DE682470C

DE682470C - Process for the production of mutually insulated areas of a conductive material by vapor deposition on an insulating area in the case of mosaic electrodes

Info

Publication number: DE682470C
Application number: DEF80861D
Authority: DE
Inventors: Russell H Varian
Original assignee: Fernseh GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1935-03-13
Filing date: 1936-03-12
Publication date: 1940-02-27
Also published as: US2075377A; FR803418A; GB471359A; NL43986C

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM
27. FEBRUAR 1940ISSUED ON
FEBRUARY 27, 1940

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFT)PATENT LETTERING)

Λ! 662470Λ! 662470

KLASSE 21 g GRUPPECLASS 21 g GROUP

F 80861 VIII el21gF 80861 VIII el21g

Fernseh Akt.-Ges. in Berlin-Zehlendorf *)Television act. in Berlin-Zehlendorf *)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. März 1936 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 28. September 1939Patented in the German Empire on March 12, 1936 Patent granted September 28, 1939

ist in Anspruch genommenis used

Es ist bekannt, zur Herstellung von Photozellenmosaiks Silber durch ein feinmaschiges Gitter auf eine isolierende Oberfläche, Glimmer, aufzudampfen. Das auf diese Weise aufgebrachte Silber bildet ein Muster, das dem Gitter entspricht. Das Silber wird oxydiert, dann wird Caesiumdampf in die Röhre eingelassen, der sich auf dem Silber niederschlägt, und darauf wird das Caesium aktiviert. Die so hergestellten Photozellenmosaiks haben jedoch die Nachteile, daß eine ■ monomolekulare Schicht von Alkalimetall auf der Glknmeroberfläche zwischen^ den Photoelementen leicht eine Leitung verursacht, daß bei Verwendung in einer Bildzerlegeröhre leicht Interferenzmuster entstehen, wie sie bei der Durchsicht durch zwei Gitter auftreten, und daß die Zwischenräume zwischen den einzelnen Teilchen und die Teilchen selbst verhältnismäßig groß sind, da es praktisch nicht möglich ist, ein Gitter mit genügend feinen Maschen herzustellen, um die gewünschte Teilchenzahl zu erhalten.It is known for the production of photocell mosaics Evaporate silver through a fine-meshed grid onto an insulating surface, mica. That way applied silver forms a pattern that corresponds to the grid. The silver is oxidized then cesium vapor is let into the tube, which is deposited on the silver, and then the cesium is activated. The photocell mosaics produced in this way, however, have the disadvantages that a monomolecular layer of alkali metal on the surface of the glass between the photo elements easily causes conduction when used in an image decomposition tube interference patterns easily arise, as they appear when looking through two grids, and that the spaces between the individual particles and the particles themselves are relatively large, as it is practically impossible to provide a grid with sufficient fine meshes to obtain the desired number of particles.

Es ist ferner bekannt, zur Herstellung einer Mosaikelektrode Silber in zusammenhängender Schicht auf eine isolierende Unterlage aufzubringen und alsdann zu erhitzen, so daß es in zahllose kleine Kügelchen zerfällt. Dabei besteht aber der Nachteil, daß das Silber in der Regel zunächst aufgedampft werden muß, während die Erhitzung an Luft geschieht, so daß die Platte zweimal ins Vakuum eingebaut werden muß.It is also known to produce a mosaic electrode silver in a contiguous Apply a layer to an insulating surface and then heat it so that it disintegrates into countless small spheres. However, there is the disadvantage that the silver is usually first vapor deposited must, while the heating takes place in air, so that the plate must be installed twice in a vacuum.

