DE742593C - Verfahren zur Herstellung einer den aeusseren Photoeffekt oder den Sekundaeremissionseffekt zeigenden Kathode - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung einer den äußeren Photoeffekt oder den Sekundäremissionseffekt zeigenden Kathode Die hochemittierenden Kathoden für Photo-und Sekundärelektronen werden im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß man das Trägermetall, z. B. Silber, oxydiert und hierauf eine Spur Alkalimetall, z. B. Cäsium, aufbringt. Beim Lagern oder Erwärmen der Zelle dringt das Cäsium in das Oxyd ein, reduziert dies zum Teil und bildet ein Gemenge aus Cäsiumoxyd, Silber und Cäsium, in dem die Cäsiumteilchen die emittierenden Zentren bilden, die in dem Dispersionsmittel aus Cäsiumoxyd und Silber eingelagert und auf seiner Oberfläche adsorbiert sind.
• Wird als Dispersionsmittel ein Salz, z. B. Calciumfluorid, verwendet, so dampft man zunächst dieses Salz auf eine leitende Unterlage auf und erhitzt die Zwischenschicht dann im Dampf eines Alkalimetalls, um hierdurch das Eindringen des Alkalimetalls in das Dispersionsmittel zu erzielen. Dieser Vorgangwird erleichtert, wenn bereits andere fremde Atome, z. B. Silberatome, im Gitter vorhanden sind. Das Einbringen des Cäsiums kann schließlich auch durch Einschießen von Cäsiumionen in die auf 16o bis r8o° C erwärmte Schicht erfolgen.
• Es ist bekannt, daß als Dispersionsmittel für Photokathoden auch ein Halbmetall verwendet werden kann, wie z. B. Antimon, das durch Aufdampfen im Vakuum erhalten wurde. Nach dem Herstellen der Antimonunterlage dampft man z. B. Cäsium auf, das sich mit der Antimonschicht legiert und außerdem an der Oberfläche adsorbiert wird.
• Um bei der Verwendung von Salzzwischenschichten als Dispersionsmittel die Elektronenleitung zu verbessern, hat man Silber-oder Wolframatome bzw. kolloidale Metallteilchen dieser Metalle in der Weise in die Salzschichten eingebaut, daß gleichzeitig Metall und Salz verdampft wurden.
• In allen Fällen ist man jedoch so vorgegangen, daß man zuerst die Unterlage herstellte und dann erst das Alkalimetall aufbrachte. Das Eindringen des die emittierenden Zentren bildenden Alkalimetalls wurde also bisher stets durch dessen Diffusion in das eine kompakte Schicht bildende Dispersionsmittel erreicht. Man war somit bei der Herstellung der Kathode auf die Zufälligkeiten der Diffusion angewiesen, insbesondere darauf, ob das Alkalimetall in das Dispersionsmittel unter den geplanten Bedingungen einzudringen vermag oder nicht. Da nun das Emissionsvermögen namentlich bei Sekundärelektronenkathoden wesentlich von der Zahl der im Dispersionsmittel befindlichen Zentren abhängt, ist die Erzielung eines hohen Emissionsvermögens bei den in der geschilderten Weise hergestellten Kathoden mit besonderen Schwierigkeiten verbunden.
• Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung beseitigt. Bei dem Verfahren zur Herstellung einer den äußeren Photoeffekt oder den Sekundäremissionseffekt zeigenden Kathode. bei welcher die die Elektronen emittierenden Zentren in einem Dispersionsmittel (Metall, Halbmetall oder Verbindung) eingelagert werden, werden nach der Erfindung bei der Herstellung der emittierenden Schicht das Dispersionsmittel und der die Zentren liefernde Stoff gleichzeitig verdampft und gleichzeitig auf derselben Unterlage bei Temperaturen kondensiert, bei denen die Beweglichkeit der auftreffenden Moleküle bzw. Atome genügend gering und die Haftfestigkeit (evtl. durch chemische Kräfte) genügend groß ist, so daß eine besonders gute Durchmischung von Dispersionsmittel und emittierendem Stoff und damit eine besonders große Zahl emittierender Zentren erzielt wird. Man verdampft und kondensiert also die das Dispersionsmittel und die Zentren liefernden Stoffe nicht nacheinander, sondern läßt sie gleichzeitig aus dem Dampfzustand in die kondensierte Phase übertreten. so daß sich von vornherein Dispersionsmittelmolekeln neben Alkalimetallatomen in inniger Durchmischung auf der Unterlage befinden.
