DE2012101A1 - High field emission cathodes and methods of making these cathodes. A) in: Matsushita Electric Industrial Company, Ltd., Kadoma City, Osaka (Japan) - Google Patents
High field emission cathodes and methods of making these cathodes. A) in: Matsushita Electric Industrial Company, Ltd., Kadoma City, Osaka (Japan)Info
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd, Osaka, JapanMatsushita Electric Industrial Co., Ltd, Osaka, Japan
Kathoden mit hoher Feldemission und Verfahren zur Herstellung dieser KathodenHigh field emission cathodes and methods of making them Cathodes
Die Erfindung bezieht sich auf Kathoden, wie sie für Elektronenröhren geeignet sind,,und insbesondere auf Kathoden mit hoher Feldemission, die als Punktquelle für einen Elektronenstrahl verwendet werden.The invention relates to cathodes as they are suitable for electron tubes, and in particular to High field emission cathodes used as a point source for an electron beam.
Wird ein hohes positives elektrisches Feld an die Oberfläche eines Leiters angelegt, ist es möglich, unmittelbar aus dem Material bei gewöhnlichen TemperaturenIf a high positive electric field is applied to the surface of a conductor, it is possible to do so immediately from the material at ordinary temperatures
009839/1951009839/1951
Mündlich· Abreden, ln§b»«ond»r· durch T*l*lon. bediirfen »chrlhllort»f tMlfttlgung Drodner Bank (München) Kto. 10»IM . D«utKh· Bank (MOiWMn) Kto. 2\mi3t > W. ·ιοθ.ΜΛ (München) Kto. 331338 · Hypo-Btnk (MQnchtn) Kto. 36121WOral · agreements, ln§b »« ond »r · by T * l * lon. require »chrlhllort» f tlfttlgung Drodner Bank (Munich) acct. 10 »IM. D «utKh · Bank (MOiWMn) acct. 2 \ mi3t > W. · ιοθ.ΜΛ (Munich) acct. 331338 · Hypo-Btnk (MQnchtn) acct. 36121W
Elektronen herauszuziehen. Die Emission von Elektronen aus der Oberfläche eines Leiters in ein Vakuum unter dem Einfluß eines hohen elektrischen Felds ist ein elementarer Effekt, der vergleichbar ist mit thermionischer Emission, photoelektrischer Emission oder sekundärer Emission. Sofern als Zweck einer Kathode die Emission von soviel wie möglich Elektronen aus einem Leiter oder einem Metall angesehen wird, überragt ein Starkfeldemitter alle anderen Kathoden, da Stromdichten von Millionen von Ampere pro Quadratzentimeter leicht erhalten werden. Die bisher erhaltenen experimentiellen Ergebnisse mit Bezug auf Starkfeldemission erbrachten, daß die Leistung der Emission sehr abhängig von den Oberflächenzuständen des als Emitter verwendeten Materials ist. Die Oberflächenpotentialschwelle hängt eng von den Oberflächenbedingungen oder Oberflächenzuständen ab. Zum Beispiel sind die Reinheit der Oberfläche und die Tatsache, ob die Oberfläche mit einem weiteren Metall oder mit absorbierten Gasatomen überzogen ist, zwei der wichtigen Faktoren, die die Höhe der Oberflächenpotentialschwelle bestimmen. Für Kathoden mit starker Feldemission sind daher niedrigere Austrittsarbeit und Stabilität bei einer hohen Temperatur erwünschte Merkmale. Die niedrige Austrittsarbeit wird für diese Kathoden gefordert, um die für eins gegebene Elektronenemission notwendige Betriebsspannung "zu erniedrigen, wie es später noch näher erläutert wird«To pull out electrons. The emission of electrons from the surface of a conductor into a vacuum below it Influence of a high electric field is an elementary effect that is comparable to thermionic emission, photoelectric emission or secondary emission. Provided that the purpose of a cathode is the emission of as much as If electrons from a conductor or a metal are considered possible, a strong field emitter dominates all others Cathodes, since current densities of millions of amps per square centimeter are easily obtained. The previously received Experimental results related to strong field emission showed that the performance of the emission is very dependent on the surface conditions of the material used as the emitter. The surface potential threshold closely depends on the surface conditions or surface states away. For example, the purity of the surface and the fact whether the surface with another Metal or covered with absorbed gas atoms, two of the important factors affecting the amount of Determine the surface potential threshold. For cathodes with With strong field emission, lower work function and stability at high temperature are desirable Characteristics. The low work function is required for these cathodes in order to achieve the electron emission given for one necessary operating voltage "as it will be explained in more detail later«
