DE69620799T2

DE69620799T2 - Kathodenanordnung fur ein elektronenstrahlgerät mit einem linienbrennpunkt

Info

Publication number: DE69620799T2
Application number: DE69620799T
Authority: DE
Inventors: George Wakalopulos
Original assignee: USHIO INTERNAT TECHNOLOGIES IN
Current assignee: Ushio Inc
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JP3723577B2; KR19990081835A; WO1997027612A1; DE69620799D1; TW315481B; EP0880791A4; EP0880791A1; US5637953A; EP0880791B1; KR100488264B1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft im allgemeinen eine Elektronenstrahlvorrichtung und insbesondere eine Kathodenanordnung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, der aus der Elektronenstrahlvorrichtung emittiert wird.

Stand der Technik

Vakuumröhren zum Vorsehen einer günstigen Atmosphäre zum Erzeugen und Beschleunigen eines Elektronenstrahls werden üblicherweise für solche Zwecke wie Anregen von Flächen auf einem phosphoreszierenden Schirm, um Fernsehen zu ermöglichen, verwendet. Typischerweise wird der Elektronenstrahl, der innerhalb einer Vakuumröhre erzeugt wird, innerhalb die Röhre eingeschränkt. Bei einigen Anwendungen kann es jedoch erwünscht sein, den Strahl zur Behandlung von Oberflächen aus der Vakuumröhre zu emittieren.
Das US-Pat. Nr. 5 414 267, Wakalopulos, das auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, beschreibt eine Elektronenstrahlröhre, die einen streifenartigen Strahl durch ein Fenster der Vakuumröhre projiziert. Der Strahl kann dann zur Strahlungschemie verwendet werden, wie z. B. Oberflächenbehandlung von Materialien oder Härten von Klebstoffen. Die Elektronen werden an einem geradlinigen Heizfaden erzeugt, der ein Glühelektronenemitter ist. Eine Strahlformungselektrode mit einer Form eines parabolischen Zylinders legt den Strahl fest, wenn er vom geradlinigen Heizfaden angetrieben wird. Der streifenartige Strahl wird auf eine Anode gerichtet, um den Strahl durch das Fenster zu projizieren.
Eine Matrix von Elektronenstrahlvorrichtungen der bei Wakalopulos beschriebenen Art kann so angeordnet werden, daß die resultierende Matrix von streifenartigen Elektronenstrahlen zusammenwirkt, um eine breite Oberfläche zu behandeln. Das Patent lehrt, daß eine praktische Länge eines durch eine solche Vorrichtung emittierten Strahls im Bereich von 1-3 Inch (25,4-76,2 mm) liegt. Am oberen Ende dieses Bereichs muß der Glühfaden eine Länge von 76,2 mm aufweisen. Dies würde einen relativ großen Vakuumröhrenkörper erfordern.
Das US-Pat. Nr. 4 764 947, Lesensky, lehrt auch eine Röhre, die einen streifenartigen Strahl emittiert. Ein Heizfaden mit einer Länge entsprechend der gewünschten Länge des Strahls wird auf demselben elektrischen Potential wie ein erster Fokussierbecher gehalten. Ein zweiter Fokussierbecher, der sich zwischen dem Heizfaden und dem ersten Fokussierbecher befindet, weist ein höheres negatives elektrisches Potential auf als der erste Fokussierbecher. Bei dieser Anordnung wird eine unerwünschte Elektronenemission von ausgewählten Teilen des Heizfadens unterdrückt. Insbesondere wird die Elektronenemission von den Seiten- und hinteren Teilen des Heizfadens unterdrückt, wodurch die B-Verteilung von der Elektronenverteilung des Brennpunkts, der vom Elektronenstrahl erzeugt wird, im wesentlichen beseitigt wird. Die Röntgenröhre von Lesensky projiziert einen Strahl mit einer Länge, die der Länge des Heizfadens entspricht.
Im Vergleich dazu beschreibt das US-Pat. Nr. 3 609 401, Harris et al., eine Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl mit einem kreisförmigen Querschnitt in einen Flächenstrahl umwandelt. Elektronen werden von einem Heizfaden in Richtung einer ersten Anode mit einer kreisförmigen zentralen Blende emittiert. Der Strahl, der durch die erste Anode hindurchtritt, weist einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt auf. Ein Paar von Elektroden befinden sich auf entgegengesetzten Seiten des kreisförmigen Strahls. Die Elektroden kombinieren sich, um eine Ellipse mit offenen Enden an der langen Abmessung festzulegen. Die elliptische Anordnung sieht eine Fokussierwirkung entlang der kurzen Abmessung vor, aber der Strahl divergiert in der langen Abmessung. Das Patent beschreibt den resultierenden Strahl als mit einer flachen Form, die einem Axtblatt ähnelt. Somit ändert das unsymmetrische Fokussierungsfeld, das durch die Elektroden hergestellt wird, die Form des Elektronenstrahls von einem kreisförmigen Querschnitt, wenn er durch die Blende in der ersten Elektrode hindurchtritt, in einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, wenn er durch die zweite Elektrode hindurchtritt. Die Erfindung kann zur Elektronensonden-Mikroanalyse verwendet werden. Obwohl die Elektronenkanone von Harris et al. für viele Anwendungen zweckmäßig arbeitet, besteht eine Sorge darin, daß durch Ermöglichen, daß der Strahl in der langen Abmessung frei divergieren kann, der resultierende Strahl nicht die erforderlichen Eigenschaften für eine Präzisionsbehandlung von Oberflächen besitzt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Elektronenstrahlvorrichtung, bei der ein erzeugter Strahl eine gesteuerte Strahllänge aufweist, die wesentlich größer ist als eine gesteuerte Strahlbreite.

