JP2001516128A - Cathode made of getter material - Google Patents

Cathode made of getter material

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JP2001516128A
JP2001516128A JP2000510156A JP2000510156A JP2001516128A JP 2001516128 A JP2001516128 A JP 2001516128A JP 2000510156 A JP2000510156 A JP 2000510156A JP 2000510156 A JP2000510156 A JP 2000510156A JP 2001516128 A JP2001516128 A JP 2001516128A
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getter
granular
diamond
anode
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チョーネンキー,ヴィクター・アイ
シュライナー,デイル・エル
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エックスアールティー コーポレイション
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    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】 真空電子装置用陰極は、ゲッタとして作用する材料からなる。陰極は、ゲッタ材料とダイヤモンド粉末との混合物を含んでいてもよい。   (57) [Summary] The cathode for a vacuum electronic device is made of a material that acts as a getter. The cathode may include a mixture of getter material and diamond powder.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[技術分野] 本発明は、陰極の分野に関し、さらに詳しく言えば、真空電子応用に用いられ
る陰極に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of cathodes, and more particularly, to cathodes used in vacuum electronic applications.

【0001】 [背景技術] 電子技術においては、陰極は多くの様々な応用を要求されている。陰極は、電
解槽または電子管のようなシステムに電子が入り込む電極である。陰極は、X線
装置、平らなパネル・ディスプレイ・システム、マイクロウエーブ源、レーダ、
通信機、高電力高速スイッチ、材料の電子ビーム処理、急勾配加速電極、その他
多くの応用にも用いられている。
BACKGROUND ART In electronics, cathodes are required for many different applications. A cathode is an electrode into which electrons enter a system such as an electrolytic cell or an electron tube. Cathodes include X-ray equipment, flat panel display systems, microwave sources, radar,
It is also used in communications equipment, high-power high-speed switches, electron beam processing of materials, steep acceleration electrodes, and many other applications.

【0002】 陰極は、一般に4つの形式に分けられる。すなわち、熱電子陰極、レーザ励起
光陰極、電界放射陰極、爆発またはプラズマ電界放射陰極である。本発明は、真
空応用に用いられる電界放射陰極に関する。
[0002] Cathodes are generally divided into four types. That is, a thermionic cathode, a laser-excited photocathode, a field emission cathode, an explosion or plasma field emission cathode. The present invention relates to field emission cathodes used in vacuum applications.

【0003】 真空電界放射陰極は、フェルミ・レベル近くから真空まで電子が貫通するFo
wler−Nordheim特定量によって電子ビームを発生する。比較的大き
い電界が、その他の陰極形式にくらべて要求される。要求される大きい電界は、
表面の不規則性によって印加された電界の強化から得られる。
[0003] Vacuum field emission cathodes are Fo that penetrate electrons from near the Fermi level to vacuum.
An electron beam is generated according to a specified amount of Wler-Nordheim. Relatively large electric fields are required compared to other cathode types. The required large electric field is
It results from the enhancement of the applied electric field due to surface irregularities.

【0004】 電界放射陰極を採用する装置の一例は、小型X線装置である。このようなX線
装置は身体内で使用するように設計され、また、陰極は真空室内で動作する。 最小限度のX線装置が生命体内で使用するように要求されていることは、明ら
かである。最小装置は、処置箇所へ容易に案内される。血流を最大限許すために
、血管の閉塞を最少にすることが重要である。したがって、全体の寸法要求を低
減するために、多数の成分を組み合わせる必要性が小型装置にはある。
One example of a device that employs a field emission cathode is a small X-ray device. Such X-ray devices are designed for use in the body and the cathode operates in a vacuum chamber. Obviously, minimal X-ray equipment is required for use in living organisms. The minimal device is easily guided to the treatment site. It is important to minimize occlusion of blood vessels to allow maximum blood flow. Thus, there is a need for small devices to combine multiple components to reduce overall size requirements.

【0005】 平らなパネル・ディスプレイはまた、真空環境で小さい有効陰極を要求し、ま
た、電界放射陰極が平らなパネル・ディスプレイに用いられてもよい。空間拘束
に敏感な応用に用いられうる有効な真空電界放射陰極の要求があることは、理解
されるであろう。
[0005] Flat panel displays also require a small effective cathode in a vacuum environment, and field emission cathodes may be used for flat panel displays. It will be appreciated that there is a need for an effective vacuum field emission cathode that can be used for space-sensitive applications.

【0006】 [発明の開示] 本発明は、真空電子装置用陰極であって、ゲッタとして作用する材料からなる
陰極に向けられている。陰極表面の任意の形体は、陰極およびゲッタとして機能
することを許す。陰極は、滑らかまたは顆粒状である表面を有することが好まし
い。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a cathode for a vacuum electronic device, the cathode comprising a material acting as a getter. Any feature of the cathode surface allows it to function as a cathode and getter. The cathode preferably has a surface that is smooth or granular.