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Materialien, die für herkömmliche Kathoden mit-starter cdsr hoher^Feldemission verwendet wurden, besitzen im allgemeinen Eigenschaften wie zufriedenstellende mechanische Festigkeit, Herstellbarkeit eines feinen Drahtes mit einer zugespitzten Spitze an dem Führungsende, chemische Inertheit gegenüber Gasen unter ELnsdhliß von Sauerstoff und Stabilität bei einer hohen Temperatur. Diese Charakteristiken begrenzen die Art der verwendbaren Kathodenmaterialien auf beispielsweise harte Metalle wie Wolfram (W), Molybdän (Mo), Tantal (Ta) und Rhenium CRe) und Whiskers wie Siliconcarbid (SiC); alle diese Materialien sind durch ihre relativ hohe Austrittsarbeit gekennzeichnet. Dies führt zu der unerwünschten Tatsache, daß für das Betätigen der Kathoden zum Ausziehen eines ausreichenden elektrischen Stroms eine hohe Betriebsspannung erforderlich ist. Um die gewünschte Strommenge mit einer geringeren angelegten Spannung herauszuziehen, ist eine Kathode vorgeschlagen und in die Praxis umgesetzt worden, die die vorgenannten spezifizierten Materialien als einen Trägerdraht verwendet', der andere Metalle oder deren Oxyde als Überzug aufweist. Diese Metalle oder deren Oxyde gehören vorzugsweise zu der Art, die eine niedrige Austrittsarbeit haben, so daß die Betriebsspannung verringert werden kann. Ein derartiger Ober zug v/urde bisher bei den praktischen Anwendungen durch Vakuumaufdampfen aufgebracht,Materials suitable for conventional cathodes with starter cdsr high field emission have been used, generally have satisfactory mechanical properties Strength, manufacturability of a fine wire with a pointed tip at the leading end, chemical inertness to gases under exposure to oxygen and Stability at a high temperature. These characteristics limit the types of cathode materials that can be used for example hard metals such as tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta) and rhenium CRe) and Whiskers such as silicon carbide (SiC); all of these materials are characterized by their relatively high work function marked. This leads to the undesirable fact that for operating the cathodes to pull out one sufficient electrical current a high operating voltage is required. To get the desired amount of electricity with With a lower applied voltage, a cathode has been proposed and put into practice been made using the aforementioned specified materials used as a carrier wire coated with other metals or their oxides. These metals or their Oxides are preferably of the kind that have a low level Have work function so that the operating voltage can be reduced. Such an upper train has hitherto existed applied by vacuum evaporation in practical applications,
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Gemäß einem typischen Vakuumaufdampfverfahren wird ein Material niedriger Austrittsarbeit wie Barium in einem Vakuum verdampft und auf feinen Wolframdraht mit einer zugespitzten Spitze aufgebracht. Die Bindung zwischen dem Wolfram und dem Barium ist mangelhaft mit Ausnahme in ihrer wenige Atome starten Schicht. Die mit Barium-überzogene Wolframspitze wird dann aus dem Vakuum entnommen und der Umgebungsluft ausgesetzt, bevor sie als Kathode in eine Elektronenröhre eingesetzt wird. Das Überzugsbarium wird während es der Luft ausgesetzt ist, durch Sauerstoffgase in der Luft angegriffen, was zur Bildung einer Oxydschicht auf der Spitzenoberfläche führt. Damit die Sauerstoffgase und andere absorbierte Gase teilweise decxydiert und von der Bariumoxydschicht desorbiert werden und damit sich das Barium gleichmäßig in das WoIframträgerniaterial durch teilweise Diffusion in dieses Material verteilt-, wird das Überzugsmetall zusammen mit dem Wolframdraht bei erhöhten Temperaturen einer Wärmebehandlung unterzogen, Bei der praktischen Herstellung einer Elektronenröhre ist es erwünscht, daß die Drahtkathode in die Röhre eingesetzt und einer nachträglichen Wärmebehandlung