JPH05205610A - Hot cathode and electron tube using it - Google Patents

Hot cathode and electron tube using it

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JPH05205610A
JPH05205610A JP927292A JP927292A JPH05205610A JP H05205610 A JPH05205610 A JP H05205610A JP 927292 A JP927292 A JP 927292A JP 927292 A JP927292 A JP 927292A JP H05205610 A JPH05205610 A JP H05205610A
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JP
Japan
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film layer
thin film
barium
hot cathode
cathode
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Application number
JP927292A
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Japanese (ja)
Inventor
Susumu Sasaki
進 佐々木
Toshiyuki Aida
敏之 会田
Hajime Tanuma
肇 田沼
Tomio Yaguchi
富雄 矢口
Emiko Yamada
絵実子 山田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable high current density operation and low temp. operation by supplying barium atoms from the lower part of a surface thin film layer, and specifying the area of the region to be supplied from the part directly under. CONSTITUTION:A surface thin film layer 2 is formed on the over-surface of a thick film layer 2, and besides tungsten the thin film layer 3 contains at least scandium or its oxide. Barium atoms are supplied from below the thin film layer 3, and a barium supplying body is provided in which the area of the region supplied with barium atoms occupies not less than 50% of the area of the region utilizing electrons emitted from the surface of a facial covering film layer. A base board 1 of high melting point metal is used a disc having a recess in the center, and the thin film layer 3 and base board 1 are connected electrically at the periphery of the disc. Accordingly barium is supplied to the thin film layer 3 uniformly in a large quantity to generate good electron emission, and temp. rise in the neighborhood of a cathode can be suppressed. It is also possible to make low temp. operation which enables large current density operation, to lead to enhancement of the reliability.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はブラウン管、撮像管等の
電子管に好適な熱陰極に係り、特に大電流動作かつ低温
動作をする熱陰極の構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hot cathode suitable for electron tubes such as cathode ray tubes and image pickup tubes, and more particularly to the structure of a hot cathode which operates at a large current and at a low temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子管の高出力化、特にブラウン管の高
輝度化、高精細化のためには、大電流密度で動作しうる
陰極が必要である。一般に、このためには含浸形陰極が
用いられる。含浸形陰極は、タングステンからなる耐熱
多孔質基体に、BaOを主体に、他にAl23やCaO
を水素雰囲気中又は真空中で加熱溶融し、複合酸化物と
して含浸させたものである。この溶融含浸した物質は、
一般に含浸剤と呼ばれる。
2. Description of the Related Art A cathode capable of operating at a large current density is required for increasing the output of an electron tube, particularly for increasing the brightness and definition of a cathode ray tube. Impregnated cathodes are generally used for this purpose. The impregnated cathode consists of a heat-resistant porous substrate made of tungsten, mainly composed of BaO, and other materials such as Al 2 O 3 and CaO.
Is melted by heating in a hydrogen atmosphere or in a vacuum and impregnated as a composite oxide. This melt impregnated material is
Generally called an impregnating agent.

【0003】含浸形陰極は動作時において、常に1000℃
程度に加熱されており、耐熱多孔質基体と含浸剤は反応
し、バリウム原子を遊離する。バリウム原子は拡散によ
り陰極表面に供給され、同様に陰極内部又は電子管内部
雰囲気中から供給された酸素原子と共に、陰極表面であ
るタングステン基体上に吸着する。このように、金属表
面にバリウム原子と酸素原子から成る吸着層が形成され
ると、金属表面の仕事関数が実質的に引き下げられ、電
子放出が容易となる。これが、含浸形陰極の動作原理で
あり、これに対する詳細な考察は、例えば、ジャーナル
・オブ・フィジックス D:アプライド・フィジック
ス,第15巻(1982年)第1519頁から第1529頁(J. Phys.
D: Appl. Phys.,15(1982)151‐1529)に記載されてい
る。
The impregnated cathode always operates at 1000 ° C.
It has been heated to a certain degree, and the heat resistant porous substrate and the impregnating agent react with each other to release barium atoms. Barium atoms are supplied to the surface of the cathode by diffusion, and are adsorbed on the tungsten substrate, which is the surface of the cathode, together with oxygen atoms supplied from the inside of the cathode or the atmosphere inside the electron tube. Thus, when the adsorption layer composed of barium atoms and oxygen atoms is formed on the metal surface, the work function of the metal surface is substantially lowered, and the electron emission becomes easy. This is the principle of operation of the impregnated cathode, and detailed consideration therefor can be found in, for example, Journal of Physics D: Applied Physics, Volume 15 (1982), pages 1519 to 1529 (J. Phys.
D: Appl. Phys., 15 (1982) 151-1529).

