DE645331C - Photoelektrische Hochvakuumzelle hoher Leistung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AW
26. MAf 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 g GRUPP. E

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin Photoelektrische Hochvakuumzelle hoher Leistung

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. Juni 1930 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Hochvakuumzelle hoher Leistung.

Die gebräuchlichen Photozellen lassen sich in zwei Gruppen einteilen, und zwar danach, wie sich die Photoelektronen in der Nähe der positiven Elektrode bewegen. In die eine Gruppe fallen Zellen, die auf reiner Elektronenbasis und mit hohem Vakuum arbeiten. Die zweite Gruppe umfaßt Zellen, deren Wirkung von der zwischen den Elektroden herrschenden Ionisierung abhängt und die deshalb eine bestimmte Gasmenge enthalten. Photozellen mit hohem Vakuum werden gewöhnlich dort verwendet, wo es auf gleichmäßige Arbeit und rasches Ansprechen ankommt, z. B. bei starkem Lichtwechsel. Sie haben jedoch den Nachteil, daß die erzeugten Photoströme nur geringe Intensität besitzen und zur Erreichung praktisch brauchbarer

so Stromstärken eine oder mehrere zusätzliche Verstärkerstufen erforderlich werden. Zellen mit Gasfüllung dagegen liefern zwar größere Photoströme als solche mit reiner Elektronenentladung, benötigen also, wenn überhaupt, eine geringe Verstärkung, sie haben jedoch den Nachteil, daß der Photostrom pro Einheit der Lichtintensität nicht linear von ihr abhängt. Außerdem zeigen sich gewisse Verzögerungserscheinungen, wenn mit rasch wechselndem Licht, wie z. B. beim Fernsehen, gearbeitet wird. Überdies kann auch die lichtempfindliche Oberfläche durch das Bombardement der Positivionen zerstört werden, insbesondere dann, wenn die gasgefüllte Zelle bei Spannungen arbeitet, bei denen beträchtliehe Ionisation auftritt.

Eine Kombination beider Photozellenarten besteht nun darin, daß in einer Hochvakuumzelle außer Photokathode und Anode noch eine dritte, sogenannte Prallelektrode angeordnet ist, an der die aus der Kathode lichtelektrisch ausgelösten Primärelektronen Sekundärelektronen erzeugen, wodurch, ähnlich wie bei der gasgefüllten Zelle, eine Verstärkung des ursprünglichen Photostromes erzielt wird.

Die Stromausbeute einer derartigen die Sekundäremission benutzenden Photozelle läßt sich nun durch die besondere Art der Anordnung ihrer Elektroden gegenüber den bekannten Photozellen noch erheblich steigern.

Gemäß der Erfindung wird bei einer photoelektrischen Hochvakuumzelle eine besonders hohe Leistung dadurch erzielt, daß zwischen einer Photokathode und einer als spiegelnde Fläche ausgebildeten Sekundärkathode, deren

Potential zwischen dem Anoden- und dem Kathodenpotential liegt, eine netzartige Anode so angeordnet ist, daß die Kathode und die Anode parallel zueinander verlaufen und.die Sekundärkathode gegen beide geneigt ist. IJiesi Zelle gemäß der Erfindung wird an HaIK der Zeichnung erläutert. Die Zelle ist dabei der leichten Erklärung halber in einen Stromkreis eingeschaltet.

ίο ι stellt ein hochevakuiertes Gefäß dar, das durch den hineinragenden Quetschfuß 2 abgeschlossen ist. In diesem Fuß sind drei steife Drahteinführungen für mehrere Elektroden 3, 4 und 5 eingeschmolzen. Die Elektroden sind rechteckig geformt und eben. Die, beiden äußeren Elektroden schließen miteinander einen Winkel ein. Die Elektroden 3 und 5, die Primär- und Sekundärkathode heißen mögen, sind aus massivem Material gebildet. Die zentrale Elektrode dagegen, auch Kollektor oder Anode geaannt, besteht aus einem feindrähtigen, verhältnismäßig weitmaschigen Gitter. Die Kathoden 3 und 5 werden lichtelektrisch empfindlich gemacht, doch genügt es, wie später ausgeführt werden soll, für eine befriedigende Arbeitsweise nur auf der stärker negativen Kathode, d. h. auf der Elektrode 3 eine lichtelektrisch empfindliche Schicht aufzubringen.

Die Primärkathode β und die Anode 4 kann man mit einer Gleichstromquelle 6 verbinden, wobei die Elektrode 4 an dem positiven Pol liegt. Die Sekundärkathode 5 ist an einer dazwischenliegenden Klemme 7 der Spannungsquelle angeschlossen. Die Potentialditferenz zwischen den Elektroden 3 und 4 soll dabei zweckmäßig ein Vielfaches der zwischen den Elektroden 4 und 5 herrschenden Spannung betragen, z. B. zehnmal sogroß sein. Die Kathoden 3 und 5 sind also gegen die Anode oder den Kollektor 4 negativ. Wird nun die Primärkathode 3 von einer äußeren Lichtquelle 8 bestrahlt, dann emittiert sie Elektronen; diese werden in dem elektrostatischen Feld zwischen Kathode 3 und Anode 4 entsprechend der z. B. einige hundert Volt betragenden Gesamtspannung der Batterie 6 beschleunigt. Ein wesentlicher Teil dieser Elektronen passiert die Maschen der Anode 4 und stößt auf die Sekundärkathode 5 so stark auf, daß sich von der Oberfläche dieser Elektrode eine beträchtliche Anzahl von Sekundärelektronen loslösen. Diese Elektronen werden unter dem Einfluß deselektro· statischen Feldes zwischen Sekundärkathode 5 und positivem Kollektor 4 dem letzteren zugetrieben. Dieses Feld ist zwar dem zwischen den Elektroden 3 und 4 herrschenden Feld entgegengesetzt gerichtet. Seine verzögernde Wirkung auf die von der Kathode 3 kommenden Primärelektronen ist aber gering, da die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 3 und 4 ein Vielfaches der Potentialdifferenz des Beschleunigungsfeldes zwischen denElek-4 und 5 beträgt. Die an die ver,-