【0007】 本発明の一追加実施例は、真空電子装置用陰極であって、ゲッタとして作用す
ることを許す材料からなり、ゲッタ材料と混合されたダイヤモンド粉末を含有し
ている。別の追加実施例は、ゲッタとして作用する陰極を構成されたX線装置で
ある。X線装置は、陽極と、陰極−ゲッタとを内側に配置した小型真空ハウジン
グを含む。X線装置はまた、陽極と陰極との間に電界を発生する電気的コネクタ
をさらに含んでいてもよい。
[0007] An additional embodiment of the present invention is a cathode for a vacuum electronic device, comprising a diamond powder mixed with a getter material, the cathode being made of a material that is capable of acting as a getter. Another additional embodiment is an X-ray device configured with a cathode acting as a getter. The X-ray device includes a small vacuum housing with an anode and a cathode-getter located inside. The X-ray device may further include an electrical connector for generating an electric field between the anode and the cathode.

【0008】 [発明を実施するための最良の形態] 陰極は様々な装置に適用でき、その製造方法は電界放射陰極を採用する。本発
明は、真空使用の電界放射陰極を用いた装置において特に有利である。電子放射
を利用する真空電子工学の例は、真空管、平らなパネル・ディスプレイ、マイク
ロウエーブ管発電機を含む。本発明は、そのように限定はされないが、本発明の
様々な考え方の認識は、このような環境において動作する応用例を検討すること
を通して最もよく得られる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A cathode can be applied to various devices, and a manufacturing method thereof employs a field emission cathode. The present invention is particularly advantageous in an apparatus using a field emission cathode used in a vacuum. Examples of vacuum electronics utilizing electron radiation include vacuum tubes, flat panel displays, and microwave tube generators. While the present invention is not so limited, an appreciation of the various concepts of the present invention is best obtained through a review of applications that operate in such an environment.

【0009】 このような応用の一例は、局部的なX線放射をするように体内に挿入するのに
適した小型X線装置である。このような装置は、小型真空ハウジングと、陽極お
よび陰極とを含む。陰極は、ハウジング内に収容されたゲッタとして作用もする
。身体の導管内のような身体内に使用するために、装置は陽極および陰極へのコ
ネクタを含む。コネクタは、陽極と陰極との間に電界を発生させる。コネクタを
備えた装置は、体内挿入用の陰極内に配置されてもよい。代表的には、装置の小
型化された設計は、約5mm未満または等量、好ましくは3mm以下、特に好ま
しくは1−2mm以下の装置(例えば、円筒形、長円、長球形状装置)の外側断
面寸法を与える。このような寸法は、身体の小導管に接近できる。コネクタは、
絶縁状態でしかも身体の小導管に適した小型構造を保持しつつ高電圧をかけるこ
とができる。
One example of such an application is a miniature X-ray device suitable for insertion into the body for local X-ray emission. Such an apparatus includes a miniature vacuum housing and an anode and a cathode. The cathode also acts as a getter housed within the housing. For use in the body, such as in a body conduit, the device includes a connector to the anode and cathode. The connector generates an electric field between the anode and the cathode. The device with the connector may be placed in a cathode for insertion into the body. Typically, the miniaturized design of the device is less than or equal to about 5 mm, preferably less than or equal to 3 mm, particularly preferably less than or equal to 1-2 mm (e.g., cylindrical, oval, oblong shaped devices). Give the outer cross-sectional dimensions. Such dimensions allow access to small body conduits. The connector is
High voltage can be applied while maintaining a small structure suitable for a small body conduit in an insulated state.

【0010】 任意の電子放射要素、特に上述した小型化されたX線装置の目標は、例えば、
要求される電界を低下させることによって効率的に増大されることである。陰極
の表面上の小さな不規則性は、印加電圧に対して電界の大きさの増加を生じ、そ
れにより電気的フラッシュオーバの機会を増加させる。陰極における要求電界が
弱くなればなるほど、フラッシュオーバの危険性なしに、陰極表面の不完全性が
ますます許容される。
The goal of any electron emitting element, particularly the miniaturized X-ray device described above, is, for example,
It is effectively increased by lowering the required electric field. Small irregularities on the surface of the cathode cause an increase in the magnitude of the electric field with respect to the applied voltage, thereby increasing the chance of electrical flashover. The weaker the required electric field at the cathode, the more the imperfections of the cathode surface are tolerated without the risk of flashover.

【0011】 本発明によれば、ゲッタは、電位差がかけられたときに、電子エミタとして働
く。したがって、ゲッタは陰極として用いられてもよい。この要素の組合せは、
非常に単純な設計を備えたより小型の装置をつくる。
According to the invention, the getter acts as an electron emitter when a potential difference is applied. Thus, getters may be used as cathodes. This combination of elements
Create smaller devices with a very simple design.

