DE1078702B

DE1078702B - Photokathode

Info

Publication number: DE1078702B
Application number: DEE16802A
Authority: DE
Inventors: Eric James Sjoberg
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1957-12-06
Filing date: 1958-11-29
Publication date: 1960-03-31
Also published as: NL233704A; GB833106A; US3006786A; FR1208103A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Photokathode, wobei die Kathodenfläche zusammenhängend oder mosaikförmig ausgebildet sein kann, zur Anwendung in photoelektrischen Vervielfachern und Fernsehaufnahmeröhren. Ferner bezieht sie sich auf Herstellungsverfahren für solche Photokathoden.

Es sind bereits Vorschläge gemacht, Photokathoden aus mit einem Alkalimetall sensibilisiertem Tellur herzustellen. Ein weiterer Vorschlag besteht darin, Photokathoden aus einer Antimonschicht oder einem Antimonfilm, der mit zwei oder drei Alkalimetallen der Gruppe Natrium, Kalium, Zäsium und Lithium sensibilisiert ist, zu fertigen. Eine Photokathode dieser Art hat ihre Spitzenempfindlichkeit im blauen Bereich des Spektrums. Die Empfindlichkeit einer solchen Photokathode kann für bestimmte Zwecke geeignet sein, ist jedoch für manche andere Zwecke in diesem Bereich nicht hoch genug.

Mit der Erfindung soll eine verbesserte Photokathode angegeben werden, die allgemein über einen größeren Bereich empfindlicher ist und die, speziell verglichen mit der Photokathode der oben beschriebenen Art, im blauen Bereich des Spektrums wesentlich empfindlicher ist.

Nach der Erfindung besteht die Photokathode aus Tellur, Antimon und drei oder mehr verschiedenen Alkalimetallen.

Im Verfolg des Erfindungsgedankens kann die Photokathode aus mit einem Alkalimetall sensibilisiertem Tellur bestehen, auf das Antimon oder eine Antimonverbindung oder -legierung, sensibilisiert mit zwei oder mehr voneinander verschiedenen Alkalimetallen, aufgebracht-sind, -wobei, die letzten andere Alkalimetalle sein sollen, als die zur Sensibilisierung des Tellurs verwendeten.

Im weiteren Verfolg des Erfindungsgedankens besteht die Photokathode aus Zäsium- oder Rubidiumtellurid, auf dem Antimon oder eine Antimonverbindung oder -legierung, sensibilisiert mit zwei oder mehr Alkalimetallen, die sich von den Alkalimetallen der Telluride unterscheiden, aufgebracht ist.

Zur Sensibilisierung des Antimons, der Antimonverbindung oder -legierung werden vorzugsweise Natrium und Kalium verwendet.

Für die Herstellung einer Photokathode gemäß der Erfindung wird Tellurid auf eine Oberfläche aufgebracht, durch Aufbringung eines Alkalimetalls sensibilisiert, worauf wiederum Antimon, eine Antimonverbindung oder -legierung aufgebracht und dann mit zwei oder mehr voneinander verschiedenen Alkalimetallen sensibilisiert wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden weitere Einzelheiten an Hand der Zeichnungen ausführlich erläutert. In den Zeichnungen stellt dar

Anmelder:

Electric & Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter: Dr. K.-R. Eikenberg, Patentanwalt,
Hannover, Am Klagesmarkt 10/11

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 6. Dezember 1957

und 20. November 1958

Eric James Sjoberg, London,
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil

Photokathode,

Fig. 2 die Empfindlichkeitskurven der Photokathode.

Um gemäß einem Ausführungsbeispiel die Herstellung einer homogenen Photokathode auf einer Glasendwandung oder dem Fenster einer Hülle durchzuführen, muß die Hülle zunächst bis auf einen Druck kleiner als 10"⁶mm Hg evakuiert und entgast werden. Es kann sich sowohl um die Hülle eines Photoelektronenmultiplikators als auch einer Fernsehaufnahmeröhre handeln. Dieses Vakuum muß während des ganzen Verfahrens zur Herstellung der Photokathode erhalten bleiben. Eine Telluridschicht 2 wird auf ein Fenster 1 eines ein Tellurid enthaltenden Gefäßes aufgedampft. Dieses ist so angeordnet, daß es der Vorderseite der Hülle gegenübersteht, und wird zur Verdampfung des Tellurids entsprechend beheizt. Die Dichte der so aufgebrachten Telluridschicht soll eine Lichtundurchlässigkeit von etwa 60% haben. Nach dem Aufbringen der Telluridschicht ,wird diese mit Zäsium 3, das aus einem Werkstoffvorrat in den KoI-ben eingedampft werden kann, sensibilisiert. Dieser Vorrat befindet sich in einem Seitenrohr an der Hülle und wird zusammen mit diesem auf einer Temperatur von etwa 160° C gehalten.