ien Elektroden angelegten Potentiale ...,nnen dabei so gewählt werden, daß an "der Oberfläche der Sekundärkathode die Sekundärelektronen gegenüber den an der Primärkathode lichtelektrisch erregten Primär- 7" elektronen stark überwiegen. Dieser Zustand wird in einem Arbeitskreis zur Entnahme ver stärkter Photoströme -ausgenutzt. Den Arbeitskreis legt man normalerweise zwischen die Elektroden 4 und 5, z.B. an das in der Abbildung offen gezeichnete Klemmenpaar. In jede Elektrodenzuleitung kann man Strommesserg, 10 und 11 einschalten und fest-, stellen, wann und bei welchen Elektrodenspannungen der Photostrom seine größte Be- ·« triebsempfmdlichkeit erreicht. Das Amperemeter 9 zeigt dabei den gesamten von der Kathode 3 ausgehenden Primärelektronenstrom an, das Amperemeter 10 die Kombination von Sekundärströmen und einem Teil der Primär- >5 photoströme, der von der Feinheit des Gitters und anderen Faktoren abhängt. Das Amperemeter 11 mißt die Differenz zwischen dem Rest des Primärelektronenstromes, der die Oberfläche 5 erreicht, und der Kombination, vom Sekundärelektronen- und Photostrom, der diese Oberfläche verläßt. Um Primär- und Sekundärelektronenstrom noch weiter zu steigern, sind die Platten 3 und 5 unter einem Winkel angeordnet. Das Licht wird dann zwischen den Platten mehrmals reflektiert.. Das von der Prirnärkathode auf die Sekundärkathode reflektierte Licht erzeugt Sekundärelektronen. Sie wirken mit den auf der Kathode 3 gebildeten Elektronen zusammen und vergrößern in bestimmtem Ausmaße die Zahl der Elektronen, die von der Kathode 5 zur Anode 4 wandern.

Der Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung gegenüber den bekarihten Anordnungen besteht darin, daß durch die Ausbildung der Sekundärkathode als spiegelnde Fläche und ihre geneigte Anordnung gegenüber der Primärkathode zwischen Kathode und Sekundärkathode eine Mehrfachreflexion eintritt, die entsprechend eine mehrfache Verstärkung des primären Photostromes bewirkt. Versuche haben ergeben, daß die Sekundär· kathode keine hoch lichtempfindliche Ober- ' fläche zu besitzen braucht. Sie kann auch n5 einfach aus gewöhnlichem Metall hergestellt sein. Die Stromsteigerung infolge viel» fächer Reflexionen wird dann nicht ganz so stark hervortreten; unter bestimmten Umständen jedoch, z. B. dann, wenn die Se- »»o kundärkathode hohe Reflexionsfähigkeit besitzt, kann der tatsächliche Arbeitsstrom noch

größer sein als bei Verwendung von Sekundärkathoden mit verhältnismäßig hoch lichtempfindlicher Oberfläche. Wird nämlich die Kathode spiegelnd und nicht lichtempfindlich ausgebildet, dann wird das darauf auffallende Licht von der Oberfläche größtenteils reflektiert, ohne Photo elektronen zu erzeugen. Das reflektierte Licht erzeugt nun auf der Oberfläche der Primärkathode zusätzliehe Photo elektronen, die zusammen mit den durch das direkte Licht erregten Lichtelektronen den im Kreise io gemessenen Gesamtstrom steigern können. Nicht lichtempfindliche Sekundärkathoden bringen bei der Auswahl des Materials gewisse Vorteile, da die Sekundäremission nicht auf lichtelektrisch hochempfindliche Substanzen beschränkt ist. Für die Sekundäremission geeignet erweisen sich Bariumoxyd oder metallisches Barium, die als Überzug auf das Grundmetall aufgebracht werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein besonderes Material für das Sekundärkathodenelement 5 beschränkt. Es fallen vielmehr sämtliche einer sekundären Emission fähigen Oberflächen in den Rahmen *5 der Erfindung, mögen sie nun lichtelektrisch hochempfindlich sein oder nicht.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ι . Photoelektrische Hochvakuumzelle hoher Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Photokathode (3) und einer als spiegelnde Fläche ausgebildeten Sekundärkathode fs), deren Potential zwischen dem Anoden- und dem Kathodenpotential liegt, eine netzartige Anode (4) so angeordnet ist, daß die Kathode f3) und die Anode (4) parallel zueinander verlaufen und die Sekundärkathode (5) gegen beide geneigt ist.
2. 2. Photoelektrische Hochvakuumzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Anode f4) zugekehrte Oberfläche der Sekundärkathode zwecks Steigerung der Sekundäremission mit Bariumoxyd oder metallischem Barium überzogen ist.

   Hierzu i Blatt Zeichnungen