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Verfahren zur Herstellung von photoelektrisch wirksamen Kathoden bzw.
Kathoden für Vervielfacherröhren Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung von Kathoden für Photozellen bzw. Vervielfacherrflhren, die wie normale
Glühkathoden manipulierbar sind. Die Schwierigkeiten bei ,der Herstellung von P'hotakathod,ensind
allgemein bekannt. Im allgemeinen werden sie ,durch Aufdampfen von photoelektrischen
Elementen bzw. Alkali-oder Erdalkalimetallen im fertigen Rohr auf besonders präparierten
Oberflächen hergestellt. Es sind auch Verfahren bekannt, durch Elektrolyse derartige
Schichten zu erzeugen. Werden die Bedingungen, unter denen jedes einzelne Rohr mit
der photoaktiven Schicht beladen wird, nicht allerstrengstens erfüllt, so zeigen
die Rohre .bei einer größeren Herstellungsserie starke Unterschiede, die sich äußerst
störend :bemerkbar machen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Nachteile
vermieden.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf ein Trägermetall iah
Vakuum das photoaktive Material aufgedampft und, wenn dieses in ,genügender Stärke
aufgetragen ist, ein weiteres Metall (Deckmetall) aufgedampft, das zweckmäßig mit
dem .photoaktiven Material bei späterer Erhitzung (Tempern.) Mischkristalle bildet.
Nachdem dieses Metall aufgedampft ist, kann die Photokathode aus dem Vakuum herausgenommen
werden und .mit den normalen Mitteln, wie Pressen, Stanzen, Biegen, Schneiden, zu
dem gewünschten Kathodenkörper verarbeitet werden. Die so hergestellte Kathode
wird
dann wie eine normale Elektrode in das Rohr eingebaut, das Roh! ausgebeizt und gepumpt
und schließlich die Kathode beispielsweise durch Hochfrequenz auf eine solche Temperatur
gebracht, .daß das .photoelektrische Material an !die Oberfläche diffundiert oder
mit dem zuletzt aufgedampften Material Mischkristalle bildet.
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Eine weitere Ausführungsform ,des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
.darin, daß beim Aufdampfen .des photoelektrischen Materials gleichzeitig Idas Deckmnetall
aufgedampft und, wenn genügend photoelektrisches Material aufgedampft ist, nur mehr
mit dem Deckmetall weiter aufgedampft wird. Zweckmäßig ist ferner, beim Aufdampfen
des photoelektrischen Materialsund/oder Deckmetalls einen definierten kleinen Dampfdruck
von 02 bestehen zu lassen, damit ein Teil des photoelektrischen Materials und/oder
Deckmetalls oxydiert wird. Zur Beschleunigung .dieses Vorganges kann auch gleichzeitig
eine elektrische Entladung, beispielsweise Glimmentladung, verwendet werden.
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Um ein Diffundieren der photoelektrischen Schicht nur nach einer bestimmten
Seite durchzuführen, dann man das Trägermetall mit einer Schicht eines solchen Metalls
versehen, das eine Diffusion nach edieser Richtung unmöglich macht.
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Endlich kann auch das Trägermetall mit Rippen versehen oder gewellt
oder sonstwie geformt oder oberflächenbehandelt werden, damit die Wärmeableitung
vergrößert wird. Statt Aufdampfen kann man das eine und/oder Idas andere Metall
durch kathodische Zerstäubung auftragen.
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Abb. i a und i !b zeigen eine Vorrichtung, in der das Verfahren durchgeführt
werden kann. i ist ein Glasgefäß, das über den Schliff 2 mit einer Hochvakuumpumpe
verbunden ist. Eine kleine, innen hohle Trommel 3 ist in einem Gestell q. und 5
leicht drehbar gelagert. Die Stirnfläche 6 (der Trommel ist abschraubbar. Die Trommel
wird dadurch gedreht, das sich auf ihrer Achse ein kleiner, aber kräftiger Magnet?
befindet, ,der durch magnetischen Kraftschluß von einem außerhalb des Glaskörpers
befindlichen Magneten 8, ;der über eine Schnurschei!be g von einem kleinen Motor
angetrieben, gedreht wird. Bei io wild das Verdampfergefäß für das photoelektrische
Material, bei- i i das Verdampfergefäß für das Deckmetall angeschlossen.
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Der Vorgang ist nun folgender: Auf ,die Trommel 3 wird .beispielsweise
als Trägermetall ein Silberblech geschoben, bei io ei heizbares Gefäß beispielsweise
mit Cäsium und bei.. i i beispielsweise ein von außen geheizter Silberdraht zwecks
Verdampfen des Silbers angebracht. Nun werden in die Trommel einige Kubikzentimeter
flüssige Luft .gegeben, .das Gefäß i an die Pumpe ,gelegt und evakuiert. Ist das
Vakuum ,genügend groß, so wird,die Trommel in schnelle Drehungen versetzt, etwa
3ooo, T/m, und ,das Gefäß i o, in dem sich Cäsium .beerdet, aufgeheizt. Das verdampfende
Cäsium kondensiert sofort an ,der Trommel, die ja stark gekühlt ist. Durch die schnelle
Rotation der Trommel kondensiert der Cäsiumdampfsehr ,gleichmäßig auf ,der Oberfläche.