• Die Durchmischung ist dann besonders fein dispergiert, wenn die Kondensation bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen vorgenommen wird. Je niedriger die Temperatur der Kondensationsunterlage ist, um so geringer ist die Beweglichkeit und um so größer die Haftfestigkeit der auf die Kathodenunterlage auftreffenden Molekeln, um so weniger werden sie sich daher in einem Kristallgitter ordnen und um so leichter und fein dispergierter können sich die Molekeln des die emittierenden Zentren bildenden Stoffes in das Dispersionsmittel einlagern. Die Tiefe der Temperatur hängt dabei von dem verwendeten Stoff ab; z. B. ist die Beweglichkeit von Cadmiummolekeln bei Zimmertemperatur noch sehr groß und die Haftfestigkeit gering, so daß sie z. B. von einer auf Zimmertemperatur befindlichen Glasunterlage noch reflektiert werden, wohingegen Silberatome an einer solchen Unterlage kondensieren.
• Eine auch bei Zimmertemperatur oder höheren Temperaturen beständige fein dispergierte Durchmischung wird man besonders dann erreichen, wenn das Dispersionsmittel mit dem die emittierenden Zentren liefernden Stoff keine Mischkristalle zu bilden vermag, so daß die Tendenz der beiden Komponenten, bei der Kondensation oder heim Erwärmen auf Temperaturen oberhalb der Kondensationstemperatur größere Kristalle zu bilden. von vornherein gering ist.
• Die Tendenz zur Bildung von Mischkristallen ist besonders dann für eine hohe Emission nachteilig, wenn der emittierende Stoff in Form von Ionen in die Mischkristalle eingelagert werden kann, wenn das Dispersionsmittel also z. B. aus einem gut leitenden Metall besteht oder aus Ionen aufgebaut ist. Ist dies nicht der Fall, so kann eine hohe Emission auch bei der Bildung von -Mischkristallen zwischen emittierendem Stoff und Dispersionsmittel erzielt «erden.
• Die Erniedrigung der Kondensationstemperatur ist dann besonders wirksam. wenn hierdurch erreicht wird, daß sich das Dispersionsmittel im amorphen (unmetallischen) Zustand kondensiert, wie z. B. Antimon, Tellur, Selen bei der Temperatur der flüssigen Luft, Arsen bei Zimmertemperatur und darüber. Auch die Kondensation im stark ungeordneten Zustand, wie man ihn bei den Metallen, z. B. Cadmium, Silber. Eisen, Wolfram, Molybdän, Zirkon, Magnesium. durch Kondensation bei der Temperatur der flüssigen Luft erhält, ergibt eine gute Durchdringung des Dispersionsmittels mit emittierenden Zentren.
• Da Schichten aus den genannten Metallen, die bei niedriger Temperatur kondensiert wurden, sich um so mehr dem amorphen, unmetallischen Zustand nähern, je dünner die kondensierte Schicht ist, wird man bei durchsichtigen Metall- oder Halbmetallschichten, die gleichzeitig mit dem die Zentren liefernden Stoff kondensiert wurden, ebenfalls ein gutes Ergebnis erzielen.
