JPH03250529A - Manufacture of impregnated cathode - Google Patents
Manufacture of impregnated cathodeInfo
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- JPH03250529A JPH03250529A JP4537990A JP4537990A JPH03250529A JP H03250529 A JPH03250529 A JP H03250529A JP 4537990 A JP4537990 A JP 4537990A JP 4537990 A JP4537990 A JP 4537990A JP H03250529 A JPH03250529 A JP H03250529A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は高電流密度カソードとして電子管等に用いられ
る含浸形カソードの製造に係り、特に、低動作温度で長
時間にわたり良好かつ安定な電子放出特性を示し得る含
浸形カソードの製造方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to the production of an impregnated cathode used as a high current density cathode in electron tubes, etc., and particularly relates to the manufacture of an impregnated cathode that is used as a high current density cathode in electron tubes, etc. The present invention relates to a method for manufacturing an impregnated cathode that exhibits characteristics.
[従来の技術]
電子放出特性を含浸させた高融点金属(例えばw)多孔
質基体の電子放出面に高融点金属とScまたはScの酸
化物もしくはその両者とからなる薄膜を有する含浸形カ
ソードは、O3あるいはIrの薄膜を有する従来の含浸
形カソードと比べて、100℃以上の低温動作化が可能
であり、かつそれまでのScを添加した含浸形カソード
と比べてイオン衝撃にも耐え得るという画期的なカソー
ドである(特開昭6]−13526号)。[Prior Art] An impregnated cathode has a thin film made of a high melting point metal and Sc or an oxide of Sc or both on the electron emitting surface of a porous substrate of a high melting point metal (for example, w) impregnated with electron emitting properties. Compared to conventional impregnated cathodes with thin films of O3 or Ir, it is possible to operate at temperatures of 100°C or higher, and it is said to be more resistant to ion bombardment than conventional impregnated cathodes with Sc added. This is a groundbreaking cathode (Japanese Patent Application Laid-Open No. 13526/1986).
上記カソードは、動作中に下地の基体からBaが供給さ
れ、基体表面にBa、 ScおよびOからなる低仕事関
数の単分子層が形成され、良好な電子放出特性を示すも
のである。The above cathode is supplied with Ba from the underlying substrate during operation, and a low work function monomolecular layer consisting of Ba, Sc, and O is formed on the surface of the substrate, and exhibits good electron emission characteristics.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、上記カソードは、まれにではあるが、電
子放出特性が極端に低いものや、初期の電子放出特性が
良好であっても短時間で劣化してしまうものが出てくる
ため品質の安定性に乏しいという問題があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in rare cases, the above cathodes have extremely low electron emission characteristics, or even if the initial electron emission characteristics are good, they deteriorate in a short period of time. There was a problem of poor quality stability due to the occurrence of
本発明の目的は、上記従来技術の有していた課題を解決
して、低温で長時間にわたり良好かつ安定な電子放出特
性を示し得る含浸形カソードの製造方法を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an impregnated cathode that can exhibit good and stable electron emission characteristics at low temperatures over a long period of time by solving the problems of the prior art described above.
