NL8501806A - Inrichting ten behoeve van elektronenemissie voorzien van een reservoir met elektronenuittreepotentiaalverlagend materiaal. - Google Patents

Description

* - ·Μ ' ΕΗΝ 11.424 j N.V. Philips' Gloeilanpenfabrieken te Eindhoven "Inrichting ten behoeve van elektronenemissie voorzien van een reservoir met elektronenuittreepotentiaalverlagend materiaal".

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting bevattende een geëvacueerde of met een schutgas gevulde ruimte met een elektronenemit-terend lichaam dat aan een elektronenemitterend oppervlak vanuit een reservoir met elektronenuittreepotentiaalverlagend materiaal bedekt kan 5 worden.

Het elektronenemitterend lichaam kan een thermische kathode zijn in bijvoorbeeld een vacuumbuis maar in het bijzonder een halfgeleider-kathode; in het laatste geval zijn diverse soorten halfgeleiderkathodes mogelijk zoals NEA-kathodes, veldemitters en in het bijzonder gesperde 10 junctiekathodes zoals beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 7905470 ten name van Aanvraagster (PHN 9532). Dergelijke vacuümbui-zen zijn geschikt als opname^ of weergeefbuizen maar kunnen ook toegepast worden in apparatuur ten behoeve van Augerspectroscopie, elektronenmicros-ccpie en eléktronenlithografie.

15 De betreffende inrichting kan ook voorzien zijn van een foto- kathode waarbij invallende straling aanleiding geeft tot een elektronen-strocm die de fotokathode verlaat. Dergelijke fotokathoden worden toegepast in fotocellen, opneembuizen, beeldomvormers en fotcmultiplicator-buizen. Een andere toepassing van een inrichting volgens de uitvinding 20 betreft zogenaamde thermische anzetters (thermionic converters), waarbij warmtestraling wordt omgezet in een elektronenstroon.

Daarnaast heeft de uitvinding betrekking op een reservoir voor een dergelijke inrichting.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het Nederlandse Octrooi-25 schrift No. 18.162. Hierbij wordt in een ontladingsbuis cesium neergeslagen door een opgelost rrengsel van cesiumchloride en bariumaxide te verwarmen zodat het cesiumchloride door het vrijgekomen barium gereduceerd wordt tot metallisch cesium dat zich over het inwendige van de ontladings-buis verspreidt. In een in genoemd Octrooischrift getoond uitvoerings-30 voorbeeld wordt het te verwarmen mengsel aangebracht in een zijbuisje van de vacuürrihiis dat naderhand van deze buis wordt af gesmol ten.

In deze inrichting wordt dus eenmalig een hoeveelheid cesium in de vacuümruimte gebracht. Indien gebruik gemaakt wordt van een halfge- 5 1¾ * o © c v y o U δ * 9 ΓΏΝ 11.424 2 leiderkathode zal dit cesium doorgaans het emitterend oppervlak als een monoatomaire laag bedekken, waarna vermindering van de hoeveelheid cesium op het emitterend oppervlak niet of nauwelijks gecompenseerd kan worden.

Een dergelijke vermindering van cesium of een ander elektronenuittreepo-5 tentiaalverlagend materiaal aan het oppervlak wordt onder meer veroorzaakt door desorptie en migratie onder invloed van elektrische velden en geeft aanleiding to degradatie van de emissie. De uiteindelijke efficiency van bijvoorbeeld een gesperde junctiekathode blijft daardoor beperkt tot ca 20 a 40% van de optimale waarde.

10 De uitvinding stelt zich ten doel een inrichting te verschaffen waarin de bovengenoemde problemen althans ten dele zijn opgeheven.

Zij berust op het inzicht dat dit bereikt kan worden door een bron met uittreepotentiaalverlagend materiaal aan de vacuümruimte te koppelen waarbij de toevoer van uittreepotentiaalverlagend materiaal vanuit 15 deze bron naar het emitterend oppervlak zodanig geregeld kan woorden dat het verlies van uittreepotentiaalverlagend materiaal aan dit oppervlak wordt gecompenseerd.

