FR2466851A1 - SECONDARY EMISSION ELECTRODE, IN PARTICULAR FOR A PHOTOMULTIPLIER - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une électrode à émission secondaire, comprenant un support métallique 1 et une couche 3 à fort coefficient d'émission secondaire, en un composé 4 alcalin d'antimoine, remarquable en ce qu'elle comprend également une couche intermédiaire 2, faisant office de couche barrière, en un matériau choisi dans le groupe formé par le rhodium, le ruthénium et le palladium. Ces diverses couches sont déposées préférentiellement par voie électrolytique. Les électrodes à émission secondaire trouvent leur place notamment dans les tubes photomultiplicateurs. Application : mesure de scintillation ; spectrophotométrie. (CF DESSIN DANS BOPI)The invention relates to a secondary emission electrode, comprising a metal support 1 and a layer 3 with a high secondary emission coefficient, made of an alkaline antimony compound 4, remarkable in that it also comprises an intermediate layer 2, forming office barrier layer, in a material selected from the group formed by rhodium, ruthenium and palladium. These various layers are preferably deposited electrolytically. Secondary emission electrodes find their place in particular in photomultiplier tubes. Application: scintillation measurement; spectrophotometry. (CF DRAWING IN BOPI)
Description
ELECTRODE A EMISSION SECONDAIRE, NOTAMMENT POUR PHOTOMULTIPLICATEUR.ELECTRODE WITH SECONDARY EMISSION, IN PARTICULAR FOR PHOTOMULTIPLIER.
L'invention concerne une électrode à émission secondaire, com- The invention relates to a secondary emission electrode,
prenant très généralement au moins un support métallique et une couche à very generally taking at least one metal support and one layer to
fort coefficient d'émission secondaire. L'invention-trouve son applica- high secondary emission factor. The invention-finds its application
tion dans la fabrication des tubes photomultiplicateurs, pour des utili- in the manufacture of photomultiplier tubes, for use in
sations diverses, en particulier pour des mesures de scintillation (re- various situations, in particular for scintillation
cherche ou médecine nucléaire...), ou pour la spectro-photométrie (ana- research or nuclear medicine ...), or for spectrophotometry
lyse d'image...).lysis of image ...).
Un photomultiplicateur est un tube qui groupe dans une même am- A photomultiplier is a tube that groups together
poule, une cellule photoélectrique et un amplificateur de courant, utili- hen, a photocell and a current amplifier,
sant l'émission secondaire d'électrodes (dynodes) portées à des potentiels électriques croissants. Le gain de l'amplificateur est lié directement the secondary emission of electrodes (dynodes) brought to increasing electrical potentials. The gain of the amplifier is directly related
au nombre de dynodes et à leur coefficient d'émission secondaire. number of dynodes and their secondary emission factor.
Initialement, les dynodes étaient réalisées entre autre en al- Initially, the dynodes were made among other things in
liage cuivre et beryllium (2 %) et présentaient un coefficient d'émission copper and beryllium binding (2%) and had an emission factor
secondaire de l'ordre de 4, pour des électrons accélérés sous 100 volts. secondary of the order of 4, for electrons accelerated under 100 volts.
Afin de réaliser des électrodes présentant un meilleur coeffi- In order to produce electrodes with better coeffi-
cient d'émission secondaire, il est connu de l'art antérieur de déposer sur un substrat métallique quelconque, une couche d'antimoine, par divers procédés de dépôt, tel que l'évaporation, la pulvérisation cathodique, ou In the case of secondary emission, it is known from the prior art to deposit on any metal substrate, an antimony layer, by various deposition methods, such as evaporation, cathodic sputtering, or
l'électrolyse, puis d'activer ce matériau par évaporation sous vide, d'é- electrolysis, then to activate this material by evaporation under vacuum, of
léments alcalins, par exemple du césium, du potassium ou du rubidium, à partir d'un générateur au bichromate à effet Joule et formation, au moins dans la région superficielle de la couche d'antimoine, de divers composés alcalins (par exemple Sb Cs3, SbK3...) ou même bi-alcalins (Sb Cs2 K, alkaline elements, for example cesium, potassium or rubidium, from a Joule-effect generator and forming, at least in the superficial region of the antimony layer, various alkaline compounds (for example Sb Cs3 , SbK3 ...) or even bi-alkaline (Sb Cs2 K,
SbK2 Cs...), ces couches présentant alors un coefficient d'émission se- SbK2 Cs ...), these layers then having an emission coefficient se-
condaire de l'ordre de 5,5 (dans le cas de Sb Cs3), dans les mêmes con- of the order of 5.5 (in the case of Sb Cs3), in the same way
ditions.ditions.