[課題を解決するための手段]
上記目的は、WもしくはMoなどの高融点金属からなる
多孔質基体に電子放出物質を含浸させ、ソノ電子放出面
にWと、Sc 、 Y、 Al、Gaの中力1ら選ばれ
る少なくとも1種、もしくはそれらを主体とする金属の
酸化物との混合物からなる薄膜を形成してなる含浸形カ
ソードの製造にお(1て、(イ)Wは酸化せず上記Sc
等の金属のみを酸化し得る雰囲気中でWと上記Sc等の
金属あるし)はその酸化物とを電子放出面にスパッタリ
ングすることによって上記混合物からなる薄膜を形成す
るか、あるいは、(ロ)電子放出面にWまたはWを主体
とする金属の酸化物と上記Sc等の金属の酸化物との混
合物からなる薄膜をスパッタリング等により形成した後
、水素または水素を含む雰囲気中で加熱することにより
上記混合物からなる薄膜を形成することによって達成す
ることかできる。[Means for Solving the Problems] The above object is to impregnate a porous substrate made of a high melting point metal such as W or Mo with an electron emitting substance, and inject W, Sc, Y, Al, or Ga onto the sonoelectron emitting surface. In the production of an impregnated cathode formed by forming a thin film consisting of at least one selected from the group consisting of neutral metals or a mixture of these and a metal oxide, (1) (a) W does not oxidize. The above Sc
In an atmosphere that can oxidize only the metals such as Sc, etc., a thin film consisting of the above mixture is formed by sputtering W and the oxide thereof on the electron emitting surface, or (b) By forming a thin film made of W or a mixture of a metal oxide mainly composed of W and an oxide of a metal such as Sc on the electron emitting surface by sputtering or the like, and then heating it in hydrogen or an atmosphere containing hydrogen. This can be achieved by forming a thin film made of the above mixture.
[作用]
前記従来技術において電子放出特性が不安定な原因は、
例えばWとSc、03とをアルゴン(Ar)ガスによっ
てスパッタリングしてそれらの混合膜を形成した場合、
膜形成時にSc、 0.がArイオンの衝撃によって酸
素(0)を失って金属状態で膜中に入り、他方、Wは一
部がこの0を取り込んで酸化物として膜中に入ることに
よって、Ba、 ScおよびOからなる単分子層の構造
、組成が低仕事関数を与える最適範囲から逸脱するもの
が出てくることによるものである。[Operation] The reason why the electron emission characteristics are unstable in the prior art is as follows.
For example, when a mixed film of W, Sc, and 03 is formed by sputtering with argon (Ar) gas,
Sc during film formation, 0. loses oxygen (0) by the bombardment of Ar ions and enters the film in a metallic state, while W partially incorporates this 0 and enters the film as an oxide, resulting in a composition of Ba, Sc, and O. This is due to the fact that the structure and composition of the monomolecular layer deviate from the optimal range that provides a low work function.
スパッタリング用ガスとしてArの代りにArと0.と
の混合ガスを用いればScが金属状態で膜中に入る量は
減少するが、同時にWが酸化物として膜中に入る量も増
加するため、電子放出特性の不安定性は改善されない。As a sputtering gas, Ar and 0.0% were used instead of Ar. If a mixed gas with W is used, the amount of Sc entering the film in a metallic state will be reduced, but at the same time, the amount of W entering the film as an oxide will increase, so the instability of electron emission characteristics will not be improved.
また、WとSc、 O,との代りにWとSc、W、O,
、とをArガスによってスパッタリングして混合膜を形
成した場合は、電子放出特性の不安定性はやや軽減され
るが、木質的な改善には不十分である。Also, instead of W and Sc, O, W and Sc, W, O,
When a mixed film is formed by sputtering , and with Ar gas, the instability of the electron emission characteristics is somewhat reduced, but this is not sufficient to improve the wood quality.
これに対して、前掲(イ)および(ロ)の方法を採るこ
とによって、陰極電子放出面上に形成した薄膜中におい
て讐をほぼ完全な金属状態、上記Sc等の金属の酸化物
をほぼ完全な酸化状態に保持することかでき、この結果
、良好な電子放出特性を安定かつ長期にわたって維持す
ることができる。On the other hand, by adopting the methods (a) and (b) above, it is possible to reduce the amount of the oxidized metal such as Sc to almost completely in the thin film formed on the cathode electron emitting surface. As a result, good electron emission characteristics can be stably maintained over a long period of time.
[実施例]
以下、本発明の含浸形カソードの製造方法について実施
例によって具体的に説明する。[Example] Hereinafter, the method for manufacturing an impregnated cathode of the present invention will be specifically explained using Examples.
