DE2813919C2

DE2813919C2 - Eingangsschirm für eine Röntgen-Bildwandlerröhre

Info

Publication number: DE2813919C2
Application number: DE2813919A
Authority: DE
Inventors: Saburo Tokyo Ataka; Kiyohisa Hachioji Tokyo Inao; Isamu Yamanashi Kimura; Yoshinori Okamura; Kanetoshi Nagano Tada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1983-08-11
Also published as: NL7803475A; NL172193C; DE2813919A1; FR2386130A1; US4195230A; FR2386130B1; JPS53122356A

Description

Die Erfindung betrifft einen Eingangsschirm für eine Röntgen-Bildwandlerröhre der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Ein derartiger Eingangsschirm ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 31 123 bekannt. Bei einem in dieser Druckschrift beschriebenen Aufbau wird für das Substrat Aluminium und für die Leuchtschicht Cäsiumjodid verwendet. Cäsiumjodid hat ein hohes Absorptionsvermögen für Röntgenstrahlung. Bei Verwendung dieser Substanz für die Fluoreszenzschicht einer Röntgen-Bildwandlerröhre kann daher sehr hohe Empfindlichkeit erreicht werden. Außerdem läßt sich Cäsiumjodid leicht aufdampfen, so daß eine Fluoreszenzschicht mit sehr glatter Oberfläche erzielt werden kann. Andererseits ist Cäsiumjodid stark hygroskopisch und verschlechtert sich daher an der Luft beträchtlich. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die aus Cäsiumjodid bestehende Fluoreszenzschicht aufgrund von Unterschieden im Ausdehnungskoeffizient gegenüber dem Substrat zur Rißbildung neigt. Gegen die Verschlechterung an der Luft läßt sich die Cäsiumjodidschicht durch Wärmebehandlung im Vakuum oder in ho einem Inertgas schützen. Bei einer solchen Wärmebehandlung wird jedoch die Rißbildung gefördert, wobei sich in extremen Fällen die Cäsiumjodidschicht vom Substrat abschälen kann.

In der genannten Druckschrift wird versucht, den b5 Problemen der Rißbildung in der Cäsiumjodidschicht sowie der mangelnden Haftung dieser Schicht auf dem Substrat dadurch beizukommen, daß zwischen der Cäsiumjodidschicht und dem Substrat eine Zwischenschicht aus einem Stoff angeordnet wird, dessen Ausdehnungskoeffizient zwischen denen des Substrats und der Cäsiumjodidschicht liegt Als Materialien für eine derartige Zwischenschicht sind in der genannten Druckschrift Alkalihalogenide, insbesondere Kaliumchlorid und reines oder mit Natrum aktiviertes Cäsiumjodid, angegeben.

Aus der US-Patentschrift 37 69 059 ist ein weiterer Eingangsschirm für eine Röntgen-Bildwandlerröhre angegeben, bei der zwischen einem Substrat aus Aluminium und einer Leuchtschicht aus Cäsiumjodid zur Verbesserung der Haftung zwischen diesen beiden Materialien eine Zwischenschicht angeordnet ist, die aus einem Oxid besteht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Eingangsschirm der oben angegebenen Gattung die Haftung zwischen der Cäsiumjodidschicht und dem aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Substrat gegenüber dem Stand der Technik weiter zu verbessern und die Gefahr von Rißbildungen in der Cäsiumjodidschicht weiter zu verringern, gleichzeitig die Empfindlichkeit für Röntgenstrahlen möglichst hoch zu machen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1. Es hat sich herausgestellt, daß ein derartiger Aluminiumfilm aus den weiter unten im einzelnen erläuterten Gründen zur Lösung der genannten Aufgabe besonders vorteilhaft ist, obwohl er im Gegensatz zu den in der deutschen Offenlegungsschrift 20 31 123 angestellten Überlegungen einen thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist, der nicht zwischen denen des Substrats und der Cäsiumjodidschicht liegt, sondern dem des Substrats gleich oder im wesentlichen gleich ist.