【0012】 本発明によれば、金属材料からなる陰極が、X線応用のための適度な電界で電
子を放射するためにそれ以上の要求をしない。しばしば、ダイヤモンドのような
追加の被覆が、陰極電界放射特性を改善するように陰極の表面に用いられる。陰
極表面の物理的な特性が、陰極を両容量において機能するように任意であっても
よい。この特性は、滑らかなものから顆粒状のものまでの範囲にある。滑らかな
表面の陰極は、電子の均等な放射を促進し、高い局部的な電界密度を避ける。陰
極の顆粒状にされた表面は、適度な電界で電子の効率的な電界放射をすることが
できる多数の微細凹凸を与える。
According to the invention, the cathode made of a metallic material does not require any further requirements for emitting electrons in a moderate electric field for X-ray applications. Often, additional coatings such as diamond are applied to the surface of the cathode to improve the cathode field emission characteristics. The physical properties of the cathode surface may be arbitrary so that the cathode functions in both capacities. This property ranges from smooth to granular. A smooth surface cathode promotes uniform emission of electrons and avoids high local electric field densities. The granulated surface of the cathode provides a number of fine irregularities that allow efficient field emission of electrons at moderate electric fields.

【0013】 上述したように、ダイヤモンド被覆は、電界放射性能を改善するように陰極の
表面にときには用いられる。このダイヤモンド被覆は、Wagalによって発明
された1991年1月22日付けで特許された米国特許第4,987,007号
に記載されているようなレーザ・スパッタリング技術によって形成されてもよい
。レーザ・スパッタリング技術は、ダイヤモンド状炭素またはアモルファス・ダ
イヤモンドをつくる。アモルファス・ダイヤモンドは、天然ダイヤモンド、高圧
高温ダイヤモンドまたは高品位CVDダイヤモンドのようなその他の種類のダイ
ヤモンドよりも約500℃から600℃以上の熱にさらされたときに、安定しな
い。したがって、陰極が高温処理を受ける場合には、陰極にこの種のダイヤモン
ドを使用することが、好ましい。例えば、アモルファス・ダイヤモンドの抵抗は
約500℃から600℃まで加熱された後に、影響を受ける。天然ダイヤモンド
、高圧高温ダイヤモンドおよび高品位CVDダイヤモンドは、より安定した熱挙
動を示す。
As mentioned above, diamond coatings are sometimes used on the surface of the cathode to improve field emission performance. The diamond coating may be formed by a laser sputtering technique as described in U.S. Pat. No. 4,987,007, issued Jan. 22, 1991, invented by Wagal. Laser sputtering techniques create diamond-like carbon or amorphous diamond. Amorphous diamond is less stable when exposed to heat from about 500 ° C. to 600 ° C. or more than other types of diamond, such as natural diamond, high pressure high temperature diamond or high quality CVD diamond. Therefore, if the cathode is subjected to a high temperature treatment, it is preferable to use this type of diamond for the cathode. For example, the resistance of amorphous diamond is affected after being heated from about 500 ° C to 600 ° C. Natural diamond, high pressure high temperature diamond and high quality CVD diamond exhibit more stable thermal behavior.

【0014】 本発明は、これらのダイヤモンド材料を陰極材料に組み込むことによって、電
界放射量を改善することができる。図7は、本発明の陰極を形成する一般的な工
程を示す。天然ダイヤモンド、高圧高温ダイヤモンドおよび高品位CVDダイヤ
モンドからなる顆粒状ダイヤモンドが、図7に示す本発明の一実施例にもとづい
てゲッタ材料と混合されてもよい。次に、混合された材料が真空炉において焼鈍
される。受け入れられる焼鈍方法は、陰極材料を混合する工程20と、陰極鋳型
に混合材料を入れる工程22と、約1時間約1000℃から1200℃までの温
度で鋳型を熱的に結合する工程24と、鋳型から陰極を取り出す工程26とを含
むことができる。
The present invention can improve the field emission by incorporating these diamond materials into the cathode material. FIG. 7 shows a general process for forming the cathode of the present invention. Granular diamond consisting of natural diamond, high pressure high temperature diamond and high quality CVD diamond may be mixed with getter material according to one embodiment of the present invention shown in FIG. Next, the mixed material is annealed in a vacuum furnace. Acceptable annealing methods include: mixing the cathode material 20; placing the mixed material in the cathode mold 22; and thermally bonding the mold 24 at a temperature of from about 1000 ° C. to 1200 ° C. for about 1 hour; Removing 26 the cathode from the mold.