Zusammenfassung der Erfindung

Die obige Aufgabe wurde durch eine Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Kathode nach Anspruch 1 erfüllt, die innere und äußere Platten umfaßt, die mit einem bogenförmigen Bereich eines Heizfadens zusammenwirken, um einen Elektronenstrahl vorzusehen, dessen Länge mit dem Abstand vom Heizfaden zunimmt. Der bogenförmige Bereich des Heizfadens emittiert einen fächerförmigen Strahl in Richtung einer Anode. Die Kanten der Platten sind so gestaltet, daß die Form des Elektronenstrahls aufrechterhalten wird, aber der Rest der Konstruktion der Platten fokussiert den Strahl bezüglich der Breitenrichtung. Da die Länge des Elektronenstrahls mit dem Abstand vom Heizfaden zunimmt, kann eine gewünschte Strahllänge ohne Anforderung, daß die Vorrichtung einen Heizfaden mit derselben Länge enthält, erzielt werden.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Heizfaden eine Krümmung auf, die die anfängliche Form des Elektronenstrahls festlegt. Das innere Paar von Platten wirkt als erste Fokussierlinse, wobei sich eine erste und eine zweite Platte auf entgegengesetzten Seiten des Heizfadens befinden. Die inneren Platten sind negativ geladen, um die Fokussierung der vom Heizfaden emittierten Elektronen in Richtung einer positiv geladenen Anode vorzusehen. Die erste und die zweite Platte erstrecken sich im allgemeinen entlang der Längsrichtung des emittierten Elektronenstrahls, können jedoch eine gewisse Krümmung aufweisen. Die am nächsten zur Anode gelegenen Kanten der Platten sind bogenförmig. Diese Kanten legen weiter die Form des Elektronenstrahls fest. Da die einzelnen Elektronen innerhalb des Strahls im allgemeinen zur Senkrechten der Kante angetrieben werden, fördern die bogenförmigen Kanten der inneren Platte die Fächerform des Elektronenstrahls.
Die äußeren Platten sind eine dritte und eine vierte Platte, die als zweite Fokussierlinse wirken. Die dritte und die vierte Platte befinden sich auf entgegengesetzten Seiten der ersten Fokussierlinse. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die dritte und die vierte Platte an den am nächsten zur Anode gelegenen Kanten bogenförmig. Solche bogenförmigen Kanten fördern weiter die Fächerform des Elektronenstrahls. Das Zuschneiden des Strahls wird auch ermöglicht, indem ein Mittel zum Einstellen des Abstandes zwischen der dritten und der vierten Platte und folglich des Abstandes jeder äußeren Platte vom Heizfaden und von jeder der ersten und der zweiten Platte bereitgestellt wird. Das Einstellen der Positionen der äußeren Platten verändert den Brennpunkt des Elektronenstrahls in der Breitenrichtung.
Die erste, die zweite, die dritte und die vierte Platte können zueinander und zum Heizfaden parallel sein. Wenn jedoch eine flache Anode verwendet wird, durchlaufen die Elektronen in Abhängigkeit von der Position der Elektronen innerhalb der Fächerform variierende Abstände vom Heizfaden zur Anode. Folglich kann es erwünscht sein, die Platten in einer Weise zu krümmen, um eine größere Beschleunigung mit der Abkehr vom Scheitel des fächerförmigen Strahls vorzusehen.