【0004】含浸形陰極は電子放出部分が基本的に金属
であるため電気的な抵抗が小さい。そのため含浸形陰極
は、アルカリ土類金属の酸化物である、いわゆる高抵抗
な酸化物陰極のような、ジュール発熱による陰極材料自
体の分解に起因する陰極劣化は生じない。従って、含浸
形陰極は、酸化物陰極に比較し高電流密度動作が可能で
ある。しかし、含浸形陰極は、高電流密度動作が可能な
反面、動作温度が酸化物陰極のおよそ750℃に比較し
て、高温で動作させる必要がある。前述の基本構成の含
浸形陰極の場合、空間電荷制限状態で10A/cm2
電流密度を得るためにはおよそ1100℃に加熱する必
要がある。
The impregnated cathode has a small electric resistance because the electron emitting portion is basically a metal. Therefore, the impregnated cathode does not undergo cathode deterioration due to decomposition of the cathode material itself due to Joule heat generation, unlike a so-called high-resistance oxide cathode which is an oxide of an alkaline earth metal. Therefore, the impregnated cathode can operate at a higher current density than the oxide cathode. However, while the impregnated cathode is capable of high current density operation, it needs to be operated at a higher operating temperature than the operating temperature of about 750 ° C. for oxide cathodes. In the case of the impregnated cathode having the above-mentioned basic structure, it is necessary to heat it to about 1100 ° C. in order to obtain the current density of 10 A / cm 2 in the space charge limited state.

【0005】このため、含浸形陰極の改良は、この動作
温度を低くすることを目的に行なわれている。例えば、
前述の構成の含浸形陰極の表面にオスミウム、イリジウ
ムなどの白金族を被覆した含浸形陰極が開発され、その
動作温度はおよそ1000℃に低下した。これらに関して
は、アイ・イー・イー プロシーディング,第128巻,パ
ート1,ナンバー1(1981年)第19頁から第32頁(IEE Pr
oc.,128,Pt1,No1(1981)19‐32)に記載されている。ま
た同様に、タングステンを主体にスカンジウムを、Sc
/W原子比で0.05〜0.30ほど含む薄膜を被覆した含浸形
陰極は(以下、Sc被覆型含浸形陰極と略記)は、90
0℃で動作可能である。同陰極に関してはジャパニーズ
ジャーナルオブ アプライド フィジックス,第28巻,
ナンバー3(1989年)第490頁から第494頁(Jpn. J. App
l. Phys.28,No.3(1989)490‐494)に記載されている。
Therefore, the impregnated cathode has been improved for the purpose of lowering its operating temperature. For example,
An impregnated cathode in which the surface of the impregnated cathode having the above-mentioned structure is coated with a platinum group such as osmium or iridium has been developed, and its operating temperature has dropped to about 1000 ° C. Regarding these, IEE Proceedings, Volume 128, Part 1, Number 1 (1981), pages 19 to 32 (IEE Pr
oc., 128, Pt1, No1 (1981) 19-32). Similarly, scandium is mainly used for tungsten and Sc
The impregnated-type cathode coated with a thin film containing a / W atomic ratio of 0.05 to 0.30 (hereinafter abbreviated as Sc-coated impregnated-type cathode) is 90
It can operate at 0 ° C. Regarding the cathode, Japanese Journal of Applied Physics, Volume 28,
Number 3 (1989), pages 490 to 494 (Jpn. J. App
l. Phys. 28, No. 3 (1989) 490-494).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述の様に、含浸形陰
極は、大電流密度動作が可能である反面、最も低温動作
のSc被覆型含浸形陰極においても900℃であり、酸
化物陰極に比較して150℃も動作温度が高い。このよ
うな、高い陰極温度は、陰極近傍の電極の温度上昇を招
き、熱膨張による電極間隔の変化や不要な熱電子放出の
原因となる。そのため、含浸形陰極を用いたブラウン管
の電子銃は、酸化物陰極を用いたものに比較し、信頼性
の低下を招き易い。
As described above, the impregnated cathode is capable of high-current-density operation, but the Sc-coated impregnated cathode operating at the lowest temperature has a temperature of 900 ° C. In comparison, the operating temperature is as high as 150 ° C. Such a high cathode temperature causes an increase in the temperature of the electrode near the cathode, which causes a change in the electrode spacing due to thermal expansion and unnecessary thermionic emission. Therefore, the electron gun of the cathode ray tube using the impregnated cathode is apt to cause a decrease in reliability as compared with the electron gun using the oxide cathode.

【0007】また、Sc被覆型含浸形陰極からの電子放
出は不均一であり、高い電子放出領域はバリウムの供給
の多い領域に対応している。これは、1991 エス・
アイ・ディー インターナショナル シンポジウム ダイ
ジェスト オブ テクニカル ペーパーズ 707頁から710頁
( 1991 SID International Symposium Digest ofTe
chnical Papers pp.707‐710)に記載されている。陰極
表面へのバリウム供給を均一及び高密度化して、高電子
放出領域の特性を陰極面全域で得られれば、さらに良好
な電子放出特性が得られる。つまりは、動作温度の低減
が計れることは明かである。しかしながら、Sc被覆型
含浸形陰極では、被覆膜へのバリウム供給は、多孔質基
体の孔の部分に限られる。しかも多孔質基体が高融点金
属の粉末の焼結体であるため、孔の部分を50%以上に
することは実用上不可能であった。従って、陰極表面へ
のバリウム供給を均一化し、動作温度の低下を計ること
は、多孔質基体を用いた従来の含浸形陰極の基本構成で
は困難であった。
Further, the electron emission from the Sc-coated impregnated cathode is non-uniform, and the high electron emission region corresponds to the region where barium is mostly supplied. This is 1991 S.
ID International Symposium Digest of Technical Papers pp. 707-710 (1991 SID International Symposium Digest of Te
chnical Papers pp.707-710). If the barium supply to the cathode surface is made uniform and the density is high and the characteristics of the high electron emission region can be obtained over the entire area of the cathode surface, a better electron emission characteristic can be obtained. In other words, it is clear that the operating temperature can be reduced. However, in the Sc-coated impregnated cathode, the barium supply to the coating film is limited to the pores of the porous substrate. Moreover, since the porous substrate is a sintered body of powder of a high melting point metal, it was practically impossible to make the hole portion 50% or more. Therefore, it was difficult to make uniform the supply of barium to the surface of the cathode and measure the decrease in operating temperature with the basic structure of the conventional impregnated cathode using a porous substrate.