Bei dem im folgenden beschriebenen "Verfahren wird der leitende Stoff ebenfalls auf eine isolierende Fläche aufgedampft. Gemäß der Erfindung wird aber die isolierende Fläche derart mit überhängenden oder unterschnittenen Stellen versehen und der leitende Stoff von einer punktförmigen Stelle aus mit gradliniger Ausbreitung auf die Isolierfläche verdampft, daß die von den überhängenden Teilen beschatteten Stellen der isolierenden Unterlage frei von aufgedampftem, leitendem Stoff bleiben. Um das Mosaik photoempfind--Hch zu machen, wird dann z. B. ein Alkalimetall auf die leitenden Flächenteilchen kondensiert. Das leitende Material ist zweckmäßig Silber. Es ist vorteilhaft, die Silberfläche zu oxydieren, bevor der photoelektrische Stoff aufgebracht wird.In the process described below, the conductive material is also exposed vapor-deposited an insulating surface. According to the invention, however, the insulating Provide the surface with overhanging or undercut points and the conductive Substance from a point-like point spreading in a straight line onto the insulating surface evaporates that the shaded by the overhanging parts of the insulating Keep the surface free from vapor-deposited, conductive material. To make the mosaic photosensitive - Hch to make, then z. B. condenses an alkali metal on the conductive surface particles. The conductive material is suitably silver. It is beneficial to the silver surface to oxidize before the photoelectric material is applied.

Des weiteren wird nach der Erfindung eine besonders gute Empfindlichkeit dadurch erhalten, daß die Oxydation durch Sauerstoff-Furthermore, according to the invention, particularly good sensitivity is obtained by that the oxidation by oxygen

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Russell H. Varian in Fort Wayne, Indiana, V. St. A,Russell H. Varian of Fort Wayne, Indiana, V. St. A,

ionen vor sich geht, die die Oberfläche durch Diffusion erreichen; es werden also die Ionen nicht mit hoher Geschwindigkeit auf die Silberschicht geleitet.ions going on that reach the surface by diffusion; so it will be the ions not passed onto the silver layer at high speed.

Bisher war es bei der Herstellung von photoelektrischen Kathoden allgemein üblich, das Alkalimetall z. B." durch eine Glimmerentladung innerhalb der Röhre zu sensibilisieren und während des Sensibilisationsprozesses die Emission der Kathode zu überwachen. Bei einer Photokathode mit einer großen Anzahl voneinander getrennter emittierender Teilchen stellt die Überwachung und Messung der Emission einiger oder aller ns Teilchen eine Erschwerung des Verfahrens dar. Erfindungsgemäß liegt die Fläche des Photozellenmosaiks in der gleichen Ebene wie eine sie umgebende glatte Oberfläche, auf der eine zusammenhängende photoelektrische zo Schicht aufgebracht wird. Es ist relativ leicht, die Emission dieser zusammenhängenden Oberfläche zu überwachen, und es wurde gefunden, daß die Emission dieser zusammenhängenden Fläche ein Maximum hat, wenn die Emission der photoelektrischen Teilchen ebenfalls den maximalen Wert erreicht. Dies ist ein einfaches Mittel zur Feststellung der Sensibilität der Photozellenelemente.In the past, it was common practice in the manufacture of photoelectric cathodes to the alkali metal e.g. B. "to sensitize by a mica discharge inside the tube and monitor the emission of the cathode during the sensitization process. In the case of a photocathode with a large number of separate emitting Particle monitoring and measuring the emission of some or all of the ns particles makes the process more difficult According to the invention, the surface of the photocell mosaic lies in the same plane like a smooth surface surrounding it, on which a coherent photoelectric zo layer is applied. It is relatively easy to issue these related issues Surface monitor and it has been found that the emission of this is contiguous Area has a maximum when the emission of the photoelectric particles also reaches the maximum value. this is a simple means of determining the sensitivity of the photocell elements.

Eine aufgerauhte Oberfläche mit überhängenden Zacken kann auf die verschiedenste Art und Weise hergestellt werden. Man kann ein verhältnismäßig weiches Material, wie z. B. Glimmer, entweder tief einritzen oder irgendwie aufrauhen, um eine solche Oberfläche herzustellen, oder man kann auf einer verhältnismäßig glatten Isolierfläche fein verteiltes, isolierendes Pulver aufbringen, welches so feinkörnig ist, daß es anhaftende Wirkung besitzt. Fein verteiltes und gepulvertes Quarz oder andere widerstandsfähige, harte Materialien, die sich nicht mit dem Caesium verbinden, eignen sich gut zur Herstellung von rauhen Oberflächen mit überhängenden Zacken. Das zu verdampfende Silber- oder Alkalimetall wird vorzugsweise von einer punktförmigen Quelle auf eine solche ausgezackte Oberfläche kondensiert.A roughened surface with overhanging spikes can have a wide variety of effects Way to be made. One can use a relatively soft material like z. B. Mica, either scratch deeply or somehow roughen to such a surface or you can put finely distributed, Apply insulating powder, which is so fine-grained that it has an adhesive effect. Finely divided and powdered Quartz or other resistant, hard materials that do not interact with connect the cesium, are well suited for the production of rough surfaces with overhanging spikes. The one to be evaporated Silver or alkali metal is preferably from a point source to a such a jagged surface condenses.