【0015】 ゲッタ材料はもろいので、鋳造後のゲッタをベースに取り付ける工程28が好
ましい。さらに、陰極はできるだけ清浄な環境に置かなければならない。ダスト
の混入を避けなければならない。
Because the getter material is brittle, a step 28 of attaching the cast getter to the base is preferred. In addition, the cathode must be placed in an environment that is as clean as possible. Dust contamination must be avoided.

【0016】 ダイヤモンド膜をもった陰極は、被覆の異なる幾何学的な形状に対して異なる
放射特性を示す。したがって、精密な製造技術が望ましい陰極形状を得るために
使用される。この方法は、高価で、困難で、時間がかかる。それに反して、本発
明の電界放射特性はダイヤモンド材料の濃度を変えることによって調節されうる
。陰極内のダイヤモンドの濃度は、ダイヤモンド被覆の幾何学的形状よりも調節
が簡単である。
Cathodes with diamond films exhibit different emission characteristics for different geometrical shapes of the coating. Therefore, precision manufacturing techniques are used to obtain the desired cathode shape. This method is expensive, difficult and time consuming. In contrast, the field emission characteristics of the present invention can be adjusted by changing the concentration of the diamond material. The concentration of diamond in the cathode is easier to adjust than the diamond coating geometry.

【0017】 代表的な陰極は、陽極から離間されるように形成される。第3またはゲート電
極を許すように装置内に十分な空間がある場合に、三極管形状が使用されてもよ
い。第3電極は、陰極のそばに配置されてもよく、陽極−陰極電流および陽極−
陰極電圧の独立した制御を許す。したがって、より多く変化した性能特性は、ゲ
ート電極が使用されたときに、陰極から顕在化される。ゲート電極10の一例が
、図6に示されている。陰極14は、ゲート電極10内の空間に配置される。放
射電子は、陽極12に入射する。この種のゲート電極は、陽極12がスクリーン
である場合に、平らなパネル・ディスプレイ応用に特に関係する。
A typical cathode is formed to be spaced from the anode. A triode shape may be used if there is enough space in the device to allow for a third or gate electrode. The third electrode may be located beside the cathode, anode-cathode current and anode-
Allows independent control of cathode voltage. Thus, more changed performance characteristics become apparent from the cathode when the gate electrode is used. An example of the gate electrode 10 is shown in FIG. The cathode 14 is arranged in a space inside the gate electrode 10. The emitted electrons enter the anode 12. This type of gate electrode is particularly relevant for flat panel display applications where the anode 12 is a screen.

【0018】 顆粒状ゲッタ材料を用いて、約0.5−5mA/mm2の電界放射密度が10 −15V/μmの電界において陰極に観察された。この放射電流のレベルは、X
線生産についての適度に動作するダイヤモンド被覆陰極に見られるものに類似す
る。しかし、陰極として顆粒状ゲッタ材料を使用する装置は、製造するのに相当
に込み入ってはいない。陰極は粉末ゲッタ材料の熱拡散結合によって形成されて
もよく、あるいは、顆粒状表面が必要な場合には、直径が0.5−50μmの顆
粒サイズを有するゲッタ粉末の使用によって形成されてもよい。滑らかな陰極表
面は、ゲッタ材料の使用および顆粒が陰極の全表面に突出する凹凸状態のダイヤ
モンドとの混合によって達成されうる。
Using a granular getter material, a field emission density of about 0.5-5 mA / mm 2 was observed on the cathode in an electric field of 10 −15 V / μm. The level of this emission current is X
Similar to that found in moderately working diamond coated cathodes for wire production. However, devices that use granular getter materials as cathodes are not very complicated to manufacture. The cathode may be formed by thermal diffusion bonding of a powder getter material or, if a granular surface is required, by use of a getter powder having a granule size of 0.5-50 μm in diameter. . A smooth cathode surface can be achieved by the use of getter material and mixing with irregular diamonds where the granules protrude over the entire surface of the cathode.

【0019】 本発明の一実施例によれば、低電界X線放射が本発明の陰極を形成する前にダ
イヤモンド粉末と顆粒状ゲッタ材料との混合によってつくられた陰極から発生さ
れる。ダイヤモンド材料は、電界エミッタとして可変の特性を示し、電界がかけ
られたときに、容易に電子を失う。ダイヤモンド粉末が陰極に含まれている場合
に、10−50V/μmの電界が、1−10mA/mm2の範囲に電流密度を発 生する。
According to one embodiment of the present invention, low field X-ray radiation is generated from a cathode created by mixing diamond powder and a granular getter material prior to forming the cathode of the present invention. Diamond materials exhibit variable properties as field emitters and easily lose electrons when an electric field is applied. When diamond powder is included in the cathode, an electric field of 10-50 V / μm generates a current density in the range of 1-10 mA / mm 2 .

