NL8700487A

NL8700487A - Vacuuembuis met elektronenoptiek.

Info

Publication number: NL8700487A
Application number: NL8700487A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1988-09-16
Also published as: US4904217A; HUT46466A; US4853586A; AU1218288A; EP0288094A1; PL270835A1; CN88101041A; JPS63226862A; KR880010461A; AU611359B2

Description

g * PHN 12.048 1 t.n.v. N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven, vacuümbuis met elektronenoptiek.

De uitvinding heeft betrekking op een vacuümbuis voorzien van tenminste een halfgeleiderkathode met een emitterend oppervlak voor het emitteren van elektronen en van elektronenoptiek voorzien van een aantal roosters van geleidend materiaal.

5 Onder emitterende oppervlak kan hierbij ook worden verstaan een hoofdvlak waarop een of meer puntvormige emitters of veldemitters zijn aangebracht of waarin kuiltjes zijn aangebracht, van waaruit de emissie plaats vindt.

Daarnaast heeft de uitvinding betrekking op een 10 werkwijze voor het vervaardigen van dergelijke elektronenoptiek en een werkwijze voor bevestiging daarvan in een vacuümbuis.

In de tegelijkertijd ingediende aanvrage no.

PHN 12.047 wordt een vacuümbuis voorgesteld waarbij afbuiging van een elektronenbundel over een hoek van 90° plaats vindt over een zeer 15 korte afstand (enkele mm.). Een dergelijke afbuiging kan met de gebruikelijke technieken niet worden gerealiseerd.

De uitvinding stelt zich ten doel hierin te voorzien en maatregelen aan te geven waarmee elektronenoptiek van zeer kleine afmetingen kan worden vervaardigd ook indien de genoemde afbuiging niet 20 perse noodzakelijk is.

Een vacuümbuis volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk, dat de elektronenoptiek een aantal pennen van geleidend materiaal bevat en een rooster met tenminste een pen elektrisch geleidend verbonden is en ten behoeve van een mechanische verbinding via 25 een keramisch glas met tenminste een pen elektrisch isolerend verbonden is.

Het rooster kan hierbij met eenzelfde pen zowel elektrisch geleidend als mechanisch verbonden zijn.

Een voorkeursuitvoering van een vacuümbuis volgens de 30 uitvinding, waarin de genoemde afbuiging over 90° kan worden gerealiseerd, heeft het kenmerk, dat de elektronenoptiek voor het afbuigen van de elektronenbundel een eerste stel roosters evenwijdig aan .· >' * PHN 12.048 2 het emitterend oppervlak bevat, tenminste een tweede rooster dat zich althans gedeeltelijk loodrecht op het emitterend oppervlak uitstrekt en tenminste twee extra roosters die althans over een deel van hun oppervlak een hoek van praktisch 45° met de genoemde eerste en tweede 5 roosters maken.

Door onder andere het gebruik van het keramisch glas, bijvoorbeeld een lithium-aluminosilicaatglas, is het mogelijk zeer kleine onderdelen aan elkaar te bevestigen, terwijl elektrisch geleidende verbindingen kunnen worden vervaardigd met behulp van een 10 geleidend glas. Hierdoor is het mogelijk elektronenoptiek voor de benoemde afbuiging van de elektronenbundel over een afstand van ca.

2 mm. te realiseren.

Elektronen die het emitterend oppervlak verlaten zullen in het algemeen eerst over een geringe afstand een versnelling loodrecht 15 op het emitterend oppervlak ondergaan. Het vlak waarin de afgebogen bundel zich beweegt zal dan ook in het algemeen op een afstand van 2-6 mm van het emitterend oppervlak gelegen zijn.

Een verdere voorkeursuitvoering van een vacuümbuis volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het extra rooster dat zich 20 het verst van het emitterend oppervlak bevindt tegenover dit oppervlak van een opening is voorzien.

Via een dergelijke opening, die om verstoring van het elektrisch veld te voorkomen, van een gaas van geleidend materiaal kan worden voorzien, kan het emitterend oppervlak vanuit een buiten de 25 elektronenoptiek gelegen bron bedekt worden met cesium of een ander uittreepotentiaalverlagend materiaal.

In bepaalde uitvoeringen kunnen bovendien verschillende roosters onderling elektrisch geleidend verbonden zijn.