Cependant, alors que le substrat métallique utilisé habituel- However, while the metal substrate usually used
lement est, pour des raisons historiques, en cuivre-beryllium, et que la couche à fort coefficient d'émission secondaire est en un composé alcalin d'antimoine, il se produit une réaction entre le cuivre et l'antimoine qui dégrade fortement les propriétés émissives de ladite couche, par suite de For historical reasons, it is copper-beryllium, and since the layer with a high secondary emission coefficient is an alkaline antimony compound, a reaction occurs between the copper and the antimony, which strongly degrades the properties. emissives of said layer, as a result of
la formation d'un alliage entre le cuivre et l'antimoine. the formation of an alloy between copper and antimony.
Afin d'éviter cette réaction néfaste, un premier perfectionne- In order to avoid this harmful reaction, a first improvement
ment a consisté à soumettre ledit support métallique à un traitement ther- It has consisted in subjecting said metal support to a heat treatment.
mique sous vide (par exemple un.chauffage à 6001C, pendant une demi-heure) > afin de faire migrer le beryllium à la surface du support, puis d'admettre une pressionpartielle réduite d'oxygène, de manière à former une mince under a vacuum (for example, heating to 600 ° C. for half an hour)> in order to make the beryllium migrate to the surface of the support, then to admit a partial pressure reduced by oxygen, so as to form a thin
couche protectrice de Be0. Cette couche protectrice de BeO présente l'a- protective layer of Be0. This protective layer of BeO presents the
vantage de former une barrière entre l'antimoine et le cuivre, mais s'a- to form a barrier between antimony and copper, but
vère également très résistive, ce qui empêche alors le dépôt de la couche also very resistive, which prevents the deposition of the
supérieure d'antimoine par voie électrolytique. electrolyte superior antimony.
L'invention a pour but de pallier cet inconvénient, par l'in- The object of the invention is to overcome this disadvantage by
troduction d'une couché intermédiaire formant barrière entre le cuivre et l'antimoine et suffisamment conductrice pour permettre le dépôt de la troduction of an intermediate layer forming a barrier between copper and antimony and sufficiently conductive to allow the deposit of
couche supérieure par voie électrolytique. top layer electrolytically.
Selon la présente invention, l'électrode est caractérisée en ce qu'elle comprend une couche intermédiaire d'un métal choisi dans le groupe formé par le rhodium, le ruthénium et le palladium, ce métal étant déposé directement sur le support métallique, préférentiellement par According to the present invention, the electrode is characterized in that it comprises an intermediate layer of a metal chosen from the group formed by rhodium, ruthenium and palladium, this metal being deposited directly on the metal support, preferably by
électrolyse.electrolysis.
Selon une réalisation préférentielle de l'invention, cette couche intermédiaire est une couche de rhodium comprise entre le support According to a preferred embodiment of the invention, this intermediate layer is a rhodium layer between the support
métallique en cuivre-beryllium, et une couche d'antimoine. metallic copper-beryllium, and a layer of antimony.
La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, The following description, with reference to the accompanying drawings,
donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre comment l'in- given in a non-limitative way, will help to better understand how
vention peut être réalisée.vention can be realized.