【0008】したがって、本発明の目的は、高電流密度
動作かつ低温動作可能な熱陰極及びこれを用いた信頼性
の高い電子管を提供することにある。本発明の他の目的
はブラウン管で要求される10A/cm2程度の高電流
密度動作を可能とし、かつ含浸形陰極よりも低温動作を
する熱陰極及びこれを用いた信頼性の高い電子管を提供
することにある。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a hot cathode capable of high current density operation and low temperature operation, and a highly reliable electron tube using the hot cathode. Another object of the present invention is to provide a hot cathode capable of high current density operation of about 10 A / cm 2 required for a cathode ray tube and operating at a lower temperature than an impregnated cathode, and a highly reliable electron tube using the hot cathode. To do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の熱陰極及び電子管の熱陰極のは、高融点金
属を主体にしてスカンジウム又はスカンジウム酸化物を
含む表面薄膜層と、上記表面薄膜層にバリウム原子を供
給する層で構成され、上記バリウム原子を供給する層の
面積が、上記表面被覆膜の表面からの放出電子を利用す
る領域の面積の内の、50%以上を占める構成とした。
そのため本発明の熱陰極の第1の構成は、上記バリウム
原子を供給する層を高融点金属基板と上記高融点金属基
板上にバリウムを含む酸化物を少なくとも構成要素とす
る厚膜層を積層して構成し、上記厚膜層上面に上記表面
薄膜層を形成した。本発明の熱陰極の第2の構成は、上
記第1の構成の厚膜層と表面薄膜層の間に、さらに高融
点金属を主体としバリウム酸化物を含む中間薄膜層を形
成した。さらに、本発明の熱陰極の第3の構成は第1あ
るいは第2の構成の熱陰極の厚膜層に高融点金属粉末を
含ませた構成である。
In order to achieve the above object, the hot cathode and the hot cathode of the electron tube of the present invention include a surface thin film layer mainly containing a refractory metal and containing scandium or scandium oxide, and the above surface. The thin film layer is composed of a layer that supplies barium atoms, and the area of the layer that supplies barium atoms occupies 50% or more of the area of the region that utilizes the electrons emitted from the surface of the surface coating film. It was composed.
Therefore, in the first configuration of the hot cathode of the present invention, a layer for supplying the barium atom is a refractory metal substrate and a thick film layer having at least an oxide containing barium as a constituent element is laminated on the refractory metal substrate. Then, the surface thin film layer was formed on the upper surface of the thick film layer. In the second configuration of the hot cathode of the present invention, an intermediate thin film layer mainly containing a refractory metal and containing barium oxide is formed between the thick film layer and the surface thin film layer of the first configuration. Furthermore, the third configuration of the hot cathode of the present invention is a configuration in which the thick film layer of the hot cathode of the first or second configuration contains refractory metal powder.

【00010】ここで、上記高融点金属基板、中間薄膜
層及び高融点金属粉末の高融点金属はタングステンが代
表的であるが、これに限定されない。モリブデン、タン
グステンかモリブデンの少なくとも1方を主成分とする
合金等で構成される。高融点金属基板上の厚膜層のバリ
ウムを含む酸化物は、含浸形陰極の含浸剤と同様のも
で、BaO,Al23,CaOのモル比で4:1:1の
ものや5:2:3のものが好ましい。
Here, the refractory metal of the refractory metal substrate, the intermediate thin film layer, and the refractory metal powder is typically tungsten, but is not limited to this. It is composed of molybdenum, tungsten, or an alloy containing at least one of molybdenum as a main component. The oxide containing barium in the thick film layer on the refractory metal substrate is the same as the impregnating agent for the impregnated cathode, and the molar ratio of BaO, Al 2 O 3 , and CaO is 4: 1: 1 or 5 : 2: 3 is preferable.

