JPH04206416A

JPH04206416A - 含浸形陰極

Info

Publication number: JPH04206416A
Application number: JP2337090A
Authority: JP
Inventors: Hajime Tanuma; 田沼　肇; Toshiyuki Aida; 会田　敏之; Susumu Sasaki; 進佐々木; Isato Watabe; 渡部　勇人; Tomio Yaguchi; 富雄矢口; Emiko Yamada; 山田　絵実子
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は表示管、ブラウン管、撮像管、進行波管などの
電子管に用いられる含浸形陰極に係り、特に、低温動作
において高電流密度を得ることのできる含浸形陰極に関
する。

［従来の技術〕含浸形陰極は高電流密度が得られる陰極であり、電子管
の高性能化、特に、高精細度化、高輝度化を達成するた
めの陰極として有望視されている陰極である。

含浸形陰極はタングステンからなる耐熱多孔質体の細孔
部にバリウムを含む酸化物、通常はＢａＯとＣａＯ１お
よびＡｌ、○、からなる化合物を含浸させた構造からな
るものが基本であるが、陰極表面にタングステンとタン
グステン酸スカンジウム（ＳＣ，Ｗ、０１．）からなる
薄膜を被覆することによって電子放出特性が向上するこ
とか知られている。スカンジウム化合物被覆型含浸形陰
極は、加熱によって被覆膜表面にＢａ、Ｓｃ、○からな
る単原子層を形成する。この単原子層の形成によって陰
極表面の仕事関数か低下し、電子放出特性が向上するも
のと考えられている。ＩＯＡ／ｃｍ’　の電流初度が得
られる陰極温度を陰極の動作温度と定義すると、陰極表
面に被覆層の存在しない含浸形陰極の仕事関数は約２．
ＯｅＶ、動作温度は１１００〜１２００’Ｃであるのに
対し、スカンジウム化合物被覆型含浸形陰極の仕事関数
は約１．２ｅＶ、動作温度は８５０〜９００℃である。

表面単原子層を構成するＢａは、下記の式（１）のよう
に、耐熱多孔質体をなすタングステンとバリウム酸化物
の熱反応によって生成し、被覆膜中を熱拡散して陰極表
面に到達したものである。

Ｗ＋２Ｂａ３ＡＩ、０．−＋３Ｂａ＋ＢａＷ○、＋２Ｂ
ａ、Ａｌ、０４−＝・（１）式（１）の反応によるＢａ
の生成は耐熱多孔質体の細孔内で起こるため、被覆膜表
面にお（てるＢａの濃度には多孔質体の形状を反映りた
分布か見られる。即ち、多孔質体の細孔に接した部分の
Ｂａ’ｊＩｔ度は、それ以外の部分のＢａ濃度よりも高
い。スカンジウム化合物被覆型含浸形陰極においては、
Ｂａ濃度による表面の仕事関数の変化か、金属被覆型な
ど、他の含浸形陰極に比へて人きいため、放出される電
子の強度に不均一性か現れる７なお、スカンジウム化合
物被覆型含浸形陰極の放出電流分布については、アイ・
イー・イー・イー、トランザクション　オンエし・クト
ロン　デパイシズ、第３６巻（１９８９年）第２０９頁
から第２１４頁（ＩＥＥＥ、Ｔｒａｎｓ、Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ、　３６（１９８９）ｐｐ、２０
９−２１４）において、′論じられている。また、電子
放出特性について論じているものとしては、ジャパニー
ズ　ジャーナル　オブ　アプライド　フィジックス、第
２８巻（１，９８９年）第４９０頁から第４９４頁（Ｊ
ｐｎ。

Ｊ、　Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、　　２８　（１９８９）　
ｐｐ、　　４９０−４９４）が挙げられる。

［発明か解決しようとする課題］上記したように、タングステンからなる耐熱多孔質体の
細孔部にバリウムを含む酸化物を含浸させた構造からな
る含浸形陰榛の表面にタングステンとタングステン酸ス
カンジウムからなる薄膜を被覆した従来のスカンジウム
化合物被覆型含浸形陰極においては、陰極表面における
放出電流分布に不均一性が見られる。このため、放出さ
れる電子の運動エネルギーの幅が広がり、ブラウン管に
実装した場合にフォーカス特性などの点で問題を生じて
、実用化への障害となっていた。