【0020】 ダイヤモンド材料は、多数の販売源から市場で購入されうる。例えば、ダイヤ
モンド粉末材料は、それがダイヤモンドの天然系または高温高圧ダイヤモンドか
らつくられうるけれども、CVD方法から得られてもよい。
[0020] Diamond material can be purchased on the market from a number of sources. For example, the diamond powder material may be obtained from a CVD process, although it may be made from natural diamond or high pressure diamond.

【0021】 ゲッタ陰極14は、多くの異なる形式のゲッタ材料からつくられてもよい。ゲ
ッタは、ジルコニウム、アルミニウム、バナジウム、鉄および/またはチタンを
含んでいてもよい。一実施例においては、ゲッタ材料はバナジウム、鉄、ジルコ
ニウムを含む合金からつくられてもよい。ゲッタ陰極の1つの成功した選択は、
イタリア、ミラノ20151、ガリャラーテ215のSAES Getters
S.p.A.を経由してST707としてつくられた材料である。ゲッタ合金
ST707は、熱拡散結合によってつくられ、24.6%のバナジウムと、5.
4%の鉄と、70%のジルコニウムとからできている。ゲッタは、例えば、10
−60V/μmの適度な電界で有効な陰極として働く電子放射の可能な十分な導
電体である。
The getter cathode 14 may be made from many different types of getter materials. The getter may include zirconium, aluminum, vanadium, iron and / or titanium. In one embodiment, the getter material may be made from an alloy including vanadium, iron, and zirconium. One successful choice of getter cathode is
SAES Getters in Gallarate 215, Milan 20151, Italy
S. p. A. Through ST. Getter alloy ST707 is made by thermal diffusion bonding and has 24.6% vanadium and 5.
It is made of 4% iron and 70% zirconium. The getter is, for example, 10
It is a sufficient conductor of electron emission capable of acting as an effective cathode in a moderate electric field of -60 V / μm.

【0022】 ゲッタが動作される前に、それは酸化膜のような不動態化層で被覆される。酸
化膜は清浄な状態で大気からゲッタ材料を遮蔽する。ゲッタが真空中で動作温度
まで加熱されたとき、酸化膜はゲッタの内部に拡散し、活性ゲッタ表面を現し、
これが分子と反応し、結合する。真空状態で、活性ゲッタ表面は最も浮遊してい
る分子と反応し、分子をゲッタに結合し、これにより真空の量を改善する。SA
ES ST707合金ゲッタは、400−500℃の活性温度を有する。
Before the getter is operated, it is coated with a passivation layer such as an oxide. The oxide film shields the getter material from the atmosphere in a clean state. When the getter is heated to operating temperature in vacuum, the oxide diffuses inside the getter, revealing an active getter surface,
This reacts with the molecule and binds. In a vacuum, the active getter surface reacts with the most suspended molecules, binding the molecules to the getter, thereby improving the amount of vacuum. SA
The ES ST707 alloy getter has an activation temperature of 400-500C.

【0023】 陰極の形状は、陰極の電子放射量に影響を及ぼし、格別の陰極応用に最も適し
たように選択されてもよい。 本発明の一実施例においては、陰極の電界放射特性は、所定の電界放射パラメ
ータを達成するように陰極の表面を変える調整工程30によって変更されてもよ
い。例えば、火花調整においては、高電圧の多数回印加が異なる距離でかつ電極
の相対位置で実施され、電極間に電気放電を生じさせる。放電は、陰極表面にお
ける不安定な放射箇所を取り除くことができ、また、電界放射パラメータを所望
の範囲に駆動することができる。調整は、すべての電子放射箇所を除去してはな
らない。しかし、円錐形陰極に対しては、陰極の中心軸から40−45°以上ず
れるように、頂部から離れて置かれた放射箇所が、フラッシュオーバの危険性を
低減するように排除されてもよい。
The shape of the cathode affects the electron emission of the cathode and may be selected to be most suitable for a particular cathode application. In one embodiment of the present invention, the field emission characteristics of the cathode may be modified by an adjustment step 30 that changes the surface of the cathode to achieve predetermined field emission parameters. For example, in spark adjustment, multiple applications of high voltage are performed at different distances and at relative positions of the electrodes, causing an electrical discharge between the electrodes. The discharge can remove unstable radiation spots on the cathode surface and can drive field emission parameters to a desired range. The adjustment must not eliminate all electron emission points. However, for conical cathodes, radiating points located away from the top, more than 40-45 ° off the central axis of the cathode, may be eliminated to reduce the risk of flashover. .