Die Elektronenstrahlvorrichtung umfaßt ein Fenster, das ermöglicht, daß der Strahl aus dem entleerten Körper der Vorrichtung projiziert wird. Der projizierte Strahl kann entweder isoliert von oder in Kombination mit anderen Elektronenstrahlvorrichtungen verwendet werden, um Oberflächen zu behandeln oder einen Klebstoff zu härten. Um die Länge eines Elektronenstrahls einer Vorrichtung einzuschränken, kann ein Heizfaden-Abdeckelement mit einer Strahlblende auf der Heizfadenhöhe befestigt werden, um zu verhindern, daß eine Elektronenemission entlang der gesamten Länge eines Heizfadens auftritt.
Obwohl es nicht entscheidend ist, können verschiedene elektrische Potentiale an den zwei Platten von einem oder beiden der Paare von Platten hergestellt werden. Die Auswahl von elektrischen Potentialen an der dritten und der vierten Platte kann beispielsweise als Lenkmechanismus zum Ausrichten der Strahlprojektion auf das Strahlfenster der Vorrichtung verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die dritte und die vierte Platte voneinander isoliert und sind mit separaten Vorspannungsversorgungen verbunden. Bei einem passiven Ausführungsbeispiel ist eine Vorspannungsversorgung mit der dritten Platte verbunden, die mit der vierten Platte durch einen oder mehrere Widerstände, die ausgewählt werden, um eine Strahlausrichtung zu erzielen, elektrisch verbunden ist.
Die Strahllenkung und -ausrichtung kann auch durch Erzeugen eines Magnetfeldes entlang des Strahlweges durch die Vorrichtung vorgesehen werden. Fertigungstoleranzen für Komponenten der Vorrichtung können in einem gewissen Ausmaß gelockert werden, indem ermöglicht wird, daß einzelne Vorrichtungen unter Verwendung von einer oder mehreren magnetischen Strukturen, die in der Position ortsfest sind, feinabgestimmt werden, nachdem die gewünschte Strahlausrichtung erreicht ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Länge eines aus einer entleerten Elektronenstrahlvorrichtung projizierten Strahls nicht auf die Länge eines Heizfadens innerhalb der Vorrichtung begrenzt ist. Folglich können Strahlen mit einer gesteuerten Länge in einer Breitenrichtung stark fokussiert werden. Die Fokussierung in der Breitenrichtung hängt vom Abstand zwischen den Platten und vom elektrischen Potential der Platten ab. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die inneren und die äußeren Platten elektrisch verbunden, so daß die Platten auf demselben elektrischen Potential liegen. Dies vereinfacht die elektrischen Verbindungen mit dem Inneren der entleerten Vorrichtung. Bei einigen Anwendungen kann es jedoch günstig sein, verschiedene Potentiale für die inneren und äußeren Platten herzustellen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine aufgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlvorrichtung.
Fig. 2 ist eine aufgeschnittene Seitenansicht eines oberen Teils der Elektronenstrahlvorrichtung, die zur Ansicht von Fig. 1 senkrecht orientiert ist.
Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer äußeren Fokussierlinse von Fig. 2.
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Fokussierlinse von Fig. 3.
Fig. 5 ist eine Seitenansicht einer inneren Fokussierlinse von Fig. 2.
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf die Fokussierlinse von Fig. 5.
Fig. 7 ist eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht der Elektronenstrahlvorrichtung von Fig. 1.
Fig. 8 ist eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlvorrichtung.

