CH221477A - Photoelektrische Kathode und Verfahren zu deren Herstellung. - Google Patents

Description

  Photoelektrische Kathode und Verfahren zu deren Herstellung.    Die Erfindung bezieht sich auf eine  photoelektrische Kathode mit einer grossen  Empfindlichkeit im sichtbaren Lichtspek  trum.  



  Es ist bekannt, zur Erhaltung einer  photoelektrischen Kathode mit grosser Emp  findlichkeit für grüne und blaue Lichtstrah  len ein     Alkalimetall    auf eine Unterlage aus  Antimon oder Wismut aufzudampfen. Es  wird auf diese Weise eine photoelektrische  Schicht erhalten, die ihre höchste Empfind  lichkeit im Bereich zwischen 4000 und 5000     Ä     besitzt. Diesen bekannten Kathoden haftet  jedoch der     .Übelstand    an, dass der spezifische  Widerstand derartiger     Schichten    ziemlich  gross ist, so dass sie für grosse Oberflächen,  wie sie zum Beispiel bei Bildverstärker  röhren benutzt werden, weniger geeignet sind.

    Ausserdem hat     Antimon    eine ziemlich hohe  Dampfspannung, so dass bei der Erhitzung  der Schicht während der Herstellung eine  ziemlich grosse     Antimonmenge    verdampft.  



  Diesen Übelständen wird durch die photo  elektrische Kathode gemäss der     Erfindung    ab-    geholfen, die eine Unterlage aus einer Silber  Antimonlegierung aufweist, die mit einem       Alkalimetall,    z. B. Cäsium, lichtempfindlich  gemacht     worden    ist.  



  Derartige Schichten aus einer     Silber-An-          timonlegierung    haben den Vorteil, dass einer  seits ihr Widerstand erheblich kleiner ist als  der der     obenerwäbnten    Schichten, so dass auch  bei sehr dünnen,     durchsichtigen    Schichten  eine grosse Kathodenoberfläche benutzt wer  den kann, anderseits ist die Dampfspannung  der     Silber-Antimonlegierung    wesentlich nie  driger als die des freien Antimons, so dass  während der Herstellung weniger Metall von  der Unterlage verdampft.

   Die photoelek  trische Kathode gemäss der     Erfindung    eignet  sich daher     insbesondere    zur     Anwendung    bei       Bildverstärkerröhren,    bei denen eine ziemlich  grosse durchsichtige Kathode erwünscht ist.  Die spektrale Empfindlichkeit liegt im Be  reich zwischen 4000 und 5000     Ä,    so dass die  Bilder mit der gleichen Schärfe übermittelt  werden, mit der sie vom menschlichen Auge  wahrgenommen werden.      Vorzugsweise wird eine     Silber-,-#.iititnon-          legierung    benutzt, die höchstens<B>17</B> Gewichts  prozente Antimon enthält.

   Die Dampfspan  nungen der beiden Metalle dieser Legierung  sind nämlich bei niedrigem Druck und bei  einer Temperatur, die bei der Herstellung  vorkommt, ungefähr proportional zu dem       Legierungsverhältnis,    so dass die Zusammen  setzung der Legierung sich während der Her  stellung nicht ändert.  



  Die Photokathode kann aus einer Unter  lage derart geringer Stärke bestehen, dass die  Kathode wenigstens<B>30%</B> des sichtbaren  Lichtes durchlässt. Das Aufdampfen des Al  kalimetalles zur Erhaltung der Lichtemp  findlichkeit ändert die Lichtdurchlässigkeit  praktisch durchaus nicht.  



  Die Photokathode gemäss der Erfindung  bietet den zusätzlichen Vorteil, dass sich eine  absichtliche intensive Oxydation der Unter  lage, die bei     Silberunterlagen    üblich ist, er  übrigt. Es ist     -vvohl    möglich, nach dem Auf  bringen des     lichtempfindlichmachenden    Al  kalimetalles, eine sehr leichte Oxydation der  fertigen Schicht in der Weise herbeizuführen,  dass bei Zimmertemperatur Sauerstoff unter  sehr niedrigem Drucke in. das Gefäss einge  bracht wird, in dem die Kathode angeordnet  ist. Dies bewirkt eine geringe Verschiebung  der spektralen Empfindlichkeit.  



  Die Erfindung ist nachstehend an Hand  eines in der beiliegenden Zeichnung darge  stellten     Ausführungsbeispiels    näher erläutert.  



  In     Fig.    1 ist im Schnitt eine     Bildverstär-          kerröhre    dargestellt, die eine photoelektrische  Kathode gemäss der Erfindung enthält.  



       Fig.    2 ist ein     Schnitt    durch die photoelek  trische Kathode für sich allein.  



       Fig.    3 zeigt eine Anzahl von spektralen       Empfindlichkeitskurven    von verschiedenen  bekannten photoelektrischen Schichten sowie  der     photoelektrischen    Schichten der Kathode  gemäss den verschiedenen Ausführungsformen  gemäss der Erfindung.  



