NL8701695A - Microkanaalplaat met hogere frequentie. - Google Patents

Description

*) 1 I

- Microkanaalplaat het hogere frequentie - I

Deze uitvinding heeft betrekking op micro- I

kanaalplaten ("MCP"), en in het bijzonder op dergelijke inrichtingen I

die kunnen werken bij een hogere frequentie. I

MCP's zijn reeds lang in de techniek I

5 bekend, zoals de Amerikaanse octrooien 3 128 408 "Electron I

Multiplier", verleend 7 april 1964 en 3 341 730 , "Electron I

Multiplier with Multiplying Path Wall Means Having a Reduced I

Reducible Metal Compound Constituent ", verleend 12 september 1967 I

van Goodrich et al. I

10 Een ander octrooi dat MCP's in chevron- I

paren vermeldde was 3 374 380, "Apparatus for the Suppresion of Ion I

Feedback in Electron Multipliers", verleend 19 maart 1968 van I

Goodrich. I

In typische MCP's uit de bekende techniek I

15 was de hersteltijd (ten gevolge van de trage beweging van de I

elektronen in de kanaalwanden om elektronen die eerder weggezonden I

zijn van de wanden aan te vullen ) in het algemeen enkele ms. I

Dit heeft de frequentie van gebruik van de inrichting beperkt tot ongeveer de orde van 200 Hz.

20 Een enkele MCP-sectie ( met een totaal van I

twee elektroden) met lagere weerstand in het oppervlaktezonemateri- I

aal met versterkt eindkanaal is voorgesteld in de techniek.

Door aanvrager is ontdekt dat de hersteltijd aanzienlijk verkort kan worden in MCP's , inderdaad tot frequenties I

25 groter dan 1Q0 kHz.

In één aspect van de uitvinding wordt een I

MCP verschaft met meerdere secties, waarbij de weerstand van de wandoppervlaktezone in elke zone in een elektronenversterkings- I

richting kleiner is dan elke andere zone, en waarbij elke sectie I

30 voorzien wordt van elektrodes.

In een ander aspect van de uitvinding worden I

schakelingen verschaft, die thermisch weglopen voorkomen en die een bestuurde hogere werktemperatuur mogelijk maken.

In uitvoeringsvoorbeelden die de voorkeur 8701695 ί - 2 - hebben staan twee secties met elkaar in contact gekoppeld volgens een chevron-patroon, en met een gemeenschappelijke elektrode tussen deze; elke sectie wordt aangedreven door een voedingsspanning met constante stroom, waarbij de weerstanden in de sectie 3 bestuurd worden door koelorganen op hun beurt bestuurd door een spanningsvergelijker. De secties worden vervaardigd uit hoge temperatuur-glas.

De opbouw en de werking van een uitvoerings- voorbeeld dat de voorkeur heeft luidt als volgt.

1Π · · » · · u Fig. 1 is een zijaanzicht van het uit- voeringsvoorbeeld dat de voorkeur heeft.

Fig. 2 is een doorsnedeaanzicht, genomen langs 2-2 in fig. 1 , en is enigszins schematisch.

Fig. 3 is een overeenkomstig doorsnede-^ aanzicht langs één van de kanaalorganen van elke sectie van de MCP

uit fig. 2.

Fig. 4 is een vergroot aanzicht van een sectie, die een veld toont.

Fig. 5 is een gewijzigde uitvoeringsvoor- 20 beeld met drie secties.

Fig. 6 is een schema van een besturings- stelsel.

In de figuren 1 en 2 ziet men een MCP 20 met twee secties ( waarbij een detail alleen getoond is in de 25 linker bovenhoek ) met een ingangsrij 22 en een uitgangsrij 24, die elk meerdere kanaalgedeelten 23, 25 omvatten met identieke binnen-diameters voor de kanalen en hart-hart-tussenafstanden tussen de kanalen. De binnendiameter van de kanalen 31, 33 in de kanaalorganen 23, 25 van de rijen 22,24 is 25 pm.

50 Het glas waaruit de rijen 22,24 gevormd wor den bezit de volgende samenstelling:

Gewichtspercentage

Si02 34,8 A1203 0,2 35 Rb20 3,5

Cs20 2,4 * 8701695 5 - 3 -

PbO 54,9

BaO 4,0

As£05 0,2

Dit glas kan doorlopend werkzaam zijn bij 125°C. Verschillende weerstanden worden bereikt door verschillende vervaardigingswijzen van ditzelfde glas, welke bekend zijn in de techniek.