La figure 1 représente la succession de couches composant l'é- FIG. 1 represents the succession of layers composing the
lectrode à émission secondaire.secondary emitting electrode.
La figure 2 représente une géométrie particulière d'électrode (dynode) et la figure 3 représente un schéma d'un tube photomultiplicateur, FIG. 2 represents a particular electrode geometry (dynode) and FIG. 3 represents a diagram of a photomultiplier tube,
comprenant de telles dynodes.including such dynodes.
Un support métallique par exemple en cuivre-béryllium, réfé- A metal support, for example copper-beryllium,
rencé 1 à la figure 1, est recouvert d'une première couche intermédiaire 2, d'un métal choisi dans le groupe, formé par le rhodium, le ruthénium et le palladium, d'une épaisseur comprise sensiblement entre 0,1 pm et 1 pm, 1, is covered with a first intermediate layer 2, a metal selected from the group, formed by rhodium, ruthenium and palladium, having a thickness of substantially between 0.1 μm and 1 μm. pm,
et d'une seconde couche 3 d'antimoine, activé au moins en sa région su- and a second antimony layer 3 activated at least in its region
perficielle 4 par la formation de composés alcalin d'antimoine, présen- 4 by the formation of alkaline antimony compounds, presented
tant un fort coefficient d'émission secondaire, par exemple un composé d'antimoine et de césium Sb Cs3, ou de potassium Sb K3 ou de rubidium Sb Rb3; cette région 4 présentant une épaisseur de l'ordre de quelques both a high secondary emission coefficient, for example an antimony and cesium compound Sb Cs3, or potassium Sb K3 or rubidium Sb Rb3; this region 4 having a thickness of the order of a few
centaines d'Angstr m.hundreds of Angstr m.
Le support 1 est nécessairement métallique, car il doit être The support 1 is necessarily metallic because it must be
porté à une certaine tension, de manière à accélérer les électrons pro- brought to a certain voltage, so as to accelerate the electrons pro-
venant d'une dynode inférieure. En outre, il ne doit pas posséder de pro- coming from a lower dynode. Moreover, he must not possess any
priétés magnétiques, il doit pouvoir être mis sous vide (ce qui exclu l'aluminium) et enfin il doit être formable à partir d'une feuille de métal et ne pas être coûteux. Ces critères permettent de retenir plusieurs magnetic properties, it must be able to be evacuated (which excludes aluminum) and finally it must be formable from a sheet of metal and not be expensive. These criteria make it possible to retain several
métaux ou alliages, préférentiellement le cuivre-béryllium, mais égale- metals or alloys, preferably copper-beryllium, but also
ment le nickel...nickel ...
La première couche intermédiaire 2, joue le rôle d'une couche lé barrière entre d'une part le support métallique et d'autre part la couche The first intermediate layer 2 plays the role of a barrier layer 1 between the metal support on the one hand and the layer on the other
émissive. Les métaux, susceptibles de remplir cette fonction, sont typi- emissive. Metals, capable of fulfilling this function, are typically
quement les métaux nobles qui ne sont pas oxydables et qui ne réagissent pratiquement pas avec les autres éléments. Parmi ceux-ci, la Demanderesse a sélectionné ceux de la famille du platine (à l'exception du platine qui réagit avec le cuivre), qui sont électrolysables: le groupe retenu est alors constitué par le rhodium, le ruthénium et le palladium. Mais en vue de réaliser le meilleur mode de réalisation, il est préférable d'utiliser only noble metals that are not oxidizable and hardly react with other elements. Among these, the Applicant has selected those of the platinum family (with the exception of platinum which reacts with copper), which are electrolyzable: the group retained is then constituted by rhodium, ruthenium and palladium. But in order to realize the best mode of realization, it is better to use
le rhodium, car le palladium réagit faiblement avec le cuivre et le ruthé- rhodium, because palladium reacts weakly with copper and ruthenium
nium est plus difficile à mettre en oeuvre, sous la forme d'un bain élec- nium is more difficult to implement, in the form of an electrical bath.
trolysable, avec une température optimale vers 70 ou 800C, ce qui entraîne trolysable, with optimal temperature around 70 or 800C, resulting in
une évaporation importante d'eau.significant evaporation of water.