Beste Art zur Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf Fig. 1 umfaßt eine Elektronenstrahlvorrichtung 10 einen Röhrenkörper 12, der eine entleerte Kammer 14 festlegt. Die Elektronenstrahlvorrichtung ist von der Art, die einen Strahl über das Innere des Röhrenkörpers hinaus projiziert. Der Strahl wird durch eine gasundurchlässige Membran 16 freigesetzt. Die Membran kann ein Siliziumwafer vom n-Typ sein, der als Anode dient, die Elektronen von einem Heizfaden 18 anzieht. Alternativ kann eine separate Anode enthalten sein.
Der Heizfaden 18 ist innerhalb des Röhrenkörpers 12 zentriert. Der Heizfaden ist ein Glühelement, das auf einem stark negativen Potential relativ zum elektrischen Potential der Anode 20 gehalten wird. Eine annehmbare Potentialdifferenz zwischen dem Heizfaden und der Anode ist eine, die innerhalb des Bereichs von -10 bis -200 Kilovolt liegt. An einer unteren Seite der Elektronenstrahlvorrichtung 10 befindet sich eine Anordnung von elektrischen Stiften. Die Stifte wirken zum Vorsehen einer mechanischen Abstützung und elektrischen Verbindung. Ein Heizfadenstift 22 und ein zweiter, verborgener Stift sind mit dem Röhrenkörper 12 durch eine Metall-Glas- Dichtung oder dergleichen verbunden. Die zwei Stifte stehen mit Durchführungs-Trägerelektroden 24 und 26 in Verbindung. Die Elektroden stehen innerhalb eines elektrisch isolierenden Blocks 28 mit dem Heizfaden 18 in Verbindung, um durch Glühemission Elektronen zu erzeugen.
Stützstifte 30 und 32 sehen eine Abstützung für den isolierenden Block 28 vor, der eine Kathodenanordnung 34 1 trägt. Die oberen Enden der Stützstifte sind mit einem Außengewinde versehen, um die Verwendung von Muttern 36 zu ermöglichen, um die gewünschte mechanische Abstützung zu erzielen. Mit der Ausnahme der Kathodenanordnung 34 ist jedoch keine dieser Struktur für die Verwendung der Erfindung erforderlich.
Die Kathodenanordnung 34 wird verwendet, um am Heizfaden 18 erzeugte Elektronen zu beschleunigen. Das negative Potential für die Kathodenanordnung wird an einen Kathodenstift 38 angelegt, der an einem Elektrodendraht 39 durch eine Verbindung, die in Fig. 1 nicht gezeigt ist, befestigt ist. Die Membran 16 enthält ein zentrales Fenster 40. Die Membran sitzt auf dem Röhrenkörper 12, kann jedoch an der Innenseite des Röhrenkörpers montiert sein. Ein rechteckiger Leiterrahmen, der nicht dargestellt ist, ist mit dem Fenster verbunden, um zu ermöglichen, daß ein positives Potential relativ zur Kathodenanordnung 34 an die Elektrode 20 angelegt wird. Dieses Potential, das das Erdpotential sein kann, zieht die Elektronen vom Heizfaden 18 an. Der leitende Stützrahmen steht mit dem Umfang des Fensters in Verbindung, wobei ein elektrisches Feld durch das Fenster vorgesehen wird, welches Elektronen anzieht. Das lokale Erdpotential wird durch eine Montageplatte oder durch eine beliebige zweckmäßige Quelle geliefert. Der Röhrenkörper kann aus Glas oder irgendeinem anderen Dielektrikum bestehen, das die Durchdringung eines elektrischen Feldes von der Grenze des Fensters ermöglicht. Das Erdpotential kann ungefähr 50 Kilovolt positiv relativ zur Elektrodenanordnung sein, wodurch ein elektrisches Feld zwischen der Kathodenanordnung und dem Fenster aufgebaut wird. Da das Fenster elektronendurchlässig ist, werden Elektronen vom Heizfaden 18 durch das Fenster projiziert. Der Leiterrahmen entnimmt wenig Strom, da im wesentlichen alle Elektronen durch das Fenster hindurchtreten. Die Länge der Röhre kann ungefähr 15 cm betragen, ausschließlich der Stifte 22, 30, 32 und 38. Die Umfangsabmessung des Röhrenkörpers 12 kann 8 cm betragen. Jedoch ist keine dieser Abmessungen entscheidend.