zw:n Entgasen der Röhre ausgesetzt wird. Auf diese Weise wird eine Kathode hoher Feldemission bei niedriger: Betriebsspannungen durch den Stand der Technik erhalten.According to a typical vacuum evaporation process, a low work function material such as barium is used in evaporated in a vacuum and applied to fine tungsten wire with a pointed tip. The bond between the tungsten and the barium are deficient except in their few atoms start layer. The one coated with barium Tungsten tip is then removed from the vacuum and exposed to the ambient air before moving is used as a cathode in an electron tube. The coating barium is exposed to the air, attacked by oxygen gases in the air, resulting in Formation of an oxide layer on the tip surface leads. So that the oxygen gases and other absorbed gases partially decxydiert and desorbed from the barium oxide layer and thus the barium evenly in the WoIframträgerniaterial Distributed by partial diffusion into this material, the clad metal is distributed along with the tungsten wire at elevated temperatures of a heat treatment In practical manufacture of an electron tube, it is desirable that the wire cathode inserted into the tube and subjected to a subsequent heat treatment between degassing the tube. In this way, a cathode with high field emission at low operating voltages is achieved through the prior art obtain.
Die so erhaltenen Kathoden hoher Feldemission haben 009839/1951The high field emission cathodes obtained in this way have 009839/1951
jedoch einige Nachteile. Das Überzugsmetall sitzt als Bariumschicht unmittelbar auf der Oberfläche des Trägermaterials der Kathode, so daß es leicht durch die umgebenden Gasmoleküle beeinträchtigt wird, wenn sie diesen ausgesetzt wird. Darüber hinaus neigt das Metall dazu, während der Wärmebehandlung in das umgebende Vakuum zu verdampfen« Obwohl das Material teilweise in die Kathode eingedrungen ist, beispielsweise in einer einige.Atome starken Schicht des Überzugsmaterials, ist die Eindringtiefe nicht groß genug. Dies äußert^sich in der Wahrscheinlichkeit der Diffusion und Oberflächenwanderung von Metallatomen, wenn das Metallmaterial für Aktivierung erhitzt wird, so daß sich eine verkürzte Lebensdauer für die bestehenden Kathoden ergibt·however, some disadvantages. The coating metal sits as a barium layer directly on the surface of the carrier material the cathode, so that it is easily affected by the surrounding gas molecules when they do this is exposed. In addition, the metal tends to move into the surrounding vacuum during heat treatment evaporate «Although the material has partially penetrated the cathode, for example in one of several atoms thick layer of the coating material, is the depth of penetration not big enough. This manifests itself in the probability the diffusion and surface migration of metal atoms when the metal material is activated is heated, so that there is a shortened service life for the existing cathodes.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kathode mit hoher Feldemission zu schaffen, in die Metallionen niedriger Austrittsarbeit eingebettet sind« Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Elektronenvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Kathode zu schaffen.It is an object of the invention to provide a cathode with high To create field emissions in which metal ions with a low work function are embedded. ”It is also a task of the invention, an electron device with an inventive To create cathode.
Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kathode zu schaffen, bei dem .Metallionen niedriger Austrittsarbeit in einen zugespitzten spitzen Abschnitt einer geformten Kathode eingebettet werden, die bei hohen Temperaturen stabil und chemisch inert gegenüber Gasmolekülen unterIt is also an object of the invention to provide a method for producing a cathode according to the invention create, in which metal ions have a low work function embedded in a pointed pointed section of a shaped cathode that operates at high temperatures stable and chemically inert to gas molecules below
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Einschluß von Sauerstoff ist.Inclusion of oxygen is.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings.