【0024】 陰極の調整は、1995年Academic Press、R.V.Lath
am編、「高電圧真空絶縁 基礎的考察および技術的実施」に述べられた考え方
にもとづいて実施されてもよい。例えば、電流調整は、陰極と一連の抵抗に電圧
をかけることを含む。印加された電圧は処理前に陰極の「予備絶縁破壊」電流が
安定するように、小工程において増加される。調整手続は、意図された動作電圧
に到達するまで、典型的に継続される。
The adjustment of the cathode is described in Academic Press, R.A. V. Lath
Am, "High Voltage Vacuum Insulation: Basic Considerations and Technical Implementation". For example, current regulation involves energizing the cathode and a series of resistors. The applied voltage is increased in a small step so that the "pre-breakdown" current of the cathode is stabilized before processing. The regulation procedure typically continues until the intended operating voltage is reached.

【0025】 陽極の例として、「グロー放電」調整は、陰極表面から不純物を取り除くよう
に低エネルギ・ガス・イオンのスパッタリング作用を含む。低電圧ACグロー放
電は、交流電流が陰極および陽極に与えられている間に、真空室内の圧力を上昇
させることによって、陰極と陽極との間に生じることを許す。
As an example of an anode, “glow discharge” conditioning involves sputtering of low energy gas ions to remove impurities from the cathode surface. A low voltage AC glow discharge allows an alternating current to occur between the cathode and anode by increasing the pressure in the vacuum chamber while being applied to the cathode and anode.

【0026】 さらに別の例はガス調整であるが、これは数マイクロアンペアの電流でかつ約
−10-5ミリバールの圧力で陰極付近の間隙に電界を漸進的に増加することを含
む。放電電流は、それらの漸近限度まで20分間消滅するように許される。その
手順は、陰極の意図された動作電界に到達するまで、増加電界レベルで繰り返さ
れる。
Yet another example is gas conditioning, which involves progressively increasing the electric field in the gap near the cathode at a current of a few microamps and a pressure of about −10 −5 mbar. The discharge current is allowed to extinguish for 20 minutes to their asymptotic limit. The procedure is repeated at increasing electric field levels until the intended operating electric field of the cathode is reached.

【0027】 最後の例として、「スポット・ノッキング」として知られている火花調整が用
いられてもよい。減少された一連の抵抗が火花内にエネルギの消失速度を増加す
るのに必要ではあるが、その方法は、電流調整法として実質的に実施されてもよ
い。この方法を使用するさいに、間隙に関連した外部容量は、エネルギの限られ
た量(≦10J)のみがスパーキング中に間隙内に消失されるように、最少化さ
れなければならない。火花調整のより精妙な形体は、超高真空状態でナノ秒の範
囲での放電を使用することを含む。
As a final example, a spark adjustment known as “spot knocking” may be used. Although a reduced series of resistances is necessary to increase the rate of energy dissipation within the spark, the method may be implemented substantially as a current regulation method. In using this method, the external capacitance associated with the gap must be minimized so that only a limited amount of energy (≦ 10 J) is lost in the gap during sparking. A more subtle form of spark conditioning involves using a discharge in the nanosecond range under ultra-high vacuum conditions.

【0028】 電流調整は、本発明の一実施例における陰極を改善するように好ましくは用い
られてもよい。電流調整にからんだ電圧の緩慢な印加が、本発明の陰極を調整す
る最も好適な方法である。上述したように、電流調整は、陰極と陽極とにまたが
る電圧の印加の緩慢な増加をはらんでいる。電圧印加は、約1kV/mmで開始
し、そして、約60kV/mmまで、多分100kV/mmまで徐々に増加させ
る。1つの陰極を調整する手続は、約30分間かかる。調整手続は、陰極がハウ
ジングに組み立てられる前に、実施されてもよい。
[0028] Current regulation may preferably be used to improve the cathode in one embodiment of the present invention. Slow application of the voltage associated with the current adjustment is the most preferred method of adjusting the cathode of the present invention. As mentioned above, current regulation involves a slow increase in the application of voltage across the cathode and anode. The voltage application starts at about 1 kV / mm and is gradually increased to about 60 kV / mm, possibly to 100 kV / mm. The procedure for adjusting one cathode takes about 30 minutes. The conditioning procedure may be performed before the cathode is assembled to the housing.