Aus der US-Patentschrift 38 38 273 ist zwar die Verwendung eines Aluminiumfilms bei einem Eingangsschirm für eine Röntgen-Bildwandlerröhre an sich bekannt. Dort wird der Aluminiumfilm jedoch zur Verbesserung der Reflexbnseigv.n*chaften eines Glassubstrats, nicht dagegen zur Lösung der oben angegebenen Aufgabe eingesetzt. In Übereinstimmung mit dieser unterschiedlichen Funktion wird der Aluminiumfilm in der Druckschrift dann als überflüssig bezeichnet, wenn das Substrat selbst aus Aluminium besteht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei

F i g. 1 einen Querschnitt durch den Aufbau eines Eingangsschirms zeigt, und

F i g. 2 in einem Diagramm die Beziehung zwischen der Substrattemperatur beim Aufdampfen eines Cäsiumjodidfilms und der Ausschußrate darstellt.

Gemäß Fig. 1 ist ein Eingangsschirm derart aufgebaut, daß auf einem Substrat 16 ein aufgedampfter Aluminiumfilm 19, eine Cä.Mumjodidschicht 17 als Fluoreszenzschicht und eine photoelektrische Schicht 18 der Reihe nach übereinander angeordnet sind.

Das Substrat 16 besteht aus einer dünnen Platte aus etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die Substratdicke richtet sich nach der gewünschten mechanischen Festigkeit, nach den Gegebenheiten der Fertigung, dem Transmissionvermögen für Röntgenstrahlen und ähnlichen Faktoren. Vorzugsweise liegt die Dicke bei etwa 150 bis 300 um.

Der aufgedampfte Aluminiumfilm 19 läßt sich nach den verschiedensten Aufdampfverfahren herstellen, etwa durch Vakuumaufdampfung, Elektronenstrahlaufdampfung und Zerstäubung. Die untere Grenze für die Dicke eines noch brauchbaren aufgedampften Alumini- > umfilms hängt zwar bis zu einem gewissen Grad von der Oberflächenbeschaffenheit des Substrats ab; selbst ein aufgedampfter Aluminiumfilm mit einer Dicke von nur etwa 0,5 nm läßt sich jedoch noch verwenden, wenn die Substratoberfl&jhe glatt ist wie dies beispielsweise bei m einer spiegelpolierten Aluminiumoberfläche der Fall ist

Aluminium läßt Röntgenstrahlen gut durch. Allein im Hinblick auf das Transmissionsvennögen für Röntgenstrahlen ist es daher möglich, mit einem aufgedampften Aluminiumfilm zu arbeiten, der eine Dicke von r> beispielsweise 1 mm hat Ein derart dicker Film ist jedoch in der Praxis insofern nachteilig, als die Aufdampfung außerordentlich lange dauert Die maximale Filmdicke, die sich in der Praxis durch Aufdampfen herstellen läßt, beträgt etwa 100 μπι, und der Dickenbe- 2» reich, in dem der Film günstige Ergebnisse zeitigt, liegt etwa zwischen 100 und 600 nm.

Die Dicke der Cäsiumjodidschicht 17 mui etwa 100 bis 500 μπι betragen. Ist die Schicht dünner als 100 μΐη, so reicht die Menge an fluoreszierender Substanz pro Flächeneinheit nicht aus, und die Leuchtintensität ist ungenügend. Ist die Schicht dicker als 500 μπι, so steigt das Maß, zu dem erzeugtes sichtbares Licht durch die fluoreszierende Substanz absorbiert wird, und die an dem photoelektrischen Film 18 ankommende L ichtmen- j» ge nimmt entsprechend ab.

Um die Empfindlichkeit zu steigern, soll die photoelektrische Schicht 18 möglichst dünn sein. Es kann mit einer photoelektrischen Schicht gearbeitet werden, deren Dicke etwa 5 bis 100 nm beträgt Als r> Material für die photoelektrische Schicht wird dabei eine aufgedampfte photoelektrische Substanz wie etwa Cs-Sb oder Cs-Na-K-Sb verwendet.

Die Cäsiumjodidschicht 17 kann ausschließlich aus Cäsiumjodid bestehen oder alternativ auch mit einem -to oder mehreren Elementen aus der Gruppe der Alkalimetalle wie etwa Na und Li, der Erdalkalimetalle wie etwa Ca, Ba und Mg oder dem Element Tl usw. als Aktivator dotiert sein.

Um Reaktionen zwischen der Cäsiumjodidschicht 17 ·»"> und der photoelektrischen Schicht 18 zu verhindern, ist es zweckmäßig, dazwischen einen Schutzfilm aus SiO₂, SiO, Al₂O₃, In₂O₃, SnO₂, D₂O₃, Nb₂O₃, CeO₂ und/oder sonstigen Oxiden oder aus MgF₂ einzufügen.

