DE896396C

DE896396C - Bildverstaerkerroehre

Info

Publication number: DE896396C
Application number: DEW5075A
Authority: DE
Inventors: John W Coltman; Richard L Longini
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1950-03-11
Filing date: 1951-02-02
Publication date: 1953-11-12
Also published as: FR1042774A; GB680404A; BE501742A; US2606299A

Description

COWGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 12. NOVEMBER 1953

W 5075 VIII c 12ig

Bildverstärkerröhre

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Erzeugung von Elektronenibildern, besonders in Bildverstärkern.

Solche Bildverstärker sind an der einen Seite mit einem Fluoreszensschirm nahe bei einer Photoelektronen emittierenden Fläche und an der anderen Seite mit einem Phosphorschirm versehen, der Licht emittiert, wenn Elektronen auf ihn auftreffen. Bei dieser Anordnung wind auf dem Fluoreszensschirm ein Lichtbild erzeugt, das dann ein Elektronenbild auf der benachbarten photoelektrischen Fläche hervorruft. Die dieses Bild bildenden Elektronen werden auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und durch ein Elektronenlinsensystem auf den Phosphorschirm am anderen Ende der Röhre fokussiert, wobei sie dort ein Lichtbild erzeugen, das vorzugsweise geringere Abmessungen, jedoch viel höhere Intensität als das Lichtbild auf dem Fluoreszensschirm aufweist. Das Lichtbild hoher Intensität auf dem Phosphorschirm wird durch ein geeignetes so Linsensystem betrachtet, um ein verstärktes Abbild des auf dem Fluoreszensschirm erregten Bildes zu erhalten. Eine Bildverstärkerröhre dieser Art ist in Fig. ι der Zeichnung dargestellt.

Bei der Herstellung solcher Bildverstärker ist es wünschenswert, die wirkungsvollste Phosphor- und photoelektrische Flächenkombination auf der Eingangsseite des Verstärkers zu verwenden. Diese Kombination kann aus einer silberaktivierten Zink-Sulnd-Phosphor- und einer Cäsium-Antimon-photoelektrischen Fläche bestehen. In gleicher Weise ist es wünschenswert, für den Ausgangsschirm, auf den

die Elektronen auftreffen, Phosphore mit größter Lichtwirksamkeit zu verwenden. Dafür haben sich Zirik-Cadmium-Sulfid-Phosphore als geeignet herausgestellt..

Ein bei der Herstellung solcher Bildverstärkerröhren auftretendes Problem hat seinen Ursprung in der Tatsache, daß das den photoelektrischen Emissionsschirm bildende Material einen' extrem hohen elektrischen Widerstand hat. Wo Eingangsschirme beträchtlicher Größe 'Verwendung finden müssen, verursacht der elektrische Strom, der durch den Schirm fließen muß, wenn Elektronen von verschiedenen Punkten seiner Oberfläche emittiert worden sind, infolge dieses hohen Widerstandes einen Spannungsabfall. Potentialunterschiede beträchtlicher Größe auf dem photoelektrischen Schirm können jedoch nicht geduldet werden, da sie das Elektronenbild wesentlich verzerren, das ein möglichst genaues Abbild des Lichtbildes, auf dem Eingangsfluoreszerisschirm sein muß. Andererseits ist es notwendig, daß eine den Fluoreszensstoff vom photoelektrischen Material trennende Lage am Eingangsschirm in hohem Maße für das durch die leuchtenden Teilchen emittierte Licht durchlässig sein muß. Daher können dünne Lagen der meisten Metalle, die gewöhnlich als die einzigen brauchbaren elektrischen Leiter gelten, nicht dazu Verwendung finden, den Widerstand des. Eingangsschirmes zu vermindern. Gewisse Metalle, beispielsweise Ma-ο gnesium und Wolfram, können in sehr dünnen Lagen, die nicht homogen sind, verwendet werden, jedoch ist ihre Durchlässigkeit nicht sehr hoch. Es hat sich herausgestellt, daß dünne Lagen von Gold oder Silber, die für blaues Licht durchlässig und leitend sind, keine geeignete Unterlage für eine Cäsium-Antimon-photoelektrische Fläche bilden.

Nach der Erfindung wird eine leitende, den Leuchtstoff vom photoelektrischen Material- trennende Lage am Eingangsschirm vorgesehen, die aus Zinnoxyd oder Siliziumoxyd besteht. Diese Lage ist ausreichend elektrisch leitend, lichtdurchlässig und bildet eine geeignete Unterlage für Cäsium-Antimon-Photoflächen.