Le dépôt de ces couches de rhodium et d'antimoine peut se faire par tous moyens (évaporation sous vide, pulvérisation cathodique...) mais préférentiellement, il est effectué par voie électrolytique, au moyen d'une solution d'électrolyte adéquate. En effet, cette voie est aisément industrialisable et donc moins onéreuse pour le dépôt d'une couche d'un matériau. Mais, l'électrolyse n'est possible que si l'objet présente une résistance de surface relativement faible (ce qui n'est pas le cas, en The deposition of these layers of rhodium and antimony can be done by any means (evaporation under vacuum, sputtering, etc.) but preferably, it is carried out electrolytically, by means of a suitable electrolyte solution. Indeed, this route is easily industrialized and therefore less expensive for the deposition of a layer of a material. However, electrolysis is only possible if the object has a relatively low surface resistance (which is not the case in
présence d'une couche de BeO en surface). presence of a layer of BeO on the surface).
Ce dépôt par voie électrolytique est donc effectué directement sur le support métallique de cuivre-beryllium non oxydé, par la voie usuelle, à savoir immersion dans une solution d'électrolyte adéquate, portée à une température convenable généralement spécifiée par la firme productrice, et relié à la borne négative d'un générateur de courant, This electrolytic deposition is thus carried out directly on the unoxidized copper-beryllium metal support, by the usual route, namely immersion in a suitable electrolyte solution, brought to a suitable temperature generally specified by the producing firm, and connected at the negative terminal of a current generator,
dont l'autre borne est reliée par exemple à une électrode de platine. whose other terminal is connected for example to a platinum electrode.
Ainsi, pour le dépôt d'une couche de rhodium sur un support Thus, for the deposition of a layer of rhodium on a support
de cuivre-beryllium, il convient d'utiliser une solution aqueuse de sul- of copper-beryllium, an aqueous sulphate solution should be used.
fate de rhodium, en milieu sulfurique (ph.-1), avec une quantité d'ions rhodium voisine de 5 g/litre. Une telle solution se trouve commercialisée rhodium fate, in sulfuric medium (ph-1), with a quantity of rhodium ion close to 5 g / liter. Such a solution is marketed
par la Société ENGELHARD Industries, sous la référence "Rhodium Electro- by ENGELHARD Industries, under the reference "Rhodium Electro-
lytique brillant S 100", et par la Soeiété Continentale PARKER, sous la référence "Bain rhodium brillant T30". Le dépôt d'une couche de 0,25 pim, nécessite l'établissement d'un courant d'une densité voisine de 1 A/dm2 glossy lytic S 100 ", and by the Continental Society PARKER, under the reference" T30 rhodium-rich bath. "The deposition of a layer of 0.25 pim, requires the establishment of a current of a density close to 1 A / dm 2
pendant environ deux minutes à une température comprise entre 30 et 40 C. for about two minutes at a temperature between 30 and 40 C.
Des bains d'électrolytes, pour le dépôt du ruthénium et du palladium sont Electrolytes baths for the deposition of ruthenium and palladium are
également disponibles chez les mêmes fournisseurs. also available from the same suppliers.
De même, pour le dépôt de la couche supérieure d'antimoine, il O10 est avantageux d'utiliser une solution aqueuse de chlorure d'antimoine Similarly, for the deposition of the antimony top layer, it is advantageous to use an aqueous solution of antimony chloride.
(Sb C13), en milieu chlorhydrique, avec une quantité d'ions antimoine voi- (Sb C13), in a hydrochloric medium, with a quantity of antimony ions
sine de 20 g/litre. On dépose alors une couche d'une.épaisseur de l'ordre de quelques centaines d'Angstr6m, par l'établissement d'un courant d'une densité voisinede 2A/dm2, pendant un temps de 4 à 8 secondes (en moyenne) sine of 20 g / liter. A layer of a thickness of the order of a few hundred Angstroms is then deposited by establishing a current with a density of about 2 A / dm 2 for a period of 4 to 8 seconds (on average).
