JPS61294732A - 電子放出装置 - Google Patents

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】 本発明は、　排気された或いは保護ガスが充填された空
間を具え、その空間内に電子放出体を具え、この電子放
出体の電子放出表面を仕事関数低減材料の貯蔵器から仕
事関数低減材料で被覆し得るようにしてある電子放出装
置において、前記貯蔵器を前記空間内に配置し、且つそ
の中に仕事関数低減材料源を含めると共に少なくきも１
個の出口開口を設けてこの開口を経て仕事関数低減材料
が貯蔵器から出ていくようにしてあることを特徴とする
電子放出装置に関するものである。

電子放出体は例えば真空管内の熱陰極とし得るが、特に
半導体陰極とすることができ、後者の場合にはＮＢＡ陰
極、フィールドエミッション陰極および特に本願人に係
る特開昭５６−１５５２９号公報に開示されているよう
な逆バイアス接合陰極のような種々の半導体陰極を使用
することができる。斯る真空管は撮像管や表示管として
使用するのに好適であるが、オージェスペクトロスコピ
ー、電子マイクロコピー及び電子リソグラフィーに使用
することもできる。

上述の装置には入射光により電子流を放出する光電陰極
を設けることもできる。斯かる光電陰極は光電池、撮像
管、イメージコンバータ及び光電子増倍管に使用される
。本発明装置の他の用途には熱放射を電子流に変換する
熱変換器がある。

本発明は斯かる装置のための仕事関数低減材料の貯蔵器
にも関するものである。

斯かる装置はオランダ国特許第１８１６２号明細書から
既知である。この場合には放電管内において塩化セシウ
ムと酸化バリウムの混合溶液を加熱して塩化セシウムを
開放されたバリウムで還元して金属セシウムにして放電
管の内部に拡がらせて堆積させている。この特許明細書
に図示されている実施例では加熱する必要のある混合液
を真空管の側管内に設け、後で真空管をこの管から封鎖
するようにしている。

この構成では、ある量のセシウムが真空空間内に一度導
入されるだけである。半導体陰極を用いる場合にはこの
セシウムを電子放出表面に単原子層として被覆するが、
被覆後にセシウムの量の減少を補償することは全く又は
殆どできない。表面の仕事関数を低減するセシウム又は
他の材料の斯かる減少は特に電界の影響の下での脱着及
び移行により生じ、電子放出の劣化を生ずる。これがた
め、例えば逆バイアス接合陰極の最終効率は最適値の２
０〜４０％に制限されたままである。

本発明の目的は上述の問題を少なくとも部分的に除去し
た電子放出装置を提供することにある。

本発明は、仕事関数低減材料源を真空空間に結合すると
共にこの材料源から電子放出表面への仕事関数低減材料
の供給を、この表面における仕事関数低減材料の減少が
補償されるように調整可能にすることにより上記の目的
を達成し得るという事実を確かめ、これに基づいて為し
たものである。

これがため、本発明は　排気された或いは保護ガスが充
填された空間を具え、その空間内に電子放出体を具え、
この電子放出体の電子放出表面を仕事関数低減材料の貯
蔵器から仕事関数低減材料で被覆し得るようにしてある
電子放出装置において、前記貯蔵器を前記空間内に配置
し、且つその中に仕事関数低減材料源を含めると共に少
なくとも１個の出口開口を設けてこの開口を経て仕事関
数低減材料が貯蔵器から出ていくように構成したことを
特徴とする。

本発明装置の好適例においては、前記貯蔵器を中間壁に
設けた少なくとも１個の開口を経て互に連通ずる２個の
隔室で構成し、一方の隔室に前記仕事関数低減材料源を
収納し、他方の隔室に前記出口開口を設けた構成にする
。

斯かる装置では、貯蔵器からの仕事関数低減材料の供給
を、例えばセシウムの場合には加熱及び冷却手段により
蒸発速度を調整することにより或いは前記中間壁の開口
を機械的に調整することにより簡単に調整することがで
きる。