Eine solche Lage hat eine ausreichende Leitfähigkeit längs der Oberfläche, die an den photoelektrischen Stoff anschließt, in welchem ein Elektronenbild erzeugt wird, so daß eine Verzerrung des Feldes eines darauf wirkenden, Elektronen f okussierenden Systems verhindert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in- der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf-die Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. ι einen schematischen Querschnitt eines Bildverstärkers nach der Erfindung, " Fig. 2 einen Querschnitt des Schirmes nach Fig. 1. Nach Fig. 1 besteht der Bildverstärker aus einem Glaskolben 1, der in drei Teile unterteilt ist. Diese Teile sind vakuumdicht durch zwei Abdichtungen 2 und 3 miteinander verbunden. Die Abdichtungen 2 und 3 bestehen aus einem Paar ringförmiger Metallglieder mit einer zwischengelagerten Goldschicht, gegen .die sie durch geeignete Schrauben oder andere nicht gezeichnete Mittel dicht geklemmt sind. Die Metallringe sind' mit Ringen 4, 5 und 6 aus Nickel-Koibalt-Eisen-Legierung verschweißt, die ■ in die Gl'asteile des Kolbens eingelassen sind.

Am kleineren Ende des Behälters 1 befindet sich der Ausgangsschirm 7, der aus¹ einem Glasfenster besteht, welches an seiner Innenfläche mit einem Leuchtstoff aus Zink-Cadmium-Sulfid überzogen ist. Auf dieser Schicht liegt eine dünne Lage von Aluminium. Am gegenüberliegenden Ende desKolbens 1 ist der Bingangsschirm 8 angeordnet, der aus einem dünnen Aluminiumblatt besteht, das, wie gezeichnet, leicht konkav sein kann und an seiner Innenfläche eine Lage 8^A aus Leuchtstoff, beispielsweise Zinksulfid, aufweist. Der Leuchtstoff des Eingangsschirmes-kann vorzugsweise in Glas eingebettet sein, wie es bereits vorgeschlagen wurde.

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch den Schirm 8.

Nach der Erfindung ist die Oberfläche der zusammengesetzten fluoreszierenden Lage mit einer dünnen Lage 8^B von Zinnoxyd besonderer Art bedeckt. Es hat sich herausgestellt, daß diese Zinnoxydlage dadurch hergestellt werden kann, daß man Zinnchlorid, Zinnfluorid oder andere Zinnsalze mit flüchtigen negativen Radikalen, beispielsweise Nitrat oder Sulfat, auf den erwärmten Schirm aufbringt. Um beste Ergebnisse zu erzielen, wird ein go Zinnhalogenid mit einem organischen Stoff kombiniert und teilweise mit Wasser und Salz hydrolysiert. Als geeignet hat sich beispielsweise erwiesen, 100 cm³ gesättigter Lösung von SnCl₂ · 2 H₂O in Azeton zu verwenden, zu dem 3 cm³ H₂O¹. und 5 cm³ konzentrierter HCl-Lösung hinzugegeben werden. D'er glasüberzogene Leuchtschirm wird auf eine Temperatur von im wesentlichen 640° C erwärmt und die oben beschriebene Lösung aufgespritzt. Die elektrische Leitfähigkeit der Lage8^B hängt von der Temperatur des Schirmes ab und ist bei einer bestimmten Temperatur maximal. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß der Überzug als photoelektrische Unterlage am geeignetsten ist, wenn das Aufsprühen bei einer Temperatur erfolgt, die viel höher ist als die, bei der diese optimale Leitfähigkeit erzeugt werden würde.

Weiter wurde gefunden, daß es viele organische Zinnverbindungen gibt, die an Stelle von Zinnchlorid verwendet werden können. So· hat sich beispielsweise Diibutylzinndichlorid als sehr geeignet erwiesen. Dasi Verfahren zur Aufbringung dieser Zinnverbindungen auf den Schirm ist im wesentlichen das gleiche wie das oben beschriebene.

Mit diesen Stoffen läßt sich nachgewiesenermaßen leicht ein Widerstand in der Größenordnung von 100 000 Ohm und darunter erhalten. Es hat sich herausgestellt, daß solche Widerstandswerte außerordentlich zufriedenstellend für die Zwecke der Bildverstärkung sind.

Eine andere Art einer leitenden Schicht kann dadurch erzeugt werden, daß man auf den erhitzten Schirm den Dampf von Siliziumtetrachlorid richtet. Ein solcher Dampfstrom kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß man Luft durch eine diese Substanz enthaltende Kammer strömen läßt.

Um die besten Ergebnisse zu erzielen, sollte die besprühte Oberfläche in einem Muffelofen od. dgl. in einer Atmosphäre von Leuchtgas wieder erhitzt und in dieser Atmosphäre gekühlt werden. Der mit einer leitenden Lage überzogene Leuchtschirm kann innerhalb des Kolbens ι durch ein System von metallenen Tragestäben 9 gelagert werden. Die Stäbe 9 können an den Glaskolben durch Glocken 11 angebracht werden, die aus Nickel-Kobald-Eisen-Legierung bestehen und an Rohransätzen des Glaskolbens aufgedichtet sind.