à la température ambiante.at room temperature.
La couche d'antimoine est ensuite exposée, à des vapeurs d'élé- The antimony layer is then exposed to vapors of
ments alcalins- généralement du césium et/ou du potassium, - produite dans une enceinte soumise à un vide assez poussé, au moyen d'un générateur au alkali - usually cesium and / or potassium, - produced in an enclosure subjected to a fairly high vacuum, by means of a generator at
bichromate par effet Joule. Il se produit une réaction chimique entre l'é- dichromate by Joule effect. There is a chemical reaction between the
lément alcalin et l'antimoine, qui augmente avec la température. La cou- alkaline element and antimony, which increases with temperature. The neck-
che d'antimoine et l'enceinte sont chauffées à une température sensible- antimony and the enclosure are heated to a sensible temperature
ment comprise entre 130 et 150 C, de manière à accélérer cette réaction chimique et à éviter la condensation de césium sur des régions froides de l'enceinte. Il se produit alors, au moins dans une région superficielle 4, between 130 and 150 ° C., so as to accelerate this chemical reaction and to prevent the condensation of cesium on cold regions of the enclosure. It then occurs, at least in a superficial region 4,
d'une épaisseur de quelques centaines d'AngstrSm, la formation de com- a few hundred Angstroms thick, the formation of com
posés alcalins d'antimoine, présentant un fort coefficient d'émission se- alkaline antimony, with a high emission factor
condaire. La figure 2 est une vue en perspective d'une dynode particulière, dont la géométrie est adaptée à la position et à l'ajustage des potentiels, de telle manière que les électrons émis par une dynode inférieure soient le mieux captés. Cette géométrie n'est pas limitative en elle-même de l'invention et n'est donnée ici qu'à titre d'exemple, alors qu'il existe ondary. FIG. 2 is a perspective view of a particular dynode, whose geometry is adapted to the position and the adjustment of the potentials, such that the electrons emitted by a lower dynode are best captured. This geometry is not limiting in itself of the invention and is given here only as an example, while there is
de multiples formes de dynodes commercialisées. multiple forms of marketed dynodes.
La figure 3 représente un schéma d'un type de photomultiplica- FIG. 3 represents a diagram of a type of photomultiplication.
teur, à photocathode semi-transparente en bout. La lumière incidente with a semi-transparent end photocathode. The incident light
vient frapper une photocathode 10, qui émet des électrons qui sont foca- hit a photocathode 10, which emits electrons that are focussed
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lisés dans l'orifice central d'une électrode 11, et qui tombent alors sur une première dynode 12, ayant un coefficient d'émission secondaire élevé 6. Pour un électron incident, y a alors 6 électrons émis, qui sont reçus, grâce à une géométrie appropriée et un potentiel croissant, sur une deuxième dynode, le phénomène se poursuivant de part en part. in the central orifice of an electrode 11, which then fall on a first dynode 12, having a high secondary emission coefficient 6. For an incident electron, there are then 6 emitted electrons, which are received, thanks to a suitable geometry and a growing potential, on a second dynode, the phenomenon continuing right through.
Ainsi, si n est le nombre total de dynodes, le gain de l'am- Thus, if n is the total number of dynodes, the gain of the
plificateur ainsi constitué vaut: G = 6n Il est alors évident que pour améliorer le gain G,on peut augmenter le nombre de dynodes mais également améliorer le coefficient d'émission secondaire, conformément à l'esprit de la présente invention, Thus, it is obvious that, to improve the gain G, the number of dynodes can be increased but also the secondary emission coefficient must be improved, in accordance with the spirit of the present invention.
telle que revendiquée ci-aprés.as claimed below.
Claims (5)
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