DE716974C - Secondary emitting layer for impact electrodes and process for their production - Google Patents
Secondary emitting layer for impact electrodes and process for their productionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine sekundäremittierende Schicht für Prallelektroden und- ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Insbesondere ist die Schicht für Elektroden von Elektronen.-vervielfachern geeignet.The invention relates to a secondary emitting layer for impact electrodes and a Process for their manufacture. In particular, the layer for electrodes is multiplied by electrons suitable.
Bekanntlich haben die meisten reinen Metalle eine recht geringe Sekundäremission. Um eine genügende Elektronenemission zu erzielen, bedeckt man daher im allgemeinen die Elektrode mit einem aus mehr oder weniger Bestandteilen zusammengesetzten Stoff, der ihre Emission verstärkt.It is well known that most pure metals have a very low secondary emission. In order to achieve sufficient electron emission, therefore, it is generally covered the electrode with a substance composed of more or less components that increases its emission.
Man kann sich bei Elektronenvervielfachern ebenso wie bei bekannten photoelektrischen Zellen einer zusammengesetzten Elektrode bedienen, die man durch den Niederschlag eines Alkalimetalls auf einer Grundlage von Metalloxyd erhält. Man hat insbesondere für Elektronenvervielfacher ebenso wie für die Zellen die Zusammensetzung Cäsium- Cäsiumoxyd-Silber benutzt, die ein beträchtliches Emissionsvermögen aufweist.One can use electron multipliers as well as known photoelectric ones Cells operate a composite electrode, which is obtained by the precipitation of a Alkali metal obtained on a basis of metal oxide. One has in particular for electron multipliers as well as the composition of cesium-cesium oxide-silver for cells is used, which has a considerable emissivity.
-Alle auf den bekannten Wegen erhaltenen sekundäremissionsfähigen Schichten, die auf Elektroden (Prallelektroden) verwendet wordein sind, haben indessen den Nachteil, daß sie nur eine geringe thermische Stabilität haben. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Schicht selbst in einem ziemlich hohen Vakuum durch den Beschüß mit positiven Ionen zerstört wird. Mit solchen Schichten versehene Prallelektroden eignen sich infolgedessen schlecht für Röhren, die eine beträchtliche Leistung abzugeben haben, d.h. deren Elektroden sich auf sehr hohen Temperaturen, beispielsweise 800 bis iooo0 C, befinden.-All secondary emissive layers obtained in the known ways which have been used on electrodes (impact electrodes), however, have the disadvantage that they have only a low thermal stability. In addition, there is a risk that the layer will be destroyed by the bombardment with positive ions, even in a fairly high vacuum. With such layers provided baffle electrodes consequently are bad for tubes having to give significant power, that their electrodes, for example, 800 to iooo 0 C, are at very high temperatures.
Gemäß der Erfindung wird nun für die sekundäremittierende Schicht einer Prallelektrode eine Legierung von Kupfer oder Nickel mit bis etwa 10 0/0 Beryllium benutzt. Die Legierung wird einer solchen thermischen Behandlung im Hochvakuum unterworfen, daß eine praktisch vollständige Entgasung der Oberfläche erfolgt.According to the invention, a collision electrode is now used for the secondary emitting layer an alloy of copper or nickel with up to about 10% beryllium is used. the Alloy is subjected to such a thermal treatment in a high vacuum that practically complete degassing of the surface takes place.
Die Prallelektroden gemäß der Erfindung haben einen Sekundäremissionsfaktor, der weit größer ist als der der bisher benutzten Grundmetalk. The impact electrodes according to the invention have a secondary emission factor that is wide is larger than that of the basic metal used so far.
S In dem vorstehend angegebenen Bereich ist das Mengenverhältnis von Beryllium zu Kupfer oder Nickel nicht sehr kritisch. Vorzugsweise wird aber eine Legierung mit einem Berylliumgehalt von etwa 2,50/0 benutzt. Zur Formierung wird die Oberfläche beispielsweise mehrere Stunden im Hochvakuum erhitzt, wobei die Temperatur allmählich auf einen Wert von etwa 900° C gesteigert wird.S In the above range is the ratio of beryllium to copper or nickel is not very critical. However, an alloy with a beryllium content is preferred of about 2.50 / 0 used. The surface is used for formation, for example heated for several hours in a high vacuum, the temperature gradually increasing to a value is increased by about 900 ° C.
Der Gegenstand der Erfindung darf nicht mit solchen Oberflächen verwechselt werden, die mit einem Stoff geringer Austrittsarbeit überzogen sind, denn die Anwesenheit eines solchen Stoffes an der Oberfläche genügt nicht, um eine gegenüber dem Grundkörper ?.o beträchtliche Steigerung der Sekundäremission zu erzielen.The subject of the invention must not be confused with such surfaces, which are coated with a substance with a low work function, because the presence of one such a substance on the surface is not enough to make a difference to the base body ? .o to achieve a considerable increase in secondary emissions.