実施例 1
第1図は本発明方法により製造した含浸形カソードの概
略構成を示す断面図で、空孔率20〜25%の高融点金
属(W)2からなる多孔質体から構成され、空孔3中に
Ba−Caアルミネートを含浸したカソード基体1、該
カソード基体1の表面に形成したW−Sc、O,薄膜5
、該カソード基体1を内部に装着、レーザ溶接あるいは
ろう付けにより固着したMo製カップ4、該カップ4の
外周にレーザ溶接により固定配置したTa製スリーブ6
および該スリーブ6内に挿入したヒータ9からなること
を示す。Example 1 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the schematic structure of an impregnated cathode manufactured by the method of the present invention, which is composed of a porous body made of high melting point metal (W) 2 with a porosity of 20 to 25%. A cathode substrate 1 whose pores 3 are impregnated with Ba-Ca aluminate, and a W-Sc, O, thin film 5 formed on the surface of the cathode substrate 1.
, a cup 4 made of Mo to which the cathode base 1 is attached and fixed by laser welding or brazing, and a sleeve 6 made of Ta fixed to the outer periphery of the cup 4 by laser welding.
and a heater 9 inserted into the sleeve 6.
ここで、上記W −Sc、0.薄膜5は、Ar 6X1
0−”Torr%Ht2X10−’Torr、 H,0
3XIO−’Torrの混合カス雰囲気中でWとSc、
O,とをカソード基体jの表面に同時にスパッタリング
することにより形成した。Here, the above W-Sc, 0. The thin film 5 is Ar 6X1
0-”Torr%Ht2X10-’Torr, H,0
W and Sc in a mixed gas atmosphere of 3XIO-'Torr,
O, and were formed by sputtering simultaneously on the surface of the cathode substrate j.
上記構成の含浸形カソードについて、2極管方式で、陽
極にパルス幅約5μs、周波数+00H2の高電圧パル
スを印加して飽和電流密度の測定を行った。その結果、
本発明の製造方法により製造した含浸形カソードは、カ
ソード温度900°Cb(輝度温度)において平均+1
A/cm、最も低いものでも8A/cutの値が得られ
た。これに対し、従来技術により製造した含浸形カソー
ドすなわちArガス雰囲気中あるいはArと02との混
合ガス雰囲気中でWとSc、0.とをスパッタリングす
ることによって形成した薄膜を有するカソードについて
は、平均9A/ゴ、最も低いものでは3A/ci(とい
う結果が得られた。Regarding the impregnated cathode having the above configuration, the saturation current density was measured by applying a high voltage pulse with a pulse width of approximately 5 μs and a frequency of +00H2 to the anode using a diode method. the result,
The impregnated cathode manufactured by the manufacturing method of the present invention has an average of +1 at a cathode temperature of 900° Cb (brightness temperature).
The lowest value of A/cm was 8 A/cut. On the other hand, an impregnated cathode manufactured by the conventional technique, that is, W and Sc in an Ar gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of Ar and 0. For the cathode with a thin film formed by sputtering, an average of 9 A/g and a lowest of 3 A/ci were obtained.
実施例 2
実施例1の場合と同様構成の含浸形陰極の製造において
、Ba−Caアルミネートを含浸したカソード基体lを
カップ4に装着・固定した後、カソード基体1の表面に
約3%のSc、O,を含むWO。Example 2 In manufacturing an impregnated cathode having the same structure as in Example 1, after the cathode substrate 1 impregnated with Ba-Ca aluminate was attached and fixed to the cup 4, approximately 3% of the cathode substrate 1 was applied to the surface of the cathode substrate 1. WO containing Sc, O,.
Sc、0.薄膜をスパッタ法によって付着させ、次0で
露点−25℃の水素雰囲気中1150℃で30分間加熱
することによってW −Sc、帆薄膜5を形成した。Sc, 0. The thin film was deposited by sputtering and then heated at 1150° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere with a dew point of −25° C. to form a W-Sc sail thin film 5.