更に、出口開口の寸法を適切に選択することにより、所
望の効果（脱着及び移行によるセシウムの消失の補償）
を得るのに十分な少量の仕事関数低減材料（例えばセシ
ウム）を真空空間内に供給することが達成できる。この
場合、実際の真空空間及びその中にある偏向電極（及び
他の構成素子）がセシウム（又は他の仕事関数低減材料
）により汚染されることが全く又は殆どなく、真空管及
びその中の構成素子の高圧特性に悪影響を及ぼすことが
ないという利点が得られる。

上述の効果は、第１加速グリツドを陰極の配置空間が実
際の真空空間と発生電子を通す１個の開口を経てのみ連
通するように構成することにより更に増大させることが
できる。この場合には、陰極の配置空間内に実際上完全
に閉じ込められたセシウムがこの空間内でゲッタリング
作用を及ぼし、その結果真空度が高くなり、従ってこの
真空内に配置される特に半導体陰極の安定度が向上する
という追加の利点が得られる。

仕事関数低減材料源としては特開昭６１−４１３２号公
報に記載されているようにセシウムアジドを設けた支持
体又はホルダとすることができる。

しかし、この目的のためには、セシウムが充填され、例
えばレーザビームで開口を形成し得るガラス製または金
属製の容器を選択するのが好適である。

図面につき本発明を説明する。

図示の装置１は真空空間２、本例では側壁３と端壁４を
有する真空管を具えている。この装置は更に電子放出体
５、本例では特開昭５６−１５５９２号公報に開示され
ているような逆バイアス接合型の半導体陰極を具えてい
る。

半導体陰極５には接続線６が設けられ、これにより端壁
４に封着されたリードスル一部材７を経て電圧を供給し
て表面８の区域で電子流９を発生させることができる。

本例の場合には電子なだれ増倍により発生される電子の
放出を容易にするために、表面８をセシウムの単原子層
で被覆するのが好適である。

しかし、動作中に、このセシウム層は例えば真空管内に
残存する正イオン又は動作中に形成された正イオンのエ
ツチング作用により部分的に消失される。熱陰極の場合
にはかかる仕事関数低減材料源の層は蒸発により徐々に
消失される。

動作中のこのセシウムの消失を補償するために、また場
合によりセシウムの初期層を設けるために、本発明では
装置１に貯蔵器を設け、本例ではこれを第１隔室１１（
この隔室の壁は本例では金属壁部分１２とガラス壁部分
１３とから成る）と、第２隔室１４とで構成しである。

第２隔室１４は端壁１５を有し、本例ではこの端壁は支
持体２３の真空空間２側の面と略々同一の面に位置させ
であると共に第２隔室の側壁１６を第１隔室１１の金属
壁１２に溶接部１７で接続しである。隔室１１、１４は
開口１９を設けた中間壁１８で互に分離しであると共に
、第２隔室１４は開口２０を経て真空空間２と連通させ
である。

セシウシム（又は他の仕事関数低減材料）の供給源とし
て、第１隔室１１内に、例えばガラスから成るホルダ２
１、或いは本例のように金属管から成るホルダ２１を収
納する。この目的のためには純粋なセシウム２４を充填
したニッケルホルダを選択するのが好適である。

ホルダ２１には、例えば、ホルダのニッケル壁又は場合
によりガラス壁を溶融するがガラス壁１３は溶融しない
波長のレーザビーム３１で外部から孔をあけることがで
き、この目的のためにガラス壁１３はホルダとは別の種
類のガラスとする。このようにしてホルダ２１に孔２２
をあけた後は、セシウム２４は容器２１から気相で出て
行くことが可能になる。

