DE903013C - Schicht hoher Sekundaeremission, insbesondere fuer die Prallelektroden von Elektronenvervielfachern - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß Erdalkalimetallverbindungen, wie z. B. Magnesiumoxyd, einen verhältnismäßig hoben Sekundäremissionsfaktor besitzen. Man weiß auch, daß der Sekundäremissionsfaktor vom Vorhandensein von Spuren freier Erdalkalimetalle in der Emissionsschicht abhängt. Die Erfindung geht von dieser Erkenntnis aus und stellt sich die Aufgabe, eine sekundäremittierende Schicht zu schaffen, deren Sekundäremissionsfaktor über längere Zeiträume und auch bei höheren Temperaturen konstant bleibt.

Gemäß der Erfindung wird nach der Herstellung der Schicht unter Einlagerung einer den Sekundäremissionsfaktor erhöhenden Menge die Zufuhr weiterer Mengen dieser Stoffe verhindert oder wenigstens auf einen so kleinen Wert beschränkt, daß die weitere Metallzufuhr höchstens zur Deckung des Verlustes der Schicht an diesen Stoffen ausreicht.

Zur Begrenzung der Zufuhr von freien Metallen, ao z. B. Erdalkalimetallen, wie Barium, Magnesium, oder Schwermetallen, wie Silber, Kupfer, Nickel, Mangan, oder Metalloiden zu der aktiven Schicht, die im wesentlichen aus Erdalkalimetallverbindungen, beispielsweise deren Oxyden oder Sulfiden bestehen kann, kann man in verschiedener Weise vorgehen. Eine wesentliche Voraussetzung für die Begrenzung der Metallzufuhr ist, daß die Unter-

lage der Oxydschicht selbst durch Diffusion oder Verdampfung kein weiteres Metall oder Metalloid nach der Schichtherstellung abgibt. Aus diesem Grund ist es beispielsweise nicht angängig, eine thermisch beständige Sekundäremissionsschicht einfach dadurch herzustellen, daß man einen auf einer Unterlage ruhenden Barium- oder Magnesiumbelag oberflächlich oxydiert; denn aus dem unter der Oxydschicht liegenden Metall würde während des to Betriebes dauernd weiteres Erdalkalimetall in die Schicht eindringen und dort zu einer Herabsetzung des Sekuiidäremissionsfaktors führen. Man muß also entweder dafür sorgen, daß die Oxydschicht auf einer Unterlage ruht, die keine wesentlichen Metall- oder Metalloidmeilgen mehr abgibt, oder die Unterlage muß so beschaffen sein, daß die abgegebenen Metall- oder Metalloidmengen nicht größer sind als die Menge, die die Schicht, z. B. durch Verdampfung, verliert. Wenn man auf den Ersatz der ao aus der Schicht verdampfenden Metallmengen Wert legt, dann kann man zur Schichtherstellung Legierungen verwenden, die einen so geringen Gehalt an Metallen, wie Barium oder Magnesium, besitzen, daß die im Laufe der Zeit in die Emissionsschicht übertretenden Metallmengen genügend klein bleiben. Zu diesem Zweck kommen beispielsweise Magnesium-Nickel-Legierungen mit 1 bis 5 0/0 Magnesiumgehalt in Betracht.

Geht man davon aus, daß die Unterlage des Schichtmaterials keine wesentlichen Metallmengen an die eigentliche Emissionsschicht bei der Betriebstemperatur dieser Schicht abgibt, wie dies ■z. B. bei Nickel, Aluminium der Fall ist, so muß man, wie bereits angedeutet, dafür sorgen, daß auch bei der Schichtherstellung keine Metallreste entstehen, welche dazu führen, daß die Schicht nachträglich unzulässig hohe Metallmengen aufnimmt. Man kann deshalb bei der Herstellung der Schicht etwa in der Weise vorgehen, daß man auf einer Unterlage, z. B. aus Nickel, Silber oder Aluminium, zunächst eine dünne Erdalkalimetallschicht, z. B. Magnesiumschicht, aufbringt und nun diese Schicht oxydiert. Man kann sie zu diesem Zweck beispielsweise zur Kathode einer Glimmentladung machen, die in einer Sauerstoffatmosphäre mit einem Druck von io-^ä bis io-²mm übergeht. Die Behandlung wird so lange fortgesetzt, bis die Magnesiumschicht bis auf einen kleinen Magnesiumrest oxydiert ist. Dieser Metallrest kann dann durch Erhitzung der Schicht, z.B. auf etwa 350⁰, gleichmäßig in dem Oxyd verteilt werden.

