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Legierungsphotokathode Die Erfindung betrifft sog. Legierungskathoden
für Photozellen od. dgl.
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Gemäß der Erfindung besteht die Photokathode aus einer geeigneten
Unterlage, auf der sich eine Schicht oder ein Film einer aus Antimon und Silber
bestehenden Legierung befindet, auf die bzw. auf den eine Schicht oder ein Niederschlag
eines Alkalimetalls aufgebracht ist.
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Im Gegensatz zu den bekannten, mit einem Alkalimetall aktivierten
Photokathoden braucht bei der erfindungsgemäßen Photokathode weder die aus der Legierung
bestehende Schicht noch die Oberfläche der Photokathode zur Erzielung einer ausreichenden
Photoemission oxydiert zu werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Photokathode
ist, daß sie ein Empfindlichkeitsmaximum im Blauen und Violetten des sichtbaren
Spektrums bei etwa 4000 bis 5ooo Ä. hat. Gleichzeitig hat sie eine geringe Rotempfindlichkeit
(etwa bei 6,5oo Ä) und zeigt im Infraroten oberhalb 7e00 Ä im wesentlichen keine
Empfindlichkeit. Hierdurch entspricht die spektrale Empfindlichkeit der Kathode
besser der Empfindlichkeit des menschlichen Auges als die bisher bekannter Kathoden.
Wenn die erfindungsgemäße Photokathode durchsichtig ausgebildet wird, weist sie
noch den Vorteil auf, selbst bei extrem dünnen Schichten eine hohe Leitfähigkeit
zu haben. Ferner ist die Herstellung dieser Photokathode sehr vorteilhaft, da das
Herstellungsverfahren sehr einfach und billig ist und gute Ergebnisse zeigt.
In
Abb. i ist ein Bildwandler dargestellt; bei dem die erfindungsgemäße Photokathode
verwendet ist. Dieser besteht aus einem evakuierten zylindrischen Gefäß T mit einem
durchsichtigen Fenster W an einem Ende und einem halbdurchlässigen Leuchtschirm
S an dem anderen Ende.
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Die innere Oberfläche dieses Glas- oder Pyrexfensters W kann den Träger
für die durchscheinende Photokathode bilden. Es kann aber auch ein getrennter durchsichtiger
Kathodenträger .innerhalb des Gefäßes in der Nähe des Fensters angeordnet werden.
In jedem Falle wird der durchsichtige Kathodenträger mit einem leitenden Rahmen
versehen, welcher in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem ringförmigen
Metallstreifen. i besteht, der aus Silber oder einem anderen Metall hergestellt
ist und an der Zuleitung id endet. Die Elektronenlinse des Bildwandlers besteht
aus einer Reihe ringförmiger Elektroden 2; 3, q. und einer zylindrischen Anode 5,
die sämtlich koaxial mit den Endflächen W und S der Röhre angeordnet sind. Ein umgekehrt
auf die Kathode des Bildwandlers geworfenes Lichtbild erzeugt ein Elektronenbild
an der inneren aktivierten Oberfläche, und die das Bild ergebenden Elektronen durchlaufen
dieElektroden 2 bis 5 undbilden auf dem Leuchtschirm S ein gegenüber dem Elektronenbild
umgekehrtes optisches Bild.
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In diesen Bildwandlern kann einer der Fokussierungsringe, in diesem
Falle der Ring q, der in der Nähe des Elektronenüberkreuzüngspunktes liegt, eine
kleinere zentrale Öffnung haben als die anderen Fokussierungsringe, ohne in irgendeiner
Weise den Durchgang der Bildelektronen zu beeinflussen. Die Seitenfläche dieser
Scheibe q. kann daher bequem zur Befestigung eines Schirmes 4.b dienen, welcher
wiederum einen Träger für einen Heizfaden 6 bildet, der zwischen seinen Windungen
eine oder mehrere Pillen 7 der Antimon-Silber-Legierung trägt; die für die Bildung
der Unterlageschicht =o (Abb. 2) der emissionsfähigen Oberfläche io, iz verwendet
wird, welche erfindungsgemäß auf die innere Oberfläche des Glasfensters W aufgebracht
wird. Das Gefäß kann mit einem rohrförmigen Ansatz 8 versehen sein, der eine Anzahl
Pillen 9 aus Cäsium enthält, die zur Aktivierung des Antimon-Silber-Films io dienen.