Een inrichting volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk dat het reservoir zich binnen de ruimte bevindt en een bron van elektro-20 nenuittreepotentiaalverlagend materiaal bevat en voorzien is van tenminste een uittreeopening waardoor het uittreepotentiaalverlagend materiaal het reservoir kan verlaten.

. Een voorkeursuitvoering van een inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat het reservoir twee compartimenten bevat die via ten-25 minste een opening in een tussenwand met elkaar in verbinding staan waarbij het ene de bron van elektronenuittreepotentiaalverlagend materiaal bevat en het andere compartiment voorzien is van de uittreeopening.

In een dergelijke inrichting kan de toevoer van elektronenuittree-potentiaalverlagend materiaal vanuit dit reservoir qp eenvoudige wijze ge-30 regeld worden, bijvoorbeeld in het geval van cesium door het regelen van de verdarapingssnelheid met behulp van verwarmings- en koelmiddelen of door mechanisch instellen van de opening in de tussenwand.

Door een geschikte afmeting te kiezen van de uittreeopening (en) kan bovendien bereikt worden dat slechts een geringe hoeveelheid van 35 het verdampte materiaal (bijv. cesium) de vacuümruimte bereikt, welke hoeveelheid echter voldoende is on het beoogde effect (compensatie van het cesiumverlies t.g.u desorptie en migratie) te bereiken. Dit heeft het voordeel dat de eigenlijke vacuümruimte en daarin aanwezige afbuigelektroden 85!) 1806 EHN 11.424 3 ft J*.

(en andere onderdelen) niet of nauwelijks verontreinigd worden door het cesium (of een ander uittreepotentiaalverlagend materiaal), hetgeen de hoogspanningseigenschappen van de vacuümbuis en de daarin aanwezige onderdelen ten goede kant.

5 Het laatstgenoemde effect kan nog worden versterkt door het eerste versnellingsroos ter zodanig uit te voeren dat de ruimte waarin zich de kathode bevindt slechts via één enkele opening, die tevens dient cm de gegenereerde elektronen door te laten, in verbinding staat net de eigenlijke vacuümruimte. Een extra voordeel hierbij is dat het cesium, 10 dat nu praktisch volledig opgesloten blijft in de ruimte waar zich de kathode bevindt, in deze ruimte een getterende werking uitoefent hetgeen een beter vacuüm en daarmee een verhoogde stabiliteit van met name in dit vacuüm geplaatste halfgeleiderkathode garandeert.

Voor de bron van eléktronenuittreepotentiaalverlagend materiaal 15 kan een drager of houder voorzien van cesiumazide gekozen worden zoals beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 8401866.

Bij voorkeur kiest men hiervoor echter een glazen of metalen reservoir gevuld met cesium, waarin een opening kan warden aangebracht, bijvoorbeeld met behulp van een laserstraal.

20 De uitvinding zal thans nader worden besproken aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de tekening, waarin schematisch een deel van een inrichting volgens de uitvinding is weergegeven.

De in de Figuur getoonde inrichting 1 bevat een vacuümruimte 2, in dit voorbeeld een vacuümbuis met zijwanden 3 en een eindwand 4. De in-25 richting bevat verder een eléktronenemitterend lichaam 5, in dit voorbeeld een halfgeleiderkathode van het gesperde junctie-type zoals beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 7905470 (PHN 9532).

Ten behoeve van een juiste instelling is de halfgeleiderkathode 5 voorzien van aansluitdraden 6 die via doorvoeren 7 in de eindwand 4 van 30 zodanige spanningen kan worden voorzien dat ter plaatse van het oppervlak 8 een elektronenstroon 9 wordt opgewekt. Om het uittreden van de in dit geval door lawinevermenigvuldiging opgewekte elektronen te vergemakkelijken wordt het oppervlak 8 bij voorkeur bedekt met een manoatcmaire laag cesium.

35 Tijdens het gebruik kan dit laagje cesium echter gedeeltelijk verloren gaan, bijvoorbeeld ten gevolge van de etsende werking van in de vacuümbuis achtergebleven of tijdens het gebruik gevormde positieve ionen. Bij gloeikathoden kan een dergelijke laag uittreepotentiaal ver la- 8501308 w * PHN 11.424 4 gend materiaal geleidelijk verloren gaan door verdamping.