このセシウムの流出は孔２２の溶融時に放出される熱に
より、又は加熱素子（図示せず）により更に促進させる
ことができる。

流出したセシウム蒸気の一部分は第１隔室１１の底部に
液体セシウム２４として凝結する。しかし、他の部分は
この第１隔室１１から貯蔵器ＩＯを構成する第１隔室１
１と第２隔室１４との間の中間壁１８の１個以上の開口
１９を経て出ていく。例えば図に線図的に示す進路２５
に沿って移動する気相のセシウムは第２隔室１４から端
壁１５の１個以上の開口２０を経て出て行き、真空空間
２に到達する。第１隔室１１内に堆積されるセシウムの
蒸発速度及びセシウム原子の速度（進路２５）は、必要
に応じ、内部又は外部に設けた温度調整器２９及び３０
により調整することができる。また、必要に応じ、壁１
５及び１８を通過するセシウムの流量はそれぞれの開口
２０および１９の大きさを可変にすることにより調整可
能にすることもできる。

温度調整器２９．３０は例えばストリップ抵抗とペルチ
ェ冷却素子との組合わせで構成することができ、また場
合によっては発熱ダイオードとすることができ（このダ
イオードは必要に応じ半導体陰極５の一部とすることが
できる）、これら温度調整器によって供給されるセシウ
ム原子と脱着その他の規像により消失されるセシウムと
の間に安定で非臨界的な平衡状態を得ることができる。

このようにすると、特に電子放出体を略々密閉した空間
内に配置する場合に電子放出の安定度を著しく向上させ
ることができることが確かめられた。即ち、この場合に
はこの空間内に局部セシウム蒸気圧が得られ、その結果
として電子放出表面上へのセシウム原子の連続的な供給
が実現され、これにより高い安定度が実現される。

略々密閉した空間は、本例では発生電子ビーム９を通す
開口２７を有する実質的に円筒状のビーム取出グリッド
２６により構成している。この構成は実際の真空空間２
がセシウムで全く又は殆んど汚染されず、真空管及びそ
の中の偏向電極のような素子の高圧特性に悪影響を及ぼ
さないという利点ももたらす。

セシウムの連続供給は装置１では例えば貯蔵器１１の壁
の温度を温度調整器２９．３０により調整することによ
り行なうことができる。

第２隔室１４の壁１５はその内面を金層で被覆するのが
好適である。この壁土に堆積したセシウムは金とセシウ
ムアジド化物を形成し、グリッド２６と壁１５との間の
低蒸気圧の空隙内へのセシウムの移動を阻止する。従っ
て、この金層はいわばゲッタリング作用を有する。これ
は例えばアンチモンで達成することもできる。この金属
はビーム取出グリッド２６の内面上にも堆積するのが有
利である。

また、銀層を被覆してもよい。これは、真空装置をベー
キングした後も表面が実際上酸化されないままになる結
果、セシウムの汚染が著しく減少する。

ホルダ２１に対しては、本願人に係る特開昭６１−４１
３２号公報に記載されているように、熱処理中に解離す
る例えばセシウムアジド（ＣｓＮ３）を設けた支持体を
選択することもできる。しかし純粋なセシウムを選択す
る方が、この場合には残留ガスを出さないので好ましい
。上述の装置は動作中にセシウムの早すぎる供給も起こ
らない。このことは逆バイアス接合陰極に対して良好な
再現性と高い初期効率をもたらす。

更に、隔室１１．１４内及びグリッド２６内の空間内に
存在する純粋セシウム２４．．２５はゲッタリング作用
を有する。これがため、真空が高まり、その結果として
陰極５の安定動が更に向上する。

本発明は図示の実施例にのみ制限されるものでなく、多
くの変形が可能であること勿論である。

例えば電子放出体５は壁１５の上に配置する必要はなく
、真空空間２内の他の場所に配置することもでき、また
斜めに配置することもできる。陰極５を端壁１５上に配
置しないで支持体２３の他の場所に配置する場合には、
陰極と貯蔵器１０との間の熱結合が小さくなり、これは
セシウムの供給の調整に関し好適である。この場合出口
開口２０は真空空間内に突出させた貯蔵器１０の側壁に
設けることができる。他の陰極、例えばフィールドエミ
ッション陰極、ＮＥＡ陰極、又は熱陰極を用いることも
できると共に、半導体材料（シリコン、砒化ガリウム）
から成る陰極は大きな半導体本体の一部に形成し、この
半導体本体内には例えば電子制御回路を実現することも
できる。