  In     Fig.    1 bezeichnet T die Glashülle  einer     Hochvakuumelektronenverstärkerröhre.     Diese Röhre ist am einen Ende durch ein  lichtdurchlässiges Fenster W und am andern    Ende durch eine Wand mit einem fluoreszie  renden     Schirm        S    abgeschlossen.  



       Gemäss    der dargestellten Ausführungs  form ist die photoelektrische Kathode auf  dem Fenster<B>11'</B> vorgesehen. Es ist jedoch  auch möglich, diese Kathode auf einem  durchsichtigen Schirm anzubringen, der von  dieser Wand frei ist. In beiden Fällen ist die       Kathodenoberfläche    von einem elektrisch lei  tenden Rahmen 1     umgeben,    der mit Hilfe  eines Leiters la mit ausserhalb der Röhre be  findlichen Teilen in Verbindung gebracht  werden kann.     Dieser    Rahmen 1 besteht zum  Beispiel aus einem Silberband, das an der  Wand der Hülle befestigt ist.  



  In der Röhre sind ferner die     Elektronen-          fokussierungselektroden    2, 3 und 4 sowie die  zylindrische Anode 5 angeordnet, die alle       gleichaehsig        zueinander,    zum     Fensi;er    W und  zum Schirm     S    verlaufen. Die Wirkung der  Röhre mit den     obenbeschriebenen    Elektroden  wird hier als bekannt vorausgesetzt. Es ge  nügt, zu erwähnen, dass Lichtstrahlen, die  von aussen her auf das Fenster W fallen, aus  letzterem Elektronen auslösen, die beschleu  nigt werden und auf     den    Schirm     S    auftref  fen, wo sie durch Fluoreszenz Licht erzeugen.  



  Die Elektrode 4, die an der Stelle liegt,  wo sich die Elektronenbahnen kreuzen, kann  gewöhnlich eine kleinere     Öffnung    als die an  dern Elektroden aufweisen. Der ausserhalb  dieser Öffnung vorhandene Raum wird zur  Anordnung eines Glühdrahtes 6 benutzt. mit  dessen Hilfe     Silberantimonpastillen    i erhitzt  "erden können. Dieser Glühdraht wird  durch den zylindrischen Schirm 4b von den  Elektronenbahnen abgeschirmt. Zum Auf  bringen eines lichtempfindlichen     Metalles    auf  die leitende Unterlage sind mehrere     Cäsium-          pastillen    9 in einem röhrenförmigen Ansatz       R    vorhanden.  



  Bei dein Aufdampfen des Cäsiums auf  das Fenster Il' könnte die zylindrische Elek  trode 4 eine Abschirmung für den     Cäsium-          dampf    bilden. Um dies     zii    verhindern, weist  diese Elektrode eine     trichterartig    eingebaute  Öffnung 4f auf.      In     Fig.    2 ist der Aufbau der photoelek  trischen Kathode im einzelnen dargestellt.  Die Unterlage 10 wird auf eine tragende  Oberfläche, im vorliegenden Falle das Glas  fenster W der Röhre, niedergeschlagen. Diese  Schicht wird dadurch hergestellt, dass die     Sil-          ber-Antimonpastillen    7 der erforderlichen Zu  sammensetzung mittels des sie umgebenden  Glühdrahtes 6 erhitzt werden.

   Die     Silber-          Antimonlegierung    schlägt sich dann in einer  sehr dünnen Schicht auf dem Fenster W  nieder     und    macht an den Rändern Kontakt  mit dem     silbernen    Leitungsring 1. Um das  Fenster durchsichtig zu erhalten, wird eine  Schicht niedergeschlagen, die wenigstens 30  sichtbares Licht durchlässt. Die nachher auf  zudampfende Menge des lichtempfindlich  machenden     Alkalimetalles    ändert an dieser  Durchsichtigkeit praktisch nichts. Die Stärke  dieser Schicht ist jedoch nicht zu gering zu  wählen, damit die Leitfähigkeit nicht un  nötig herabgesetzt wird. Es wird daher im  allgemeinen keine dünnere Schicht gewählt  als - bis zu einer Lichtdurchlässigkeit von  53%.  



  Ohne dass jetzt das übliche Oxydations  verfahren folgt, wird durch Erhitzung der       Cäsiumpastillen    9 im röhrenförmigen Ansatz  8 die     lichtempfindlichmachende    Schicht 11  auf die     Unterlage    10 aufgebracht. Es findet  darauf eine Erhitzung der ganzen Röhre bis  zu etwa 160   C statt, bis die photoelektrische  Wirkung bis auf etwa 15 Mikroampere je  Lumen, mit Hilfe einer     Wolframlichtquelle     gemessen, angestiegen ist.  



  Während des letztgenannten     Heizverfah-          rens    verdampft unvermeidlich ein Teil des  auf das Fenster aufgedampften Silberanti  mons, und zwar um so mehr, je grösser die  Dampfspannung des betreffenden     Metalles     ist. Die     Dampfspannung    des Antimons ist       wesentlich    höher als die des     Silbers,    so dass  die aufgebrachte Legierung im allgemeinen  ärmer an Antimon wird.