Om dit verloren gaan van cesium tijdens het gebruik te compenseren, maar ook om eventueel een initiële laag cesium aan te brengen bevat de inrichting 1 volgens de uitvinding tevens een reservoir 10, dat in dit 5 voorbeeld is opgebouwd. uit een eerste compartiment 11, waarvan de wand in dit voorbeeld gedeeltelijk uit een metalen wand 12 en gedeeltelijk uit een glazen wand 13 bestaat en uit een tweede compartiment 14.

Het tweede compartiment 14 bezit een eindwand 15 die in dit voorbeeld aan de zijde van de vacuümruimte 2 praktisch samenvalt met een drager 10 23, terwijl de zijwanden 16 van het tweede compartiment 14 via een las 17 verbonden zijn met de metalen wanden 12 van het eerste compartiment 11. De compartimenten 11, 14 zijn onderling gescheiden door een.tussenwand waarin zich een opening 19 bevindt, terwijl het tweede compartiment 14 met de vacuümruimte 2 in verbinding staat via een of meer cpeningen 20.

15 Ten behoeve van de aanvoer van cesium (of een ander uittreepo- tentiaalverlagend materiaal) bevindt zich in het eerste compartiment 11 bijvoorbeeld een houder 21 van glas of zoals in het onderhavige voorbeeld bestaande uit een metalen buis. Bij voorkeur kiest men hiervoor een nikkelen houder 21 die gevuld is met zuiver cesium 24.

20 De houder 21 kan van buiten geopend worden, bijvoorbeeld met be hulp van een laserstraal 31 van een zodanige golflengte dat wel het nikkel of een eventuele glaswand van de houder 21 smelt, maar de glaswand 13, die daartoe van een andere glassoort vervaardigd is, onaangetast blijft. Nadat de houder 21 cp deze manier van een opening 22 is voorzien krijgt het 25 cesium 24 de gelegenheid in dampvorm uit de houder 21 te ontsnappen; dit kan nog bevorderd worden door de warmte vrijgekomen bij het smelten van het glas venster 22 of door middel van niet nader getoonde verwarmingselementen.

Van de vrij gekcmen cesiumdamp slaat bijvoorbeeld een gedeelte als 30 vloeibaar cesium 24 neer onderin het eerste carpartiment 11. Een ander gedeelte echter verlaat dit eerste compartiment 11 via een of meer openingen 19 in de tussenwand 18 tussen het eerste compartiment 11 en het tweede compartiment 14, die tesamen het reservoir 10 vormen. Het dampvormige cesium, dat zich bijvoorbeeld beweegt langs schematisch aangegeven banen 25 verlaat 35 gedeeltelijk het tweede carpartiment 14 via een of meer openingen 20 in de eindwand 15 en bereikt aldus de vacuümruimte 2. De snelheid van verdampen van in het eerste carpartiment 11 neergeslagen cesium, alsmede de snelheid van de cesium-atomen (banen 25) kan zonodig worden geregeld met intern of 8501806 PHN 11.424 5 extern aangebrachte temperatuurregelaars 29 en 30. Ook kan de cesiumflux door de wanden 15 en 18 desgewenst regelbaar gemaakt worden door de grootte van de qpeningen 20 respectievelijk 19 -variabel te maken.

Met behulp van de temperatuurregelaars 29/ 30 die bijvoorbeeld 5 kunnen bestaan uit een combinatie van een stookweerstand en een Peltier-koelelement en een eventuele stookdiodef die zonodig deel kan uitmaken van de halfgeleiderkathode 5 kan warden bereikt dat een stabiel, niet-kritisch evenwicht optreedt tussen de aangevoerde cesium-atanen 25 en de ten gevolge van desorptie of anderszins afgevoerde cesium-atanen. Het 10 blijkt dat op deze wijze de stabiliteit van de emissie aanzienlijk kan worden verhoogd, met name indien het emitterend lichaam wordt geplaatst in een nagenoeg afgesloten ruimte. Hierdoor ontstaat in deze ruimte een locale cesium-dairpdruk waardoor een continue nalevering van ces ium-atcmen qp het emitterend oppervlak 8 wordt gerealiseerd, hetgeen tot een hoge 15 stabiliteit leidt.