Der Kolben 1 ist mit einer Anzahl von Rohransätzen 12 versehen, durch die die Stäbe und die Zuführungs drahte für die Teile des Elektronenlinsensystems durch die Wände des Kolbens 1 geführt sein können. Das Elektronenlinsensystem besteht aus sieben ringförmigen Metalleitern 13, die auf Metallstäben sitzen. Diese Metallstäbe werden durch die Rohransätze 12 durch Metallegierungsglocken abgedichtet, wie es bei 11 zu sehen ist.

Das Antimon und Cäsium wird auf den Schirm 8 niedergeschlagen, nachdem die Röhre, soweit wie beschrieben, zusammengesetzt, vakuumdicht und in einem Ofen wärmebehandelt ist, währenddem evakuiert wurde, um seine Teile auszugasen. Einer der Rohransätze 12 ist mit einem auf einer Metalllegierungsdichtung gelagerten Metallrohr versehen, an das das· Vakuumpumpensystem angeschlossen, ist. Zwei weitere Rohransätze 12 sind entsprechend mit Einlaßleitungen versehen, wobei durch eine dieser Leitungen ein geeigneter Behälter mit Antimon in den axialen Bereich des Kolbens 1 vor dem Eingangsschirm bewegt werden kann. Durch den anderen Rohransatz wird in gleicher Weise eine kleine Kapsel, aus der der Cäsiumdampf beim Erhitzen austritt, in den axialen Bereich vor den Eingangsschirm gestoßen.

Nachdem der Kolben 1 vollständig leergepumpt und zum Entgasen seiner inneren. Oberflächen erhitzt worden ist, wird der Antimonbehälter in seine Lage vor dem Eingangsschirm gestoßen und erhitzt, so daß sich der Dampf in einer dünnen Schicht über die gesamte konkave Oberfläche des Schirmes niederschlägt. Darauf wird der Antimonbehälter aus der Röhre entfernt und die Kapsel mit Cäsium in ihre axiale Stellung vorgeschoben, worauf die Röhre derart erhitzt wird, daß die Antimonoberfläche mit dem Cäsiumdampf reagiert. Auch dieses Gefäß wird darauf aus dem Kolben 1 entfernt, und die Leitungen, durch die das Antimon und Cäsium eingeführt und die Röhre leergepumpt wurde, werden darauf außerhalb des Kolbens verschlossen.

Nach dem Aufbringen der leitenden Schicht aus Zinnoxyd wird die Antimonfläche vorzugsweise bei C oder etwas darunter während der Cäsiumsensitivierung gehalten. Höhere Temperaturen führen zur Zerstörung der Zinnoxydschicht.

Ein außerordentlich wichtiger Vorteil der Leitfähigkeit im Schirm, auf dem das Elektronenbild entsteht, besteht darin, daß eine Verzerrung des elektrischen Feldes in den zur Fokussierung des Elektronenbildes verwendeten Elektronenlinsen verhindert wird. Wo eine solche Verzerrung auftritt, ist eine wirkungsvolle Fokussierung unmöglich.

Claims

Patentansprüche:

i. Bildverstärkerröhre zur Erzeugung eines Bildes einer verstärkten Wiedergabe eines projezierten Strahlungsbildes mit einem evakuierten Kolben, der an einem Ende einen als Reaktion auf den Einfall sich bewegender Elektronen Licht emittierenden Ausgangsschirm und am anderen Ende einen Eingangsschirm aufweist, welcher aus einer ersten Leuchtschicht, einer zweiten, Photoelektronen emittierenden Schicht aus Cäsium-Antimon und aus einer dritten, elektrisch leitenden, lichtdurchlässigen Schicht zwischen der ersten und zweiten Schicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht aus Zinnoxyd oder Siliziumoxyd besteht.

21. Verfahren zur Herstellung einer Bildverstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht dadurch erzeugt wird, daß die Oberfläche der ersten Schicht unter Erhitzung auf eine erhöhte Temperatur dem Dampf eines Zinnsalzes mit einem flüchtigen negativen Radikal ausgesetzt wird, worauf eine photoempfindliche Schicht auf die dritte Schicht aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der ersten Schicht, während sie dem Zinnsalz dampf ausgesetzt ist, auf einer höheren Temperatur -gehalten wird als die, die eine optimale elektrische Leitfähigkeit in der dritten Schicht hervorruft.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht dadurch aufgebracht wird, daß ein Antimonüberzug auf die dritte Schicht aufgebracht und er Cäsiumdämpfen ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antimonüberzug den Cäsiumdämpfen bei einer Temperatur bei ungefähr 140⁰ C ausgesetzt wird.

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Angezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 203 790; USA.-Patentschriften Nr. 2449493, 2 523 132.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 5530 11.