• Um zu verhindern, daß die bei tiefen Temperaturen erhaltenen amorphen oder ungeordneten Schichten des Dispersionsmittels bei Zimmertemperatur in den geordneten kristallinen Zustand übergehen und hierbei der die emittierenden Zentren bildende fein dispergierte Stoff aus dem sich bildenden Kristallgitter herausgedrückt und an die Oberfläche gebracht wird, ist es in solchen Fällen, wo dies zu erwarten ist, z. B. bei den Metallen .oder Halbmetallen (etwa Antimon, Tellur oder Selen) zweckmäßig, gleichzeitig mit dem Dispersionsmittel und dem die Zentren bildenden Stoff noch einen dritten Stoff als zweite Dispersionsmittelkomponente, z. B. ein Salz (etwa ein Alkalihalogenid) oder eine organische Verbindung (wie Naphthalin oder Paraffin) zu kondensieren. Es ist dabei vorteilhaft, wenn diese zweite Dispersionsmittelkomponente bei Zimmertemperatur so fest adsorbiert ist, daß es aus dem Innern des Dispersionsmittels bei dessen Erwärmung auf Zimmertemperatur nicht entweicht. Bei ausreichendem Dampfdruck des zusätzlichen Dispersionsmittels (z. B. Naphthalin, Naphthol) kann dieses sich während der Kondensation z. B. in geringer Menge in dem Vakuumgefäß befinden, in welchem die Kondensation erfolgt. Ist der dritte Stoff ein Nichtleiter, so darf er natürlich nicht in solchen Mengen gleichzeitig mit dem Dispersionsmittel kondensiert werden, daß hierdurch die Leitfähigkeit der emittierenden Schicht zu stark herabgesetzt wird. Als zusätzliches Dispersionsmittel kann auch ein Metall oder Halbmetall dienen, das mit der anderen Dispersionsmittelkomponente keine oder nur in beschränktem Maße Mischkristalle bildet, z. B. Wismut bei der Verwendung von Tellur und umgekehrt, Blei bei der Verwendung von Antimon und umgekehrt, Kupfer bei der Verwendung von Silber und umgekehrt.

Claims (7)

1. PATENNTANSPRÜCHP: i. Verfahren zur Herstellung einer den äußeren Photoeffekt öder den Sekundäreinissionseffekt zeigenden Kathode, bei welcher die die Elektronen emittierenden Zentren in einem Dispersionsmittel (Metall, Halbmetall oder Verbindung) eingelagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der emittierenden Schicht das Dispersionsthittel und der die Zentren liefernde Stoff gleichzeitig verdampft und gleichzeitig auf derselben Unterlage bei Temperaturen kondensiert werden, bei denen die Beweglichkeit der auftreffenden Moleküle bzw. Atome genügend gering und die Haftfestigkeit (ev t1. durch chemische Kräfte) genügend groß ist, so daß eine besonders gute Durchmischung von Dispersionsmittel und emittierendem Stoff und damit eine besonders große Zahl emittierender Zentren erzielt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dispersionsmittel gewählt wird, das mit dem die Zentren bildenden Stoff keine Mischkristalle zu bilden vermag.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationstemperatur derart gewählt wird, daß sich das Dispersionsmittel im arriorphen (unmetallischen) Zustand kondensiert, wie z. B. Antimon, Tellur, Selen bei Temperaturen unterhalb der Zimmertemperatur, Arsen bei Zimmertemperatur und darüber.
4. 4. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Dispersionsmittel bei der gewählten Kondensationstemperatur im stark ungeördneten Zustand kondensiert, wie z. B. Cadmium, Silber, Eisen, Wolfram, Molybdän, Zirkon, Magnesium bei der Temperatur der flüssigen Luft.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kondensierte Gemisch von Dispersionsmittel und dem die emittierenden Zentren liefernden Stoff in durchsichtiger Schicht aufgedampft wird.
6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus zwei oder mehreren gleichzeitig kondensierten Stoffen bestehendes Dispersionsmittel gewählt wird, das z. B. aus einem Metall (etwa Silber) oder einem Halbmetall (etwa Antimon, Tellur oder Selen) einerseits und einem Salz (etwa ein Alkalihalogenid) oder einer organischen Verbindung (etwa Naphthalin oder Paraffin) andererseits besteht.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als die eine Dispersionsmittelkomponente ein Metall oder Halbmetall dient, das mit der anderen Dispersionsmittelkomponente keine oder nur in beschränktem Maße Mischkristalle bildet, z. B. Wismut bei Verwendung von Tellur und umgekehrt, Blei bei der Verwendung von Antimon und umgekehrt, Kupfer bei der Verwendung von Silber und umgekehrt. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Schweizerische Patentschrift \Tr. 192 231; britische Patentschriften \Tr. 3$9 097. 421 256, 479 733 Zeitschrift für Instrumentenkunde, 1936. 1o. Heft, S. q.23 bis 425; Buch von D e B o e r, »Elektronenemissionen und Adsorptionserscheinungen«, 1937. § 93, S. 252 bis 254.