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Wo, wie im vorliegenden Falle, die Elektroden für den Cäsiumdampf
auf seinem Weg zur aktivierenden Oberfläche ein schattenbildendes Hindernis ergeben,
ist es vorzuziehen, eine Öffnung 4f in dem Linsenelement vorzusehen, welches dem
rohrförmigen Ansatz am nächsten liegt, so daß - der Dampf die zu aktivierende Oberfläche
auf einem Wege erreichen kann, der iin wesentlichen hindernisfrei ist.
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Die erfindungsgemäße Photokathode wird auf die sie tragende Oberfläche,
in diesem Falle die innere Wand des Fensters W; aufgebracht, nachdem die Röhre T
fertig aufgebaut und evakuiert ist. Dazu wird ein Heizstrom durch den Faden 6 hindurchgeschickt,
um die Antimon-Silber-Legierung zu verdampfen, welche sich in Form eines dünnen
Films io auf der inneren Oberfläche des Fensters W niederschlägt. Für den Fall der
Verwendung einer durchsichtigen Kathode ist es zur Erzielung günstigstes Ergebnisse
vorteilhaft, die Verdampfung der Legierung dann einzustellen, wenn der Film auf
dem Fenster nur etwa 3o bis 53 °/o des auf die äußere Oberfläche des Fensters auffallenden
Lichtes hindürchläßt. Diese Durchlässigkeit wird durch die 'danach erfolgende Aktivierung
nicht wesentlich geändert.
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Filme größerer Dicke, als oben beschrieben, sind weniger vorteilhaft,
weil weniger Licht die molekulare dünne emissionsfähige Schicht erreicht; wogegen
dünnere Filme einen höheren Widerstand haben und das Nachströmen von 'Elektronen,
das für einen Dauerbetrieb der Kathode notwendig ist, hindern. Hierauf wird, ohne
diesen Film zu oxydieren oder das Vakuum zu verändern, etwas mehr Cäsium oder anderes
Alkalimetall, als zur Aktivierung der Antimon-Silber-Schicht nötig ist, in die Röhre
hineingelassen, wonach diese bei etwa i60° C gebacken wird, bis die Lichtempfindlichkeit
auf etwa 15 Mikroampere je Lumen bei der Prüfung mit einer Wolframfaden-Lichtquelle
gestiegen ist.
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Die Abb.3 zeigt eine Anzahl Kurven der spektralen Empfindlichkeit
verschiedener Photokathoden. Kurve A stellt die. spektrale Empfindlichkeit für eine
allgemein gebräuchliche undurchsichtige und Kurve B die für eine durchsichtige,
mit Cäsium aktivierte Silberoxydkathode dar. Es ist daraus ersichtlich, daß die
Empfindlichkeit solcher Kathoden in dem blauen Gebiet des sichtbaren Spektrums sehr
niedrig ist und ihr Maximum in der Nähe des infraroten Gebietes bei 7500
Ä hat, wo das menschliche Auge unempfindlich ist. Kurve C zeigt die spektrale Empfindlichkeit
einer durchsichtigen Cäsium-Silberoxyd-Kathode, auf welche ein zusätzlicher Silberfilm
aufgebracht wurde, nachdem sie aktiviert worden war. Aus ihr ist ersichtlich, daß,
obgleich das Empfindlichkeitsmaximum in das sichtbare Gebiet hineinverschoben wurde,
sie doch noch eine beträchtliche Empfindlichkeit im Ultraroten zeigt, was einen
Mangel an Kontrast der mit solchen Kathoden wiedergegebenen Bilder ergibt.
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kurve D zeigt die spektrale Empfindlichkeit einer erfindungsgemäßen
durchsichtigen Photokathode, bestehend aus einer Legierung von i3 Gewichtsteilen
Antimon mit 87 Gewichtsteilen Silber, die mit Cäsium in der oben beschriebenen Weise
behandelt wurde. Diese Kathode hat ihre maximale Empfindlichkeit in dem blaugrünen
Gebiet des Spektrums und hat im infraroten Gebiet eine wesentlich kleinere Empfindlichkeit
als irgendeine der Kathoden gemäß den Kurven A, B und C. Hieraus ergibt sieh eine
weit bessere Bildwiedergabe des auf die Kathode projizierten Gegenstandes.