【0011】上記表面薄膜層は、タングステン中にスカ
ンジウムを、Sc/W原子比で0.05〜0.30含む
ものである。本発明の熱陰極は、表面薄膜層の厚さが
0.05μm〜1μmの広い範囲で、前述の基本構成の
含浸形陰極に比較し良好な電子放出特性を発現するが、
従来のSc被覆型含浸形陰極を越える特性を得るために
は0.1μm〜0.5μmが望ましい。本発明の熱陰極
の場合、陰極寿命末期において、厚膜層のバリウムや他
成分が蒸発により消耗した場合、表面薄膜層の保持が不
安定になる可能性がある。一般に、ブラウン管での使用
においては、表面薄膜層が損なわれるほど大きな衝撃は
考えにくい。これが問題となる用途においては、表面薄
膜層を厚くし、膜強度を大きくすれば良い。但し、表面
薄膜層の厚さは、高電子放出特性を発現させるために、
0.5μm以下であることが好ましい。
The surface thin film layer contains scandium in tungsten at a Sc / W atomic ratio of 0.05 to 0.30. The hot cathode of the present invention exhibits good electron emission characteristics in a wide range of the thickness of the surface thin film layer of 0.05 μm to 1 μm as compared with the impregnated cathode having the above-mentioned basic structure.
In order to obtain characteristics exceeding that of the conventional Sc-coated impregnated cathode, 0.1 μm to 0.5 μm is desirable. In the case of the hot cathode of the present invention, the retention of the surface thin film layer may become unstable when barium or other components in the thick film layer are consumed by evaporation at the end of the life of the cathode. In general, when used in a cathode ray tube, it is unlikely that a large impact will occur so that the surface thin film layer is damaged. In applications where this is a problem, the surface thin film layer may be thickened to increase the film strength. However, the thickness of the surface thin film layer is set in order to exhibit high electron emission characteristics,
It is preferably 0.5 μm or less.

【0012】そこで、膜強度の向上を計るためには、表
面薄膜層の下地として、高融点金属を主体としバリウム
酸化物を含む中間薄膜層を設ければ良い。ここで、中間
薄膜層にバリウム酸化物を含ませているのは、初期の加
熱において表面薄膜層へのバリウム供給を確保するため
である。また、初期に含まれていたバリウムが表面薄膜
層に供給された後も、既に中間薄膜層内の拡散経路が確
保されているため、厚膜層から表面薄膜層へのバリウム
供給も容易となる。中間薄膜層によるバリウム供給量の
減少は、中間薄膜層が3μm以下であれば実用上問題と
ならない。
Therefore, in order to improve the film strength, an intermediate thin film layer mainly containing a refractory metal and containing barium oxide may be provided as a base of the surface thin film layer. Here, the reason why barium oxide is included in the intermediate thin film layer is to ensure the supply of barium to the surface thin film layer in the initial heating. Further, even after the initially contained barium is supplied to the surface thin film layer, the diffusion path in the intermediate thin film layer is already secured, so it is easy to supply barium from the thick film layer to the surface thin film layer. .. The reduction of the barium supply amount by the intermediate thin film layer does not pose a practical problem if the intermediate thin film layer has a thickness of 3 μm or less.

【0013】表面薄膜層及び中間薄膜層は、タングステ
ン等の金属を主体とするため良導体である。但し、大電
流密度動作を可能とするためには、薄膜層は電子を陰極
外部から供給するための配線と電気的に接続する必要が
ある。表面薄膜層に直接に配線を行うことは不可能では
ないが、一般には、配線は陰極材料を保持する部分に接
続される。そこで、薄膜層は陰極保持部又は高融点金属
基板と電気的に導通していることが実用上好ましい。こ
のためには、陰極の電子放出領域の外周部に、高融点金
属基板の厚膜層で覆われていない部分を設け、その部分
から連続的に表面薄膜層を形成すればい。薄膜層と高融
点金属基板の導通をとる他の手段として、高融点金属基
体に凹凸を形成し、凸部を厚膜の表面に露出し、表面薄
膜層との導通をとる。
The surface thin film layer and the intermediate thin film layer are good conductors because they are mainly composed of metal such as tungsten. However, in order to enable high current density operation, the thin film layer needs to be electrically connected to a wiring for supplying electrons from outside the cathode. It is not impossible to wire directly to the surface thin film layer, but the wires are generally connected to the part that holds the cathode material. Therefore, it is practically preferable that the thin film layer is electrically connected to the cathode holding portion or the refractory metal substrate. To this end, a portion of the refractory metal substrate which is not covered with the thick film layer is provided on the outer peripheral portion of the electron emission region of the cathode, and the surface thin film layer is continuously formed from the portion. As another means for establishing conduction between the thin film layer and the refractory metal substrate, unevenness is formed on the refractory metal substrate, and the projections are exposed on the surface of the thick film to establish conduction with the surface thin film layer.

【0014】[0014]

【作用】従来の含浸形陰極においては、タングステン等
の高融点金属の多孔質基体ペレット内部で、含浸剤とタ
ングステンとの反応によりバリウム原子を生成する。こ
れに対し、本発明の熱陰極では、高融点金属基板表面と
バリウムを含む酸化物との反応により、バリウム原子を
生成する。さらに、厚膜層内に高融点金属粉末を含む構
成のものは、高融点金属粉末とバリウムを含む酸化物と
の反応によってもバリウム原子を生成する。バリウム供
給層である厚膜層の上面に、スカンジウム又はスカンジ
ウム酸化物を含むタングステンの薄膜層を設けるか、さ
らにその間に、バリウム酸化物を含む高融点金属の中間
薄膜層を設ける本発明の熱陰極は、Sc被覆型含浸形陰
極の被覆膜に対応する表面薄膜層に、バリウムが均一に
かつ多く供給される。その結果、良好な電子放出が得ら
れ、低温動作が可能となる。従って、この熱陰極を用い
た電子管は陰極近傍の温度上昇を抑えることができ、含
浸形陰極を用いた電子管に比較し高信頼性を実現でき
る。
In the conventional impregnated cathode, barium atoms are generated by the reaction between the impregnating agent and tungsten inside the porous substrate pellet of refractory metal such as tungsten. On the other hand, in the hot cathode of the present invention, barium atoms are generated by the reaction between the surface of the refractory metal substrate and the oxide containing barium. Further, in the case where the thick film layer contains the refractory metal powder, barium atoms are also generated by the reaction between the refractory metal powder and the oxide containing barium. A hot cathode of the present invention in which a thin film layer of tungsten containing scandium or scandium oxide is provided on the upper surface of a thick film layer which is a barium supply layer, or an intermediate thin film layer of refractory metal containing barium oxide is further provided therebetween. The barium is uniformly and much supplied to the surface thin film layer corresponding to the coating film of the Sc-coated impregnated cathode. As a result, good electron emission can be obtained and low temperature operation becomes possible. Therefore, the electron tube using this hot cathode can suppress the temperature rise in the vicinity of the cathode, and can achieve higher reliability than the electron tube using the impregnated cathode.