Befindet sich nun genügend Cäsium auf dem Silberblech, so wird, da; Cäsiumgefäß
abgestellt und mit dem Silberaufdamp fen begonnen. Es genügt im allgemeinen, wenn
ein( nur wenige Mikron starke Schicht Silber auf gedampft :wird, um .das Cäsium
zu schützen. Is ,dies erreicht, so wird auch dieser Prozeß unter brocken, die Trommel
stillgelegt, Idas Vakuun abgeschaltet und der mit Cäsium beladener Silberstreifen
von der Trommel entfernt. Es kann zweckmäßig sein, das Silberblech, um bei langem
Lieger zu verhindern, daß die dünne Silberschicht oxydiert; mit einem Lack zu überziehen
(oder ;durch Tauchen aufzubringen) ; dann ist die Kathode beliebig lang haltbar.
Sie kann dann, wenn es nötig ist., zu Iden eigentlichen Kathoden durch Stanzen,
Pressen, Ziehen, Schneiden verarbeitet werden. Zweckmäßig ist es, beim Verarbeiten
neue Schnittflächen ebenfalls mit Lack zu überziehen. Auch die nun konfektionierte
Kathode läßt sich beliebig lang aufbewahren. Sie wird nun, wenn nötig, in Photozellen
eingebaut, die Photozelle evakuiert, aus-geheizt (bei dieser Gelegenheit kann man
!den Lady abbrennen, oder aber man kann ihn knapp vor dem Einbau chemisch ablösen),
und idie Kathode durch innere Heizkörper (gesonderte Heizfäden) oder äußere Heizquellen
(beispielsweise Hochfrequenz) so 'hoch erhitzt, daß das Cäsium an die Oberfläche
.der Kathode diffundiert und gegebenenfalls Mischkristalle *mit dem Deckmaterial
bildet. Ist idies geschehen, so ist die Kathode aktiviert, die Photozelle oder .das
Vervielfacherrohr muß nur noch formiert iwerden.
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Besonders zweckmäßig ist es, gleichzeitig Cs-.und Ag-Dampf auf die
schnell laufende Trommel 3 dampfen zu lassen. Insbesondere zweckmäßig ist dieses
Verfahren, wenn ,der Silberdampfdruck wesentlich größer als der Cs-Dampfdruck ist.
Dadurch wird jedes Molekül (bDW. kleinere Molekülgruppen) Cs von !Silber umgeben
und die Diffusion bzw. Mischkristallbildung erleichtert. Es ist selbstverständlich
möglich, noch statt eines photoelektrischen Materials mehrere gleichzeitig oder
zeitlich getrennt aufzudampfen, das gleiche gilt auch für das Deckmetall. Es können
auch solche Elemente bzw. chemische Verbindungen aufgedampft werden., die eine Diffusionsbeschleunigung
hervorrufen.
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Abb. 2 a und 2b zeigen .den vergrößerten Schnitt durch eine nach dem
Verfahren hergestellteKathode, und zwar vor und nach der Erhitzung im eigentlichen
Röhr.
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12, ist das Trägermetall, beispielsweise Silber, 13 die aufgedampfte
Schicht des photoelektrischen Materials, beispielsweise Cäsium, und 1q. das Deckmetall,
beispielsweise wieder Silber. Nach dem Tempern im Rohr bildet sich eine homogene
Masse Mischkristalle 15. Um zu verhindern, daß die Rückseite oder Kathode ebenfalls
aktiviert wird, ist es zweckmäßig, wie schon erwähnt, eine die Diffusion verhindernde
Schicht auf ,das Trägermetall aufzutragen, wie Abb. 3 a und 3 b zeigen.
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12 ist wieder das Trägermetall, auf das elektrolytisch oder ebenfalls
durch Aufdampfen oder
kathodisches Aufstäuben eine die Diffusion
verhindernde Schicht 16 aufgetragen ist, beispielsweise Schwermetall Pt o@d. dgl.
Zur besseren Haftung des photoelektrischen Materials wird zweckmäßig auf diese Schicht
eine Schicht r7 des Trägermetalls od. dgl. aufgetragen, dann die Photoschicht 13
und zuletzt wieder das Deckmetall 1q.. Nach dem Tempern bildet sich nun aus 17,
13 und 1q. eine gleichmäßig-, Schicht 15 beispielsweise aus Mischkristallen.
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Um ein Verziehen .der Kathode beim Temperprozeß zu vermeiden, ,kann
der Querschnitt des Trägermetalls kräftig ausgeführt werden. Beispielsweise kann
er mit Rippen, Rillen usw. versehen werden, die die Steifigkeit der Konstruktion
erhöhen und außerdem d.ie Wärmeableitung vergräßern. Statt Blech, Platten od. dgl.
als Trägerkörper können selbstverständlich auch Drähte oder Bänder verwendet wenden.