So ist es beispielsweise bekannt, daß man durch Diffusion von in Wolfram z. B. als Thoriumoxyd enthaltenem Thorium die Sekun- «5 däremission nur sehr wenig vergrößert (man hat ungefähr 15% beobachtet), während die Elektronenaustrittsarbeit um nahezu 450/0 vermindert wird.For example, it is known that by diffusion of in tungsten z. B. as Thorium containing thorium oxide increases the secondary emission only very little (man observed about 15%), while the electron work function decreased by almost 450/0 will.
Die Austrittsarbeit hat tatsächlich nur einen geringen Einfluß auf die Sekundäremission einer zusammengesetzten Oberfläche, denn einerseits wirkt sie nur an der äußeren Grenze des Bereiches, wo als Folge des Energieverlustes des Primärelektrons ein oder mehrere Sekundärelektronen ausgelöst werden, und anderseits haben zahlreiche im Innern des Metalls freigemachte Elektronen im Augenblick ihrer Befreiung in der Nähe der Stelle ihrer Befreiung eine Geschwindigkeit, die im Vergleich zur Austrittsarbeit sehr groß ist. Wie dem aber auch sei, die geringe Bedeutung der Austrittsarbeit gegenüber einem anderen von der inneren Gestaltung abhängigen Faktor ergibt sich auch aus der Tatsache, daß sich bei der Ablagerung eines Oberflächenstoffes auf einem gegebenen Träger die Sekundäremission noch nach der Aufbringung der ersten Schicht ändert, obgleich diese erste Schicht zusammenhängend von der Dicke einer Atomlage ist, wie sich durch eine konstante und von der Dicke unabhängige Austrittsarbeit nachweisen läßt.The work function actually has only a minor influence on the secondary emission a composite surface, because on the one hand it only works at the outer border the area where, as a result of the energy loss of the primary electron, one or more Secondary electrons are released, and on the other hand have numerous inside the Metal released electrons at the moment of their release near the point their liberation a speed that is very high compared to the work function. Be that as it may, the minor importance of the work job compared to another on the internal design dependent factor also results from the fact that secondary emission when a surface material is deposited on a given carrier changes even after the application of the first layer, although this first layer is coherent in terms of thickness of an atomic layer is how it is characterized by a constant work function that is independent of the thickness can be proven.
Durch die Erfindung erhält man nun eine solche Prallelektrode, bei der die einfallenden Elektronen des benutzten Geschwindigkeitsbereiches bis zu einer bestimmten optimalen Tiefe eindringen. Ohne daß die Erfindung auf diese besondere physikalische Theorie beschränkt wäre, kann man annehmen,, daß von einer bestimmten Eindringtiefe ab, die sowohl von der Geschwindigkeit der Primärelektronen als auch vom Aufbau der Prallelektrode abhängt, die im Innern der Elektrode befreiten Sekundärelektronen nicht genügend Energie besitzen, um auszutreten. Wenn man nun an der kritischen Stelle ein gutes Streumittel anordnet, so kann man die Sekundäremission vergrößern. Die vorgenommenen Versuche haben zu der Annahme geführt, daß es dieser Mechanismus ist, der die erhöhte Sekundäremission auch im Falle von Metallschichten mit großer Emission auf oxydierten metallischen Trägern wie bei der Anordnung Cs-CsO-Ag ergibt, die man, ausgehend von einem Niederschlag von Cs, auf oxydiertem Silber erhält. Man kann annehmen, daß die Oxydschicht als Reflektor im Innern des Körpers dient. Dies \vird scheinbar dadurch bewiesen, daß die Sekundäremission der Oberfläche verhältnismäßig wenig unmittelbar von der Natur des Grundmetalls abhängt, dagegen stark von seinem Oxydationszustand beeinflußt wird. Versuche, die mit dem gleichen Metall in verschiedenem Oxydationszustand durchgeführt werden, haben dies klar gezeigt.The invention now gives such a collision electrode in which the incident Electrons of the used speed range up to a certain optimal Penetrate deep. Without the invention being restricted to this particular physical theory, one can assume, that of a certain depth of penetration, which depends both on the speed of the primary electrons and on the structure depends on the impact electrode, the liberated secondary electrons inside the electrode do not have enough energy to exit. If you are now at the critical point arranges a good grit, so one can increase the secondary emission. The ones made Experiments have led to the assumption that it is this mechanism that causes the increased secondary emission also in the case of metal layers with high emissions on oxidized metallic substrates as in the Arrangement Cs-CsO-Ag results, which one, starting from a precipitate of Cs, on oxidized silver. One can assume that the oxide layer acts as a reflector in the Serves inside the body. This is apparently proven by the fact that the secondary emission the surface is relatively little directly related to the nature of the base metal depends, on the other hand, is strongly influenced by its state of oxidation. Try those with the same metal in different ones Oxidation state are carried out, have shown this clearly.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Legierung eines gewöhnlichen Metalls mit einem Leichtmetall geringer Austrittsarbeit kann man annehmen, daß eine zwar andere, aber doch gleichwertige Erscheinung auftreten kann. Dies würde die Erklärung dafür liefern, daß nur in bestimmten besonderen Fällen ein wirklich bedeutender Erfolg erzielt wurde. Die angestellten Versuche, die sich auf mehrere nach diesem Grundsatz aufgebaute Stoffe erstreckten, erlaubten die Feststellung, daß insbesondere Legierungen von schweren Grundmetallen mit leichten Metaller, geringer Austrittsarbeit geeignet sind, eine beträchtliche Sekundäremission zu liefern. Besonders bewährten sich die gemäß der Er findung benutzten Legierungen von Kupfer oder Nickel mit Beryllium.In the inventive use of the alloy of a common metal with a light metal with a low work function one can assume that although another, but nevertheless equivalent appearance can occur. This would explain it That only deliver a really significant success in certain special cases was achieved. The experiments made, which were built on several according to this principle Substances extended, made it possible to establish that, in particular, alloys of Heavy base metals with light metal, low work function are suited to a to deliver considerable secondary emissions. Those according to the Er found alloys of copper or nickel with beryllium.