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Die Kurve E stellt die spektrale Empfindlichkeit einer erfindungsgemäßen
durchsichtigen Photokathode dar, die aus einer Legierung von 15 Gewichtsteilen
Antimon und 85 Gewichtsteilen Silber besteht und die mit Cäsium in der oben beschriebenen
Weise behandelt wurde. Aus ihr ist ersichtlich, daß die maximale Empfindlichkeit
im blauen Gebiet, d. h. bei etwa 4200 Ä, liegt und in Richtung auf den langwelligeren
Teil des Spektrums rasch abfällt, so daß
im infraroten Gebiet, so
wie es bei der entsprechenden Kurve des menschlichen Auges der Fall ist, keine Empfindlichkeit
vorhanden ist.
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Wie bereits weiter oben beschrieben, erfordert die Herstellung der
erfindungsgemäßen Photokathode keine Oxydation der Unterlage oder der lichtempfindlichen
Schicht. Es wurde jedoch festgestellt, daß die Hinzufügung und sofortige Entfernung
einer Spur Sauerstoff (etwa io'E mm Hg) nach der Aktivierung der Antimon-Silber-Schicht
durch Cäsium geeignet ist, das Maximum der Kurve der spektralen Empfindlichkeit
von dem durch die Kurve E gegebenen zu dem durch die Kurve F dargestellten zu verschieben.
Diese Oxydation darf nicht mit der üblichen Oxydation der mit Cäsium aktivierten
Silberkathoden verwechselt werden, bei welchen eine größere Menge Sauerstoff verwendet
wird, um die Unterlage aus Silber zu oxydieren. In diesem Falle wird dem Silber
später der Sauerstoff durch das nachfolgend aufgebrachte Cäsium entzogen, wodurch
sich eine Kathode ergibt, die die durch die Kurven A und B engegebene spektrale
Empfindlichkeit hat. Im Gegensatz dazu verhindert bei der erfindungsgemäßen Kathode
die Gegenwart des Antimons wahrscheinlich eine solche Reaktion und läßt eine gänzlich
verschiedene spektrale Empfindlichkeit entstehen.
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Es wurde festgestellt, daß die Anwendung einer Legierung mit mehr
als 15 Gewichtsteilen Antimon eine starke Erhöhung des Widerstandes der Kathodenunterlage
ergibt, so daß bei der Aktivierung die gewünschte Empfindlichkeit nicht erreicht
wird. Ferner wird es schwieriger, die Röhre zu evakuieren, da das Antimon dazu neigt,
während des Backens das Alkalimetall aufzunehmen. Daher sollte zur Erzielung bester
Ergebnisse und zwecks einfacher Herstellung eine Legierung verwendet werden, die
nicht mehr als 17 Gewichtsteile Antimon und 83 Gewichtsteile Silber enthält. Die
Verwendung von weniger als 13 Gewichtsteilen Antimon ergibt eine Kathode, deren
spektrale Empfindlichkeit sich der Kurve C nähert und für Fälle, in denen außerordentliche
Bildkontraste verlangt werden, nicht geeignet ist.
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Obgleich das Ausführungsbeispiel eine durchsichtige Photokathode besitzt,
ist es klar, daß die Erfindung ebensogut auf eine undurchsichtige Photokathode wie
auch auf sog. Mosaikelektroden angewendet werden kann. Im Falle einer undurchsichtigen
Kathode kann die Antimonschicht beliebig dick gemacht werden, ohne die den erfindungsgemäßen
Kathoden eigentümliche spektrale Empfindlichkeit wesentlich zu ändern. Da ferner
bei einer Mosaikelektrode keine dauernde Emission erforderlich ist, kann hierbei
der Film so dünn gemacht werden, daß er einen äußerst hohen Widerstand besitzt.
Er kann sogar nur aus einer Vielheit voneinander getrennter Moleküle der Legierung
bestehen.