   Eine<B>17%</B> Anti  mon und     83%    Silber enthaltende Legierung  bleibt jedoch auch während des     Heizverfah-          rens    von derselben Zusammensetzung, da sich  dann die Dampfspannungen ungefähr wie die         Legierungsprozentsätze    verhalten. Durch       Anwendung    von geringeren     Antimonprozent-          sätzen    lässt sich eine Verschiebung der höch  sten spektralen Empfindlichkeit erzielen.  



  Obwohl das eigentliche Verfahren zur  Oxydation der Unterlage bei dem genannten  Verfahren überflüssig ist, kann gegebenen  falls eine geringe Oxydation der bereits licht  empfindlich gemachten Schicht erfolgen, wo  durch eine Verschiebung der spektralen Emp  findlichkeit erhalten wird. Diese Oxydation  findet jedoch statt bei Zimmertemperatur  und während des kurzen Vorhandenseins  einer sehr geringen Sauerstoffmenge, zum  Beispiel     unter    einem Druck von     10-s    mm       Quecksilbersäule.     



       Fig.    3 zeigt einige spektrale Empfind  lichkeitskurven, die bei     Anwendung    von be  kannten photoelektrischen Kathoden erhalten  werden, sowie von einigen Ausführungsbei  spielen der     Erfindung.    Die     Kurve    A zeigt  eine spektrale Empfindlichkeit der üblichen       undurchsichtigen    Photokathode mit oxydier  ter Silberunterlage. Die Kurve B gilt für  durchsichtige Photokathoden der gleichen  Zusammensetzung. Die höchste Empfindlich  keit dieser photoelektrischen Schichten liegt  bei 7500     Ä,    also in einem Bereich, wo das  menschliche Auge nicht empfindlich ist.

    Würden derartige Kathoden in einer Bild  verstärkerröhre benutzt, so würde das Bild  auf dem     Schirm    S unscharf.  



  Die     Kurve    C stellt die spektrale Emp  findlichkeit einer bekannten photoelektri  schen Schicht dar, bei der nach dem Licht  empfindlichmachen der Schicht eine zusätz  liche     Silbermenge    zugesetzt worden ist. Die  höchste Empfindlichkeit liegt bei etwa  6000 Ä, also noch im Bereich des roten  Lichtes.  



  Die Kurve D stellt die     Empfindlichkeit     einer     erfindungsgemäss    hergestellten Photo  kathode dar, bei der die Unterlage<B>13%</B> An  timon und 87 % Silber enthält. Die Empfind  lichkeit im     Infrarot    ist wesentlich geringer  als die der bekannten Kathoden; die höchste  Empfindlichkeit liegt im Bereich des Blau  grünen. Die Kurve     E    stellt die Empfindlich-           keit    einer Schicht dar, die     ]@)        , ,    Antimon  und 85     %    Silber enthält. Die Empfindlich  keit im langwelligen Teil des Spektrums  nimmt in erheblichem     Masse    ab, und die Bild  schärfe nimmt mithin zu.

   Die Empfindlich  keit entspricht mehr derjenigen des     menscli-          liehen    Auges. Wird eine     derartige.    Schicht  nach dem     Lichtempfindlichmachen    auf die  oben beschriebene Weise mit Sauerstoff unter  geringem Druck behandelt, so wird die     Licht-          empfindlichkeitskurve    F erhalten. Die Emp  findlichkeit im infraroten Licht ist völlig ver  schwunden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Photoelektrische Kathode mit grosser Empfindlichkeit für das sichtbare Lichtspek trum, dadurch gekennzeichnet, da.ss dieselbe eine Unterlage aus einer Silber-Antimonlegie- rung aufweist, die mittels eines Alkalimetal- les lichtempfindlich gemacht worden ist.

   II. Verfahren zur Herstellung einer photoelektrischen Kathode nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Trägerschicht eine aus einer Legierung an Silber und Antimon bestehende Schicht aufgebracht wird, die durch Aufdampfen eines Alkalimetalles lichtempfindlich gemacht wird. UNTERANSPRÜCHE: 1.. Photoelektrische Kathode nach Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Silber- Antimonlegierung höchstens 17 Ge- wiehtsprozente Antimon enthält.

   \?. Photoelektrische Kathode nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine derartige Stärke hat, dass wenigstens 30 io' sichtbares Licht durchgelassen wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch IL dadurch gekennzeichnet, dass von einer Legie rung ausgegangen wird, die höchstens 17 Ge- wiclitsprozente Antimon enthält. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass nach dem Anbrin gen der Silber-Antimonunterlage eine leichte Oxydation dieser Schicht bei Zi.mmertempera- tur in einer Sauerstoffatmosphäre sehr nie drigen Druckes stattfindet. 5. Verfahren nach 1'atentansprueh 1I, dadurch gekennzeichnet, class die Silber-An- timonunterlage in einer derart geringen Stärke angebracht wird, dass sie wenigstens <B>30%</B> sichtbares Licht durchlässt.