Fig, 1 ist eine schematische Darstellung, dieFig. 1 is a schematic diagram showing
das Arbeitskonzept einer erfindungsgemässen Kathode mit hoher Feldemission verdeutlicht; illustrates the working concept of a cathode according to the invention with high field emission;
Fig. 2 Ca) zeigt in erläuternder Weise das Energieniveau von in einem Vakuum untergebrachtem Wolfram;Fig. 2 Ca) shows the energy level in an explanatory manner of tungsten housed in a vacuum;
Fig. 2 Cb) ist eine der Fig. 2 Ca) entsprechende Darstellung, die das Energieniveau bei einem aufgebauten hohen elektrischen Feld verdeutlicht;FIG. 2 Cb) is a representation corresponding to FIG. 2 Ca), which shows the energy level at a built-up high electric field made clear;
Fig. 3 Ca) zeigt ebenfalls in einer erläuterndenFig. 3 Ca) also shows in an explanatory
Weise das Energieniveau von Wolfram, das mit Barium überzogen ist und in einem Vakuum untergebracht ist;Wise the energy level of tungsten that is coated with barium and in a vacuum is housed;
Fig. 3 Cb) ist eine der Fig. 3 Ca) entsprechende Darstellung» die das Energieniveau bei einem aufgebauten hohen elektrischen FeldFIG. 3 Cb) is a representation corresponding to FIG. 3 Ca) showing the energy level at a built up high electric field
verdeutlicht;
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Fig» 4 ist eine graphisohe Darstellung über die. Verteilung der in Form von Ionen in das Trägermaterial der Kathode eingebetteten Metallionen niedriger Austrittsarbeit.Figure 4 is a graphical representation of the. Distribution of the ions embedded in the carrier material of the cathode Metal ions with a low work function.
In Fig, 1 ist eine typische Kathode hoher Feldemission mit 10 bezeichnet und mit einer zugespitzten Spitze versehen, die beispielsweise durch elektrochemisches Ätzen oder im Lichtbogen beim Durchschlagen erzeugt worden ist. In die Oberfläche dieser scharfen Spitze werden Metallionen niedriger Austrittsarbeit durch Aufbau eines beschleunigenden elektrischen Felds eingebettet. Die anfängliche Kathode 10 und die Metallionen können zum Beispiel aus Vfolfram bzw. Barium bestehen. Der Kathode 10 gegenüber ist eine als Anode wirkende Elektrode 11-angeordnet. Von einer Spannungsquelle 12 wird zwischen beiden Elektroden 10 und 11 eine geeignete Spannung angelegt. Wenn zwischen den beiden Elektroden 10 und 11 bei der angelegten Spannung ein hohes elektrisches Feld aufgebaut wird, dient dieses Feld dazu, die Oberflächenpotentialsctwelle zu erniedrigen, wobei dieses ;Eeld durch die Oberfläche Elektronen zieht. Vorausgesetzt, daß auf der Kathode 10 kein Metall niedriger Austrittsarbeit vorgesehen ist, ist in diesem Fall das für die Überwindung der Oberflächenschwelle notwendige elektrische Feld so hoch, daß kaum Elektronen aus der Oberfläche entweichen: ist hingegen das Metall eingebettet, ist die Austrittsarbeit der KathodeIn Fig. 1, a typical high field emission cathode is designated 10 and has a pointed tip provided, which have been generated, for example, by electrochemical etching or in an electric arc during breakdown is. In the surface of this sharp point, metal ions are created by building up a low work function accelerating electric field embedded. The initial cathode 10 and the metal ions can, for example consist of volfram or barium. The cathode 10 opposite an electrode 11-acting as an anode is arranged. A voltage source 12 applies a suitable voltage between the two electrodes 10 and 11. When a high electric field is built up between the two electrodes 10 and 11 when the voltage is applied this field is used to generate the surface potential wave to lower, whereby this; Eeld draws electrons through the surface. Provided that on the cathode 10 no metal with a low work function is provided, in this case the one for overcoming the surface threshold necessary electric field so high that hardly any electrons escape from the surface: is on the other hand The metal embedded is the work function of the cathode
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im Ganzen herabgemindert. Das elektrische Feld läßt nunmehr die Elektronen durch die Potentialschwelle an der Oberfläche entweichen, wodurch ein Strom von Elektronen gebildet wird, wie er mit den Buchstaben e bezeichnet ist und der von der Oberfläche unter dem Einfluß des Felds ausgeht* Dieses Phänomen wird im Folgenden anhand der Fig. 2 (a) bis 3 (b) erläutert.downgraded as a whole. The electric field now lets the electrons through the potential threshold at the Surface, creating a stream of electrons like the one marked with the letter e and which emanates from the surface under the influence of the field * This phenomenon is explained below with reference to Fig. 2 (a) to 3 (b).