Energie wordt verschaft via schakelingen die hierna beschreven zijn en die leidingen 28,30 en 32 omvatten teneinde een toenemende potentiaal te leveren over rij 22 en rij 24. Rij 22 bezit geleidende deklagen 36 en 38 op de ingangs- en uitgangsoppervlakken respectievelijk, en rij 24 bezit dergelijke deklagen 40, 42 respectievelijk.Bij voorkeur worden de deklaagzijden 38 en 40 verschaft door ionenimplantatie van nikkelchroom, en zij worden aangebracht met een tussenruimte gevormd door een dunne glaslaag 34 die aangebracht is door een dwarsstroom teneinde de kanaaldoorgangen 31, 33 in de kanaalorganen 23 , 25 niét te blokkeren, welke laag 34 de rijen 22, 24 met elkaar bevestigt. Het verbinden vindt plaats met technieken volgens Amerikaanse octrooien 3.397.278, 13 augustus 1968, "Anodic Bonding", en 3.417.459, 24 decent ber 1968, "Bonding Electrically Conductive Metals to Insulators" van Pomerantz.

Een ring van nikkelchroom wordt aangebracht rond de glaslaag 34 om een kortsluiting te vormen tussen de lagen 38 en 40 zodat deze lagen in feite een gemeenschappelijke elektrode 84 vormen. De lagen 36 en 42 verschaffen respectievelijk elektrodes 86 en 88.

Alhoewel schematisch getoond als van gelijke . dikte ( d.w.z. in een elektronen-stromingsrichting ) met rij 22, is rij 24 in feite veel dunner en wordt aangebracht bij rij 22 en dan afgewerkt tot de gewenste einddikte. In dit uitvoeringsvoorbeeld dat de voorkeur heeft bezit rij 22 een dikte van 1000 pm, en heeft rij 24 een dikte van 200 pm.

^ Het elektrisch veld dat bestaat in een rij is getoond in fig. 4 waar veldlijnen 44 getoond worden evenwijdig met de wanden van het kanaal in de rijen maar omhoog buigen bij het verlaten van de rijkanalen om een richting aan te nemen die na- 8701695 4 - 4 - genoeg loodrecht staat op de oppervlakken 36 en 38 met enkele potentiaal in het geval van rij 22.

De besturingsschakelingen worden getoond in fig. 6. en Rq verwijzen naar de weerstanden van de secties of ^ rijen 22 en 24. Een voedingsspanning 70 levert een constante stroom (niet spanning) L· van pA/cm2 (van dwarsdoorsnedegebied van rij 22 , d.w.z. in een richting loodrecht op de netto-elektronenstroomrich-tingen ) , terwijl een voedingsspanning 72 een constante stroom I van 250 pA/cm2 levert ( van dwarsdoorsnedegebied van rij 24) over respectievelijk de twee rijen of secties. Spanningsvergelijker 74 volgt via leiding 76 de spanning aldaar en varieert via besturingslus 78 de mate van koeling uitgevoerd door het thermoelektrisch koelstelsel 80 dat werkt om beide rijen 22, 24 te koelen; pijlen 82 geven de warmte aan die de rijen verlaat. Het spanningsinstelpunt in verge- 15 lijker 74 is zo gekozen dat de spanningsval over de rijen 22 en 24 respectievelijk 1000 V en 200 V is . (De weerstanden in de twee rijen zijn respectievelijk 20 M Λ/cm2 en 0,8 ΜΛ/αη2).

In fig. 5 wordt een gewijzigd uitvoerings^ voorbeeld met drie secties of rijen 62, 64 en 66 en met twee leidingen 20 vanaf de gemeenschappelijke elektrodes getoond.

Omdat de geleidbaarheid in rij 24 vijf keer zo groot is als die in rij 22 is de stroom vijf keer zo groot .

Aangezien de dikte van rij 24 slechts één vijfde is van die van rij 22 is de warmteafgifte dezelfde in beide rijen. De warmteafgifte 25 via de gehele MCP is derhalve een deel van die welke er zou zijn indien beide secties 22 en 24 de lagere weerstand van sectie 24 zouden bezitten.

Omdat toenemende hoeveelheden elektronen verwijderd worden uit kanaalwanden naarmate men verder langs het 30 kanaal komt in de versterkingsrichting des te sterker is de vermindering van wandelektronen in die richting. .( In feite zijn de dikten van de rijen in dit uitvoeringsvoorbeeld dat de voorkeur heeft zo gekozen dat het totaal aantal elektronen dat verloren gaat bij elke kanaalwand netto gelijk is aan dat in elk kanaal 31, 33 ).