さらに、上記カップ4の外周にスリーブ6を配置し、レ
ーザ溶接により固定してカソード構体を完成した。Further, a sleeve 6 was placed around the outer periphery of the cup 4 and fixed by laser welding to complete the cathode structure.
上記の構成からなるカソードを用い、実施例1の場合と
同様にして、2極管方式によりアノードにパルス幅5μ
s1周波数100Hzの高電圧パルスを印加して飽和電
流密度の測定をおこなった。その結果、本実施例の方法
により製造した含浸形カソードは、上記と同様条件で、
平均+0A/ cnt、最も低いものでも8A/cmと
いう結果が得られた。Using the cathode having the above configuration, a pulse width of 5 μm was applied to the anode using the diode method in the same manner as in Example 1.
A high voltage pulse with an s1 frequency of 100 Hz was applied to measure the saturation current density. As a result, the impregnated cathode manufactured by the method of this example could be used under the same conditions as above.
The average result was +0A/cnt, and the lowest one was 8A/cm.
上記実施例においてはWとSc、 O,とからなる薄膜
を有するカソードの場合の例について説明したが、Wの
代りにMo、 Os、 Ir、 Re、 Ruあるいは
これらを主体とする合金W−Mo、 W−Os、 W−
1r、 W−Re、W−Ru等を用いても、またSc、
O,の代りにY2O2、Al、O,、Ga、0.、等を
用いても全く同様な結果が得られた。また、スパッタリ
ングを行う雰囲気として、上記ArとHlと11.0と
の混合ガスのArの代りにHe、 Ne、 Kr、 X
eを用いた場合にも同様な結果が得られた。In the above embodiment, an example was explained in which the cathode has a thin film made of W, Sc, and O. However, instead of W, Mo, Os, Ir, Re, Ru, or an alloy mainly composed of these, W-Mo, is used. , W-Os, W-
Even if 1r, W-Re, W-Ru, etc. are used, Sc,
O, instead of Y2O2, Al, O,, Ga, 0. , etc., exactly the same results were obtained. In addition, as the atmosphere for sputtering, He, Ne, Kr, and X were used instead of Ar in the mixed gas of Ar, Hl, and 11.0%.
Similar results were obtained when using e.
なお、上記水素雰囲気中における酸化膜の還元において
、水素の露点(水蒸気含有量に対応する)が0℃を超え
るとカソード基体中の電子放出物質が変質して結果的に
電子放出特性が劣化するため、水素の露点は少なくとも
O′C以下であることが望ましい。なお、同雰囲気中に
は、さらに、窒素(N、)ガスやArガスのような不活
性ガスを添加しても良い。In addition, in reducing the oxide film in the above hydrogen atmosphere, if the dew point of hydrogen (corresponding to the water vapor content) exceeds 0°C, the electron emitting substance in the cathode substrate will change in quality, resulting in deterioration of the electron emission characteristics. Therefore, it is desirable that the dew point of hydrogen is at least O'C or lower. Note that an inert gas such as nitrogen (N) gas or Ar gas may be further added to the same atmosphere.
また、還元温度は700℃を下回るとWの還元が十分に
行われず、1600°Cを超えるとカソード基体中の電
子放出物質が変質して電子放出特性が劣化するため、7
00〜1600℃の範囲が適当である。In addition, if the reduction temperature is lower than 700°C, W will not be reduced sufficiently, and if it exceeds 1600°C, the electron-emitting substance in the cathode substrate will be altered and the electron-emitting properties will deteriorate.
A range of 00 to 1600°C is suitable.
[発明の効果]
以上述べてきたように、含浸形カソードの製造方法を本
発明の方法とすることによって、従来技術の有していた
課題を解決して、低温で長時間にわたり良好かつ安定な
電子放出特性を示し得る含浸形カソードの製造方法を提
供することができた。[Effects of the Invention] As described above, by using the method of the present invention as the method of manufacturing an impregnated cathode, the problems of the prior art can be solved and the cathode can be produced in a good and stable manner for a long time at low temperatures. A method for producing an impregnated cathode capable of exhibiting electron emission properties could be provided.