Einer der Vorteile der Röhrenkonstruktion relativ zu einer anderen Elektronenstrahl-Härtungsanlage ist die Fähigkeit, relativ niedrige Strahlspannungen zu verwenden. Ein Strahl mit 50 Kilovolt weist eine geringe Durchdringungskraft durch Polymere auf. Die meiste Strahlenergie wird zur Vernetzung und Härtung des Polymers verwendet.
Mit Bezug auf Fig. 1 und 2 umfaßt die Kathodenanordnung 34 ein inneres Paar von Platten 44 und 46 und ein äußeres Paar von Platten 48 und 50. Die inneren und die äußeren Platten wirken zusammen, um den Elektronenstrahl zu formen. Der Heizfaden 18 ist bogenförmig, so daß Elektronen, die vom Heizfaden zur Anode 20 laufen, eine Fächerform aufweisen, d. h. in der Länge mit der Abkehr vom Heizfaden zunehmen. Die Heizfadenanordnung umfaßt jedoch vorzugsweise ein Abdeckelement mit einer Strahlblende, die nur einen Teil der Länge des Heizfadens freilegt. Die Strahlblende schränkt die Länge des Strahls ein. Da die inneren Platten auf entgegengesetzten Seiten des Heizfadens liegen und negativ geladen sind, beschleunigen die Platten die emittierten Elektronen. Einzelne Elektronen werden in einer zu den oberen Kanten der inneren Platten 44 und 46 senkrechten Richtung beschleunigt. Da die obere Kante gekrümmt ist, hängt die Richtung der senkrechten Stellung von der Position der einzelnen Elektronen ab. Vorzugsweise entspricht die Krümmung des Heizfadens 18 der Krümmung der Kanten der inneren Platten 46 und 48. Folglich weitet sich der emittierte Elektronenstrahl weiter auf.
Die äußeren Platten 48 und 50 umfassen auch bogenförmige obere Kanten. Die Platten sind in Fig. 3 und 4 am besten zu sehen. Die Höhe der äußeren Platten kann 0,40 Inch (10,16 mm) betragen. Bei einem Ausführungsbeispiel weist jede Platte eine Dicke von 0,01 Inch (0,25 mm) auf und besteht aus nicht-metallischem rostfreien Stahl. Die Platten sind durch einen Sockel 52 mit einem Paar von Bohrungen 54 zum Montieren der äußeren Platten verbunden. Die Länge jeder Platte kann 0,685 Inch (17,4 mm) betragen.
Die Konstruktion der inneren Platten 44 und 46 ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel weist jede innere Platte eine Höhe von 0,24 Inch (6,09 mm) auf und weist eine Dicke von 0,01 Inch (0,254 mm) auf. Die Platten und ein Sockel 56, der die Platten verbindet, sind eine einheitliche Konstruktion aus nicht-metallischem rostfreien Stahl. An jedem Ende des Sockels befindet sich ein Ausschnitt 58, der auf die Bohrungen 54 von Fig. 4 ausgerichtet werden kann. In dieser Weise sind die äußeren Platten 48 und 50 mit den inneren Platten elektrisch verbunden, was sicherstellt, daß die vier Platten während des Betriebs der Elektronenstrahlvorrichtung auf demselben elektrischen Potential gehalten werden.