Um den Verlauf der Erscheinung zu verdeutlichen, sind in der Abbildung Kurven dargestellt, die die Änderung des Verhältnisses ti der Anzahl der Sekundärelektronen zur Anzahl der die Prallelektrode treffenden Primärelektronen als Funktion der Geschwin digkeit ν dieser Primärelektronen, ausgedrückt in Volt, erkennbar machen.In order to clarify the course of the phenomenon, curves are shown in the figure that show the change in the ratio ti of the number of secondary electrons to the number of primary electrons hitting the impact electrode as a function of the velocity ν of these primary electrons, expressed in volts.
Die Kurven 1, 2, 3, 4 und 5 beziehen sich auf eine Legierung von Kupfer und Beryllium mit 2,40/0 Beryllium, und zwar wurde dk· Kurve ι bei gewöhnlicher Temperatur, die Kurve 2 bei 700° C, die Kurve 3 bei 800 C und die Kurve 4 bei 900r C gemessen (jedesmal nach thermischer Behandlung und Entgasung). Curves 1, 2, 3, 4 and 5 relate to an alloy of copper and beryllium with 2.40 / 0 beryllium, namely dk curve ι at normal temperature, curve 2 at 700 ° C., curve 3 measured at 800 ° C. and curve 4 at 900 ° C. (each time after thermal treatment and degassing).
Die Kurve 5 ergab sich unter den gleichen Bedingungen wie die Kurve 1, d. h. in kaltemCurve 5 was obtained under the same conditions as curve 1; H. in cold
Zustand, jedoch nach einer Arbeitsdauer von ι oo Stunden.Condition, but after a working period of ι oo hours.
Die Kurve 6 wurde bei reinem Kupfer erhalten. Curve 6 was obtained with pure copper.
Die Kurven zeigen die Wirkung der Temperatur und der Zeit. Es ist ersichtlich, daß die Sekundäremission keiner Ermüdung unterliegt und daß sie bis zu iooo° C praktisch temperaturunabhängig ist. Die leichte Erhöhung der Emission bei ansteigender Temperatur kann wahrscheinlich dem Umstand zugeschrieben werden, daß das Metall in dem Maße, in dem die Temperatur anstieg, immer reiner wurde.The curves show the effect of temperature and time. It can be seen that the secondary emission is not subject to fatigue and that it is practically up to 100 ° C is temperature independent. The slight increase in emissions with increasing temperature can probably be attributed to the fact that as the temperature rose, the metal always became purer.
Als Ausführungsbeispiel sei noch angegeben, daß in dem betrachteten Fall die zur guten Sekundäremission führende Behandlung in folgender Weise durchgeführt wurde: Die Temperatur wurde nach und nach (ungefähr in ι Stunde) bis auf etwa 850·° erhöht und die Elektrode alsdann während 2V2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Während der i. Stunde wurde der Druck unterhalb 8»io-ßmm Quecksilbersäule gehalten. Der Enddruck war geringer als 2 · 10—7 mm Quecksilbersäule. As an exemplary embodiment, it should be stated that the leading to good secondary emission treatment was conducted in the following manner in the case considered: The temperature was raised gradually (in about ι hour) to about 850 · ° and the electrode then during 2V 2 hours kept at this temperature. During the i. Hour the pressure is below 8 »ß io- mm Hg was maintained. The final pressure was less than 2 x 10 -7 mm Hg.
Die erzielten Ergebnisse sind von großer Bedeutung, selbst wenn man mit derartigen Elektroden nur ein etwas geringeres Sekundäremissionsvermögen erzielt als mit Kathoden, die mit bestimmten zusammengesetzten Substanzen überzogen sind. Die Bedeutung ist in der einfachen Herstellung und in der thermischen Stabilität der Elektroden zu sehen. Durch diese Stabilität sind die erfindungsgemäßen Elektroden besonders für die Herstellung von Vervielfacherröhren mit großer Leistung geeignet.The results obtained are of great importance even when dealing with such Electrodes only achieve a slightly lower secondary emissivity than cathodes, which are coated with certain compound substances. The importance is in the ease of manufacture and in the thermal stability of the electrodes can be seen. Due to this stability, the invention Electrodes particularly suitable for the production of multiplier tubes with high power.
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