g erhöht. Die Herabsetzung der Verstärkung des mit der Milcrokanalplatte ausgerüsteten Vervielfachers wird zumindest durch, den Verstärkungsfaktor der Dynodenstufe ausgeglichen. Die den Flächen 15 und 16 der Kanalplatte zugeführten Spannungen betragen beispielsweise V. = 0 V bzw. V„ = 1200 V. Mit diesen Werten liegt die Verstärkung der Kanalplatte 25 in der GrossenOrdnung von 1O₁ wodurch sie uii den Paktor 10 niedriger als die nach Fig. 2 ist. Diese Verstärkungsherabsetzung wird zumindest durch die der Dynodenstufe ausgeglichen, wenn die Anode 20 und die Dynode 19 auf Spannungswerte von V„ = 1800 V bzw. Vj =s 1500 V gebracht sind. Das maximale Signal des mittleren Stroms am Eingang der .Struktur, das linear verstärkt werden kann, liegt in der 'irössenordnung von 10 ~ A/cm~ , wenn beispielsweise der mittlere Höchstausganfsstrom, den eine Mikrokanalplai;te bei linearem Betrieb J iefern kann, 10 A/cm" beträft.

Eine dritte Ausführungsform .i.st in Fig. 3 dargestellt. Der Vervielfacher enthält zwe:i. KanaLplatten 3I und 32 mit geraden Kanälen, wobei die Kanille der einen Kanalplatte in beüUfj auf die der anderen Kiunalpl itto derart geneigi angebracht sind, dass die Kan.ilplat'.en 31 und 32 einen Chevrons breif en bilden. Die -Länr.e 1 und der Durch-

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messer¹ d der Kanäle für die Kanalplatten 31 und 32 betragen z.B. 1 = 0,5 mm und d = 12,5 /Um. Bei dieser Ausführungsform sind die ^ugeführten elektrischen Spannungen derart, dass der Vervielfacher bei seiner HÖchstverStärkung arbeitet, was für die Kanalplatten 31 und 32 dem KanalSättigungsbetrieb für ein Elektron am Eingang eines Kanals entspricht. Die den Flächen 151 17 und 1.6 der Kanalplatten 31 und 32 zugeführten Spannungen betragen beispielsweise V.. = 0 V, V„:=900 V bzw. V = 18OO V. Bei diesen Spannungen liegt die Ver-Stärkung der Kanalplatten 31 und 32 in der Gr'össenordnung von 10"* · Der Chevronstreifen verhindert bei diesen hohen V«'.rs tärkungen, dass zu groase Ionenzahlen zurückkehren. Die der Anode 20 und der Dynode 19 zügeführten elektrischen Spannungen betragen V, = 24OO V bzw. V_ = 2100 V. Die Ver-Stärkung der Dynodenstufe beträgt dabei einige Einheiten bis 10. HLermit wird schliesslich für die ganz© Vervielf iichungss Cruktur eine Gesamtverstärkung von einigen 10 bis 10 Einheiten erreicht.

IDine vierte Ausführungsform wird gleichfalls anhand der I¹Mg. 3 näher erläutert. Diese Ausführungsform unterscheidet sich darin von der dritten Ausführungsf orm, d;iss die den Flächen 151 17 und 16 zugefühjjten elektrischen Spannungen derart sind, dass die Kanalplatten 31 und 32 nicht bei HÖchstverstärkung arbeiten. Die den Flächen 15 1, und 16 zugei'tlhrten Spannungen betragen z.B. V₁ = 0 V, V , ss you V und V„ = 1UOO V, während die der Aaiode '20 und dir Dynode 19 zugeführten Spannungen V^ = 2000 V bzw. V_ = 1700 V betragen. Die Kanalplatten 31 und 32 arbeiten bi'i einer Verstärkung, die um den Faktor g, z.B. die gegi'benen Spannungen in der Grössenordnung von 10 niedriger als die H'ochstv er Stärkung ist. Zum anderen gleicht die D> nodenstitf e zumindest die Verstarkungsherabsetzuiig der K;mal]ilat benstufe aus. Der Höchstwert des Signals des rnittleren Stroms, der am Eingang der Struktur verstärkt

·"> werden kann, liogt in der Grössanordnung· von 1O~ A/cni" , wenn !/,.B. der riiLttlöre Höchstausgangsstrom, den die Au&- g.ingsl·; ana ι platte 32 bei linearem Betrieb liefern kann, 1<'~⁷ A/cm'"² beträgt.