Da mit Bezug auf Fig. 1-6 jedes des inneren Paars von Platten 44 und 46 und des äußeren Paars von Platten 48 und 50 an entgegengesetzten Längsenden offen ist, weitet sich der vom Heizfaden 18 emittierte Strahl in der Längsrichtung in einer Weise auf, die durch die Krümmung des Heizfadens 18 und die Krümmung der oberen Kanten der Platten gesteuert wird. Wie vorher angemerkt, umfaßt die Anordnung optimalerweise ein Heizfaden-Abdeckelement mit einer Strahlblende, die nur einen festgelegten Teil des Heizfadens freilegt, um die Länge des Strahls zu begrenzen, die durch die Platten gesteuert wird. Die Breitensteuerung des Elektronenstrahls wird durch eine Anzahl von Faktoren festgelegt, einschließlich der relativen Positionen und der relativen Potentiale des Heizfadens 18, des inneren Paars von Platten und des äußeren Paars von Platten. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die inneren Platten 44 und 46 um 0,08 Inch (2,03 mm) voneinander beabstandet und liegen vom Heizfaden im gleichen Abstand, während die äußeren Platten um einen Abstand von 0,25 Inch (6,35 mm) voneinander entfernt sind und vom Heizfaden im gleichen Abstand liegen, Dieses Ausführungsbeispiel bewirkt eine Fokussierung des Elektronenstrahls in der Breitenrichtung, wie schematisch durch die Linien 60 in Fig. 2 gezeigt. Obwohl die Erfindung als mit den inneren und äußeren Platten auf einem einzelnen elektrischen Potential beschrieben wurde, kann der Brennpunkt in der Breitenrichtung ferner durch elektrisches Isolieren der inneren Platten von den äußeren Platten und Anlegen von verschiedenen Spannungen gesteuert werden.
Überdies können die Platten die Position bezüglich des Heizfadens und zueinander einstellen, wodurch Einstellungen der Steuerung des Strahls ermöglicht werden. Die äußeren Platten können beispielsweise in einer Weise verbunden werden, die ermöglicht, daß die äußeren Platten nach innen oder außen gleiten.
Wie vorher bemerkt, wird die Zunahme der Länge des emittierten Elektronenstrahls mit der Abkehr vom Heizfaden 18 durch die Krümmungen des Heizfadens und der oberen Kanten der inneren und äußeren Platten 44, 46, 48 und 50 gesteuert. Ein einzelnes Elektron innerhalb des Strahls wird in einem zu den lokalisierten Bereichen der Platten senkrechten Winkel beschleunigt. Bei dem Ausführungsbeispiel, das erörtert wurde, beträgt der Radius der inneren Platten 0,22 Inch (5,59 mm) und der Radius der äußeren Platten beträgt 0,37 Inch (9,4 mm). Vorzugsweise legen der Heizfaden, die inneren Platten und die äußeren Platten alle eine gemeinsame Achse fest. Dies ist jedoch nicht entscheidend. Tatsächlich kann ein fächerförmiger Strahl gebildet werden, wenn der Heizfaden geradlinig ist, da die bogenförmigen Kanten der Platten eine Fächerform festlegen.
Beim Betrieb erzeugt und emittiert der Heizfaden 18 Elektronen in der Richtung eines Fensters 40, wie in Fig. 7 gezeigt. Die Platten 44, 46, 48 und 50 weisen ein offenes Ende auf. Folglich wird ermöglicht, daß sich der Elektronenstrahl vom Heizfaden in der Längsrichtung aufweitet, wie durch die Wege von beispielhaften Elektronen 62 und 64 gezeigt. Andererseits wird der Strahl in der Breitenrichtung fokussiert, wie durch die beispielhaften Elektronen 66 und 68 gezeigt. Ein fächerförmiger Strahl wird gebildet. Die Form des Strahls ermöglicht, daß die Elektronenstrahlvorrichtung 10 einen Strahl mit einer Länge projiziert, die größer ist als die Länge des Heizfadens innerhalb des Röhrenkörpers 12. Eine gewünschte Oberflächenbehandlungsfläche kann ohne die Anforderung, daß der Heizfaden eine Länge aufweist, die der Länge des Behandlungsstrahls vergleichbar ist, erhalten werden.