Die Fig. 1 bis 4 erläutern verschiedene Vorgänge bei der erfindungsgemäßen Her-' 50 stellung der Kathode.1 to 4 explain various processes in the manufacture of the invention ' 50 position of the cathode.

Fig. ι stellt eine Ansicht einer Photokathode dar;Fig. Ι shows a view of a photocathode dar;

Fig. 2 und 3 erläutern die Anfertigung eines Photozellenmosaiks für eine Bildzerlegeröhre; FIGS. 2 and 3 explain the preparation of a photocell mosaic for an image decomposition tube;

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine photoelektrische Kathode in größerem Maßstab. Fig. 4 shows a cross section through a photoelectric cathode on a larger scale.

In Fig. ι wird eine Glimmerscheibe 1 mit einer Schablone abgedeckt, die hier nicht dargestellt ist und eine quadratische Öffnung besitzt. Ouarzpulver wird mit einer Spritzpistole auf die Oberfläche geblasen, bis ein quadratischer Ausschnitt der Platte mit Pulver bedeckt ist, wie es durch die Linie 2 in Fig. ι angedeutet ist. Dann wird, wie Fig. 2 zeigt, diese Glimmerscheibe auf einer leitenden Kathodenplatte4 von etwas größerem Durchmesser als die Glimmerscheibe durch die Klemmen 5 an den Kanten befestigt. Die Kathodenplatte mit der Glimmerscheibe, auf der sich das Quarzpulver befindet, ist an Stützen 6 in Verbindung mit einer Klammer 7 an den Ouetschfußo. befestigt. Eine Zuleitung 10 führt durch den Fuß hindurch und steht in Verbindung mit einer der beiden Stützen. Es ist zweckmäßig, diesen Fuß möglichst am Ende eines Vorbehandlungskolbens 11 vorzusehen. An dem gegenüberliegenden Ende dieses Kolbens wird ein Ansatz 12, in dem ⁸<> ein Stab 15 eingeschmolzen ist, der eine Silberkammer 14 trägt, ausgebildet. Die Kammer' ist hohl und hat eine Blende 16, die nach der Kathode zu gerichtet ist. In dieser Kammer befindet sich an der Stelle 17 eine 8g kleine Menge von reinem Silber. Der Kolben wird ausgepumpt und die Silberkammer auf eine genügend hohe Temperatur gebracht, um das Silber verdampfen zu lassen. Eine Wirbelstromspule 19, die den Kolben von außen umgibt, dient zur Heizung. Das zu verdampfende Metall iritt in das Innere des Kolbens und wird auf der gepulverten Fläche 2 und auf der glatten Glimmerfläche niedergeschlagen. Falls es notwendig ist, wird ein Spannungsabfall · zwischen der Silberkammer und der Kathode erzeugt, um die Metallatome auf ihrem Weg durch die Kammer zu beschleunigen. Da die Silberatome sich von der Öffnung 16 nach der Kathode zu in gerader Richtung ausbreiten, treffen sie auf die Kathodenfläche fast senkrecht auf. Natürlich wird nach dem Rande zu der Auftreffwinkel etwas von 90° abweichen. Das ist aber unbedeutend, solange die Abweichung gering ist.In Fig. Ι a mica disk 1 is covered with a template, which is not shown here and has a square opening. Ouarzpulver is blown onto the surface with a spray gun until a square section of the plate is covered with powder, as indicated by the line 2 in Fig. 1. Then, as FIG. 2 shows, this mica disk is attached to a conductive cathode plate 4 of a slightly larger diameter than the mica disk by means of the clamps 5 at the edges. The cathode plate with the mica disk on which the quartz powder is located is on supports 6 in connection with a clamp 7 on the Ouetschfußo. attached. A supply line 10 leads through the foot and is in connection with one of the two supports. It is advisable to provide this foot at the end of a pretreatment piston 11, if possible. At the opposite end of this piston, a projection 12, in which ⁸ <> a rod 15 is melted, which carries a silver chamber 14, is formed. The chamber 'is hollow and has an aperture 16 which is directed towards the cathode. In this chamber there is an 8g small amount of pure silver at point 17. The flask is pumped out and the silver chamber is brought to a high enough temperature to allow the silver to evaporate. An eddy current coil 19, which surrounds the piston from the outside, is used for heating. The metal to be evaporated enters the interior of the piston and is deposited on the powdered surface 2 and on the smooth mica surface. If necessary, a voltage drop is created between the silver chamber and the cathode to accelerate the metal atoms on their way through the chamber. Since the silver atoms spread in a straight direction from the opening 16 towards the cathode, they hit the cathode surface almost perpendicularly. Of course, towards the edge, the angle of incidence will deviate somewhat from 90 °. But that is insignificant as long as the deviation is small.