【0015】[0015]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を具体的
に説明する。 実施例1 図1は、本発明による熱陰極の第1の実施例の断面図で
ある。図中には、陰極材料部分を保持し加熱を行うため
の、スリーブ4及びヒータ5も併せて示している。本実
施例では、厚膜層2の上面に表面薄膜層3を形成した。
高融点金属基板1としては、中央部が凹部を持つタング
ステンのディスクを用いた。高融点金属基板1と表面薄
膜層3は、ディスク1の外周部分で電気的に接続されて
いる。本実施例で使用したタングステンの金属基板1
は、ディスクの直径1.5mm、凹部直径1.2mm、
凹部深さ0.2mmである。この凹部にBaO,Ca
O,Al23をモル比で4:1:1になるように調合し
た粉末を詰め、温度を水素中で1700℃まで上げて溶
融後、冷却してバリウム、アルミニウム、カルシウムか
らなる複合酸化物の厚膜層2を形成した。冷却後、表面
を平に削り、その上面に表面薄膜層3を形成した。表面
薄膜層3はスパッタ成膜法により、放電ガスとしてアル
ゴンを用いて成膜した。 スパッタターゲットとして、
タングステンとSc2312の複合ターゲットを用い
た。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. Example 1 FIG. 1 is a sectional view of a first example of a hot cathode according to the present invention. In the figure, the sleeve 4 and the heater 5 for holding and heating the cathode material portion are also shown. In this example, the surface thin film layer 3 was formed on the upper surface of the thick film layer 2.
As the refractory metal substrate 1, a tungsten disk having a concave portion at the center was used. The refractory metal substrate 1 and the surface thin film layer 3 are electrically connected at the outer peripheral portion of the disk 1. Tungsten metal substrate 1 used in this example
Has a disk diameter of 1.5 mm, a recess diameter of 1.2 mm,
The recess depth is 0.2 mm. BaO, Ca
Filled with powder prepared by mixing O and Al 2 O 3 in a molar ratio of 4: 1: 1, heated to 1700 ° C. in hydrogen and melted, and then cooled to form a complex oxide composed of barium, aluminum and calcium. Thick film layer 2 was formed. After cooling, the surface was ground flat, and the surface thin film layer 3 was formed on the upper surface. The surface thin film layer 3 was formed by a sputtering film forming method using argon as a discharge gas. As a sputter target,
A composite target of tungsten and Sc 2 W 3 O 12 was used.

【0016】図2は、第1の実施例の熱陰極における電
子放出特性、特に陰極電流密度の表面薄膜3の膜厚さに
対する依存性を示す測定図である。ここで、表面薄膜層
3の組成は、Sc/Wの原子比で約0.13に調整し
た。また測定においては、陽極を、陰極電子放出面から
7mm離して配置し、陽極には4kVのパルス電圧を印
加した。測定時の陰極温度は820℃である。同図から
分かるように放出電流密度は、膜厚0.15μm〜0.
20μmで最大となる。また、従来のSc被覆型含浸形
陰極の特性よりも良好な電子放出特性を得るには、表面
薄膜層3の厚さは、およそ0.1μm以上、0.5μm
以下が望ましいことが分かる。
FIG. 2 is a measurement diagram showing the electron emission characteristics of the hot cathode of the first embodiment, particularly the dependence of the cathode current density on the thickness of the surface thin film 3. Here, the composition of the surface thin film layer 3 was adjusted to an atomic ratio of Sc / W of about 0.13. Further, in the measurement, the anode was placed 7 mm away from the cathode electron emission surface, and a pulse voltage of 4 kV was applied to the anode. The cathode temperature at the time of measurement is 820 ° C. As can be seen from the figure, the emission current density is 0.15 μm to 0.
The maximum is 20 μm. Further, in order to obtain better electron emission characteristics than the characteristics of the conventional Sc-coated impregnated cathode, the thickness of the surface thin film layer 3 should be approximately 0.1 μm or more and 0.5 μm.
It turns out that the following are desirable:

【0017】実施例2 図3は、本発明による熱陰極の第2の実施例の断面図で
ある。本実施例は表面薄膜層3の下地として中間薄膜層
6を形成している。中間薄膜層6はスパッタ成膜法によ
り、放電ガスとしてアルゴンを用いて成膜した。スパッ
タターゲットとしては、タングステンと炭酸バリウムの
複合ターゲットを用いた。中間薄膜層6を除く部分の製
法、構成及び機能は図1に示した実施例と同じであるの
で同一部分については同一番号を付して説明を省く(以
下の実施例についても同様である。)。
Embodiment 2 FIG. 3 is a sectional view of a second embodiment of the hot cathode according to the present invention. In this embodiment, the intermediate thin film layer 6 is formed as the base of the surface thin film layer 3. The intermediate thin film layer 6 was formed by a sputtering film forming method using argon as a discharge gas. A composite target of tungsten and barium carbonate was used as the sputter target. Since the manufacturing method, structure and function of the part excluding the intermediate thin film layer 6 are the same as those of the embodiment shown in FIG. 1, the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted (the same applies to the following embodiments. ).