Während der Aufdampfung wird die Lichtempfindlichkeit der Schicht gemessen. Wenn diese ein Maximum von etwa 1 μΑ/Lumen erreicht, hat, wird die-Aufdampfung gestoppt. Danach wird das Zäsium enthaltende Seitenrohr gegenüber dem Kolben verschlossen. Das Zäsium verbindet sich mit dem Tellur zu

909768/3+3

Zäsiumtellurid. Während der Zäsiumaufdampfung und so lange, bis alle folgenden Vorgänge abgeschlossen sind, bleibt die Hülle auf dem erwähnten Vakuum. Die Schicht schimmert in diesem Zustand gelbgrün und hat eine Lichtundurchlässigkeit von etwa 15 bis 20%.

Sodann wird eine Antimonschicht 4 auf die Zäsiumtelluridschicht aufgedampft. Die Antimonschicht kann aus einem Behälter oder ähnlichen Verdampfer verdampft werden, der so beheizt wird, daß der Werkstoff auf die Zäsiumtelluridschicht aufgebracht werden kann. Die Aufdampfung dauert so lange, bis die Lichtundurchlässigkeit der so hergestellten zusammengesetzten Schicht etwa 70% beträgt. Während der Aufbringung des Antimons hat die Zäsiumtelluridschicht Zimmertemperatur. Die so hergestellte zusammengesetzte Schicht wird anschließend mit Natrium 5 (Fig. 1) sensibilisiert, wobei die Schicht auf einer Temperatur von etwa 220° C liegt.

Die Verdampfung des Natriums wird von einer anderen Seitenröhre an der Hülle aus durchgeführt und dauert so lange, bis eine Empfindlichkeit von 10 bis 22 μΑ/Lumen erreicht ist. Die mit Natrium sensibilisierte Schicht hat nicht die maximal erreichbare Spitzenempfindlichkeit. Die Empfindlichkeit nach der Sensibilisierung mit Natrium ist halb so groß wie die höchste Empfindlichkeit. Die Sensibilisierung mit Natrium kann innerhalb von 15 Minuten erreicht werden. Die zusammengesetzte Schicht hat nach der Sensibilisierung mit Natrium eine goldgelbe Farbe, und das von der Oberfläche zurückgeworfene Licht besitzt eine sichtbare rote Komponente.

Schließlich wird die nach oben angegebenem Verfahren hergestellte zusammengesetzte Schicht mit Kalium 6 (Fig. 1) bei einer Schichttemperatur von 140 bis 170° C sensibilisiert. Das Kalium wird aus einem weiteren Seitenrohr in die Hülle eingedampft, bis die höchste Empfindlichkeit erreicht ist, die zwischen 60 und 80 μΑ/Lumen liegt. Die Sensibilisierung mit Kalium darf 6 bis 10 Minuten dauern. Das einen Vorrat an Kalium enthaltende Seitenrohr wird dann verschlossen, und die Hülle kann auf Zimmertemperatur abgekühlt werden, falls die höchste Empfindlichkeit noch nicht überschritten ist. Wenn die höchste Empfindlichkeit jedoch auf Grund eines Überschusses an Kalium überschritten ist, wird die Hülle auf 160 bis 180° C erhitzt, bis die höchste Empfindlichkeit erreicht ist, und dann abgekühlt. In jedem Fall erhöht sich die Empfindlichkeit bis auf ungefähr 130 μΑ/Lumen.

Auf die oben beschriebene Weise hergestellte Photokathoden haben eine hohe Empfindlichkeit gegenüber radioaktiver Strahlung in dem Bereich der Wellenlängen zwischen 4000 und 5000 Ä. Die in Fig. 2 der Zeichnungen dargestellten Kurven veranschaulichen die Spektralempfindlichkeit auf Glasträger aufgebrachter photoemissiver Stoffe. Die Glasträger bestehen dabei aus dem unter der eingetragenen Marke »Pyrex« bekannten Werkstoff. Die Kurve 7 zeigt die photoemissive Empfindlichkeit einer in der oben beschriebenen Weise hergestellten Photokathode, wohingegen die Kurve 8 die Photoempfindlichkeit einer Photokathode darstellt, die aus mit Natrium, Kalium und Zäsium sensibilisierte Antimon gebildet ist. In diesem Schaubild ist auf der Ordinate die Spektralempfindlichkeit in willkürlichen Einheiten aufgetragen, während die Abszisse die Wellenlänge in Angströmeinheiten darstellt. Man sieht, daß die Empfindlichkeit der der Erfindung entsprechenden Photokathode, die im Bereich zwischen 4000 und 5000 Ä liegt, wesentlich größer ist als die von einer Ähtimonoberfläche, die mit Natrium, Kalium und Zäsium sensibilisiert wurde.