【0029】 電圧を徐々に増加させる緩慢な印加は、表面を滑らかにするように陰極に現れ
た微細凹凸を溶解する。平滑化の程度は、いくつかの丸められた微細凹凸が維持
されるように、あるいは、表面が実際にこのような微細凹凸を欠いているように
、制御されてもよい。このようにして、最も鋭い電圧放射微細凹凸は、電流調整
によってもたらされた過剰な電子放射に続いて、熱的に鈍らされる。図1は、顆
粒状材料と共に形成された陰極14−1を示す。電圧が図1の陰極14―1に印
加されたとき、極端に大きな電界が鋭い凹凸に形成される。電子放射がこれらの
位置で非常に大きくなり、微細凹凸の張出しおよび溶融を生じる。微細凹凸が溶
融する前に、非常に大きな電流が発生されて、放射曲線にスパイクを生じる。図
3は、陽極および陰極への電圧の直線印加を示す。図3の電圧が図1の陽極およ
び陰極形状に加えられたときに、図4に示す電流が生じる。図4の電流プロット
には多くのスパイクがある。
The slow application of gradually increasing the voltage dissolves the fine irregularities that appear on the cathode to smooth the surface. The degree of smoothing may be controlled such that some rounded micro-roughness is maintained, or such that the surface actually lacks such micro-roughness. In this way, the sharpest voltage-emitting fine irregularities are thermally dulled, following the excessive electron emission provided by the current regulation. FIG. 1 shows a cathode 14-1 formed with a granular material. When a voltage is applied to the cathode 14-1 in FIG. 1, an extremely large electric field is formed on sharp irregularities. The electron emission becomes very large at these locations, causing overhanging and melting of the fine irregularities. Before the micro-roughness melts, a very large current is generated, causing a spike in the emission curve. FIG. 3 shows a linear application of voltage to the anode and cathode. When the voltage of FIG. 3 is applied to the anode and cathode configurations of FIG. 1, the current shown in FIG. 4 results. There are many spikes in the current plot of FIG.

【0030】 陰極14−1の表面を調整した後に、図2に示す陰極14−2の表面が生じる
。鋭いスパイクは滑らかにされている。陰極14−2が約20keVで使用され
る場合には、調整は運転電圧で電子放射の滑らかな速度を保証するように約0−
25keVで実施される。図5は、図3に示す電圧印加を仮定したとき、図2の
陰極についての電流対時間のプロットを示す。陰極が100mAの電流を発生す
るように動作される場合に、約200−300mAの電流で陰極を調整すること
が好ましい。
After adjusting the surface of the cathode 14-1, the surface of the cathode 14-2 shown in FIG. 2 results. Sharp spikes are smoothed. If the cathode 14-2 is used at about 20 keV, the adjustment may be about 0-200 V to ensure a smooth rate of electron emission at the operating voltage.
Implemented at 25 keV. FIG. 5 shows a plot of current versus time for the cathode of FIG. 2, assuming the voltage application shown in FIG. When the cathode is operated to generate a current of 100 mA, it is preferable to regulate the cathode with a current of about 200-300 mA.

【0031】 調整の効果を平衡にすることが好ましく、これは放射された電流の再現性およ
び安定性ならびに微細凹凸の所望の効果を改善し、これが放射に要求された電界
を低減する。図2に示す滑らかな表面は、この平衡がいかに達成されたかを示す
一例である。この調整方法を実行するさいに、試験陰極が正確な時間および調整
方法を決定するために用いられ、これらのパラメータがその他の調整方法に適用
される。
It is preferable to balance the effect of the regulation, which improves the reproducibility and stability of the emitted current and the desired effect of the fine irregularities, which reduces the electric field required for the emission. The smooth surface shown in FIG. 2 is an example of how this equilibrium was achieved. In performing this adjustment method, the test cathode is used to determine the exact time and adjustment method, and these parameters apply to other adjustment methods.

【0032】 陰極を形成するように混合された材料は、約0.5−50μm、特に5−15
μmの顆粒形状のゲッタ材料を含む。この材料は、ほぼ同じ顆粒サイズのダイヤ
モンド顆粒材料を含んでいてもよい。ダイヤモンド粉末は、約0.5−20wt
%の陰極材料に与えられる。さらに詳しくは、ダイヤモンド粉末は、陰極材料の
約1−10wt%につくられる。
The materials mixed to form the cathode are about 0.5-50 μm, especially 5-15 μm.
Contains getter material in the form of granules of μm. This material may include diamond granule material of approximately the same granule size. Diamond powder is about 0.5-20wt
% Of the cathode material. More specifically, the diamond powder is made up about 1-10 wt% of the cathode material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にもとづく陰極の一実施例の側面図である。FIG. 1 is a side view of one embodiment of a cathode according to the present invention.

【図2】本発明にもとづく陰極の別の実施例の側面図である。FIG. 2 is a side view of another embodiment of the cathode according to the present invention.

【図3】本発明の陰極についての図4および図5に示す印加電圧プロット対
電流プロットの時間を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the time of the applied voltage plot versus the current plot shown in FIGS. 4 and 5 for the cathode of the present invention.

【図4】図1の陰極についての電流対時間のプロット図である。FIG. 4 is a plot of current versus time for the cathode of FIG.

【図5】図2の陰極についての電流対時間のプロット図である。FIG. 5 is a plot of current versus time for the cathode of FIG.

【図6】本発明にもとづく陰極およびゲート電極の別の実施例の斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view of another embodiment of a cathode and a gate electrode according to the present invention.