In Fig. 2 (a) ist das Vakuumenergieniveau von Wolfram, abgekürzt V.L* auf der Etage und liegt die Potentialschwelle als Ganzes in abgestufter Form vor. Die Austrittsarbeit, deren Wert in diesem Fall mit 4,5 eV angegeben ist, ist definiert als Unterschied zwischen dem Vakuumniveau V.L. und dem. sogenannten Ferminiveau, abgekürzt F.L. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Austrittsarbeit eine Energie ist, die notwendig ist, damit ein Elektron auf dem Ferminiveau F.L. aus der Oberfläche von Wolfram frei wird. Wird in Nachbarschaft der1 Oberfläche ein elektrisches Feld aufgebaut, fällt das Vakuumniveau V.L. mit einem bestaunten Gefalle ab und erscheint die Potentialschwelle gemäß. F.ig. 2 (b) als dreieckförmiger Hügel, Je stärker das au/c.ebaate elektrische Feld vr'.rd, umso spitzer wird der dr-ai^ekförmige Hügel.., Die Austrittsarbeit 4,5 eV bleibt trot "dcjii v,r: .«sentl ichen unverändert.« Tatsächlich fällt ;■'edocn die Austri^tsarbe^t um wenige Zehntel von 1 eV al··, was aIa Shottky-EffeJct /Jt zeichnet wird, Somit können lie Elektronen innerhalb der Wolframmasse nur dannIn Fig. 2 (a) the vacuum energy level of tungsten, abbreviated VL *, is on the floor and the potential threshold as a whole is in graduated form. The work function, the value of which in this case is given as 4.5 eV, is defined as the difference between the vacuum level VL and the. So-called Fermi level, abbreviated to FL. In other words, this means that the work function is an energy that is necessary for an electron at the Fermi level FL to be released from the surface of tungsten. If an electric field is built up in the vicinity of the 1 surface, the vacuum level VL falls with an astonished slope and the potential threshold appears accordingly. F.ig. 2 (b) as a triangular hill, the stronger the au / c.ebaate electric field vr'.rd, the more pointed the dr-ai ^ eccular hill .., The work function 4.5 eV remains trot "dcjii v, r : In fact, the exit scar falls by a few tenths of 1 eV as what is drawn as a Shottky effect. Thus, electrons within the tungsten mass can only then
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die Oberfläche verlassen, wenn ihnen die Energie von U, 5 eV gegeben wird»leave the surface when the energy of them U, 5 eV is given »
Wenn das Wolfram mit einem Metall niedriger Austrittsarbeit wie Barium überzogen ist oder wenn ein derartiges Metall in das Wolfram eingebettet ist, wird das Vakuumniveau V.L. abgesenkt, so daß sich der Viert der Austrittsarbeit von ^,5 eV auf 1,5 eV gemäß Fig. 3 Ca) verschiebt. Daraus ergibt sich, daß die im Inneren der Wolframmasse befindlichen Elektronen herausgezogen oder leichter über die Schwelle aus der Oberfläche bewegt werden, wenn das anziehende elektrische Feld relativ inten-' siv ist. Gemäß Fig. 3 Cb) nimmt die Potentialschwelle bei Entwicklung eines hohen Felds die Form eines dreieckförmigen Hügels an9 der gegenüber dem Ferminiveau F.L. abgesenkt ist. Das Vakuumniveau V.L. hat ebenfalls ein negatives Gefälle, das umso steiler-wird,"je höher das aufgebaute elektrische Feld wird. In diesem Fall können selbst Elektronen mit Energien unter dem Ferminiveau durch den engen Abschnitt der Potentialschwelle wandern. Dieses Phänomen ist als Tunneleffekt bekannt und,wird bei der erfindungsgemäßen Kathode hoher Feldemission