仕事関数を低減する材料としてはカリウム、ルビジウム
、ナトリウム又はリチウムのような種々の他の材料を選
択することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明電子放出装置の一実施例の一部を線図的に
示す断面図である。 １・・・電子放出装置　　　２・・・真空空間３・・・
側壁　　　　　　　４・・・端壁５・・・半導体陰極　
　　　６・・・接続線７・・・リードスル一部材　訃・
・電子放出表面９・・・電子流　　　　　　ＩＯ・・・
貯蔵器１１・・・第１＠室　　　　　１２・・・金属壁
１３・・・ガラス壁　　　　　１４・・・第２隔室１５
・・・端壁　　　　　　　１６・・・側壁１７・・・溶
接部　　　　　　１８・・・中間壁１９・・・開口　　
　　　　　２０・・・出口開口２１・・・ホルダ（仕事
関数低減材料源）２２・・・孔　　　　　　　　２３・
・・支持体２４・・・セシウム　　　　　２５・・・蒸
発セシウム進路２６・・・電子ビーム取出グリッド ２７・・・開口 ２９、３０・・・温度調整器 ３１・・・レーザビーム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、排気された或いは保護ガスが充填された空間を具え
   、その空間内に電子放出体を具え、この電子放出体の電
   子放出表面を仕事関数低減材料の貯蔵器から仕事関数低
   減材料で被覆し得るようにしてある電子放出装置におい
   て、前記貯蔵器を前記空間内に配置し、且つその中に仕
   事関数低減材料源を含めると共に少なくとも１個の出口
   開口を設けてこの開口を経て仕事関数低減材料が貯蔵器
   から出ていくようにしてあることを特徴とする電子放出
   装置。 ２、前記貯蔵器を中間壁に設けた少なくとも１個の開口
   を経て互に連通する２個の隔室で構成し、一方の隔室に
   前記仕事関数低減材料源を収納し、他方の隔室に前記出
   口開口を設けてあることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の装置。 ３、前記電子放出体は前記貯蔵器の端壁上に固定してあ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に
   記載の装置。 ４、前記隔室の少なくとも一方に温度調整器を設けてあ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項に
   記載の装置。 ５、前記電子放出体は前記真空空間から実質的に完全に
   分離された空間部分であって前記真空空間の他の部分と
   、発生電子を取り出す電子取出グリッドの孔を経てのみ
   連通する空間部分内に配置してあることを特徴とする特
   許請求の範囲第１〜４項の何れかに記載の装置。 ６、前記貯蔵器の出口開口を取囲む外壁又は前記電子取
   出グリッドの、電子放出体に対向する側面に、ゲッタリ
   ング作用を有する材料又はその酸化物が装置の加熱温度
   より低い温度で解離又は脱着する材料を設けてあること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７、前記貯蔵器の出口開口を取囲む外壁又は前記電子取
   出グリッドの、電子放出体に対向する側面に、金、アン
   チモン又は銀の１種以上の材料から成る層を設けてある
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の装置。 ８、前記仕事関数低減材料源はセシウムを充填したホル
   ダであることを特徴とする特許請求の範囲第１〜７項の
   何れかに記載の装置。 ９、仕事関数低減材料源を含むと共に少なくとも１個の
   出口開口を設けてあることを特徴とする特許請求の範囲
   第１〜８項の何れかに記載の装置用の貯蔵器。 １０、前記貯蔵器を中間壁に設けた少なくとも１個の開
   口を経て互いに連通する２個の隔室で構成し、一方の隔
   室に前記仕事関数低減材料源を収納し、他方の隔室に前
   記出口開口を設けた特許請求の範囲第９項に記載の貯蔵
   器。 １１、前記隔室の少なくとも一方に温度調整器を設けて
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の
   貯蔵器。 １２、前記貯蔵器の出口開口を取囲む外壁に金、アンチ
   モンまたは銀の１種以上の材料から成る層を設けてある
   ことを特徴とする特許請求の範囲第９〜１１項の何れか
   に記載の貯蔵器。