Bei dem vorstehend dargelegten Ausführungsbeispiel ist die positiv geladene Anode planar. Somit müssen die Elektronen an den entgegengesetzten Längsenden der erzeugten Elektronenstrahlen einen größeren Abstand als die Elektronenstrahlen an oder nahe dem Zentrum des Strahls durchlaufen. Bei einigen Anwendungen kann es günstig sein, eine gekrümmte Anode vorzusehen, die den Elektronendurchlauf ausgleicht. Alternativ können die inneren und/oder äußeren Platten 44, 46, 48 und 50 gestaltet sein, um einen größeren Grad an Elektronenbeschleunigung mit der Abkehr von der Mitte des Strahls vorzusehen. Mit Bezug auf Fig. 8 ist eine Elektronenstrahlvorrichtung 70 mit äußeren Platten 72 und 74 gezeigt, die nicht nur an der oberen Kante, sondern auch entlang der Hauptflächen gekrümmt sind. Das heißt, die äußeren Platten weisen im Zentrum der Platten einen maximalen Abstand von den inneren Platten 76 und 78 auf und nehmen im Abstand von den inneren Platten mit der Abkehr von den Zentren ab. Das resultierende elektrische Feld sieht eine größere Beschleunigung an den Längsenden des fächerförmigen Elektronenstrahls vor als in der Mitte des Strahls. An einem Heizfaden 80 erzeugte Elektronen werden durch ein Fenster 82 aus der entleerten Kammer eines Röhrenkörpers 84 projiziert. Die Gestaltung der äußeren Platten 72 und 74 fokussiert den Strahl besser auf die positiv geladene Anode der Vorrichtung 70.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 sind die äußeren Platten 72 und 74 durch ein Isolationselement 86 elektrisch voneinander isoliert. Die elektrische Isolation ermöglicht einen Grad an Strahllenkung. Durch Auswählen der zweckmäßigen Beziehung von Potentialen an den Platten kann der Elektronenstrahl so ausgerichtet werden, daß er nach Bedarf auf das Fenster 82 auftrifft. Ein Widerstand 88 oder ein Widerstandsnetzwerk kann verwendet werden, um die gewünschte Beziehung von Vorspannungen herzustellen. Dieses passive Ausführungsbeispiel erfordert eine einzelne Verbindung mit einer externen Quelle für eine Vorspannung. Bei einem aktiven Ausführungsbeispiel sind die Platten mit separaten Quellen verbunden. Das aktive Ausführungsbeispiel erleichtert Ausrichtungseinstellungen auf einer Basis von Vorrichtung zu Vorrichtung.
Ein wahlweises magnetisches Element 90 ist auch in Fig. 8 gezeigt. Das magnetische Element weist ein Magnetfeld auf, das sich in den Elektronenstrahlweg zum Fenster 82 erstreckt. Ein oder mehrere solche magnetische Elemente werden nach Bedarf an der Seite der Vorrichtung 70 befestigt, um die Strahlprojektion auf das Fenster zweckmäßig auszurichten. Die Positionierung kann unter den Vorrichtungen variieren, da es wahrscheinlich Schwankungen bei der Fertigung und Montage der Vorrichtungskomponenten gibt. Folglich ermöglicht die Verwendung der magnetischen Elemente eine Lockerung der Fertigungstoleranzen.