An Stelle der Verwendung von Zäsiumtellurid, wie oben beschrieben, kann auch Rubidiumtellurid auf ähnliche Weise aufgebracht werden. Es wird zuerst eine Telluridschicht aufgebracht, bis die Lichtundurchlässigkeit etwa 6O¹⁰Zo beträgt. Die Sensibilisierung erfolgt dann mit Rubidium, bis die Lichtundurchlässigkeit 15 bis 20% beträgt. Schließlich können an Stelle von Antimon Indium-Antimonid oder Wismut-Antimonid oder eine Legierung aus Antimon und Indium oder aus Antimon und Wismut verwendet werden. Wenn eine Legierung aus Antimon und Indium verwendet wird, beträgt das Verhältnis von Antimon zu Indium 12:1. Wenn dagegen eine Legierung aus Antimon und Wismut gebraucht wird, so ist das Verhältnis von Antimon zu Wismut 6:1. Die Antimonverbindung oder -legierung kann in oben beschriebener Weise aufgebracht werden, bis die Lichtundurchlässigkeit ungefähr 70% beträgt, wobei die Telluridschicht Raumtemperatur hat.

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung das Antimon, eine Antimonverbindung oder -legierung, mit Hilfe von Natrium und Kalium sensibilisiert wird, kann natürlich das Antimon die Antimonverbindung oder -legierung auch mit mehr als zwei verschiedenen Alkalimetallen und anderen Alkalimetallen, wie z. B. Zäsium, Lithium oder Rubidium, sensibilisiert werden. Hierbei müssen sich die verwendeten Metalle von dem Metall unterscheiden, das zur Sensibilisierung der Tellurschicht verwendet wird. Es wurde jedoch gefunden, daß die Zusammenstellung der Photokathode in der in Fig. 1 der Zeichnungen beschriebenen Weise die besten Ergebnisse erzielte.

In der vorangegangenen Beschreibung ist auf eine zusammenhängende Photokathode eingegangen worden, die als Photokathode entweder in einem Photoelektronenvervielfacher oder auch in einer Fernsehaufnahmeröhre oder einer ähnlichen Röhre verwendet werden kann. Die Erfindung ist jedoch gleichfalls für die Herstellung von mosaikförmig ausgebildeten Photokathoden, wie sie bei Fernsehaufnahmeröhren vorkommen, geeignet. Bei der Herstellung von solchen Photokathoden können die Mosaikelemente durch Aufdampfung über eine geeignete Schablone auf die Träger hergestellt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Photokathode, dadurch gekennzeidinet, daß sie aus Tellur, Antimon und drei oder mehr verschiedenen Alkalimetallen hergestellt ist.

2. Photokathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mit einem Alkalimetall sensibilisiertem Tellur besteht, auf das Antimon oder eine Antimonverbindung oder -legierung aufgebracht ist, wobei das Antimon bzw. die Verbindung oder Legierung desselben mit zwei oder mehr als zwei Alkalimetallen, die von dem Alkalimetall zur Sensibilisierung des Tellurs verschieden sind, sensibilisiert ist.

3. Photokathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Sensibilisieren des Tellurs Zäsium oder Rubidium benutzt wird.

4. Photokathode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antimonverbindung aus Indiumantimonid oder Wismutantimonid besteht.

5. Photokathode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antimonlegierung aus Antimon und Indium oder aus Antimon und Wismut besteht.

6. Photokathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sensibilisierung des Antimons oder der Antimonverbindung oder -legierung Natrium und Kalium verwendet werden.

7. Verfahren zur Herstellung einer Photokathode nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Oberfläche Tellur aufgebracht wird, daß das Tellur durch anschließende Aufbringung eines Alkalimetalls sensibilisiert wird, daß darauf anschließend Antimon, eine Antimonverbindung oder -legierung aufgebracht wird und daß dann dieses Antimon, die Antimonverbindung oder -legierung durch das hintereinander erfolgende Aufbringen von zwei oder mehr Alkalimetallen sensibilisiert wird, wobei alle benutzten Alkalimetalle voneinander verschieden sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7 zur Herstellung einer Photokathode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tellur mit Zäsium oder Rubidium bei einer Temperatur von ungefähr 160° C sensibilisiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensibilisierung mit Zäsium oder Rubidium so lange fortgesetzt wird, bis die Spitzenempfindlichkeit des mit Zäsium oder Rubidium sensibilisierten Tellurs erreicht ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Antimon, die Antimonverbindung oder -legierung auf das sensibilisierte Tellur aufgebracht wird, wenn es sich auf Zimmertemperatur befindet.

11. Verfahren nach Anspruch 7 zur Herstellung einer Photokathode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensibilisierung mit Natrium bei einer Temperatur von ungefähr 220° C ausgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensibilisierung mit Natrium gestoppt wird, bevor die durch Natriumsensibilisierung erreichbare Spitzenempfindlichkeit erreicht ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an die Sensibilisierung mit Natrium Kalium aufgebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensibilisierung mit Kalium bei einer Temperatur der Photokathode ausgeführt wird, die zwischen 140 und 170° C liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Kalium sensibilisierte Photokathode zur Entfernung des überschüssigen Kaliums auf 160 bis 180° C erhitzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Journ. Appl. Phys., 27 (1956), S. 1358 bis 1360.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

ι 909 768/343 3.