Wird nun die Cäsiumjodidschicht 17 unmittelbar nach ">" dem Aufdampfen des Atuminiumfilms 19 aufgetragen, so werden schädliche Einflüsse von Rissen oder Oxiden auf dem Substrat 16 vollständig ausgeschaltet. Infolgedessen wird die Bindung zwischen der Cäsiumjodidschicht 17 und dem Substrat 16 sehr intensiv, und es ■>> treten keinerlei Risse auf.

Der aufgedampfte Aluminiumfilm 19 ist aus folgenden Gründen als Zwischenschicht zwischen dem Substrat und der Cäsiumjodidschicht gewählt worden:

1. Der aufgedampfte Aluminiumfilm 19 weist ein sehr gutes Bindungsvermögen bezüglich Substraten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen auf.

2. Da der aufgedampfte Aluminiumfilm eine sehr hohe Festigkeit bezüglich der Wärmebehandlung ^ aufweist, d. h. rasch aufheizt und rasch abkühlt, besteht bei ihm keine Gefahr einer Rißbildung.

3. Da die Aluminiumi.örner in dem aufgedampften

Aluminiumfilm sehr fein sind, erreicht er eine außerordentlich glatte Oberfläche.
4. Da schließlich der Absorptionskoeffizient von Aluminium für Röntgenstrahlung klein ist, ändert sich durch das Aufdampfen des AJuminiumfilms und das Substrat die Empfindlichkeit für Röntgenstrahlen kaum.

Beispiel

Unter die Glasglocke einer Vakuumeinrichtung wurde ein Schiffchen (aus Tantal mit Abmessungen von 35 mm ■ 35 mm ■ 18 mm) zum Verdampfen von Cäsiumjodid gestellt, das etwa 50 g Cäsiumjodid und etwa 50 mg Natriumjodid enthielt Ferner wurde in ein Schiffchen (aus Tantal oder Wolfram) Aluminium zum Verdampfen gegeben, und dieses Schiffchen wurde in ähnlicher Weise unter die Glasglocke gestellt An einer vorgegebenen Stelle unter der Glasglocke wurde ein vorher gut gewaschenes Aluminiumsubstrat angeordnet, und die Glasglocke wurde auf 1,3 - 10—' Pa evakuiert Das Aluminiumsubstrat wurde auf 400⁰C erhitzi und etwa lOrnin lang auf dis5?,r Temperatur gehalten. Nach 10 min wurde die Erhitzung beendet und die Temperatur des Aluminiumsubstrats im Vakuum auf Obis 100° C abgesenkt.

Anschließend wurde das Schiffchen für den Aluminiumniederschlag erhitzt, um einen Aluminiumfilm mit einer Dicke von etwa lOnm auf das Substrat aufzudampfen. Das Aufdampfen des Aluminiumfilms auf das Aluminiumsubstrat kann auch vorher durch Verwendung einer sonstigen Verdampfungsvorrichtung erfolgen. Die Verwendung der gleichen Verdampfungseinrichtung für den Auftrag der Cäsiumjodidschicht, wie dies in dem vorliegenden Beispiel geschah, ist jedoch insofern sehr günstig, als die Cäsiumjodidschicht unmittelbar nach dem Aufdampfen des Aluminiumfilms aufgetragen werden kann, ohne mit der freien Luft in Berührung zu kommen.

Nachdem die Substrattemperatur wieder ang;hoben wurde, wurde durch das Cäsiumjodid-Verdampfungsschiffchen ein Strom mit einer Stärke von 130 bis 170 A gelJtet Dadurch wurde die gesamte Menge des in dem Schiffchen enthaltenen Cäsiumjodids und Natriumjodids verdampft und auf den aufgedampften Aluminiumfilm niedergeschlagen, so daß sich eine natriumhaltige Cäsiumjodidschicht mit einer Dicke von 200 μπι ergab.

Der Strom zum Erhitzen des Schiffchens wurde abgeschaltet und das Substrat mit dem aufgetragenen Aluminiumfilm und der Cäsiumjodidschicht wurde nach Abkühlen auf Zimmertemperatur aus der Glasglocke herausgenommen.