【0018】図4は、第2の実施例の熱陰極における電
子放出特性、特に陰極電流密度の中間薄膜6の膜厚さに
対する依存性を示す。表面薄膜層3の組成はSc/W原
子比で約0.13、膜厚は約0.20μmに、また中間
薄膜層6の組成は、Ba/W原子比で約0.2に調整し
た。測定においては、陽極を、陰極電子放出面から7m
m離して配置し、陽極には4kVのパルス電圧を印加し
た。測定時の陰極温度は820℃である。同図から分か
るように放出電流密度は、中間薄膜層6の膜厚が1μm
以上で減少傾向があるが、約3μmまで大幅な減少は見
られない。
FIG. 4 shows the electron emission characteristics of the hot cathode of the second embodiment, particularly the dependence of the cathode current density on the thickness of the intermediate thin film 6. The composition of the surface thin film layer 3 was adjusted to a Sc / W atomic ratio of about 0.13 and the film thickness was adjusted to about 0.20 μm, and the composition of the intermediate thin film layer 6 was adjusted to a Ba / W atomic ratio of about 0.2. In the measurement, the anode is placed 7 m from the cathode electron emission surface.
The electrodes were arranged at a distance of m, and a pulse voltage of 4 kV was applied to the anode. The cathode temperature at the time of measurement is 820 ° C. As can be seen from the figure, the emission current density is such that the thickness of the intermediate thin film layer 6 is 1 μm.
Although there is a decreasing tendency above, no significant decrease is observed up to about 3 μm.

【0019】実施例3 図5は、本発明による熱陰極の第3の実施例の断面図で
ある。図5に示す実施例では、厚膜層2’中に高融点金
属の粉末2”を含むものである。これにより、高融点金
属基板1と厚膜層2’との界面7だけでなく、厚膜層
2’中においてもバリウム原子を生成することができ
る。
Embodiment 3 FIG. 5 is a sectional view of a third embodiment of the hot cathode according to the present invention. In the embodiment shown in Fig. 5, the thick film layer 2'includes the refractory metal powder 2 ". This allows not only the interface 7 between the refractory metal substrate 1 and the thick film layer 2 ', but also the thick film 2'. Barium atoms can also be generated in the layer 2 '.

【0020】実施例4 図6は、本発明による熱陰極の第4の実施例の断面図で
ある。本実施例においては、高融点金属基板1’に複数
の凹凸が形成されており、基板1’の凸部8で薄膜層3
と電気的導通を取っている。これにより、薄膜層3との
電気的導通をより確実にすることができる。また、高融
点金属基板1’と厚膜層2との界面の面積が増え、バリ
ウム原子の生成量が増すという利点もある。
Embodiment 4 FIG. 6 is a sectional view of a hot cathode according to a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, a plurality of irregularities are formed on the refractory metal substrate 1 ′, and the thin film layer 3 is formed at the convex portion 8 of the substrate 1 ′.
And has electrical continuity. Thereby, electrical conduction with the thin film layer 3 can be made more reliable. There is also an advantage that the area of the interface between the refractory metal substrate 1 ′ and the thick film layer 2 is increased, and the amount of barium atoms produced is increased.

【0021】以上説明した実施例では、厚膜層2の材料
として、Ba0、CaO、Al23をモル比で4:1:
1に混合したものを用いたが、これは5:2:3に混合
したものや、一般に含浸形陰極の含浸剤に用いられる他
の組成でも同様の効果を示す。また、本発明の熱陰極の
動作原理は、Sc被覆型含浸形陰極と同一であるので、
表面薄膜層3の組成及び作製方法は、Sc被覆型含浸形
陰極の被覆膜と同一で良い。従って、好ましい組成は、
Sc/W原子比率で0.05から0.30の範囲であ
る。実施例では表面薄膜層3の製作において、スパッタ
ターゲットとしてタングステンとSc2312の複合タ
ーゲットを用いたが、これはタングステンとSc23
Sc6WO12でも良い、また、成膜法はスパッタ成膜法
に限るものではない。同様に中間薄膜層の作り方も、ス
パッタタ−ゲットはタングステンと炭酸バリウムに限る
ものでなく、スパッタ成膜法に限るものではない。
In the embodiment described above, Ba0, CaO and Al 2 O 3 are used as the material of the thick film layer 2 in a molar ratio of 4: 1 :.
Although a mixture of 1 and 2 was used, the same effect can be obtained with a mixture of 5: 2: 3 and other compositions generally used as an impregnating agent for an impregnated cathode. Further, the operating principle of the hot cathode of the present invention is the same as that of the Sc-coated impregnated cathode,
The composition and manufacturing method of the surface thin film layer 3 may be the same as the coating film of the Sc coating type impregnated cathode. Therefore, the preferred composition is
The Sc / W atomic ratio is in the range of 0.05 to 0.30. In the embodiment, the composite target of tungsten and Sc 2 W 3 O 12 was used as the sputtering target in the production of the surface thin film layer 3, but this may be tungsten and Sc 2 O 3 or Sc 6 WO 12 , or the film formation. The method is not limited to the sputter film forming method. Similarly, the method of forming the intermediate thin film layer is not limited to the sputtering target of tungsten and barium carbonate, and is not limited to the sputtering film forming method.