Een werkwijze voor het vervaardigen van de genoemde 30 elektronenoptiek heeft het kenmerk, dat een samenstel van roosters, onderling gescheiden door afstandhouders, aan de pennen wordt bevestigd met behulp van een keramisch glasmateriaal en vervolgens uitharden van het keramisch glas, waarbij na het uitharden van het keramisch glas de afstandhouders worden verwijderd en openingen in de roosters worden 35 aangebracht.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening, waarin g ') ·;. : · PHN 12.048 3

Figuur 1 schematisch een aanzicht toont van een gedeelte van een vacuümbuis volgens de uitvinding, in het bijzonder de elektronenoptiek;

Figuur 2 schematisch een patroon van aansluitingen toont 5 ten behoeve van deze elektronenoptiek en de bijbehorende kathoden;

Figuur 3 schematisch in doorsnede een andere uitvoering van de elektronenoptiek toont;

Figuur 4 schematisch een deel van de elektronenoptiek tijdens de vervaardiging toont en 10 Figuur 5 schematische een ander variant.

De Figuren zijn niet op schaal getekend; overeenkomstige delen zijn doorgaans met dezelfde verwijzingscijfers aangegeven.

Figuur 1 toont schematisch een deel van een vacuümbuis volgens de uitvinding, in het bijzonder een deel van de elektronenoptiek 15 15. Een aantal halfgeleiderkathodes 10 is bevestigd op een gemeenschappelijke elektrode 30. Het betreft in dit voorbeeld halfgeleiderkathodes van het gesperde junctie-type zoals beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage no. 7905470, al dan niet voorzien van de daarin bechreven versnellingselektrode. De elektrode 30 contacteert het 20 p-type substraat van het halfgeleiderlichaam, terwijl de n-type opperviaktezónes worden gecontacteerd via aansluitdraden 31, die deze weer elektrisch geleidend verbinden met aansluitgeleiders 32. Via deze aansluitgeleiders 32 worden signalen aangeboden, waarmee door de kathodes 10 geëmitteerde elektronenbundels kunnen worden gemoduleerd.

25 De geleidersporen 30, 32 zijn aangeracht op een elektrisch isolerende drager 33, bijvoorbeeld een glasplaat, die zonodig tegelijkertijd als achterwand van de vacuümbuis kan fungeren.

De elektronenoptiek 15 bevat een aantal roosters 16, 17, 18, die mechanisch verbonden zijn met pennen 26, 27, 28 door middel van 30 een verbinding 19 die uit keramisch glas (of ontglazend glas) bestaat. Hierbij kan een dergelijke verbinding 19 meerdere roosters met eenzelfde pen verbinden.

De roosters 16, 17, 18 krijgen de gewenste elektrische spanning door deze roosters via een elektrisch geleidende verbinding te 35 verbinden met een of meer van de pennen 26, 27, 28, die geheel of althans aan de buitenzijde uit elektrisch geleidend materiaal bestaan.

De elektrisch geleidende verbinding kan worden verkregen met behulp van iK /- : PHN 12.048 4 een geleidend glas. Zo zijn in het onderhavige voorbeeld de roosters 16, 17, 18 elektrisch geleidend verbonden met respectievelijk de pennen 26, 27, 28 door middel van een geleidend glas-verbinding 25. De roosters 16, 17, 18 bevatten uiteraard een opening 21 voor het doorlaten van de 5 elektronenbundel 14.

Het extra rooster 22 is via een soortgelijke geleidend glas-verbinding 25 elektrisch geleidend verbonden met de pen 29 die op zijn beurt weer elektrisch geleidend verbonden is met een aansluitgeleider 34. Dit rooster 22 is tevens mechanisch verbonden met 10 de pen 29 via een keramisch glas-verbinding 19, die ook de roosters 16, 17, 18 mechanisch met de pen 29 verbindt.

Het rooster 20 bevat naast een deel 20a, voorzien van openingen 40 voor het doorlaten van de afgebogen elektronenbundel 14 een schuin verlopend deel 20b en een deel 20c, evenwijdig aan de roosters 15 16, 17, 18. Het rooster 20 kan hierbij weer op soortgelijke wijze als het rooster 22 elektrisch geleidend en mechanisch verbonden zijn met pennen 29, die al dan niet ook mechanisch met roosters 16, 17, 18, 22 verbonden zijn. Deze pennen verzorgen het elektrisch contact van het rooster 22 met aansluitgeleiders 35 (zie Figuur 2). Figuur 2 toont in 20 bovenaanzicht verder de aansluitgeleiders 36, 37, 38 ten behoeve van de roosters 16, 17, 18 (elektrisch geleidend met de aansluitgeleiders verbonden via de pennen 26, 27, 28). In het bovenaanzicht van Figuur 2 zijn bovendien schematisch de besturingsschakelingen 41 aangegeven, die de modulatiespanningen op de kathodes 10 verzorgen en die op hun beurt 25 weer worden bestuurd door een besturingseenheid 42. De aansluitgeleiders 34, 35, 36, 37, 38 worden ten behoeve van de gewenste versnellings-en/of afbuigpotentiaal op niet nader getoonde spanningsbronnen aangesloten.

