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Elektronenemittierende Kathode.
Es ist allgemein bekannt, dass geeignete Kathoden beim Erhitzen Elektronen, d. h. sogenannte Glühelektronen, aussenden. Ferner findet bei Metallkathoden, sobald an sie eine sehr hohe Spannung angelegt wird, die kalte Elektronenemission statt. Schliesslich ist es auch bekannt, dass eine photographische Platte, die im Dunkeln z. B. mit einem Papier belegt ist, auf das Elektroden aufgesetzt sind, zwischen denen eine Potentialdifferenz von ungefähr 1000 Volt besteht, nach 24-48stündiger Einwirkungsdauer und nach dem Entwickeln eine Abbildung der Papierfasern und eine Zeichnung
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keit dar.
Die Erfindung betrifft eine Kathode, die zwar ebenfalls aus einem metallischen Träger, einer an sieh Elektronen nicht emittierenden Zwischenschicht ("Kathodenschicht") und einer elektronen- durchlässigen metallischen Hilfselektrode besteht, deren Ergiebigkeit infolge der besonderen Ausbildung der Zwischenschicht aber in ganz anderer Grössenordnung liegt, so dass ihre Emission auf dem Leucht- schirm beobachtet und sogar gefilmt werden kann.
Nach der Erfindung ist die zusammenhängende mindestens teilweise aus einem Halbleiter bestehende auf dem metallischen Träger T aufgebrachte
Schicht S nicht dicker als 0-5 mm und weist eine Leitfähigkeit unter 1041jOhm. rm auf, so dass mittels der die Kathodenschicht ; S bedeckenden Hilfselektrode S eine Spannung von solcher Grösse angelegt werden kann, dass eine Elektronenemission durch die Hilfselektrode If hindurch erfolgt.
Der Unterschied zwischen der bekannten Kathode und der nach der Erfindung wird dadurch bedingt, dass die benutzten Halbleiter stets eine beträchtliche Leitfähigkeit haben, während die früher verwendeten
Stoffe wie Papier, Glas, Glimmer und auch gepresste Metallsalze, in allen erreichbaren Dicken praktisch isolierend wirken, u. zw. bis zu der Spannungsgrenze, bei der ein Durchschlag erfolgt. Ein stetiger Übergang mit einem hinreichenden Leitvermögen, wie es die Halbleiter aufweisen, findet jedoch hiebei nicht statt. Von einer GlÜhkathode unterscheidet sich die Kathode nach der Erfindung dadurch, dass der in der Kathode fliessende Strom so gering ist, dass keine Erwärmung der Kathode auf die zur Glühemission erforderliche Temperatur stattfindet.
Eine derartige Kathode kann auf verschiedene Weise aufgebaut werden. Einige Ausführungformen, die die Kathode nach der Erfindung verwirklichen, sind in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
In Fig. 1 bedeutet T den Träger der Kathode (z. B. Nickel), Seine sehleehtleitende Substanz (z. B. Bleisulfid) und H eine Hilfselektrode (z. B. Blei). Die Schichten f ? und F können dabei auf den plattenförmig ausgebildeten Träger aufgedampft, aufgespritzt oder auf einem andern Wege aufgebracht werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die einzelnen Schichten keine zu grosse Dicke besitzen. So soll die Substanz X, die aus einem Stoff besteht, der den elektrischen Strom wesentlich schlechter leitet als die Metalle im normalen metallischen Zustand, d. h. dessen Leitfähigkeit kleiner ist als 1041/em. 011m, nicht stärker als 0 5 ins und die metallische Hilfselektrode H nicht stärker als 0. 1 mm sein.
Dabei kann die Schicht H zweckmässig so gewählt werden, dass sie noch durchsichtig ist. Die Hilfselektrode braucht jedoch nicht die ganze Kathodenoberfläehe zu bedecken ; sie kann z. B. auch ringförmig oder netzförmig ausgebildet sein.
Die metallische Hilfselektrode kann auch in einem geringen Abstand von der Kathode angeordnet sein. Eine Vakuumstrecke zwischen Halbleiterschicht und Zuführungselektrode kann bis zu
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einer Grösse vorgesehen werden, die noch von dem Hilfssü'om überbrüekt werden kann. Es kann z. B. die Zuführungselektrode Elektronen in das Vakuum emittieren. Bei kleinem Abstand lässt sich auch ein Überbrücken mit Hilfe eines Verschiebungsstromes erreichen.
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bezeichnet werden soll. Sie ist so klein zu wählen, dass möglichst jede Erwärmung der Kathode vermieden wird. Unter ihrem Einfluss tritt eine Elektronenemission aus der Kathode auf ; die Stärke des entsprechenden durch die Kathode fliessenden Hilfsstromes beträgt dabei etwa 1 Ml/f.