【0022】さらに、高融点金属基板1、厚膜層2’及
び中間薄膜層6中の高融点金属粉末2”はタングステン
を用いたが、これらは高融点金属でバリウム酸化物と反
応しバリウム原子を生成するものであればよい。例え
ば、図1と同構成の陰極で、高融点金属としてモリブデ
ンを使用した場合、その電子放出特性はほぼタングステ
ンを使用した場合と同様の結果を得ることができる。し
たがって、タングステン又はモリブデンを主成分とする
合金もまた、同様に用いることができる。高融点金属基
板1は、従来の含浸形陰極の多孔質体であってもよい。
この場合、複数の凹凸を持つ高融点金属基板1’と同様
に、厚膜層2との界面の面積が増え、バリウム原子の生
成量が増す。但し、多孔質体内部においてもバリウム原
子が生成するので、多孔質体上部近傍では、原子供給が
不均一となるが、厚膜層2あるいは厚膜層2’及び中間
薄膜層6中をバリウム原子が通過中に分布は均一化され
る。また、上記実施例は、熱陰極について説明したが、
本発明の熱陰極は電子管に使用されるものであり、当
然、本発明の熱陰極を使用した電子管を含むものであ
る。
Further, the refractory metal substrate 1, the thick film layer 2 ', and the refractory metal powder 2 "in the intermediate thin film layer 6 used tungsten, but these are refractory metals and react with barium oxide to produce barium atoms. For example, when molybdenum is used as the refractory metal in the cathode having the same structure as in Fig. 1, the electron emission characteristics can be almost the same as when tungsten is used. Therefore, an alloy mainly composed of tungsten or molybdenum can be used as well.The refractory metal substrate 1 may be a porous body of a conventional impregnated cathode.
In this case, the area of the interface with the thick film layer 2 increases and the amount of barium atoms generated increases, as in the refractory metal substrate 1 ′ having a plurality of irregularities. However, since barium atoms are generated inside the porous body as well, the atom supply becomes non-uniform in the vicinity of the upper part of the porous body, but the thick film layer 2 or the thick film layer 2 ′ and the intermediate thin film layer 6 contain barium atoms. The distribution is homogenized during passage. In addition, although the above-mentioned embodiment describes the hot cathode,
The hot cathode of the present invention is used for an electron tube, and naturally includes an electron tube using the hot cathode of the present invention.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明の熱陰極の構成によれば、タング
ステンを主体としスカンジウム又はスカンジウム酸化物
を含む表面薄膜層に充分なバリウムが供給される。従っ
て、従来のSc被覆型含浸形陰極よりも低温で、電子管
に要求される大電流密度動作が可能となる効果がある。
また、これにより大電流密度動作が可能な陰極を必要と
する電子管の信頼性の向上を計ることができる。
According to the constitution of the hot cathode of the present invention, sufficient barium is supplied to the surface thin film layer mainly containing tungsten and containing scandium or scandium oxide. Therefore, there is an effect that the large current density operation required for the electron tube can be performed at a lower temperature than the conventional Sc-coated impregnated cathode.
Further, this can improve the reliability of the electron tube which requires a cathode capable of high current density operation.

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

【図1】本発明による熱陰極の第1の実施例の構成を示
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a first embodiment of a hot cathode according to the present invention.

【図2】第1の実施例の熱陰極における電子放出特性を
示す測定図である。
FIG. 2 is a measurement diagram showing electron emission characteristics of the hot cathode of the first embodiment.

【図3】本発明による熱陰極の第2の実施例の構成を示
す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of a second embodiment of the hot cathode according to the present invention.

【図4】第2の実施例の熱陰極における電子放出特性を
示す測定図である。
FIG. 4 is a measurement diagram showing electron emission characteristics of the hot cathode of the second embodiment.

【図5】本発明による熱陰極の第3の実施例の構成を示
す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a third embodiment of the hot cathode according to the present invention.