De nagenoeg af gesloten ruimte wordt in het onderhavige voorbeeld verkregen door een extractie rooster 26 van praktisch cilindrische vorm net een opening 27 om de gegenereerde elektronenbundel 9 door te laten. Deze constructie heeft bovendien het voordeel dat de eigenlijke vacuümr 20 ruimte 2 niet of nauwelijks met cesium wordt verontreinigd, hetgeen de hoogspanningseigenschappen van de vacuümbuis en daarin aanwezige elementen zoals afbuigelektroden ten goede kont.

Continue nalevering van cesium is in de inrichting 1 mogelijk door bijv. regeling van de wandtemperatuur van de wanden van de reservoirs 25 11, 14 met behulp van de teirperatuurregelaars 29, 30.

De wand 15 vanhét tweede compartiment 14 is aan zijn binnenzijde bij voorkeur met een goudlaag bedekt. Op deze wand neergeslagen cesium vormt met het goud cesiumazide dat door zijn lage dampdruk cesiuratransport in de spleet tussen het rooster 26 en de wand 15 voorkomt. Het goud heeft 30 dus als het ware een getterende werking. Hetzelfde kan bereikt worden net bijv. antimoon. De goudlaag kan ook met voordeel aangebracht warden op de binnenwand van het extractierooster 26. Ock is het mogelijk een zilverlaag aan te brengen. Dit heeft het voordeel dat na het uitstoken van de vacuüm-inrichting een praktisch oxydevrij oppervlak achterblijft waardoor conta-35 minatie van cesium sterk wordt verminderd.

Voor de houder 21 kan ook een drager met bijvoorbeeld cesiumazide (CsNg) gekozen worden dat tijdens een warmtebehandeling ontleedt, zoals beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 8401866 (PHN 11.059) van 8501808 V v PHN 11.424 6

Aanvraagster. Bij voorkeur echter wordt zuiver cesium gekozen omdat hierbij geen restgassen vrijkomen. Bij het gebruik van de beschreven inrichting treedt ook geen voortijdige levering van cesium op. Dit heeft voor de gesperde junctiekathode een betere reproduceerbaarheid en een hoge 5 egin-efficiency ten gevolge.

Daarnaast heeft de aanwezigheid van zuiver cesium 24, 25 in de compartimenten 11,14 en de ruimte binnen het rooster 26 een getterwerking. Dit verhoogt het vacuüm waardoor ook de stabiliteit van de kathode 5 nog verder wordt verhoogd.

10 Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot het hier getoonde voorbeeld, maar zijn binnen het kader van de uitvinding voor de vakman diverse variaties mogelijk..

Zo hoeft het elektronenemitterend lichaam 5 niet noodzakelijk qp de wand 15 geplaatst te worden, maar kan dit zich ook elders in de vacuüm-15 ruimte 2 bevinden of onder een schuine hoek geplaatst zijn. Door de kathode 5 niet qp de eindwand 15 maar elders op de drager 23 te bevestigen wordt de thermische koppeling tussen de kathode en het reservoir 10 kleiner hetgeen gunstig kan zijn i.v.m. het regelen van de cesiumtoevoer. De uittreeopeningen 20 kunnen zich dan bijvoorbeeld in een zijwand van het 20 reservoir bevinden dat dan verder in de vacuümruimte uitsteekt. Ook zijn andere kathoden mogelijk zoals bijvoorbeeld veldemitters, NEA-kathoden of zelfs gloeikathoden, terwijl de in halfgeleidermateriaal (silicium, gallium-arsenide) gerealiseerde kathoden tevens deel uit kunnen maken van een groter halfgeleiderlichaam, waarin bijvoorbeeld ook besturingselec-25 tronica is gerealiseerd.