Bringt man die Kathode nach der Erfindung zusammen mit einer Anode in der üblichen Weise in ein Vakuumgefäss und legt eine geeignete Spannung an, so erhält man erhebliehe Elektronenströme. So lassen sich bei einer Spannung von 100 V Ströme von 10-8 bis 10"'''4/c erzielen. Die Elektronenemission tritt aber auch auf, wenn zwischen Kathode und Anode keine Spannung liegt, wie sieh z. B. durch Ionisation der Luft nachweisen liess.
Es hat sieh nun gezeigt, dass diese Erscheinung unter sehr verschiedenen Umständen eintritt, d. h. denselben Effekt kann man auch mit einer anders aufgebauten Kathode erzielen. Die Fig. 2 und 3 stellen eine abgeänderte Ausführungsform der Kathode nach der Erfindung dar. Es gelten wieder dieselben Bezeichnungen wie in Fig. 1, nur ist jetzt noch eine neue Schicht. J eines Isolators eingefügt. Dieser kann sich unter (Fig. oder über der S"hicht S (Fig. 3) befinden. Die Schichtdicken sind die gleichen wie bei der Anordnung nach Fig. 1. Die Dicke der Isoliersehiellt soll so beschaffen sein, dass sie keinen zu grossen Ohmschen Widerstand darstellt, also den austretenden Elektronen keinen zu grossen Widerstand bietet. Die Dicke darf nicht mehr als 10-1 CM. betragen.
Eine wesentliche Verbesserung lässt sich nun noch mittels der in den Fig. 4-6 gezeigten Anord- nungen erzielen. Dort befindet sieh bei Beibehaltung des bisherigen Aufbaues auf der schle htleitenden
Substanz S eine sehr dünne Schicht-1 eines Alkali-bzw. Erdalkalimetalls (Fig. 4). Bei Verwendung einer Isolierschicht kann sich die Schicht Il auf der Schicht J oder auf der Schicht 8 befinden. Die Dicke der Alkali-bzw. Erdalkalisehicht darf nicht mehr als 10-4 cm betragen.
Die bei Anlegen der Hilfsspannung auftretende Elektronenemission kann ausser durch die Änderung der Hilfsspannung auch durch Belichtung der Kathode mit ultraviolettem, sichtbarem und infrarotem Licht beeinflusst werden. Es findet bei einer derartigen Belichtung bei allen beschriebenen Arten von Kathoden eine wesentliche Verstärkung der Elektronenemission statt. Man kann die Grösse der Hilfsspannung demzufolge auch so wählen, dass zunächst keine Elektronenemission stattfindet, sondern diese erst bei Belichtung mit den genannten Lichtarten einsetzt. Anstatt mit Licht kann man bei angelegter Hilfsspannung die Elektronenemission auch auf einem andern Weg anregen, z. B. durch Beschiessung mit primären Elektronen oder Ionen. Der dabei aus der Kathode austretende Gesamtstrom ist dann gegenüber dem Primärstrom wesentlich verstärkt.
Die Elektronenemission tritt natürlich nicht nur im Vakuum auf, sondern ebenso in einer Gasatmosphäre. So lässt sich die Kathode also auch in einer Gasentladungsröhre verwenden.
Die Kathode nach der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Gegenüber der Glnh- kathode wird die Gefahr vermieden, dass während des Betriebes Dämpfe ausgehen, die andere Elektroden (z. B. Gitter) zu unerwünschter Elektronenemission befähigen oder aber auch (z. B. in Braunschen Röhren) den Leuehtsehirm vergiften. Überdies zeichnet sich die Kathode, da sie auf Lichteinfliisse anspricht, als hochempfindliche und besonders für Jnfrarotmessungen geeignete Photokathode aus.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektronen emittierende Kathode, bestehend aus einem metallischen Träger, einer an sich Elektronen nicht emittierenden Zwischenschielht (,, Kathodenschicht") und einer elektronendurchlässigen metallischen Hilfselektrode, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenhängende mindestens teilweise aus einem Halbleiter bestehende auf dem metallischen Träger (T) aufgebraehte Schicht (S) nicht dicker ist als 0. 5 min und eine Leitfähigkeit unter 104 l/Ohm. cm aufweist, so dass mittels der die Kathodensehicht (8) bedeckenden Hilfselektrode (H) eine Spannung von solcher Grösse angelegt werden kann, dass eine Elektronenemission durch die Hilfselektrode (H) hindurch erfolgt.