Wie Fig. 4 zeigt, wird das Silber nur auf jenen Stellen der pulvrigen Schicht kondensiert werden, auf denen die ankommenden Silberstrahlen nahezu senkrecht auftreffen. Es entstehen dann zahlreiche kleine, vonein- no ander isolierte leitende Silberflächen. • Es ist klar, daß auf jeden Teil der Glimmerfläche, der nicht mit Isolationspulver bedeckt ist, das Silber sich in einer zusammenhängenden, leitenden Schicht niederschlagen wird, die die Mosaikschicht umgibt. Da die Klemmen 5 auf den leitenden Teil der Kathode angebracht sind, wird die zusammenhängende Silberschicht mit ihnen leitend verbunden. Die Leitung 10 steht so direkt mit der zusammenhängenden Silberschicht in Verbindung. As FIG. 4 shows, the silver is only condensed on those parts of the powdery layer on which the incoming silver rays impinge almost vertically. Numerous small, mutually isolated conductive silver surfaces are then created. • It is clear that on every part of the mica surface, which is not covered with insulating powder, the silver is in a coherent, conductive layer is deposited that surrounds the mosaic layer. Since the Terminals 5 are attached to the conductive part of the cathode, becomes the most contiguous Silver layer conductively connected to them. The line 10 is so directly connected to the contiguous Silver layer in connection.

Es wurden Versuche ausgeführt, um den Unterschied zwischen Silberbelägen festzustellen, die auf glatter Fläche und solchen, die auf pulvriger Fläche hergestellt wurden. Man fand, daß unter gleichen Bedingungen und bei gleicher Schichtdicke die glatte Silberfläche einen Widerstand von 3 Ohm für eine bestimmte Länge hatte, während die Silberschicht, die auf einer Pulverschicht ίο haftete, für die gleiche Länge einen Widerstand hatte, der größer als S X io⁸ Ohm war; d. h. also, daß die einzelnen Elemente der photoelektrischen Kathode vollkommen voneinander getrennt sind und keinen Stromfluß zulassen.Tests were carried out to determine the difference between silver coatings made on a smooth surface and those made on a powdery surface. It was found that under the same conditions and with the same layer thickness the smooth silver surface had a resistance of 3 ohms for a certain length, while the silver layer, which adhered to a powder layer ίο, had a resistance greater than SX io ^{8 for the same length} Ohm was; ie that the individual elements of the photoelectric cathode are completely separated from one another and do not allow any current to flow.