Wie weit man die Oxydation, zu treiben hat, kann

durch Vorversuche festgestellt werden, indem man unter sonst gleichen Bedingungen die Oxydationsdauer variiert und dabei den Sekundäremissionsfaktor mißt.

Ein anderer Weg zur Durchführung der Erfindung besteht darin, daß man auf eine Unterlage, welche kaum Metalle an die Emissionsschicht abgibt, die Emissionsschicht durch abwechselndes oder gleichzeitiges Niederschlagen von Erdalkalimetallverbindungen (z. B. Barium- oder Magnesiumoxyd) und Niederschlagung von Metallen (Erdalkalimetallen, Schwermetallen, Metalloiden) aufträgt. Die zur Schichtherstellung dienenden Stoffe können dabei in der Nähe der Schichtunterlage heizbar angeordnet sein. Auch hier wird eine geeignete Zusammensetzung der Schicht zunächst durch Vorversuche ermittelt.

Eine weitere Möglichkeit zur Einlagerung eines 7" fein verteilten Metalls oder Metalloides besteht darin, daß man in der aktiven Schicht, die z. B. aus Barium- oder Magnesiumoxyd oder Gemengen dieser Stoffe oder aus anderen Erdalkaliverbindungen besteht, freies Metall durch Reduktion erzeugt. So wird beispielsweise Magnesiumaxyd in einer Stickstoffatmosphäre bei heller Rotglut teilweise unter Bildung von metallischem Magnesium zersetzt. Man kann aber auch durch Beimengung eines geeigneten Reduktionsmittels, z. B. durch Beimengung von Aluminium, zur Schicht und durch Erhitzung auf die Reaktionstemperatur freies Erdalkalimetall erzeugen. Auf diese Weise kann man auch emissionsfähige Schichten dadurch herstellen, daß man auf eine Unterlage metallisches Magnesium aufträgt und Kaliumpermanganat, z. B. aus einer Lösung, darauf abscheidet. Durch Erhitzen kann man eine Reaktion einleiten, bei der Magnesiumoxyd und freies Kalium entsteht.

Schließlich kann man auch während des Überdestillierens von Erdalkalimetallen auf den Schichtträger in einer Sauerstoffatmosphäre den Druck so wählen, daß nicht das gesamte Metall oxydiert wird. Auch auf diese Weise erhält man eine Emissionsschicht, die freies Metall enthält. Die Einlagerung von Schwermetall, z. B. Silber, ist durch Überdestillieren möglich. Man kann aber auch Schwermetall durch Kathodenzerstäubung abscheiden. Das letztere Verfahren ist auch bei der Einlagerung von Erdalkalimetall in die Schicht anwendbar. Eine weitere Möglichkeit zur Einlagerung von Metallteilchen besteht darin, daß man den Dampf der Metalle in einer Entladung dosiert und Metallionen in die Schicht einschießt, indem man sie zur Kathode macht. .

Die Einlagerung einer beschränkten Metallmenge kann auch unter Ausnutzung von Diffusionseffekten geschehen. Man kann zu diesem Zweck, wie bereits eingangs erwähnt, von einer nur geringe Mengen des einzulagernden Metalls enthaltenden Legierung no als Unterlage für die Emissionsschicht ausgehen und durch Erhitzung den Übertritt einer gewünschten Metallmenge in eine darüberliegende Schicht, z.B. Magnesiumoxyd, erzwingen. Durch eine Nachbehandlung bei tieferer Temperatur kann man für eine gleichmäßige Verteilung des Metalls in der Schicht sorgen. Man kann aber auch auf die aus einer Erdalkalimetallverbindung bestehende Schicht eine dünne Schicht eines Metalls auftragen und durch Erhitzung ein Einwandern geringer Metallmengen in die darunterliegende Schicht herbeiführen. Ist das einzulagernde Metall leicht verdampfbar, so empfiehlt es sich, seine Oberfläche z, B. in einer Sauerstoffatmosphäre zu behandeln, um damit an der Oberfläche die Verdampfung zu verlangsamen. Auf diese Weise gelingt es auch,