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Bei allen obenbeschriebenen Ausfühi'ungsformen sind die Eigenschaften der Struktur, abgesehen von der endgültigen Verstärkung, im wesentlichen voji dem aus Mikjokanalplatten aufgebauten Vervielfacherteil .-ibhäiigig.

Dies gilt auch für das lineare Verstärkungs;,ebiet, bei dem es sich um den Höchstpegel linear zu verstärkender ^lektiischer Gleichstromsignale oder beim Impulsbetrieb um den Höchstpegel N des Stroms oder der Ladung dieser Impulse mit einer gegebenen Frequenz f, die sich linear ver. tärkcti lässt, oder um die Höchstfrequenz f für einen bestimmten Pegel N der Impulse handelt. Auch legen die Kaiialplütten die momentan erreichten Eigenschaften (Vergrös^erunr der Impulswiedergabe), die statische Schwankung in der Verstärkung, die räumliche Auflösung (das Entslehen de.« EIeK-tronenluwineneffekts zwischen dem Eingang und dem Ausgang) und den Signal-Rauschabstand fest, wobei alle Eigeni-chaften dieser Struktur eine genaue Funktion der Anzahl von Kanalplatten des Vervielfachers oder der geometrischen Abmessungen der Kanäle sind. Wenn man über eine zusätzliche Verstärkung infolge der Dynodenstufe verfügt, kann iür eine gle.iche Gesamtverstärkung eine weniger grovsse .Anzahl von Kanalplatten oder eine gleiche Anzahl von Kanal] lattort bei niedrigerer Verstärkung benutzt werden, wodurch die erwähnten Eigenschaften verbessert werden können, oder es können für eine höhere Gesamtverstärkung die erwähnten Eigenschaften gleich bleiben, wobei die gleiche Anzfihl von Kanalplatten benutzt wird.

Eine fünfte Ausführungsform, nach der der Vervielfacher Tür die Bestimmung der Lage der zugefUhrten Daten

30. empfindlich gemacht wird, wird an Hand der iig. 4 näher erläutert. In dieser Figur sind,gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bezeichnet.Um den Vervielfacher für die Bestimmung der Lage empfindlich zu machen, ist die Dynode als ein Mosaik unabhängiger 2*.lernen te ausgeführt. Die Dynode enthält die Elemente 61, 62, b'J und 64 mit einem holten Sekundareuiissionskoof fizd on (.«in P > die sich sejikrecJi I, zur küelcliüuebune erstrecken. Die Elemente 61 ... (>4 sind auf einem isolierenden Substrat 05 an,'je-

oi'Inet. Dio Elemente öl ... 6k werden mit einer elektrischen Spannung· r.espei st, die zwischen der der l^lacht; 16 der Kanalplatte 11 und der der Anode 20 liegt. Die Spannungen werden über Leiter 66, 67, 68 bzw. 69 zugeführt, die es gleichfalls ermöglichen, das Signal über eine kapazitive Verbindung abzugleichen. Eine Speisung mit den Dynoden auf Erdpotential kann angestrebt werden und in diesem Fall ist ein Ausgang über eine kapazitive Verbindung nicht erforderlich. Beim Anbringen der Vervielfachungsstruktur in einer f c) !^elektrischen Röhre wird diese unterteilte Dynode insbcMondere durch Ablagerung auf ein Isolierendes Substrat hi-r&estal l t, das aus einem Teil der RöhrenhülJ e besteht, wobei dieser Teil mit Leitern wie 66 bis 69, zum Abgreifen des Signals ausserhalb der Röhre versehen ist.