Die Größe und der Abstand der leitenden Elemente voneinander kann dadurch verändert werden, daß man Größe, Gestalt und Art der Unterlage variiert. Werden kleine Pulverkörner auf eine feste, relativ glatte Oberfläche aufgebracht, so werden die Photoelemente sehr klein und liegen dicht aneinander. Werden die Pulverkörner jedoch sehr groß gemacht und liegen lose auf, so werden dieTeilchen und der Abstand zwischen ihnen relativ groß sein. Es ist daher möglich, ein Photozellenmosaik herzustellen, bei dem die einzelnen Elemente praktisch jede gewünschte Ausdehnung haben können. Die Mosaiks, die nach dem obengenannten Verfahren hergestellt werden, halten sich in ihrer Durchschnittsgröße noch unterhalb der Größe der kleinsten Photoelemente, die für eine Abtastfläche wünschenswert sind. Die so hergestellten Photoelemente ordnen sich nicht in einer Reihe an und bilden keine Muster. Es läßt sich nicht beweisen, daß die Elemente eine einheitliche Durchschnittsgröße haben. Es wurde jedoch beim Gebrauch einer +0 Kathode in einer Fernsehbildzerlegeröhre durch den Detailreichtum am Empfangsbild festgestellt, daß die einzelnen Elemente nicht zusammenlaufen und Strombahnen oder zusammenhängende Massen ergeben, die durch ihre Größe eine Verwaschung des Bildes hervorrufen würden.The size and the spacing of the conductive elements from one another can thereby be changed be that one varies the size, shape and type of base. Will be small grains of powder on a firm, relatively smooth one When applied to the surface, the photo elements become very small and lie close to one another. However, if the powder grains are made very large and loose, the particles and the distance between them to be relatively large. It is therefore possible to create a photocell mosaic in which the individual elements can have practically any desired extent. The mosaics that are made by the above process keep in their average size is still below the size of the smallest photo elements that are used for a scan area are desirable. The photo elements produced in this way arrange themselves do not line up and do not form a pattern. It cannot be proven that the Items have a uniform average size. However, when using a +0 cathode in a television image decomposition tube due to the richness of detail in the reception image found that the individual elements do not converge and current paths or contiguous Masses result, which would cause a blurring of the picture due to their size.

Die nach dem angegebenen Verfahren in dem Hilfskolben 11 hergestellte Photozellenkathode wird von dem Kolben selbst getrennt, wie die punktierte Linie 20 in Fig. 2 zeigt. Die Silberkathode wird in eine Fernsehzerlegeröhre 21 (Fig. 3), eingebaut und der Kolben mit dem Kathodenteil über einen Glasring 22 zusammengeschmolzen. Der andere Teil der Zerlegeröhre enthält eine Anodenanordnung 24.The photocell cathode produced in the auxiliary piston 11 by the specified method is separated from the piston itself, as shown by the dotted line 20 in FIG. The silver cathode is installed in a television decomposition tube 21 (Fig. 3), and the The piston is fused to the cathode part via a glass ring 22. The other Part of the decomposition tube contains an anode assembly 24.

Eine weitere Vorbehandlung der Kathode innerhalb der Röhre zeigt Fig. 3. Die Röhrenhülle 21 ist mit einer Pumpe durch einen Abstellhahn 25 verbunden. Das Verbindungsstüclc20 führt zu einem Kolben27, der Alkalimetall, ζ. B. Caesium 29, enthält und durch eine Gasflamme 30 oder ähnliches erhitzt wird. Die Röhre wird gründlich ausgeheizt und ausgepumpt und Sauerstoff durch den Hahn 25 in. das Innere gelassen. In der Nähe der Kathode wird in der Sauerstoffatmosphäre eine elektrodenlose Ringentladung mit Hilfe einer Wirbelstromspule 19 erzeugt. Diese Ringentladung wird so lange unterhalten, wie Sauers'toffionen aus der Entladungszone in die Silberfläche diffundieren. Diese Sauerstoffionen oxydieren das Silber. Es ist selbstverständlich, daß das Silber auch direkt durch Erhitzen oder durch Hochfrequenz, die der Kathodenplatte, die sich hinter der Glimmerscheibe befindet, zugeleitet wird, oxydiert werden kann. Es wurde jedoch festgestellt, daß in jedem Fall die elektrodenlose Entladung die beste Oberfläche gibt.A further pretreatment of the cathode within the tube is shown in FIG. 3. The tube casing 21 is connected to a pump through a shut-off valve 25. The connecting piece c20 leads to a piston27, the alkali metal, ζ. B. Cesium 29, contains and through a gas flame 30 or the like is heated. The tube is thoroughly heated and pumped out and let oxygen into the interior through tap 25. Near the cathode is in the oxygen atmosphere with an electrodeless ring discharge Generated using an eddy current coil 19. This ring discharge will be maintained for so long how oxygen ions diffuse from the discharge zone into the silver surface. These oxygen ions oxidize the silver. It goes without saying that the silver also directly by heating or by high frequency applied to the cathode plate is located behind the mica disk, is fed, can be oxidized. It was, however found that in each case the electrodeless discharge had the best surface gives.