【図6】本発明による熱陰極の第4の実施例の構成をを
示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a fourth embodiment of the hot cathode according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1’・・・ 高融点金属基板 2、2’・・・ 厚膜層 2” ・・・ 高融点金属粉末 3 ・・・ 表面薄膜層 4 ... スリーブ 5 ... ヒータ 6 ・・・ 中間薄膜層。 1, 1 '... Refractory metal substrate 2, 2' ... Thick film layer 2 "... Refractory metal powder 3 ... Surface thin film layer 4 ... Sleeve 5 ... Heater 6 ... -Intermediate thin film layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢口 富雄 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 山田 絵実子 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Tomio Yaguchi 1-280 Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Emiko Yamada 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. Central research institute

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 タングステンと、少なくともスカンジウ
ム又はスカンジウム酸化物を含む表面薄膜層と、該表面
薄膜層の下部よりバリウム原子を供給し、かつ該表面薄
膜層の直下部分よりバリウム原子が供給される領域の面
積が、該表面被覆膜層の表面からの放出電子を利用する
領域の面積の内の、50%以上を占めるバリウム供給体
とを有することを特徴とする熱陰極。
1. A surface thin film layer containing tungsten and at least scandium or scandium oxide, a region in which barium atoms are supplied from a lower portion of the surface thin film layer, and a barium atom is supplied from a portion directly below the surface thin film layer. And a barium supplier that occupies 50% or more of the area of the region that utilizes the electrons emitted from the surface of the surface coating film layer.
【請求項2】 上記バリウム供給体が、高融点金属基板
上に、バリウムを含む酸化物を含む厚膜層で形成され、
該厚膜層の上面に上記表面薄膜層が積層されたことを特
徴とする請求項1記載の熱陰極。
2. The barium supplier is formed of a thick film layer containing an oxide containing barium on a refractory metal substrate,
The hot cathode according to claim 1, wherein the surface thin film layer is laminated on an upper surface of the thick film layer.
【請求項3】 上記バリウム供給体が、高融点金属基板
上に、バリウムを含む酸化物を含む厚膜層と該厚膜層の
上面に高融点金属を主体にしたバリウム酸化物を含む中
間薄膜層とを積層して形成され、該中間薄膜層の上面に
上記表面薄膜層が積層されたことを特徴とする請求項1
記載の熱陰極。
3. The barium supplier comprises a refractory metal substrate, a thick film layer containing an oxide containing barium, and an intermediate thin film containing barium oxide mainly containing a refractory metal on an upper surface of the thick film layer. And a surface thin film layer formed on the upper surface of the intermediate thin film layer.
The hot cathode described.
【請求項4】 該厚膜層が、更に、高融点金属の粉末を
含むことを特徴とする請求項2又は3記載の熱陰極。
4. The hot cathode according to claim 2, wherein the thick film layer further contains powder of refractory metal.
【請求項5】 該高融点金属基板がタングステン、モリ
ブデンのいずれか一方又は少なくとも一方を主成分とす
る合金であることを特徴とする請求項2又は3記載の熱
陰極。
5. The hot cathode according to claim 2, wherein the refractory metal substrate is an alloy containing at least one of tungsten and molybdenum as a main component.
【請求項6】 該中間薄膜層の主体となる高融点金属が
タングステン、モリブデンのいずれか一方又は少なくと
も一方を主成分とする合金であることを特徴とする請求
項3記載の熱陰極。
6. The hot cathode according to claim 3, wherein the refractory metal serving as a main component of the intermediate thin film layer is an alloy containing at least one of tungsten and molybdenum as a main component.
【請求項7】 該高融点金属の粉末がタングステン、モ
リブデンのいずれか一方又は少なくとも一方を主成分と
する合金であることを特徴とする請求項4記載の熱陰
極。
7. The hot cathode according to claim 4, wherein the powder of the refractory metal is an alloy containing at least one of tungsten and molybdenum as a main component.
【請求項8】 該厚膜層を構成するバリウムを含む酸化
物が、アルミニウム、カルシウムの一方又は両方とバリ
ウムの複合酸化物で構成されることを特徴とする請求項
2又は3記載の熱陰極。
8. The hot cathode according to claim 2, wherein the oxide containing barium forming the thick film layer is a composite oxide of barium with one or both of aluminum and calcium. ..
【請求項9】 該高融点金属基板の該厚膜層を形成する
面が、単数又は複数の凹凸形状を有し、凸部の少なくと
も1部分が該中間薄膜層又は該表面薄膜層に電気的に接
続していることを特徴とする請求項2又は3記載の熱陰
極。
9. A surface of the refractory metal substrate on which the thick film layer is formed has a single or a plurality of irregular shapes, and at least a part of the convex portion is electrically connected to the intermediate thin film layer or the surface thin film layer. The hot cathode according to claim 2, wherein the hot cathode is connected to the hot cathode.
【請求項10】 該表面薄膜層に含まれるスカンジウム
の、タングステンに対する原子比率が0.05から0.30の範
囲であることを特徴とする請求項2又は3記載の熱陰
極。
10. The hot cathode according to claim 2, wherein the atomic ratio of scandium contained in the surface thin film layer to tungsten is in the range of 0.05 to 0.30.
【請求項11】 該表面薄膜層の厚さを、0.1μm以
上、0.5μm以下としたことを特徴とする請求項2又は
3記載の熱陰極。
11. The hot cathode according to claim 2, wherein the surface thin film layer has a thickness of 0.1 μm or more and 0.5 μm or less.
【請求項12】 該中間薄膜層の厚さを3μm以下とし
たことを特徴とする請求項3記載の熱陰極。
12. The hot cathode according to claim 3, wherein the thickness of the intermediate thin film layer is 3 μm or less.
【請求項13】 請求項1から12のいずれかに記載の
熱陰極を使用した電子管。
13. An electron tube using the hot cathode according to claim 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999059178A1 (en) * 1998-05-14 1999-11-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Cathode-ray tube having oxide cathode and method for producing the same

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