Ook voor het elektronenuittreepotentiaalverlagend materiaal kunnen diverse andere materialen worden gekozen zoals kalium, rubidium, natrium of lithium dat bijvoorbeeld vrij komt bij verwarming van een mengsel of verbinding in de houder/drager 21.

30 Het reservoir 10 kan in plaats van als twee losse compartimen ten als één geheel worden uitgevoerd, in welk geval de las 17 kant te vervallen.

De houder 21 hoeft niet noodzakelijk met behulp van een laserstraal te worden geopend; dit kan desgewenst met hoogfrequent energie 35 geschieden, bijvoorbeeld met behulp van een veercons truc tie zoals beschreven in het Amerikaanse Octrooischrift No. 2,288,253.

3501806

Claims (12)

1. Inrichting bevattende een geëvacueerde of met een schutgas gevulde ruimte met een elektronenemitterend lichaam dat aan een elektronen-emitterend oppervlak vanuit een reservoir met elektronenuittreepotentiaal-verlagend materiaal bedekt kan worden met het kenmerk dat het reservoir 5 zich binnen de ruimte bevindt en een bron van elektronen uittreepotentiaal-verlagend materiaal bevat en voorzien is van ten minste een uittreeope-ning waardoor het uittreepotentiaalverlagend materiaal het reservoir kan verlaten.

2. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het reservoir 10 twee compartimenten bevat die via tenminste een opening in de tussenwand met elkaar in verbinding staan waarbij het ene compartiment de bron van elektronenuittreepotentiaalverlagend materiaal bevat en het andere cctit-partiment voorzien is van de uittreeopening.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat het 15 elektronenemitterend lichaam op de eindwand van het reservoir bevestigd is.

4. Inrichting volgens één der vorige conclusies met het kenmerk dat tenminste een van.de compartimenten voorzien is van een temperatuur-regelaar.

5. Inrichting volgens één der vorige conclusies met het kenmerk dat het elektronenemitterend lichaam zich bevindt in een praktisch geheel van de vacuürnruimte afgescheiden gedeelte dat via een opening in een extrac-tierooster voor de te genereren elektronen in verbinding staat met het overige deel van de vacuürnruimte.

6. Inrichting volgens conclusie 5 met het kenmerk dat de buiten wand van het reservoir rondom de uittreeopening of het extractierooster aan de naar het elektronenemitterend lichaam toegekeerde zijde voorzien is van een materiaal met een getterende werking of een materiaal waarvan het oxyde dissocieert of desorbeert bij een temperatuur lager dan de uit-30 stooktemperatuur van de inrichting.

7, Inrichting volgens conclusie 6 met het kenmerk dat de buiten wand van het reservoir rondom de uittreeopening of het extractierooster aan de naar het elektronenemitterend lichaam toegekeerde zijde voorzien is van een laag van êên of meer /de materialen goud, antimoon of zilver.

8. Inrichting volgens éénder conclusies 1 t/m 7 met het kenmerk dat de bron van elektronenuittreepotentiaalverlagend materiaal een houder gevuld net cesium is.

9. Reservoir voor een inrichting volgens één der conclusies 1 t/m 8 y » ö J 'j w V PHN 11.424 8 net het kenmerk dat het reservoir een bron van elektronenuittreepotentiaal-verlagend materiaal bevat en voorzien is van tenminste een uittreeqpening.

10. Reservoir volgens conclusie 9 met het kenmerk dat dit reservoir twee compartimenten bevat die via tenminste een opening in de tussenwand 5 met elkaar in verbinding staan waarbij het ene compartiment de bron van elektronenuittreepotentiaalverlagend materiaal bevat en het andere compartiment voorzien is van de uittreeqpening.

11. Reservoir volgens conclusie 10 met het kenmerk dat ten minste een van de compartimenten voorzien is van een terrperatuurregelaar.

12. Reservoir volgens conclusie 9, 10 of 11 met het kenmerk dat de buitenwand van het reservoir rondom de uittreecpening voorzien is van een laag van een of meer van de materialen goud, antimoon of zilver 15 20 25 30 35 8501306