De streeplijn 43 geeft in het bovenaanzicht van Figuur 2 30 de plaats aan van de elektronenoptiek 15, terwijl met de dubbele punt-streeplijn 2 de plaats is aangegeven waar een omhulsel, bijvoorbeeld een glazen hoed op de drager 33, kan worden bevestigd om aldus een vacuüm-ruimte te definiëren. De kathodes 10 en de elektronenoptiek 15 bevinden zich dan binnen de vacuümomhulling.

35 Door het gebruik van halfgeleiderkathodes en keramisch glas kunnen de gerealiseerde afmetingen zeer gering zijn. In dit voorbeeld is de afstand tussen de roosters 16, 17, 18 bijvoorbeeld ca.

g 7 .. · r / i • · * PHN 12.048 5 0,1 mm, terwijl de afstand van het emitterend oppervlak van de kathode 10 tot aan het rooster 16 ca. 0,2 mm bedraagt. De afstand tussen de roosters 20 en 22 bedraagt ca. 0,4 mm, terwijl de roosters zelf een dikte bezitten van ca. 100-300 pm. De as van de openingen 40 ligt op een 5 hoogte van ca. 3,5 mm, zodat de elektronenbundel 14 die het emitterend oppervlak verlaat met behulp van de elektronenoptiek 15 (bij gebruikmaking van de juiste spanningen op de roosters) afgebogen kan worden naar een vlak op een afstand kleiner dan ca. 0,6 mm van het emitterend oppervlak, hetgeen zeer goed bruikbaar is in dunne vlakke 10 weergeefinrichting zoals beschreven in de tegelijkertijd ingediende aanvrage no. PHN 12.047.

Figuur 3 toont schematisch in dwarsdoorsnede een andere uitvoering van een elektronenoptiek 15 ten behoeve van slechts één elektronenbundel. De pennen 26, 27, 28, 29 kunnen dan rondom de 15 (hier niet getekende) kathode worden opgesteld. De roosters zijn weer via keramisch glas-verbindingen 19 mechanisch met de pennen verbonden en via een elektrisch geleidende glasverbinding 25 met een van de roosters elektrisch geleidend verbonden. Om de roosters via de pennen 26, 27, 28, 29 van spanningen te voorzien kunnen deze op 20 aansluitgeleiders gesoldeerd worden, bijvoorbeeld met geleidend glas.

Anderzijds is het mogelijk in plaats van het glas 33 een IC-voet te gebruiken, waarbij de pennen op de doorvoeren worden bevestigd, terwijl de benodigde spanningen dan aan de IC-pennen worden aangelegd. In het onderhavige voorbeeld bevat de elektronenoptiek 15 nog een extra tweede 25 rooster 9 voor versnelling in een richting evenwijdig aan het emitterend vlak. Voor het overige hebben de verwijzingscijfers dezelfde betekenis als in de vorige Figuren. Om eventuele vervormingen in de elektronenbundel na het afbuigen over 90° op te heffen kunnen algemeen bekende heffende maatregelen worden toegepast, zoals bijvoorbeeld het 30 aanbrengen van een quadrapoolveld. Dit kan bijvoorbeeld worden verkregen door extra elektroden rondom een van de openingen in de elektroden 9, 20 aan te brengen.