本発明の目的は、上記従来のスカンジウム化合物被覆型
含浸形陰極の有していた課題を解決し、実用化に耐え得
る含浸形陰極を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、耐熱多孔質体の細孔部にバ
リウムを含む酸化物を含浸させた含浸形陰極の表面に高
融点の金属薄膜を設け、さらにタングステンとタングス
テン酸スカンジウムを含む薄膜を設けた。特に、上記金
属薄膜をルテニウム。

ロジウム、レニウム、オスミウム、イリジウムから選ば
れる少なくとも一種を主たる成分とした場合、および、
上記タングステン酸スカンジウムを３Ｃ，ｗ、ｏ、、お
よびＳｃ、Ｗｏ、２のいずれか一種、もしくは両者の混
合物とした場合に、その効果は顕著である。また、上記
金属薄膜の厚さが１０〜１１０００ｎの範囲にある場合
、および、上記タングステンとタングステン酸スカンジ
ウムを含む薄膜の厚さが１０〜１１０００ｎの範囲にあ
る場合に顕著な効果が認められる。

［作用］本発明の耐熱多孔質体の細孔部にバリウムを含む酸化物
を含浸させた含浸形陰極の表面に高融点の金属薄膜を設
け、さらにタングステンとタングステン酸スカンジウム
を含む薄膜を設けた含浸形陰極を加熱すると、多孔質体
の細孔部でタングステンとバリウム含有酸化物が反応し
てＢａが生成する。この反応によって生成したＢａは被
覆膜中を拡散して陰極表面に到達し、表面単原子層を形
成する。Ｂａか金属薄膜力を拡散する内に面内方向の濃
度分布は均一となるため、表面におけるＢａｆｉ度は一
様であり、放出電流分布の均一化か達成される。

二二で、金属薄膜を融点か高く、かつ、Ｂａとの反応性
が無いルテニウム、ロジウム、レニウム。

オスミウム、イリジウムから選ばれる少なくとも一種を
主たる成分とした場合が効果的である。また、金属薄膜
の厚さは、１０ｎｍ以下では拡散によるＢａ濃度の均一
化か不十分であり、１１０００ｎ以上では拡散による陰
極表面へのＢａの供給が困難になるため、１０〜１１０
０Ｏｎの範囲にある場合が効果的である。

また、ここで、タングステンとタングステン酸スカンジ
ウムを含む薄膜の厚さは、１０ｎｍ以下では被覆が不完
全であり、１１０００ｎ以上では拡散による陰極表面へ
のＢａの供給が困難になるため、１０〜１．　ＯＯＯｎ
　ｍの範囲にある場合が効果的である。

また、タングステン酸スカンジウムとしては、Ｂａと反
応して表面星原子層を形成するのに必要なＳｃを生成す
ることの容易なＳｃ、〜′３０３．およびＳｃ、ＷＯ１
，のいずれか一種、もしくは両者の混合物とすることが
効果的である。

Ｃ実施例］第１図に基ついて、本発明含浸形陰榛の作製について説
明する。粒径５μｍのタングステン粉末をプレス成形し
た後、真空中焼結を行なうことによって空孔率３０％の
多孔質体１を作製した。この基体に、水素雰囲気中にお
いて４Ｂａ○・ＣａＯ・Ａｌ、Ｏ，の組成の酸化物２を
加熱融解して含浸させ、下地含浸形陰極３を作製した。

次に、モリブデンからなるカップ４およびスリーブ５を
作製し、カップ４に下地含浸形陰極３を挿入することに
よって陰極本体を作製した。

次に、複数のターゲットを用いた多層膜の連続形成が可
能な高周波マグネトロンスパッタ装置を使用し、オスミ
ウム板と、Ｓｃ、Ｗ、０１．のペレットを配置したタン
グステン板の２種類のターゲットを用意して、上記陰極
本体の下地含浸形陰極３の表面に被覆膜の形成を行った
。まず、オスミウム膜６を５００ｎｍの厚さで形成した
のち、ＷとＳｃ、Ｗ、０，３を含む薄膜７を３００ｎｍ
の厚さで形成した。ＷとＳｃ、Ｗ、０１．を含む薄膜７
に関してはＳＣ，Ｗ２Ｏ３，ペレットの個数を変えるこ
とによって薄膜の組成を調整し、薄膜中のＳｃの重量比
を３％とした。使用した放電ガスはアルゴンであり、陰
極本体を水冷しながらスパッタリングを行なった。