第1図は本発明の製造方法によって製造した含浸形カソ
ードの概略構成を示す断面図である。
1・・・カソード基体、 2・・・高融点金属(W)
、3・・・空孔、 4・・・MO製カップ、
5・・・W−Sc、 O,薄膜、 6・・・Ta製ス
リーブ、7・・・W芯線、 8・・・アルミナ
被覆、9・・・ヒータFIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of an impregnated cathode manufactured by the manufacturing method of the present invention. 1... Cathode base, 2... High melting point metal (W)
, 3... Hole, 4... MO cup,
5... W-Sc, O, thin film, 6... Ta sleeve, 7... W core wire, 8... Alumina coating, 9... Heater
Claims (1)
体に電子放出物質を含浸させ、その電子放出面にWと、
Sc、Y、Al、Gaの中から選ばれる少なくとも1種
、もしくはそれらを主体とする金属の酸化物との混合物
からなる薄膜を形成してなる含浸形カソードの製造にお
いて、Wは酸化せず上記Sc等の金属のみを酸化し得る
雰囲気中でWと上記Sc等の金属あるいはその酸化物と
を電子放出面にスパッタリングすることによって上記混
合物からなる薄膜を形成することを特徴とする含浸形カ
ソードの製造方法。 2、WもしくはMoなどの高融点金属からなる多孔質基
体に電子放出物質を含浸させ、その電子放出面にWと、
Sc、Y、Al、Gaの中から選ばれる少なくとも1種
、もしくはそれらを主体とする金属の酸化物との混合物
からなる薄膜を形成してなる含浸形カソードの製造にお
いて、その電子放出面にWまたはWを主体とする金属の
酸化物と上記Sc等の金属の酸化物との混合物からなる
薄膜を形成した後水素または水素を含む雰囲気中で加熱
することによって、WまたはWを主体とする金属と上記
Sc等の金属の酸化物との混合物からなる薄膜を形成す
ることを特徴とする含浸形カソードの製造方法。[Claims] 1. A porous substrate made of a high-melting point metal such as W or Mo is impregnated with an electron-emitting substance, and the electron-emitting surface is coated with W and
In manufacturing an impregnated cathode in which a thin film is formed of at least one selected from Sc, Y, Al, and Ga, or a mixture of these and a metal oxide, W is not oxidized and the above-mentioned An impregnated cathode characterized in that a thin film made of the above mixture is formed by sputtering W and the above-mentioned metal such as Sc or its oxide on an electron emitting surface in an atmosphere that can oxidize only the metal such as Sc. Production method. 2. A porous substrate made of a high melting point metal such as W or Mo is impregnated with an electron-emitting substance, and the electron-emitting surface is coated with W and
In the production of an impregnated cathode, which is formed by forming a thin film made of at least one selected from Sc, Y, Al, and Ga, or a mixture of these and a metal oxide, W is applied to the electron emitting surface of the impregnated cathode. Alternatively, by forming a thin film consisting of a mixture of an oxide of a metal mainly composed of W and an oxide of a metal such as the above-mentioned Sc, and then heating it in hydrogen or an atmosphere containing hydrogen, A method for manufacturing an impregnated cathode, which comprises forming a thin film made of a mixture of Sc and an oxide of a metal such as Sc.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4537990A JPH03250529A (en) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Manufacture of impregnated cathode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4537990A JPH03250529A (en) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Manufacture of impregnated cathode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03250529A true JPH03250529A (en) | 1991-11-08 |
Family
ID=12717636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4537990A Pending JPH03250529A (en) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Manufacture of impregnated cathode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03250529A (en) |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP4537990A patent/JPH03250529A/en active Pending
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