Figuur 4 toont schematisch hoe een dergelijke elektronenoptiek 15 volgens de uitvinding kan worden verkregen. Daarbij 35 wordt uitgegaan (Figuur 4a) van een aantal roosters 16, 17, 18 die door middel van afstandstukjes 45, bijvoorbeeld met een klemveer, bijeengehouden worden. De vorm van de roosters 16, 17, 18 repectievelijk £ 7 \

' V

A

PHN 12.048 6 de afstandstukjes 45 (spacers) wordt getoond in Figuur 4b. Het aldus verkregen samenstel wordt over pennen 26, (27,) 28 geschoven, waartoe de roosters voorzien zijn van openingen 46. Vervolgens wordt een keramische verbinding 19 tot stand gebracht, in dit voorbeeld met behulp van 5 bijvoorbeeld een lithiumaluminosilicaat glas. Na uitharden bij 445°C is dit glas uitgekristalliseerd en zijn processtappen bij hogere temperatuur mogelijk, zoals bijvoorbeeld het aanbrengen van elektrische contacteringen met geleidend glas-verbindingen 25. Na het uitharden worden echter eerst de afstandstukjes 45 verwijderd door de klemveer los 10 te maken, waarna de openingen 21 in de roosters 16, 17, 18 worden aangebracht door bijvoorbeeld vonkverpanen of lasersnijden.

Daarna worden, bijvoorbeeld bij 500°C de elektrisch geleidende verbindingen 25 aangebracht. In het onderhavige voorbeeld is elke pen via keramisch glas 19 met alle roosters verbonden, maar dit is niet 1 15 strikt noodzakelijk. Er kan volstaan worden met een mechanische en een elektrische geleidende verbinding per rooster, die zonodig kunnen samenvallen.

Bij de vervaardiging van de elektronenoptiek volgens de Figuren 1 tot en met 3 worden soortgelijke vervaardigingsstappen 20 toegepast, zij het dan dat nu voor het bijeenhouden van de roosters en tussenstukjes andere hulpmiddelen nodig zijn (die in twee onderling loodrechte richtingen klemkracht uitoefenen), terwijl ook het aanbrengen van de openingen 21, 40 in twee onderling loodrechte richtingen moet plaatsvinden.

25 Figuur 5 tenslotte toont een dwarsdoorsnede van een elektronenoptiek 15 voor een inrichting volgens de uitvinding, waarbij in het extra rooster 19 een opening 48 is aangebracht; via deze opening kan zonodig cesium (of een ander elektronenuittreepotentiaalverlagend materiaal) vanuit een bron 49 op het emitterend oppervlak van de kathode 30 10 opgedampt worden. Om eventuele verstoring van het elektrisch veld door een dergelijke opening te voorkomen wordt deze bij voorkeur gaasvormig uitgevoerd.

Verder is hier de hulpelektrode 20 op twee plaatsen elektrisch geleidend verbonden met hulpstuk 8 dat derhalve dezelfde 35 potentiaal bezit en zonodig via een schematisch aangegeven pen 8a en aansluitsporen op de drager 33 kan worden aangesloten.

Voor de volledigheid is hier ook een hoogspanningsrooster P 7 f n ; r PHN 12.048 7.- 47 aangegeven. Met de spanningen en onderlinge afstanden zoals weergegeven in tabel 1 vond een afbuiging van de elektronenbundel 14 over 90° plaats.

5 ---:-----

Tabel 1

Afstand Spanning 10

Emitterend oppervlak Emitterend oppervlak : 0 V j - rooster 16 : 0,2 mm

Rooster 16, 17, 18

onderling : 0,1 mm Rooster 16 : - 6 V

15 Afstand 19-20 : 1,0 mm Rooster 17 : + 40 V

Afstand 8-9 : 2,0 mm Rooster 18 : + 10 V

Hartlijn 21 - verticale

deel 8 : 3,0 mm Rooster 19 0 V

Hartlijn 40 - horizontale

20 deel 8 : 3,0 mm Rooster 20 : + 20 V

Rooster 9 : + 100 V

- — --- - - · — < — - ------— ------: 25 Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot de hier getoonde voorbeelden, maar zijn binnen het kader van de uitvinding diverse variaties mogelijk. Zo kunnen de elektronenbundels over andere hoeken dan 90° worden afgebogen; in het geval dat een korte levensduur geen bezwaar is, kan de getoonde elektronenoptiek (Figuur 4 met name) 30 gebruikt worden voor een elektronenbundel die zich loodrecht op het emitterend oppervlak beweegt. Ook voor de verschillende typen halfgeleiderkathodes zijn diverse andere keuzen mogelijk zoals bijvoorbeeld de kathodes beschreven in USP 4,516,146, USP 4,506,284 en in de Nederlandse Octrooiaanvragen no. 8.600.675 en no. 8.600.676.