35 Dienovereenkomstig kan de weerstand in de rij 22 groter zijn zonder de hersteltijd nadelig te beïnvloeden, 8701695

y I

it- I

- 5 - waarbij eisen van elektroneninstroom voor het herstel in die

richting minder vereist. I

Het gebruik van voedingsspanningen met I

constante stroom in samenhang met de uitgangsstroom van beide rijen I

5 leidt tot thermische stabiliteit omdat een steigende MCP-temperatuur I

veroorzaakt dat de warmtedissipatie naar beneden gaat ( vanwege I

de negatieve temperatuurcoëfficient van de wandzoneweerstand) en dat de stralingsverliezen stijgen totdat een evenwicht bereikt wordt. I

Het gebruik van de benadering met twee

10 rijen welke zo beschreven is maakt een vijfvoudige frequentietoename J

mogelijk voor een bredere MCP-toepasbaarheid. I

Het verschaffen van glas dat kan werken I

bij deze hogere temperatuur en van een besturingsschakeling om I

weglopen te voorkomen maakt een verdere frequentietoename van I

15 100 keer mogelijk zodat de techniek voorzien wordt van een bruikbare I

werkfrequentie van ongeveer 500 keer zo groot als die in de bekende I

techniek. I

In plaats van een centrale elektrode tussen I

de rijen zou een aparte elektrode gebruikt kunnen worden bij de I

20 nabije einden van de twee ( of meer) rijen, of zij zouden met I

tussenruimte apart aangebracht kunnen worden, als ook aangebracht kunnen worden volgens het boven genoemde octrooi met chevron-patroon. I

De kanalen van de rijen kunnen kanaal-assen bezitten die evenwijdig I

zijn in plaats van met een stompe hoek ten opzichte van elkaar . I

25 Andere uitvoeringsvoorbeelden binnen het I

kader van de uitvinding zullen duidelijk zijn aan deskundigen. I

8701695

Claims (2)

3. Microkanaalplaat volgens conclusie 2, gekenmerkt doordat het produkt van de geleidbaarheid en de dikte hetzelfde is voor de eerste rij als voor de tweede rij. 10 4. Microkanaalplaat volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat de eerste rij uitloopt op de tweede rij. 5. Microkanaalplaat volgens conclusie 4, gekenmerkt doordat de eerste rij en de tweede rij een gemeenschappelijke elektrode delen. 15 6. Microkanaalplaat volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat de rijen gevormd worden uit glas dat continue werking bij temperaturen boven 100°C mogelijk maakt. 7. Microkanaalplaat volgens conclusie 6, gekenmerkt doordat de rijen gevormd worden van glas vermeld in de 20 ... * . beschrijving van het uitvoermgsvoorbeeld volgens de aanvrage. 8. Inrichting gekenmerkt door een combinatie van een microkanaalplaat, een voedingsspanning met constante stroom voor het leveren van spanning om een stroom te veroorzaken in de microkanaalplaat, koelorganen voor de microkanaalplaat, en oc , bestunngsorganen om de koelorganen te besturen teneinde de werking van de microkanaalplaat op een vooraf bepaalde temperatuur te houden. 9. Inrichting volgens conclusie 8, gekenmerkt doordat de besturingsorganen een spanningsvergelijker vormen. 10. Inrichting volgens conclusie 9, geken- on merkt doordat de koelorganen van thermoelektrisch type zijn. II. Inrichting volgens conclusie 10, gekenmerkt door de microkanaalplaat volgens conclusie 1. -o-o-o- 35 8701695 3 * OctrooibureauVriesendorp & Gaade anno 1833 -7- f 2514 BB 's-Gravenhage v Telefoon 070-61 47 21* Dr. Kuyperstraat 6 1 « . ** i* * ; . 's-Gravenhage, O.A.Nr.: 87-01695 Ned. Erratumblad betreffende de conclusies 1 en 2 van NL-A-87-01695 behorende bij de octrooiaanvrage van: Galileo Electro-Optics Corporation te Sturbridge, Massachusetts, Verenigde Staten van Amerika

1. Microkanaalplaat, gekenmerkt door meerdere rijen, met een eerste rij in een richting voor electronenversterking vanaf een tweede rij met oppervlaktezoneweerstand die lager is dan die van de tweede rij.

2. Microkanaalplaat volgens conclusie 1, 5 gekenmerkt doordat de tweede rij dikker is dan de eerste rij. LB/KP M193-10-7-85