Claims

1. Kathode einer Elektronenstrahlvorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls mit einer größeren Länge als Breite, mit:

einem Heizfaden (18) mit einem bogenförmigen Bereich zum Emittieren eines Elektronenstrahls mit einer Form eines Fächers, mit einer Längs- und einer Breitenrichtung;

im allgemeinen parallelen ersten und zweiten inneren Platten (44, 46) auf entgegengesetzten Seiten des Heizfadens, wobei sich die inneren Platten im allgemeinen in der Längsrichtung erstrecken und eine erste Höhe aufweisen, die zur Längs- und zur Breitenrichtung senkrecht ist; und

im allgemeinen parallelen dritten und vierten äußeren Platten (48, 50) auf entgegengesetzten Seiten der inneren Platten, wobei die äußeren Platten (48, 50) zu den inneren Platten (44, 46) im allgemeinen parallel sind und eine zweite Höhe aufweisen, die zur Längs- und zur Breitenrichtung senkrecht ist und die größer ist als die ersten Höhen;

wobei jede der inneren und äußeren Platten (44, 46, 48, 50) eine bogenförmige Kante an einer oberen Ausdehnung aufweist, um die erste und die zweite Höhe festzulegen, wobei die bogenförmigen Kanten der inneren und äußeren Platten aufeinander ausgerichtet sind.

2. Kathode nach Anspruch 1, wobei die bogenförmige Kante des Heizfadens (18) eine dritte Höhe aufweist, die auf die bogenförmigen Kanten der inneren und äußeren Platten (44, 46, 48, 50) ausgerichtet ist, so daß die oberen Ausdehnungen des Heizfadens und der inneren und äußeren Platten (44, 46, 48, 50) in der Breitenrichtung ausgerichtet sind.

3. Kathode nach Anspruch 1, wobei die inneren und äußeren Platten (44, 46, 48, 50) elektrisch verbunden sind.

4. Kathode nach Anspruch 1, wobei jede der inneren und äußeren Platten (44, 46, 48, 50) eine Halbkreisform aufweist.

5. Elektronenstrahlvorrichtung (10) mit:

einem gasundurchlässigen Körper, der eine entleerte Kammer (14) festlegt;

einer Kathode (34) wie in Anspruch 1 offenbart;

einem Anodenmittel (20), das relativ zu dem Heizfadenmittel (18) zum Anziehen des Elektronenstrahls angeordnet ist, um einen Strahlweg innerhalb der entleerten Kammer (14) festzulegen;

wobei die äußeren Platten (48, 50) ein Teil einer ersten Fokussierungslinse sind und die inneren Platten (44, 46) ein Teil einer zweiten Fokussierungslinse sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die äußeren und inneren Platten (44, 46, 48, 50) planar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei jede der äußeren und inneren Platten (44, 46, 48, 50) eine Halbkreisform aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die bogenförmigen Kanten der inneren und äußeren Platten (44, 46, 48, 50) eine gemeinsame Achse festlegen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Heizfadenmittel (18) einen bogenförmigen Heizfaden umfaßt, so daß der Elektronenstrahl fächerförmig ist, wobei der bogenförmige Heizfaden eine Krümmung aufweist, um die gemeinsame Achse festzulegen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die inneren und äußeren Platten (44, 46, 48, 50) physikalisch beabstandet sind und elektrisch miteinander verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, welche ferner ein Elektronenfenster (82) umfaßt, das mit dem Körper verbunden ist, der relativ zur Anode angeordnet ist, um den Durchgang des Elektronenstrahls durch das Elektronenfenster (82) zu gestatten.