$ “ (: ;; :t v V

Claims

1. Vacuümbuis voorzien van tenminste een halfgeleiderkathode met een emitterend oppervlak voor het emitteren van elektronen en van elektronenoptiek bevattende een aantal roosters van geleidend materiaal, met het kenmerk, dat de elektronenoptiek een aantal 5 pennen van geleidend materiaal bevat en een rooster met ten minste een pen elektrisch geleidend verbonden is en ten behoeve van een mechanische verbinding via een keramisch glas met tenminste een pen elektrisch isolerend verbonden is.

2. Vacuümbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 10 een rooster zowel elektrisch geleidend als via het keramisch glas mechanisch met eenzelfde pen verbonden is.

3. Vacuümbuis volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de elektronenoptiek voor het afbuigen van de elektronenbunel een eerste stel roosters evenwijdig aan het emitterend oppervlak bevat, 15 tenminste een tweede rooster dat zich althans gedeeltelijk loodrecht op het emitterend oppervlak uitstrekt en tenminste twee exta roosters die althans over een deel van hun oppervlak een hoek van praktisch 45° met de genoemde eerste en tweede roosters maken.

4. Vacuümbuis volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat 20 het extra rooster dat zich het verst van het emitterend oppervlak bevindt tegenover dit oppervlak van een opening is voorzien.

5. Vacuümbuis volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het centrum van de opening in het tweede rooster voor het doorlaten van de elektronenbundel in een richting evenwijdig aan het emitterend 25 oppervlak zich bij voorkeur 2-6 mm boven het emitterend oppervlak bevindt.

6. Vacuümbuis volgens conclusie 3 of 5, met het kenmerk, dat een rooster van het eerste stel roosters elektrisch geleidend verbonden is met een tweede rooster.

7. Vacuümbuis volgens conclusie 3 of 5, met het kenmerk, dat een rooster van het eerste stel roosters, een extra rooster en een tweede rooster onderling elektrisch geleidend verbonden zijn.

8. Vacuümbuis volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de onderling elektrisch geleidend verbonden roosters één geheel 35 vormen.

9. Vacuümbuis volgens een der vorige conclusies, met het kenmerk, dat meerdere roosters via een keramisch glas-verbinding met een lis ? Γ: 7 5 PHN 12.048 9 zelfde pen zijn verbonden.

10. Werkwijze voor het vervaardigen van elektronenoptiek voor een vacuömbuis volgens een der conclusies 1, 2 of 9, met het kenmerk, dat een samenstel van roosters, onderling gescheiden door 5 afstandhouders, aan de pennen worden bevestigd met behulp van een keramisch glasmateriaal en vervolgens uitharden van het keramisch glas, waarbij na het uitharden de afstandhouders worden verwijderd en openingen in de roosters worden aangebracht.

11. Werkwijze voor het vervaardigen van elektronenoptiek voor 10 een vacuömbuis volgens een der conclusies 3 tot en met 9, met het kenmerk, dat een eerste en een tweede samenstel van roosters, onderling gescheiden door afstandhouder aan de pennen worden bevestigd met behulp van een keramisch glasverbinding, waarbij de as van het eerste en tweede samenstel een praktisch loodrechte hoek ten opzichte van elkaar maken 15 dat na het uitharden van het keramisch glas de afstandhouders worden verwijderd en openingen in de roosters worden aangebracht.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat ook het buitenste extra rooster van een opening wordt voorzien.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de 20 opening in het buitenste extra rooster wordt voorzien van een gaasvormig elektrisch geleidend materiaal.

14. Werkwijze volgens een der conclusies 10 tot en met 13, met het kenmerk, dat tijdens het verbinden en uitharden het pakket met een klemveer bijeen wordt gehouden.

15. Werkwijze volgens een der conclusies 10 tot en met 14, met het kenmerk, dat de openingen met behulp van vonkversparen of lasersnijden worden aangebracht.

16. Werkwijze volgens een der conclusies 10 tot en met 15, met het kenmerk, dat voor de afstadhouders plaatjes van keramiek, mica, 30 silicium of geëloxeerd aluminium gebruikt wordt.

17. Werkwijze voor het bevestigen van elektronenoptiek, verkregen volgens een der conclüseis 10 tot en met 16 in een vacuümbuis volgens een der conclusies 1 tot en met 9, met het kenmerk, dat de pennen met behulp van een zilverglassoldeer op aansluitpunten 35 voor de elektronenoptiek worden bevestigd.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat in dezelfde zilverglassoldeerstap de elektrisch geleidende verbindingen ^ '/ · : r » PHN 12.048 10 tussen roosters en pennen worden aangebracht.