bei leicht verdampfbaren Metallen genügende Metallmengen in die Oxydunterlage überzuführen. Man kann in das Schichtmaterial auch Metallmengen auf mechanischem Wege vor der Schichtherstellung einbringen und die so vorbereitete Masse in Form einer Suspension auf den Schichtträger auftragen. Durch Erhitzen der Schicht kann das Metall durch Diffusion fein in dem gesamten Schichtmaterial verteilt werden. Ein Weg zur Einlagerung und Aufrechterhaltung eines bestimmten Metallgehaltes besteht auch darin, daß man in die Erdalkalimetallverbindung ein Schwermetall, beispielsweise Silber oder Kupfer, einlagert, welches mit der Erdalkalimetallverbindung reagiert unter Ausbildung eines Gleichgewichtszustandes, bei dem neben der Erdalkalimetallverbindung und einer entsprechenden Schwermetallverbindung noch geringe Mengen freien Erdalkalimetalls und freie Schwermetalle übrigbleiben.

Hinsichtlich der Schichtdicke ist zu erwähnen, daß der Sekundäremissionsfaktor zunächst mit zunehmender Schichtdicke ansteigt und schließlich einen Bestwert erreicht, den er bei weiterer Zunahme der Schichtdicke wieder unterschreitet.

Dieses Absinken hängt offenbar mit einer Abnahme der Querleitfähigkeit der Schicht zusammen. Es ist deshalb zweckmäßig, darauf zu achten, daß die Schichtdicke nur etwa 50 bis zu einigen hundert Atomstärken ausmacht.

Im Hinblick auf die Temperaturbeständigkeit der Schicht ist es bei den meisten Verbindungen nicht günstig, den Metallgehalt so zu wählen, daß der maximale Sekundäremissionsfaktor erreicht wird. Es ist vielmehr zweckmäßig, kleinere Metallmengen einzulagern, weil sich bei höheren Temperaturen ein geringerer Metallzusatz über längere Zeit erhält als ein größerer Metallzusatz. Man kann hieraus auch die Dosierung des Metallgehaltes aufbauen, indem man zunächst der Schicht eine etwas zu große Metallmenge einverleibt und den überschüssigen Rest durch Erhitzen der Schicht austreibt.

Es ist nicht erforderlich, das Auftragen der aktiven Schicht auf die Unterlage im Vakuum vorzunehmen, sondern man kann die Verbindung auch an Luft oder in einer Schutzgasatmosphäre zweckmäßig in einem Lösungsmittel suspendieren und durch Tauchen, Streichen oder Spritzen auf die Schichtunterlage auftragen. Wird die Schicht so hergestellt oder wird sie, nachdem sie im Vakuum in einer der beschriebenen Weisen aufgetragen worden ist, wieder an Luft gebracht, so ist es nötig, sie nachträglich nochmals im Hochvakuum oder in einer nicht reaktionsfähigen Schutzgasatmosphäre zu erhitzen, um Wasserreste, die sich etwa niedergeschlagen haben, wieder zu entfernen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schicht hoher Sekundäremission, insbesondere für die Prallelektroden von Elektronenvervielfachern, welche im wesentlichen aus Verbindungen, z. B. den Oxyden der Erdalkalimetalle (z. B. Bariümoxyd, Magnesiumoxyd) besteht, in der geringe Mengen eines freien Metalls (z. B. eines Erdalkalimetalls oder Schwermetalls) eingelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage der aus einer Erdalkalimetallverbindung bestehenden Emissionsschicht so gewählt ist, daß bei der Betriebstemperatur keine wesentlichen Metallmengen in die Schicht einwandern.

2. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Metallunterlage gleichzeitig oder in abwechselnden Lagen eine Verbindung eines Erdalkalimetalle, z. B. Magnesiumoxyd, und ein Erdalkalimetall in metallischer Form aufgedampft wird.

3. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallunterlage mit einer dünnen Schicht eines Erdalkalimetalls, z. B. Magnesium, überzogen und hierauf die Schicht bis auf einen kleinen Rest des Erdalkalimetalls oxydiert wird.

4. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die aus einer Erdalkalimetallverbindung, beispielsweise Magnesiumoxyd, bestehende Schicht eine geringe Metallmenge durch Reduktion einer Verbindung oder durch thermische oder go elektrolytische Zersetzung eingeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht zur gleichmäßigen Verteilung des Metalls erhitzt wird.

57191.S4