【図7】本発明にもとづく一実施例の製造工程のブロック・ダイアグラムで
ある。
FIG. 7 is a block diagram of a manufacturing process of an embodiment according to the present invention.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成12年2月17日(2000.2.17)[Submission date] February 17, 2000 (2000.2.17)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【請求項13】ゲッタ材料が前記陰極にまたがって電界をかけるように導体
材料に直接に取り付けられる、陰極。
13. The cathode, wherein the getter material is attached directly to the conductor material so as to apply an electric field across said cathode.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年11月20日(2000.11.20)[Submission date] November 20, 2000 (2000.11.20)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図7[Correction target item name] Fig. 7

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図7】 FIG. 7

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U Z,VN,YU,ZW──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP , KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZW

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空電子装置用陰極であって、ゲッタとして作用する材料から
なる陰極。
1. A cathode for a vacuum electronic device, comprising a material acting as a getter.
【請求項2】前記材料がダイヤモンド粉末を含む、請求項1に記載の陰極。2. The cathode of claim 1, wherein said material comprises diamond powder. 【請求項3】前記陰極の表面が滑らかまたは顆粒状である、請求項1に記載
の陰極。
3. The cathode according to claim 1, wherein the surface of the cathode is smooth or granular.
【請求項4】前記陰極の表面が顆粒状であり、電界が陰極にかけられたとき
に電子の電界放射ができる多数の凹凸を有する、請求項1に記載の陰極。
4. The cathode according to claim 1, wherein the surface of the cathode is granular, and has a large number of irregularities that allow electron field emission when an electric field is applied to the cathode.
【請求項5】前記陰極表面が顆粒状であり、約0.5−50μmの範囲にあ
る顆粒サイズを含む顆粒材料からなる、請求項3に記載の陰極。
5. The cathode of claim 3, wherein said cathode surface is granular and comprises a granular material having a granular size in the range of about 0.5-50 μm.
【請求項6】前記陰極がゲッタ材料の熱拡散結合によって形成される、請求
項1に記載の陰極。
6. The cathode of claim 1, wherein said cathode is formed by thermal diffusion bonding of a getter material.
【請求項7】前記材料がバナジウム、鉄、チタニウム、アルミニウム、ジル
コニウムからなる群から選択される、請求項1に記載の陰極。
7. The cathode according to claim 1, wherein said material is selected from the group consisting of vanadium, iron, titanium, aluminum, and zirconium.
【請求項8】前記陰極がバナジウム、鉄、ジルコニウムからなる合金である
、請求項1に記載の陰極。
8. The cathode according to claim 1, wherein said cathode is an alloy comprising vanadium, iron and zirconium.
【請求項9】真空電子装置用陰極であって、ゲッタとして作用する材料とダ
イヤモンド粉末との混合物からなる陰極。
9. A cathode for a vacuum electronic device, comprising a mixture of a material acting as a getter and diamond powder.
【請求項10】前記陰極の表面が顆粒状であり、電界が陰極にかけられたと
きに電子の電界放射ができる多数の凹凸を有する、請求項9に記載の陰極。
10. The cathode according to claim 9, wherein the surface of the cathode is granular, and has a large number of irregularities that allow electron field emission when an electric field is applied to the cathode.
【請求項11】真空電子装置用陰極であって、ゲッタとして作用する材料か
らなり、陰極が調整によって準備される、陰極。
11. A cathode for a vacuum electronic device, the cathode comprising a material acting as a getter, wherein the cathode is prepared by adjustment.
【請求項12】前記陰極の表面が滑らかまたは顆粒状である、請求項11に
記載の陰極。
12. The cathode according to claim 11, wherein the surface of the cathode is smooth or granular.
【請求項13】前記調整が、異なる位置で前記陰極に高電圧を複数回かける
ことによる火花調整からなる、請求項11に記載の陰極。
13. The cathode of claim 11, wherein the adjustment comprises spark adjustment by applying a high voltage multiple times to the cathode at different locations.
【請求項14】陽極と陰極とにまたがって陰極に電流をかけることによる電
流調整からなる請求項11に記載の陰極。
14. The cathode according to claim 11, comprising current adjustment by applying a current to the cathode across the anode and the cathode.
【請求項15】前記陰極の表面が滑らかである、請求項11に記載の陰極。15. The cathode according to claim 11, wherein the surface of the cathode is smooth. 【請求項16】小型ハウジングからなり、該ハウジング内に陽極と、ゲッタ
として作用する材料からなる陰極とを配置したX線装置。
16. An X-ray apparatus comprising a small housing, in which an anode and a cathode made of a material acting as a getter are arranged.
【請求項17】前記陽極と前記陰極とを接続するコネクタからさらになる、
請求項16に記載のX線装置。
17. A connector for connecting the anode and the cathode,
An X-ray apparatus according to claim 16.
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