3Crfindungsgemäss kann eine Dynode aus mehreren Werkstoffen hergestellt werden. Die Dynode kann massiv ausgeführt; werden und für eine Vervielf achungs struktur in einer abgeschmolzenen Röhre aus einer an der Oberfläche oxydierten Legierung bestehen wie Cu-BeO, Ag-MgO, Al-MgO, wobei die emittierende Leistung dieser Metalloxide durch Adsorption an der Oberfläche eines Alkalielements wie Cs vergrössert wird. Die Dynode kann auch durch Ablagerung auf ein Substrat aus einem Werkstoff mit einem hohen Sokund'äremissionskoeffizienten wie MgO, CsI, Na«AlF^ oder

b<· L einer abgesohmolzenen Röhre aus Alkaliantimoniden vie SIiCs, SbK Ca... erhalten werden. Bei der Verwendung dieser An biinonid'jn wird erf indungsgemäss ein Verfahren zur Bildung dieser Dynoden zur Stelle in der fotoelektrischen Röhre verwendet, wobei diese Dynoden nach ihrer Bildung nicht mehr der Luft ausgesetzt werden. Die zur Bildung dieser Dynoden erforderliche Antimonschicht wird durch das Verdampfen von Antimon erhalten. Dabei wird von Körnern dieses Mf balls ausgegangen, die zuvor mit gleichmässiger Streuung auf einem oder mehreren Drähten der Anode angebracht sind (vie 21 in Flg. 1). Die Verdampfung erfolgt dadurch, dass ein elektrischer Strom durch die Drähte f^esamlt wird, el· η oLiie -lUaaeiu Stromquelle, liefert. DIo anderen Schratte zur Uilduiig dicsur Dynoden sind bekannte Schr.ibte, d.h.

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das Verdampfen eines oder mehrerer Alkalimetalle aus Quellen, die in der Röhre dauerhaft oder in einem Raum angeordnet sind, der vor dem Abschmelzen über den Pumpstengel mit dor Röhre verbunden ist. Immer noch im Falle din Vervielfachungsstruktur in einer abgeschmolzenen Röhre angeordnet wird, kann die Dynode auch aus Halbleiterwerkstoffen mit einer negativen Elektronenaffinität wie GaP (Cs-O), GaAs (Cs-O)₁' Si (Cs-O) ... gebildet werden. Durch die Flachheit der Dynode und der Anode und ihre Parallelität in bezug aufeinander und in bezug auf die Ausgangsflüche der letzten Kanalplatte können hohe Spannungen zwischen den verschiedenen Elektronen angelegt werden, insbesondere zwischen der Ausgangsfläche und der Dynode. Diese letzte Spannung kann in der Grössenordnung von beispielsweise 1 kV oder mehreren kV liegen, ohne dass man kalte Elektronenemission von der Ausgangsfläche der Kanalplatten· zu befürchten braucht. Der gewählte Halbleiterwerkstoff ist vorzugsweise monokristallin, was unter Berücksichtigung der -sugeführten hohen elektrischen Spannung eine hohe emittierende Leistung in der Grössenordnung von beispielsweise 50 ergibt. Diese Dynode wird vorzugsweise an einem Ende der Röhre angebracht. Die thermische Reinigung des Halbleiterwerkstoffs, die vor dem Aufdampfen von Cäsium darauf durchzuführen ist, erfolgt erfindungsgemäss mit Hilfe von Strahlung aus einer ausserhalb der Hülle liegenden Strahlungsquelle.

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Claims

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PATENTA VSPRUCHE

/ij Elektronenvervielfachungsstruktur mit zumindest einer Mikrokanalplatte mit Sekundärelektronenemission, welche Platte mit einer Eingangsfläche und einer Ausgangsfläche ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass paralle L zur Ausgangsfläche eine gitterförmige Anode und eine Dynode angeordnet sind.

2. Elektronenvervielfachungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vervielfacher mit nur einer Mikrokanalplatte ausgerüstet ist, die gekrümmte Kanäle aufweist-»

3· Elektronenvervielfachungastruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser der Kanäle grosser als 60 ist. h, Elektronenvervielfachungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vervielfacher mit mehreren Mikrokanalplatten ausgerüstet ist, die einen oder mehrere Chevron .streifen bilden.

5J-. Elektronenvervielfachungsstruktur nach einem der AnsprücJie 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynode als eine Einheit gebildet ist.

6. Elektronenvervielfachungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis k_t dadurch gekennzeichnet, dass die Dynode aus mehreren, elektrisch voneinander isolierten Elementen besteht-

7. Elektronenvervielfachungsstruktur nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode durch ein als eine Einheit gebildetes Gitter gebildet wird.

8. Elektronenvervielfachungsstruktur nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode durch ein Gitter aus parallelen und voneinander isoliorten Drähten gebildet wird.

9. Elektronenvervielfachungsstruktur nach einem der vorangeiienden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet-, dats diu

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den Mil·; rokanalpLatten zugeführten Spannungen derart sind, dass d.i <; MLkrokanalplatten bei HöchstverHtärkung arbeiten. Κ». l·Lektronenvervielfachungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dciss die den Mikrokanalplatten zugeführten Spannungen derart sind, dass die Mikrokanalplatten unter der HÖchstverst'äVkung arbeiten.

11. Elektronenvervielfachungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitterwerkstoff der Dynode aus einer an der Oberfläche oxydierten

me tallii meinen Legierung wie CuBeO, AgMgO, AlMgO besteht. . ,, ~\2. Elektronenvervielfachungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynode aus einer auf eLnem Substrat angebrachten Schicht aus einem Werkstoff mit sekundärer Elektronenemission besteht, wobei g£'. f. zwischen der Schicht und dem Substrat eine möglicherweise oxydierte Zwischenschicht angeordnet ist. Λ2 . Elektronenvervielfachungsstruktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff mit sekundärer El ektronenemiss.Lon MgO oder CsI oder Na^AlF,- ist.

1^i. Elektronenvervielfachungsstruktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff mit sekundärer E]ektrnneneraiaslon ein Alkaliantimonid wie SbCs, SbKCs₁ StRbCs oder SbNuKCs ist.

^, 25 15· Elektronenvervielfachungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff mit sekundärer Elektronenemission ein Halbleiterwerkstoff ist, der in einen Zustand negativer Elektronenaffinität gebracht ist, wie GaP (Cs-O), GaAs (Cs-O) oder Si (Cs-O).

16. Fotoelt'ktronische Röhre, dadurch gekennzeichnet, dass si« niLt einer Vervielfachungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 15 versehen ist.

17· Verfahren zum Hers 1.eilen einer Elektronenverviel- fi\ 'hunf sstniktu:!· nach Anspruch 14, die zuvor in die evaku—

³^ ierte Illllle elnnr f otoe Lektrlschen Röhre angebracht ist, da lurch gelcennzcichnet, dass das Verfahren die Schritte zu η Ablagern von Antimon auf ein Dynodensubstrat enthält, wooei von Antimonkörnern ausgegangen wird, die gleichmässig

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gestreui auf der Anode eingebracht werdon unti wobei ^aS₁ Verdampfen von Antimon bei Durchfluss «ilektiiscJxen i-troititdurch die Anode und das Verdampfen einos oder mehrerer Alkalimetalle aus Quellen erfolgt, die dauerhaft in der Röhre oder in einem Raum angebracht sind, der zum Abschmelzen über einen Pumpstengel mit der Röhre verbunden ist. 18. Verfahren zum Herstellen einer Elektronenvervielfachungsstruktur nach Anspruch 18, die zuvor in der Hülle einer fotoelektrischen Röhre angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische ReinLgungsbehandlung des Häll)leiterwerkstoffs vor dem Aufdampfen von Cäsium mittels Strahlung erfolgt, die aus einor außerhalb der Hülle Liegenden Strahlungsquelle herrÜJirt.