Der Kolben 27 wird dann geheizt, um Caesiumdampf in den Kolben 21 einzuführen. Das Caesium verbindet sich mit dem Silberoxyd und bildet auf den Einzelteilchen und auf der zusammenhängenden Silberfläche eine photoelektrische Fläche.The flask 27 is then heated to introduce cesium vapor into the flask 21. The cesium combines with the silver oxide and forms on the individual particles and a photoelectric surface on the contiguous silver surface.

Es ist nicht notwendig, daß der Caesiumdampf, der auf die Oberfläche gerichtet ist, von einer punktförmigen Quelle ausgeht, da derselbe sich mit dem Silberoxyd verbindet, ohne besonders gerichtet zu sein, und sich nicht zwischen -den Metallteilchen noch an den Wänden niederschlägt.It is not necessary that the cesium vapor directed at the surface emanates from a point source, since it combines with the silver oxide, without being particularly directed, and not between -the metal particles nor on hitting the walls.

Während der Aufbringung des Caesiums oder während einer späteren Aktivierung kann die Empfindlichkeit durch Belichten der Kathode stetig überwacht werden. Die direkte Verbindung 10 mit der zusammenhängenden Kathodenfläche kann für die Messung der Emission benutzt werden, wobei die Anode zum Auffangen der Elektronen dient. Wenn der Punkt der maximalen Empfindlichkeit erreicht ist, wird das Auspumprohr 26 abgeschmolzen und die fertige Röhre von der Pumpanordnung abgenommen. Die unter diesen Bedingungen hergestellte Röhre kann als Fernsehbildzerlegeröhre benutzt werden.During the application of the cesium or during a later activation the sensitivity can be continuously monitored by exposing the cathode to light. The direct one Connection 10 with the contiguous cathode surface can be used for measuring the Emission can be used, with the anode serving to collect the electrons. if the point of maximum sensitivity is reached, the exhaust pipe 26 is melted and removing the completed tube from the pumping assembly. The tube produced under these conditions can can be used as a television image decomposition tube.

Claims

Claims: ^uo

i. Process for the production of mutually isolated flat pieces of a conductive material by vapor deposition on an insulating surface in the case of mosaic electrodes, characterized in that the insulating surface is provided with overhanging or undercut insulating particles is provided and the conductive material is applied to the insulating surface treated in this way by an iao point-like point from with a straight spread is evaporated in such a way,

that the shaded by the overhanging parts of the insulating pad remain free of vapor-deposited conductive material.

2. The method according to claim i, characterized in that on an insulating support surface a layer of closely spaced insulating particles is applied, on the top ίο then vaporized the conductive material will.

3. The method according to claim i, characterized in that the insulating particles consist of irregularly shaped grains, their size accordingly the required size of the conductive surface particles is selected.

4. The method according to claim i, characterized in that for the purpose of monitoring the photoelectric sensitivity during the formation during vapor deposition of the conductive material Part of the same in the form of a coherent surface in the vicinity of the small pieces of surface isolated from one another or the mosaic electrode is deposited.

5. Process for the production of a photocell mosaic for image decomposition tubes according to claim. 1, characterized in that that silver is vapor-deposited on an insulating carrier layer and is electrodeless Ring discharge is oxidized, whereupon a photosensitive material is deposited on the silver oxide will.

6. The method according to claim 5, characterized in that the silver is oxidized by diffusing oxygen.

7. photocell mosaic cathode produced by the method of claim i, characterized in that the cathode is on a conductive layer a homogeneous insulating layer, on top of which a layer of finely ground insulating grains, a divided silver layer on top of the grains and a photosensitive layer on top of the silver.

8. photocell mosaic cathode according to claim 7, characterized in that the Layer of insulating grains covers only part of the homogeneous insulating layer.

1 sheet of drawings