benutzt.If the tungsten is coated with a metal with a low work function, such as barium, or if such a metal is embedded in the tungsten, the vacuum level VL is lowered so that the fourth of the work function goes from 1.5 eV to 1.5 eV according to FIG. 3 Ca) shifts. The result is that the electrons located inside the tungsten mass are drawn out or more easily moved over the threshold out of the surface when the attractive electric field is relatively intense. According to FIG. 3 Cb), when a high field develops, the potential threshold takes the form of a triangular hill at 9 which is lowered in relation to the Fermi level FL. The vacuum level VL also has a negative gradient, which becomes steeper the higher the electric field that has built up. In this case, even electrons with energies below the Fermi level can migrate through the narrow section of the potential threshold. This phenomenon is known as the tunnel effect and , is used in the high field emission cathode according to the invention.
Bei einem bevorzugten Verfahren nach der Erfindung werden Metalle niedriger Austrittsarbeit in Form von Ionen durch ein elektrisches starkes Feld beschleunigt und darauf tief in das Innere einer gewöhnlichen einfachen Katho-In a preferred method according to the invention Metals with a low work function are accelerated in the form of ions by a strong electric field and on it deep inside an ordinary simple catholic
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densubstanz als Trägermaterial eingebettet. Nach dieser Ionenimplantation wird die erhaltene Kathode in die offene Luft herausgenommen. Dann wird die Kathode in einem Vakuum, vorzugsweise in einer Elektronenröhre einer Wärmebehandlung unterzogen, um Teiloxydbelege und in die Oberflächenschicht absorbierte Gase zu entfernen. Während dieser Wärmebehandlung wird die Röhre entgast und die Oberfläche der Kathode durch Diffusion der Metallionen von der Trägermaterialmasse zu der Oberfläche aktiviert.embedded as a carrier material. After this ion implantation, the cathode obtained is in the open Air taken out. Then the cathode is heat treated in a vacuum, preferably in an electron tube to remove partial oxide deposits and gases absorbed into the surface layer. During this Heat treatment is degassed by the tube and the surface of the cathode by diffusion of the metal ions from the carrier material mass activated to the surface.
Die Ionenimplantation wird in diesem Fall in der folgenden Weise verwirklicht: die Bariumionen werden von einem Plasma erhalten, wo das Barium wenigstens teilweise bei einer erhöhten Temperatur ionisiert ist. Bei einer intensiven Beschleunigungsspannung von beispielsweise etwa 40 kV werden die Bariumionen unter Bildung eines Strahls in eine gleichförmige Richtung orientiert. Dieser Bariumionenstrahl dringt tief in das Innere des das Kathodenträgermaterial bildenden Wolframs ein.The ion implantation is carried out in this case in the following way: the barium ions are from a plasma where the barium is at least partially ionized at an elevated temperature. At a intense accelerating voltage of, for example, about 40 kV, the barium ions are formed with a Beam oriented in a uniform direction. This barium ion beam penetrates deep into the interior of the cathode carrier material forming tungsten.