Nachdem das so gewonnene Substrat 2 h lang einer Wärmebehandlung bei 400⁰C in Vakuum unterworfen worein war, wurde nach herkömmlichem Verfahren ein photoelektrischer Film aus beispielsweise Cäsium-Antimon aufgetragen. Ein daraus hergestellter Eingangsschirm wurde an einer vorgegebeben Stelle innerhalb eines Glaskolbens zusammen mit einer Fokussierelektrode, einer Anode und einem fluoreszierenden Ausgangsschirm, uer als fluoreszierende Substanz ZnS verwendete, angeordnet, woraufhin der Glaskolben evakuiert wurde. Auf diese Weise wurde eine P.öntgen-Bildwandlerröhre hergestellt.

Zur Vermeidung von Reaktionen zwischen der Cäsiumjodidschicht und der photoelektrischen Schicht kann ein Schutzfilm aus einer der oben erwähnten Substanzen, etwa AIjO₃. mit einer Dicke von 100 nm bis I um durch Zerstäubung, Elektronenstrahlverdampfung

oder dergleichen vorgesehen werden, nachdem die oben beschriebene Wärmebehandlung zur Aktivierung durchgeführt worden ist.

Es wurden nun Röntgen-Bildwandlerröhren mit den oben beschriebenen Eingangsschirmen sowie mit solchen ohne Aluminiumfilm ausgerüstet und die Ausschußquoten der beiden Arten von Vervielfacherröhren verglichen. In dem Diagramm nach F i g. 2 ist an der Abszisse die Substrattemperatur beim Auftragen der Cäsiumjodidschicht und an der Ordinate das Verhältnis von brauchbaren Vervieifacherröhren zur Gesamtzahl der hergestellten Vcrvielfachcrröhrcn aufgetragen. Dabei ist mit dem Ausdruck »brauchbar« ein Erzeugnis gemeint, bei dem keine Aufladung infolge von Abschälung oder Rißbiklung der Cäsiumjodidschicht in dem Eingangsbildschirm bemerkt wurde.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, nimmt bei dem hier beschriebenen Eingangsschirm gemäß Kurve 21 das Verhältnis der brauchbaren Erzeugnisse zu deren Gesamtzahl mit steigender Substrattemperatur beim Aufdampfen der Cäsiumjodidschicht zu, wobei kein Ausschuß erzeugt wird, wenn der Auftrag der Cäsiumjodidschicht bei einer Substrattemperatur von > etwa 200⁰C durchgeführt wird.

Andererseits steigt auch bei einem Eingangsschirm ohne Aluminiumfilm gemäß Kurve 22 die Quote von brauchbaren Erzeugnissen mit der Substrattemperatur beim Auftrag der Cäsiumjodidschicht. Selbst wenn

in jedoch die Cäsiumjodidschicht bei einer Substrattemperatur von beispielsweise 400° aufgedampft wird, beträgt die Quote der brauchbaren Erzeugnisse nur etwa 50%. Ist die Substrattemperatur beim Aufdampfen der Cäsiumjodid.schicht höher als 500⁰C. so ist der

ι. Dampfdruck des Cäsiumjodids beträchtlich hoch, und die Bildung der aufgedampften Cäsiumjodidschicht wird schwierig. Es ist daher ratsam, die Cäsiumjodidschicht aufzudampfen, während das Substrat auf einer Temperatur zwischen 200 und 500° C gehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Eingangsschirm für eine Röntgen-Bildwandlerröhre mit einem Substrat (16) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, einer auf einer Haupt-Oberfläche des Substrats aufgedampften Zwischenschicht (19), einer auf der Zwischenschicht (19) aufgetragenen Cäsiumjodidschicht (17) und einer auf der Cäsiumjodidschicht (17) aufgetragenen photoelektrischen Schicht (18), dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (19) aus einem Aluminiumfüm besteht

2. Eingangsschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgedampfte Aluminiumfilm (19) eine Dicke von etwa 0,5 nm bis 100 pm hat

3. Eingangsschirm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Schicht (18) aus Cs-Sb und/oder Cs-Na-K-Sb besteht

4. Eingangsschirm nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Schicht (18) eine Dicke von etwa 5 bis 100 nm hat

5. Eingangsschirm nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet daß das Substrat (16) eine Dicke von etwa 150 bis 300 μπι hat

6. Eingangsschirm nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Cäsiumjodidschicht (17) eine Dicke von etwa 100 bis 500 μπι hat

7. Eingangsschirm nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß das Cäsiumjodid jo einen Aktivator enthält.

8. Eingi'.mgsschirm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der Aktivator aus Na, Li, Ca, Ba, Mg und/oder Tl besteht.