以上のようにして作製した本発明の含浸形陰榛について
、超高真空容器内に設けた直径２５μｍの小孔を有する
陽極を用いた二極管配置において、陽極に正の高圧パル
ス電圧を印加しながら陽極を陰極表面に対して水平に移
動させ、小孔を通って流れる電流値を検出するという方
法によって、放出電流分布の測定を行なった。測定結果
（ａ）を、比較のために上記の陰極本体３にＷとＳｃ、
　Ｗ、Ｏ，、からなる薄膜を設けた従来のスカンジウム
化合物被覆型含浸形陰極についての測定結果（ｂ）とと
もに、第２図に示す。第２図の横軸は陰極表面内の位置
を示し、縦軸は放出電流を示す。陰極の加熱はヒータ８
に通電することで行ない、陰極表面温度を８５０℃に保
って測定を行った。図に示した結果から、従来の陰極か
大きな放出電流分布を持つのに対して、本発明の陰極の
放出電流分布はほぼ一様であり、放出電流分布の均一化
が達成されていることがわかる。

上記実施例においては、金属薄膜を厚さ５００ｎｍのオ
スミウム膜とした場合について説明したが、オスミウム
の代わりにルテニウム、ロジウム、レニウム、または、
イリジウムを用いた場合についても、薄膜の厚さが１０
〜１１０００ｎの範囲にあれば、放出電流分布の均一化
に効果があり、特に、金属薄膜の厚さを３００〜８００
ｎｍとしたとき、この効果は顕著である。また、タング
ステン酸スカンジウムとしてＳｃ、Ｗ、０１．の代わり
にＳｃ６ＷＯ１２を用いた場合や両者の混合物を用いた
場合についても、金属薄膜の厚さが１０〜１１０００ｎ
の範囲にあれば、放出電流分布の均一化に効果がある。

また、上記実施例において説明した本発明の陰極をブラ
ウン管に実装した。この本発明の含浸形陰極を用いたブ
ラウン管は、同一の電子銃を用いた場合、従来構造のス
カンジウム化合物被覆型含浸形陰極を用いたブラウン管
に比較して、優れたフォーカス特性を有していた。

［発明の効果］本発明によれば含浸形陰極を、下地含浸形陰榛の表面に
オスミウム等の高融点金属の薄膜を設け、更にタングス
テンとタングステン酸スカンジウムを含む薄膜を設けた
含浸形陰極とすることにより、従来の含浸形陰極に比較
して、放出電流分布を著しく均一なものにすることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の含浸形陰極の概略構成を示す断面図、
第２図は本発明の含浸形陰極と従来の含浸形陰極におけ
る放出電流分布を示す線図である。ｌ・・・耐熱多孔質体、２・・・バリウムを含む酸化物
、３・・・下地含浸形陰極、４・・・カップ、５・・・
スリーブ、６・・・Ｏ８薄膜、７・・・ＷとＳｃ、Ｗ、
Ｏ，、を含む薄膜、８・・・ヒータ。

Claims

【特許請求の範囲】１、耐熱多孔質体とその細孔部にバリウムを含む酸化物
を含浸させた構造からなる含浸形陰極において、陰極表
面に高融点の金属薄膜を設け、さらにタングステンとタ
ングステン酸スカンジウムを含む薄膜を設けたことを特
徴とする含浸形陰極。２、上記金属薄膜はルテニウム、ロジウム、レニウム、
オスミウム、イリジウムから選ばれる少なくとも一種の
元素を主たる成分とすることを特徴とする請求項１記載
の含浸形陰極。３、上記金属薄膜の厚さが１０〜１０００ｎｍの範囲の
厚さであることを特徴とする請求項１または２記載の含
浸形陰極。４、上記タングステン酸スカンジウムはＳＣ＿２Ｗ＿３
Ｏ＿１＿２またはＳｃ＿６ＷＯ＿１＿２のいずれか一種
、もしくは両者の混合物であることを特徴とする請求項
１から３までのいずれかに記載の含浸形陰極。５、上記タングステンとタングステン酸スカンジウムを
含む薄膜の厚さが１０〜１０００ｎｍの範囲の厚さであ
ることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記
載の含浸形陰極。