Die Verteilung des implantierten Bariumionengehalts ist in Fig. 4 in Abhängigkeit von der Eindringtiefe von der Substratoberfläche aus verdeutlicht. Aus Fig. k entnimmt man, daß der Verteilungsscheitel in einem Abstand einwärts von der Oberfläche, d.h. nicht unmittelbar an der Oberfläche liegt und daß die Bariumionen um 1000 bis 3000 R in die Trägermasse eindringen. Dieses tiefe Ein-The distribution of the implanted barium ion content is illustrated in FIG. 4 as a function of the depth of penetration from the substrate surface. From FIG. K it can be seen that the distribution vertex lies at a distance inward from the surface, ie not directly on the surface, and that the barium ions penetrate by 1000 to 3000 R into the carrier mass. This deep one
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dringen ist dafür förderlich, daß die Oberfläche des Ionenimplantierten Wolframs durch die umgebenden Gasmoleküle ohne Beeinträchtigung bleibt. Somit verhält sich die Oberfläche des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Wolframs wie eine einfache Substanz. Dementsprechend bietet eine Kathode hoher Feldemission nach der Erfindung.Vorteile dadurch, daß die Kathode frei, von Verdampfung bei erhöhten Temperaturen und chemisch inert gegen Gasmoleküle ist und daß sie stabil bei verringerten Betriebsspannungen für lange Zeitspannen arbeiten kann*penetrate is conducive to the fact that the surface of the ion-implanted tungsten through the surrounding gas molecules remains without impairment. Thus, the surface behaves according to the method according to the invention treated tungsten like a simple substance. Accordingly, a cathode offers high field emission according to the invention. Advantages in that the cathode is free, of evaporation at elevated temperatures and is chemically inert to gas molecules and that it is stable at decreased Operating voltages can work for long periods of time *
Beispiele für Metalle, wie sie erfindungsgemäß für das Implantieren in ein als gewöhnliche Kathode wirkendes Trägermaterial geeignet sind, sind Alkalimetalle wie Lithium CLi), Natrium C»Na), Kalium CK) und Cäsium (Cs); Alkalierdmetalle wie Barium (Ba), Strontium CSr) und Kalzium. (Ca) und andere Metalle wie Thorium CTh) und Zirkonium CZr), Diese Metalle haben niedrige Austrittsarbeit und ionisieren leicht bei einer hohen TemperatureExamples of metals such as are used according to the invention for implantation in a conventional cathode Suitable carrier materials are alkali metals such as lithium CLi), sodium C »Na), potassium CK) and cesium (Cs); Alkaline earth metals such as barium (Ba), strontium CSr) and calcium. (Ca) and other metals like Thorium CTh) and Zirconium CZr), these metals have low work functions and easily ionize at a high temperature
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren nach der Erfindung wird die gewöhnliche Kathode aus einfacher Substanz einmal mit einem Material übersogen, das weicher als das Trägermaterial ist9 um das Implantieren der Metalle niedriger Austrittsarbeit zu verbesserns damit also größere Mengen an Metall' tiefer in das Trägermaterial ein«»In a further preferred method according to the invention, the common cathode of a simple substance is once absorbed by a material which is softer than the carrier material is to improve 9 lower by implanting the metal work function s so that so large amounts of metal 'deeper into the carrier material «»
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dringen. Die Ionenimplantation wird dann an dem einmal überzogenen Trägermaterial vorgenommen. Als weiches Material kommen vorzugsweise Oxyde oder Carbide des Trägermaterials wie Wolfram (W), Molybdän (Mo), Tantal (Ta) oder Rhenium (Re) in Frage und sollte bei erhöhten Temperaturen stabil sein, chemisch inert gegenüber Gasen unter Einschluß von Sauerstoff und auf der Trägeroberfläche beschichtbar sein.penetrate. The ion implantation is then carried out on the carrier material once it has been coated. As a soft material preferably oxides or carbides of the carrier material such as tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta) or Rhenium (Re) in question and should be stable at elevated temperatures, chemically inert to gases under confinement of oxygen and be coatable on the carrier surface.
Die erfindungsgemäßen Kathoden hoher Feldemission können im allgemeinen als Punktquelle eines Elektronenstrahls mit geringeren Betriebsspannungen verwendet, werden. Darüber hinaus finden die Kathoden ein weites Feld von Anwendungsmöglichkeiten für einen Emitter einer Elektronenröhre, insbesondere für eine Kathode einer Elektronenschleuder, The high field emission cathodes of the invention can generally be used as a point source of an electron beam with lower operating voltages are used. In addition, the cathodes find a wide range of applications for an emitter of an electron tube, especially for a cathode of an electron centrifuge,
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